浙江省高考物理总复习 第3章第二节 牛顿第二定律 两类动力学问题课件 大纲人教版

第二节第二节牛顿第二定律牛顿第二定律两类动力学问题两类动力学问题课堂互动讲练课堂互动讲练经典题型探究经典题型探究第二节牛顿第二定第二节牛顿第二定律两类动力学问题律两类动力学问题基础知识梳理基础知识梳理知能优化演练知能优化演练一、牛顿第二定律一、牛顿第二定律1内容：物体加速度的大小跟作用力成内容：物体加速度的大小跟作用力成_，跟，跟物体的质量成物体的质量成_，加速度的方向跟作用力的方，加速度的方向跟作用力的方向向_2表达式：表达式：Fma3适用范围适用范围(1)牛顿第二定律只适用于惯性参考系，即相对于地牛顿第二定律只适用于惯性参考系，即相对于地面面_或或_的参考系的参考系(2)牛顿第二定律只适用于牛顿第二定律只适用于_物体物体(相对于分子、相对于分子、原子等原子等)、_运动运动(远小于光速远小于光速)的情况的情况基础知识梳理基础知识梳理正比正比反比反比相同相同静止静止匀速直线运动匀速直线运动宏观宏观低速低速提示：提示：不对物体的质量与受力、运动情况不对物体的质量与受力、运动情况无关无关二、两类动力学问题二、两类动力学问题1已知物体的受力情况，求物体的已知物体的受力情况，求物体的_2已知物体的运动情况，求物体的已知物体的运动情况，求物体的_特别提示：特别提示：利用牛顿第二定律解决动力学问题的关利用牛顿第二定律解决动力学问题的关键是利用加速度的键是利用加速度的“桥梁桥梁”作用，将运动学规律和作用，将运动学规律和牛顿第二定律相结合，寻找加速度和未知量的关键，牛顿第二定律相结合，寻找加速度和未知量的关键，是解决这类问题的思考方向是解决这类问题的思考方向运动情况运动情况受力情况受力情况三、力学单位制三、力学单位制1单位制：由单位制：由_单位和单位和_单位一起组成了单位一起组成了单位制单位制2基本单位：基本物理量的单位，基本物理量共基本单位：基本物理量的单位，基本物理量共七个，其中力学有三个，它们是七个，其中力学有三个，它们是_、_、_，它们的单位分别是，它们的单位分别是_、_、_3导出单位：由基本量根据导出单位：由基本量根据_推导出来的推导出来的其他物理量的单位其他物理量的单位基本基本导出导出长度长度质量质量时间时间米米千克千克秒秒物理关系物理关系物理量名称物理量名称物理量符号物理量符号 单位名称单位名称 单位符号单位符号长度长度l米米m质量质量m千克千克kg时间时间t秒秒s电流电流I安安培培A热力学温度热力学温度T开开尔文尔文K物质的量物质的量n摩摩尔尔mol发光强度发光强度I坎坎德拉德拉cd4国际单位制中的基本物理量和基本单位国际单位制中的基本物理量和基本单位一、对牛顿第二定律的理解一、对牛顿第二定律的理解1牛顿第二定律的牛顿第二定律的“五性五性”课堂互动讲练课堂互动讲练矢量性矢量性公式公式Fma是矢量式，任一时刻，是矢量式，任一时刻，F与与a总同向总同向瞬时性瞬时性a与与F对应同一时刻，即对应同一时刻，即a为某时刻的加速度时，为某时刻的加速度时，F为该时为该时刻物体所受的合外力刻物体所受的合外力因果性因果性F是产生加速度是产生加速度a的原因，加速度的原因，加速度a是是F作用的结果作用的结果同一性同一性有三层意思：有三层意思：(1)加速度加速度a是相对同一个惯性系的是相对同一个惯性系的(一般指一般指地面地面)；(2)Fma中，中，F、m、a对应同一个物体或同一个对应同一个物体或同一个系统；系统；(3)Fma中，各量统一使用国际单位中，各量统一使用国际单位独立性独立性(1)作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都满足作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都满足Fma(2)物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和(3)分力和加速度在各个方向上的分量也满足分力和加速度在各个方向上的分量也满足Fma即即Fxmax，Fymay2.