高考物理一轮复习 第3章 牛顿运动定律 基础课时7 牛顿第二定律 两类动力学问题课件.ppt

基础课时7牛顿第二定律两类动力学问题 知识梳理 知识点一 牛顿第二定律单位制1 牛顿第二定律 1 内容物体加速度的大小跟作用力成 跟物体的质量成 加速度的方向与 方向相同 2 表达式 F 3 适用范围 只适用于 参考系 相对地面静止或 运动的参考系 只适用于 物体 相对于分子 原子 低速运动 远小于光速 的情况 正比 反比 作用力 ma 惯性 匀速直线 宏观 2 单位制 1 单位制由 和 一起组成了单位制 2 基本单位 的单位 力学中的基本量有三个 它们分别是 和 它们的国际单位分别是 和 3 导出单位由 根据物理关系推导出来的其他物理量的单位 基本物理量 质量 长度 时间 kg m s 基本单位 基本单位 导出单位 思考 如图1所示 小强自己拉车子时 无论怎么用力也难以拉动 最后在小红的帮助下 他们才将车子拉着前进 图1 1 根据牛顿第二定律 有力作用就产生加速度 为什么小强用力拉车时车子不动呢 小强的拉力不产生加速度吗 2 小强和小红一起用力的瞬间 车子是否马上获得加速度 是否马上获得速度 知识点二 两类动力学问题1 动力学的两类基本问题 第一类 已知受力情况求物体的 第二类 已知运动情况求物体的 2 解决两类基本问题的方法 以 为 桥梁 由运动学公式和 列方程求解 具体逻辑关系如图 运动情况 受力情况 加速度 牛顿第二定律 思考 如图2所示 质量为m的物体在水平面上从速度vA均匀减为vB的过程中前进的距离为x 图2 1 物体做什么运动 能求出它的加速度吗 2 物体受几个力作用 能求出它受到的摩擦力吗 知识点三 超重和失重1 超重 1 定义 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 物体所受重力的现象 2 产生条件 物体具有 的加速度 2 失重 1 定义 物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 物体所受重力的现象 2 产生条件 物体具有 的加速度 3 完全失重 1 定义 物体对支持物的压力 或对竖直悬挂物的拉力 的现象称为完全失重现象 2 产生条件 物体的加速度a 方向竖直向下 大于 向上 小于 向下 等于零 g 诊断自测 1 多选 下列说法正确的是 A 物体只有在受力的前提下才会产生加速度 因此 加速度的产生要滞后于力的作用B F ma是矢量式 a的方向与F的方向相同 与速度方向无关C 物体所受的合外力减小 加速度一定减小 而速度不一定减小D 物理公式不仅确定了物理量之间的数量关系 同时也确定了物理量间的单位关系答案BCD 2 关于超重和失重的下列说法中 正确的是 A 超重就是物体所受的重力增大了 失重就是物体所受的重力减小了B 物体做自由落体运动时处于完全失重状态 所以做自由落体运动的物体不受重力作用C 物体具有向上的速度时处于超重状态 物体具有向下的速度时处于失重状态D 物体处于超重或失重状态时 物体的重力始终存在且不发生变化 解析物体具有向上的加速度时处于超重状态 具有向下的加速度时处于失重状态 超重和失重并非物体的重力发生变化 而是物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力发生了变化 综上所述 A B C错误 D正确 答案D 3 多选 关于力与运动的关系 下列说法正确的是 A 物体的速度不断增大 表示物体必受力的作用B 物体的位移不断增大 表示物体必受力的作用C 若物体的位移与时间的平方成正比 表示物体必受力的作用D 物体的速率不变 则其所受合力必为零解析物体的速度不断增大 表明物体有加速度 所以A正确 物体匀速运动也会导致位移增大 故B错误 位移与时间的平方成正比表明物体在做加速运动 所以C正确 若物体的速率不变 但速度方向改变 则物体仍然有加速度 合力不为零 故D错误 答案AC 4 如图3所示 质量m 10kg的物体在水平面上向左运动 物体与水平面间的动摩擦因数为0 2 与此同时物体受到一个水平向右的推力F 20N的作用 则物体产生的加速度是 g取10m s2 图3A 0B 4m s2 水平向右C 2m s2 水平向左D 2m s2 水平向右 答案B 5 一个木块以某一水平初速度自由滑上粗糙的水平面 