关于瞬时加速度的两类模型关于瞬时加速度的两类模型分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是分分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是分析该时刻物体的受力情况及运动状态，再由牛析该时刻物体的受力情况及运动状态，再由牛顿第二定律求出瞬时加速度此类问题应注意顿第二定律求出瞬时加速度此类问题应注意两种基本模型的建立两种基本模型的建立(1)刚性绳刚性绳(或接触面或接触面)：一种不发生明显形变就：一种不发生明显形变就能产生弹力的物体，剪断能产生弹力的物体，剪断(或脱离或脱离)后，弹力立后，弹力立即改变或消失，不需要形变恢复时间，一般题即改变或消失，不需要形变恢复时间，一般题目中所给的细线、轻杆和接触面在不加特殊说目中所给的细线、轻杆和接触面在不加特殊说明时，均可按此模型处理明时，均可按此模型处理(2)弹簧弹簧(或橡皮绳或橡皮绳)：此种物体的特点是形变：此种物体的特点是形变量大，形变恢复需要较长时间，在瞬时问题量大，形变恢复需要较长时间，在瞬时问题中，其弹力的大小往往可以看成是不变的中，其弹力的大小往往可以看成是不变的特别提醒：特别提醒：(1)力和加速度的瞬时对应性是高力和加速度的瞬时对应性是高考的重点物体的受力情况应符合物体的运考的重点物体的受力情况应符合物体的运动状态，当外界因素发生变化动状态，当外界因素发生变化(如撤力、变如撤力、变力、断绳等力、断绳等)时，需重新进行运动分析和受时，需重新进行运动分析和受力分析，切忌想当然！力分析，切忌想当然！(2)细绳弹力可以发生突变而弹簧弹力不能发细绳弹力可以发生突变而弹簧弹力不能发生突变生突变即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1.(2011年温州十校联考年温州十校联考)如图如图321所示，物所示，物体体A、B质量均为质量均为m，中间有一轻质弹簧相连，中间有一轻质弹簧相连，A用绳悬于用绳悬于O点，当突然剪断点，当突然剪断OA绳时，关于绳时，关于A物体的加速度，下列说法正确的是物体的加速度，下列说法正确的是()图图321A0BgC2g D无法确定无法确定解析：解析：选选C.剪断绳前，绳中拉力为剪断绳前，绳中拉力为2mg，弹簧中，弹簧中的弹力为的弹力为mg向下，剪断绳后，绳中拉力突然消向下，剪断绳后，绳中拉力突然消失，而其他力不变，故物体失，而其他力不变，故物体A所受合力的大小为所受合力的大小为向下的向下的2mg，加速度为向下的，加速度为向下的2g，故，故C正确正确二、解答动力学的两类基本问题的方法和步骤二、解答动力学的两类基本问题的方法和步骤1动力学两类基本问题的分析流程图动力学两类基本问题的分析流程图2基本方法基本方法(1)明确题目中给出的物理现象和物理过程的特点，明确题目中给出的物理现象和物理过程的特点，如果是比较复杂的问题，应该明确整个物理现象是如果是比较复杂的问题，应该明确整个物理现象是由哪几个物理过程组成的，找出相邻过程的联系点，由哪几个物理过程组成的，找出相邻过程的联系点，再分别研究每一个物理过程再分别研究每一个物理过程(2)根据问题的要求和计算方法，确定研究对象进行根据问题的要求和计算方法，确定研究对象进行分析，并画出示意图图中应注明力、速度、加速分析，并画出示意图图中应注明力、速度、加速度的符号和方向对每一个力都明确施力物体和受度的符号和方向对每一个力都明确施力物体和受力物体，以免分析力时有所遗漏或无中生有力物体，以免分析力时有所遗漏或无中生有(3)应用牛顿运动定律和运动学公式求解，通应用牛顿运动定律和运动学公式求解，通常先用表示物理量的符号运算，解出所求物常先用表示物理量的符号运算，解出所求物理量的表达式，然后将已知物理量的数值及理量的表达式，然后将已知物理量的数值及单位代入，通过运算求结果单位代入，通过运算求结果3应用牛顿第二定律的解题步骤应用牛顿第二定律的解题步骤(1)明确研究对象根据问题的需要和解题的明确研究对象根据问题的需要和解题的方便，选出被研究的物体方便，选出被研究的物体(2)分析物体的受力情况和运动情况画好受力分析分析物体的受力情况和运动情况画好受力分析图，明确物体的运动性质和运动过程图，明确物体的运动性质和运动过程(3)选取正方向或建立坐标系通常以加速度的方向选取正方向或建立坐标系通常以加速度的方向为正方向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向为正方向