在水平面上运动的v t图象如图4所示 已知重力加速度为g 则根据图象不能求出的物理量是 图4A 木块的位移B 木块的加速度C 木块所受摩擦力D 木块与桌面间的动摩擦因数 解析位移可由图象与时间轴所围的面积求出 由v t图线的斜率可求出加速度a 由牛顿第二定律知 a g 故动摩擦因数 也可求出 由于不知木块的质量 故不能求出木块所受摩擦力 答案C 考点一牛顿第二定律的理解 例1 一质点受多个力的作用 处于静止状态 现使其中一个力的大小逐渐减小到零 再沿原方向逐渐恢复到原来的大小 在此过程中 其他力保持不变 则质点的加速度大小a和速度大小v的变化情况是 A a和v都始终增大B a和v都先增大后减小C a先增大后减小 v始终增大D a和v都先减小后增大 解析质点受多个力作用而处于静止状态 则其中任意一个力与其他各个力的合力等大反向 使其中一个力大小逐渐减小到零的过程中 质点受到的合力不断增大且合力方向与这个力的方向相反 质点做加速度不断增大的变加速运动 当这个力减小为零时 质点的加速度达到最大值 此时速度增加得越快 当这个力又沿原方向逐渐恢复的过程中 质点受到的合力不断减小 质点的加速度也不断减小 但加速度与速度仍同向 质点开始做加速度不断减小的变加速运动 当这个力恢复到原来大小时 质点受到的合外力为零 加速度减小到零 质点的速度达到最大值 C正确 答案C 变式训练 1 如图5所示 弹簧左端固定 右端自由伸长到O点并系住质量为m的物体 现将弹簧压缩到A点 然后释放 物体可以一直运动到B点 如果物体受到的阻力恒定 则 图5A 物体从A到O先加速后减速B 物体从A到O做加速运动 从O到B做减速运动C 物体运动到O点时 所受合力为零D 物体从A到O的过程中 加速度逐渐减小 解析物体从A到O 初始阶段受到的向右的弹力大于阻力 合力向右 随着物体向右运动 弹力逐渐减小 合力逐渐减小 由牛顿第二定律可知 加速度向右且逐渐减小 由于加速度与速度同向 物体的速度逐渐增大 当物体向右运动至AO间某点 设为点O 时 弹力减小到与阻力相等 物体所受合力为零 加速度为零 速度达到最大 此后 随着物体继续向右运动 弹力继续减小 阻力大于弹力 合力方向变为向左 至O点时弹力减为零 此后弹力向左且逐渐增大 所以物体越过O 点后 合力 加速度 方向向左且逐渐增大 由于加速度与速度反向 故物体做加速度逐渐增大的减速运动 综合以上分析 只有选项A正确 答案A 考点二牛顿第二定律的瞬时性加速度与合外力具有瞬时对应关系 二者总是同时产生 同时变化 同时消失 具体可简化为以下两种模型 例2 两个质量均为m的小球 用两条轻绳连接 处于平衡状态 如图6所示 现突然迅速剪断轻绳OA 让小球下落 在剪断轻绳的瞬间 设小球A B的加速度分别用a1和a2表示 则 图6 A a1 g a2 gB a1 0 a2 2gC a1 g a2 0D a1 2g a2 0解析由于绳子张力可以突变 故剪断OA后小球A B只受重力 其加速度a1 a2 g 故选项A正确 答案A 拓展延伸 在 例2 中只将A B间的轻绳换成轻质弹簧 其他不变 如图7所示 则正确的选项是 图7 解析剪断轻绳OA后 由于弹簧弹力不能突变 故小球A所受合力为2mg 小球B所受合力为零 所以小球A B的加速度分别为a1 2g a2 0 故选项D正确 答案D 规律方法抓住 两关键 遵循 四步骤 1 分析瞬时加速度的 两个关键 分析瞬时前 后的受力情况和运动状态 明确绳或线类 弹簧或橡皮条类模型的特点 2 四个步骤 第一步 分析原来物体的受力情况 第二步 分析物体在突变时的受力情况 第三步 由牛顿第二定律列方程 第四步 求出瞬时加速度 并讨论其合理性 变式训练 2 如图8所示 物块1 2间用刚性轻质杆连接 物块3 4间用轻质弹簧相连 物块1 3质量为m 物块2 4质量为M 两个系统均置于水平放置的光滑木板上 并处于静止状态 现将两木板沿水平方向突然抽出 设抽出后的瞬间 物块1 2 3 4的加速度大小分别为a1 a2 a3 a4 重力加速度大小为g 则有 图8 答案C 考点三动力学两类基本问题1 解决两类动力学基本问题应把握的关键 1 两类分析 物体的受力分析和物体的运动过程分析 2 一个 桥梁 物体运动的加速度是联系运动和力的桥梁 2 解决动力学基本问题时对力的处理方法 1 合成法 在物体受力个数较少 2个或3个 时一般采用 合成法 2 正交分解法 若物体的受力个数较多 3个或3个以上 则采用 正交分解法 例3 如图9所示 在倾角 37 的足够长的固定斜面上 有一质量m 1kg的物体 物体与斜面间的动摩擦因数 0 2 物体受到沿平行于斜面方向向上的轻绳的拉力F 9 6N的作用 从静止开始运动 经2s绳子突然断了 求绳断后经多长时间物体速度的大小达到22m s sin37 0 6 取g 10m s2 图9 读题 完成运动过程分析 1 物体在最初2s内做初速度为零的匀加速直线运动 第一个过程 2 绳子断了以后 物体做匀减速直线运动到速度减为零 第二个过程 3 从最高点开始物体沿斜面向下做初速度为零的匀加速直线运动 第三个过程 再读题 完成 大题小做 答案 解析第一过程 在最初2s内 物体在F 9 6N的拉力作用下 从静止开始沿斜面做匀加速直线运动 受力分析如图甲所示 甲沿斜面方向有F mgsin37 Ff ma1 沿垂直斜面方向有FN mgcos37 且Ff FN 2s末绳断时 物体的瞬时速度v1 a1t1 4m s第二过程 从撤去F到物体继续沿斜面向上运动达到速度为零的过程 设此过程物体运动时间为t2 加速度大小为a2 乙沿斜面方向有mgsin37 Ff ma2 根据运动学公式得v1 a2t2 由 得t2 0 53s 第三过程 物体从运动的最高点沿斜面下滑 设第三阶段物体加速度大小为a3 所需时间为t3 由对物体的受力分析得mgsin37 Ff ma3 丙由运动学公式得v3 a3t3 由 得t3 5s综上所述 从绳断到物体速度达到22m s所经历的总时间t t2 t3 0 53s 5s 5 53s 答案5 53s 方法提炼两类动力学问题的解题步骤 变式训练 3 2016 江西重点中学六校联考 如图10所示 一个竖直固定在地面上的透气圆筒 筒中有一劲度系数为k的轻弹簧 其下端固定 上端连接一质量为m的薄滑块 圆筒内壁涂有一层新型智能材料 ER流体 它对滑块的阻力可调 滑块静止时 ER流体对其阻力为零 此时弹簧的长度为L 现有一质量也为m 可视为质点 的物体在圆筒正上方距地面2L处自由下落 与滑块碰撞 碰撞时间极短 后粘在一起 并以物体碰前瞬间速度的一半向下运动 ER流体对滑块的阻力随滑块下移而变化 使滑块做匀减速运动 当下移距离为d时 速度减小为物体与滑块碰撞前瞬间速度的四分之一 取重力加速度为g 忽略空气阻力 试求 图10 1 物体与滑块碰撞前瞬间的速度大小 2 滑块向下运动过程中的加速度大小 3 当下移距离为d时 ER流体对滑块的阻力大小 考点四对超重和失重的理解与应用1 超重 失重和完全失重比较 2 对超重和失重的进一步理解 1 超重并不是重力增加了 失重并不是重力减小了 完全失重也不是重力完全消失了 在发生这些现象时 物体的重力依然存在 且不发生变化 只是物体对支持物的压力 或对悬挂物的拉力 发生了变化 即 视重 发生变化 2 只要物体有向上或向下的加速度 物体就处于超重或失重状态 与物体向上运动还是向下运动无关 3 尽管物体的加速度不是在竖直方向 但只要其加速度在竖直方向上有分量 物体就会处于超重或失重状态 例4 如图11所示是某同学站在力传感器上 做下蹲 起立的动作时记录的力随时间变化的图线 纵坐标为力 单位为N 横坐标为时间 单位为s 由图可知 该同学的体重约为650N 除此以外 还可以得到的信息有 图11 A 该同学做了两次下蹲 起立的动作B 该同学做了一次下蹲 起立的动作 且下蹲后约2s起立C 下蹲过程中人处于失重状态D 下蹲过程中人先处于超重状态后处于失重状态解析在3 4s下蹲过程中 先向下加速再向下减速 故人先处于失重状态后处于超重状态 在6 7s起立过程中 先向上加速再向上减速 故人先处于超重状态后处于失重状态 选项A C D错误 B正确 答案B 方法提炼超重和失重现象判断的 三 技巧 1 从受力的角度判断 当物体所受向上的拉力 或支持力 大于重力时 物体处于超重状态 小于重力时处于失重状态 等于零时处于完全失重状态 2 从加速度的角度判断 当物体具有向上的加速度时处于超重状态 具有向下的加速度时处于失重状态 向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态 3 从速度变化的角度判断 