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向(4)求合外力求合外力F合合(5)根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律F合合ma列方程求解，必要时列方程求解，必要时还要对结果进行讨论还要对结果进行讨论特别提醒：特别提醒：(1)物体的运动情况是由所受的物体的运动情况是由所受的力及物体运动的初始状态共同决定的力及物体运动的初始状态共同决定的(2)无论是哪种情况，加速度都是联系力和无论是哪种情况，加速度都是联系力和运动的运动的“桥梁桥梁”即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2.如图如图322所示，在光滑水平面上有一辆小车所示，在光滑水平面上有一辆小车A，其质量为其质量为mA2.0 kg，小车上放一个物体，小车上放一个物体B，其质，其质量为量为mB1.0 kg.如图甲所示，给如图甲所示，给B一个水平推力一个水平推力F，当当F增大到稍大于增大到稍大于3.0 N时，时，A、B开始相对滑动如开始相对滑动如果撤去果撤去F，对，对A施加一水平推力施加一水平推力F，如图乙所示要，如图乙所示要使使A、B不相对滑动，求不相对滑动，求F的最大值的最大值Fm.图图322解析：解析：根据图甲所示，设根据图甲所示，设A、B间的静摩擦力达到间的静摩擦力达到最大值最大值Ff时，系统的加速度为时，系统的加速度为a.根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律对对A、B整体有整体有F(mAmB)a，对，对A有有FfmAa，代，代入数据解得入数据解得Ff2.0 N根据图乙所示，根据图乙所示，A、B刚开刚开始滑动时系统的加速度为始滑动时系统的加速度为a，根据牛顿第二定律有，根据牛顿第二定律有FfmBa，Fm(mAmB)a，代入数据解得代入数据解得Fm6.0 N.答案：答案：6.0 N 如图如图323甲所示，一质量为甲所示，一质量为m的物体系的物体系于长度分别为于长度分别为L1、L2的两根细线上，的两根细线上，L1的一端悬的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为挂在天花板上，与竖直方向夹角为，L2水平拉水平拉直，物体处于平衡状态求解下列问题：直，物体处于平衡状态求解下列问题：经典题型探究经典题型探究瞬时加速度的计算瞬时加速度的计算图图323(1)现将线现将线L2剪断，求剪断剪断，求剪断L2的瞬间物体的加速度的瞬间物体的加速度(2)若将图甲中的细线若将图甲中的细线L1换成长度相同换成长度相同(挂挂m后后)，质，质量不计的轻弹簧，如图乙所示，其他条件不变，求量不计的轻弹簧，如图乙所示，其他条件不变，求剪断剪断L2的瞬间物体的加速度的瞬间物体的加速度【思路点拨思路点拨】弹簧弹力不能发生突变，在剪断瞬弹簧弹力不能发生突变，在剪断瞬间仍然保持原来的大小和方向；而细绳的弹力会发间仍然保持原来的大小和方向；而细绳的弹力会发生突变，在剪断瞬间会突然改变生突变，在剪断瞬间会突然改变【解析解析】(1)对图甲的情况，对图甲的情况，L2剪断的瞬间，绳剪断的瞬间，绳L1不可伸缩，物体的加速度只能沿垂直不可伸缩，物体的加速度只能沿垂直L1的方向，的方向，则：则：mgsinma1a1gsin，方向为垂直于，方向为垂直于L1斜向下斜向下(2)对图乙的情况，设弹簧上拉力为对图乙的情况，设弹簧上拉力为FT1，L2线上拉线上拉力为力为FT2，重力为，重力为mg，物体在三力作用下保持平衡，物体在三力作用下保持平衡，有有FT1cosmg，FT1sinFT2，FT2mgtan剪断线的瞬间，剪断线的瞬间，FT2突然消失，物体即在突然消失，物体即在FT2反方向反方向获得加速度因此获得加速度因此mgtanma2，所以加速度，所以加速度a2gtan，方向在，方向在FT2反方向，即水平向右反方向，即水平向右【答案答案】(1)大小为大小为gsin，方向垂直，方向垂直于于L1斜向下斜向下(2)大小为大小为gtan，方向水平向右，方向水平向右变式训练变式训练(2010年高考大纲全国卷年高考大纲全国卷)如图如图324，轻弹簧上端与一质量为轻弹簧上端与一质量为m的木块的木块1相连，下端与另一相连，下端与另一质量为质量为M的木块的木块2相连，整个系统置于水平放置的光相连，整个系统置于水平放置的光滑木板上，并处于静止状态现将木板沿水平方向滑木板上，并处于静止状态现将木板沿水平方向突然抽出，设抽出后的瞬间，木块突然抽出，设抽出后的瞬间，木块1、2的加速度大的加速度大小分别为小分别为a1、a2.