物体向上加速或向下减速时 超重 物体向下加速或向上减速时 失重 变式训练 4 2014 北京理综 18 应用物理知识分析生活中的常见现象 可以使物理学习更加有趣和深入 例如平伸手掌托起物体 由静止开始竖直向上运动 直至将物体抛出 对此现象分析正确的有 A 手托物体向上运动的过程中 物体始终处于超重状态B 手托物体向上运动的过程中 物体始终处于失重状态C 在物体离开手的瞬间 物体的加速度大于重力加速度D 在物体离开手的瞬间 手的加速度大于重力加速度 解析物体由静止开始向上运动时 物体和手掌先一起加速向上 物体处于超重状态 之后物体和手掌分离前 应减速向上 物体处于失重状态 故A B均错误 当物体离开手的瞬间 物体只受重力 此时物体的加速度等于重力加速度 选项C错误 手和物体分离之前速度相同 分离之后手速度的变化量比物体速度的变化量大 物体离开手的瞬间 手的加速度大于重力加速度 所以选项D正确 答案D 1 下列实例属于超重现象的是 A 汽车驶过拱形桥顶端时B 火箭点火后加速升空时C 跳水运动员被跳板弹起 离开跳板向上运动时D 体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时 解析发生超重现象时 物体的加速度方向竖直向上 汽车驶过拱形桥顶端时 其向心加速度竖直向下指向圆心 汽车处于失重状态 A错误 火箭点火后加速升空 加速度竖直向上 处于超重状态 B正确 跳水运动员离开跳板向上运动时 只受重力 运动员处于完全失重状态 C错误 体操运动员握住单杠在空中不动时 运动员处于平衡状态 D错误 答案B 2 如图12所示 水平面上B点左侧是光滑的 B点右侧是粗糙的 把质量为m1和m2的两个小物块 可看作质点 放在B点左侧的光滑水平面上 相距L 它们以相同的速度向右运动 先后进入表面粗糙的水平面 最后停止运动 它们与粗糙水平面间的动摩擦因数相同 静止后两个小物块间的距离为x 则有 图12A 若m1 m2 则x LB 若m1 m2 则x LC 若m1 m2 则x LD 无论m1 m2的大小关系如何 都有x 0 解析根据牛顿第二定律可知 两个小物块在B点右侧运动时的加速度相同 即a g 而且两个小物块到达B点时的速度相同 又v2 2ax 那么它们在B点右侧粗糙的水平面上的位移相同 所以无论m1 m2的大小关系如何 都有x 0 答案D 3 如图13所示 A B两球质量相等 光滑斜面的倾角为 图甲中 A B两球用轻弹簧相连 图乙中A B两球用轻质杆相连 系统静止时 挡板C与斜面垂直 轻弹簧 轻杆均与斜面平行 则在突然撤去挡板的瞬间有 图13A 两图中两球加速度均为gsin B 两图中A球的加速度均为零C 图乙中轻杆的作用力一定不为零D 图甲中B球的加速度是图乙中B球加速度的2倍 解析撤去挡板前 挡板对B球的弹力大小为2mgsin 因弹簧弹力不能突变 而杆的弹力会突变 所以撤去挡板瞬间 图甲中A球所受合力为零 加速度为零 B球所受合力为2mgsin 加速度为2gsin 图乙中杆的弹力突变为零 A B球所受合力均为mgsin 加速度均为gsin 可知只有D正确 答案D 4 如图14所示 质量为M的框架放在水平地面上 一轻质弹簧上端固定在框架上 下端拴着一质量为m的小球 小球上下振动时 框架始终没有跳起 当框架对地面的压力为零的瞬间 小球的加速度大小为 图14 答案C 5 2016 江苏南京模拟 如图15为一条平直公路中的两段 其中A点左边的路段为足够长的柏油路面 A点右边路段为水泥路面 已知汽车轮胎与柏油路面的动摩擦因数为 1 与水泥路面的动摩擦因数为 2 当汽车以速度v0沿柏油路面行驶时 若刚过A点时紧急刹车后 车轮立即停止转动 汽车要滑行一段距离到B处才能停下 若该汽车以速度2v0在柏油路面上行驶 突然发现B处有障碍物 需在A点左侧的柏油路段上某处紧急刹车 若最终汽车刚好撞不上障碍物 求 重力加速度为g 图15 1 水泥路面AB段的长度 2 在第二种情况下汽车运动了多长时间才停下 解析 1 水泥路面上运动的加速度为a1 则 2mg ma1 小结巧记1个定律 牛顿第二定律2个概念 超重 失重1种方法 解决动力学问题的基本方法1种思想方法 整体法与隔离法2种模型 刚性绳模型 弹簧模型3个热点 牛顿第二定律的理解 牛顿第二定律的瞬时性问题 动力学的两类基本问题