重力加速度大小为重力加速度大小为g.则有则有()图图324 (2011年效实中学高三月考年效实中学高三月考)如图如图325所所示，质量为示，质量为m的人站在自动扶梯上，扶梯正以加的人站在自动扶梯上，扶梯正以加速度速度a向上减速运动，向上减速运动，a与水平方向的夹角为与水平方向的夹角为.求求人所受到的支持力和摩擦力人所受到的支持力和摩擦力正交分解法的应用正交分解法的应用图图325【解析解析】法一：以人为研究对象，他站在减速上法一：以人为研究对象，他站在减速上升的电梯上，受到竖直向下的重力升的电梯上，受到竖直向下的重力mg和竖直向上的和竖直向上的支持力支持力FN，还受到水平方向的静摩擦力，还受到水平方向的静摩擦力F静静，由于，由于物体斜向下的加速度有一个水平向左的分量，故可物体斜向下的加速度有一个水平向左的分量，故可判断静摩擦力的方向水平向左，人受力如图判断静摩擦力的方向水平向左，人受力如图326甲所示，建立如图所示的坐标系，并将加速度分甲所示，建立如图所示的坐标系，并将加速度分解为水平方向加速度解为水平方向加速度ax和竖直方向加速度和竖直方向加速度ay，如图，如图326乙所示，则乙所示，则axacos，ayasin.图图326由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得F静静max，mgFNmay，解得解得F静静macos，FNm(gasin)法二：以人为研究对象，受力分析如图法二：以人为研究对象，受力分析如图327所所示因摩擦力示因摩擦力F为待求，且必沿水平方向，设为水为待求，且必沿水平方向，设为水平向右建立如图所示坐标系，并规定正方向平向右建立如图所示坐标系，并规定正方向图图327根据牛顿第二定律得根据牛顿第二定律得x方向：方向：mgsinFNsinFcosmay方向：方向：mgcosFsinFNcos0由两式可解得由两式可解得FNm(gasin)，Fmacos.F为负值，说明摩擦力的实际方向与假设为负值，说明摩擦力的实际方向与假设方向相反，为水平向左方向相反，为水平向左【答案答案】见解析见解析【方法技巧方法技巧】(1)对受多个力作用的物体应用对受多个力作用的物体应用牛顿第二定律时，常用的方法是正交分解，分牛顿第二定律时，常用的方法是正交分解，分解时，可以分解力，也可以分解加速度解时，可以分解力，也可以分解加速度(2)判断静摩擦力的方向、计算静摩擦力的大小判断静摩擦力的方向、计算静摩擦力的大小时，若物体处于平衡状态，则可根据平衡条件时，若物体处于平衡状态，则可根据平衡条件判断静摩擦力的方向，计算摩擦力的大小；若判断静摩擦力的方向，计算摩擦力的大小；若物体有加速度，则应根据牛顿第二定律判断静物体有加速度，则应根据牛顿第二定律判断静摩擦力的方向，并计算其大小摩擦力的方向，并计算其大小 (满分样板满分样板14分分)(2010年高考安徽理综卷年高考安徽理综卷)质量为质量为2 kg的物体在水平推力的物体在水平推力F的作用下沿水平面的作用下沿水平面做直线运动，一段时间后撤去做直线运动，一段时间后撤去F，其运动的，其运动的vt图图象如图象如图328所示所示g取取10 m/s2，求：，求：牛顿第二定律与牛顿第二定律与vt图象图象图图328(1)物体与水平面间的动摩擦因数；物体与水平面间的动摩擦因数；(2)水平推力水平推力F的大小；的大小；(3)010 s内物体运动位移的大小内物体运动位移的大小【思路点拨思路点拨】先根据先根据vt图象求出物体的加图象求出物体的加速度，再应用牛顿第二定律列方程即可速度，再应用牛顿第二定律列方程即可【答案答案】(1)0.2(2)6 N(3)46 m【名师归纳名师归纳】牛顿第二定律与牛顿第二定律与vt图象相结图象相结合的问题，一般先由合的问题，一般先由vt图象分析物体的加速图象分析物体的加速度及其变化规律，再由牛顿第二定律列方程求度及其变化规律，再由牛顿第二定律列方程求解问题，或者先由牛顿第二定律分析加速度及解问题，或者先由牛顿第二定律分析加速度及其变化规律，再作出其变化规律，再作出vt图象图象