2019版高考物理总复习 第三章 牛顿运动定律 基础课2 牛顿第二定律 两类动力学问题课件.ppt

基础课2牛顿第二定律两类动力学问题 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 1 只适用于参考系 相对地面静止或运动的参考系 2 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 知识排查 正比 反比 作用力 ma 惯性 匀速直线 宏观 单位制 1 单位制由和一起组成了单位制 2 基本单位基本物理量的单位 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 基本单位 导出单位 质量 长度 时间 kg m s 基本单位 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 具体逻辑关系如下 两类动力学问题 运动情况 受力情况 加速度 牛顿第二定律 1 思考判断 小题速练 1 对静止在光滑水平面上的物体施加一个水平力 当力刚作用瞬间 物体立即获得加速度 2 F ma是矢量式 a的方向与F的方向相同 与速度方向无关 3 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 4 物体所受合外力减小 加速度一定减小 速度也一定减小 答案 1 2 3 4 2 多选 下列哪些物理量的单位是导出单位 A 力的单位NB 压强的单位PaC 长度的单位mD 加速度的单位m s2答案ABD 3 人教版必修1 P86 例2改编 如图1所示 截面为直角三角形的木块置于粗糙的水平地面上 其倾角 30 斜面长为7m 现木块上有一质量为m 1 0kg的滑块从斜面顶端下滑 测得滑块在0 40s内速度增加了1 4m s 且知滑块滑行过程中木块处于静止状态 重力加速度g取10m s2 求 1 滑块滑行过程中受到的摩擦力大小 2 滑块滑到木块底部时的速度大小 图1 答案 1 1 5N 2 7m s 牛顿第二定律的理解和应用 1 牛顿第二定律的性质 2 合力 加速度 速度的关系 1 多选 下列关于速度 加速度 合外力之间的关系 正确的是 A 物体的速度越大 则加速度越大 所受的合外力也越大B 物体的速度为0 则加速度为0 所受的合外力也为0C 物体的速度为0 但加速度可能很大 所受的合外力也可能很大D 物体的速度很大 但加速度可能为0 所受的合外力也可能为0解析物体的速度大小和加速度大小没有必然联系 一个很大 另一个可以很小 甚至为0 物体所受合外力的大小决定加速度的大小 同一物体所受合外力越大 加速度一定也越大 故选项C D正确 答案CD 2 如图2所示 一木块在光滑水平面上受一个恒力F作用而运动 前方固定一个轻质弹簧 当木块接触弹簧后 下列判断正确的是 A 木块将立即做匀减速直线运动B 木块将立即做变减速直线运动C 在弹簧弹力大小等于恒力F时 木块的速度最大D 在弹簧压缩量最大时 木块的加速度为零答案C 图2 3 2017 上海单科 如图3 在匀强电场中 悬线一端固定于地面 另一端拉住一个带电小球 使之处于静止状态 忽略空气阻力 当悬线断裂后 小球将做 A 曲线运动B 匀速直线运动C 匀加速直线运动D 变加速直线运动 解析在悬线断裂前 小球受重力 电场力和悬线拉力作用而处于平衡状态 故重力与电场力的合力与拉力等值反向 悬线断裂后 小球所受重力与电场力的合力大小 方向均不变 故小球将沿原来悬线拉力的反方向做匀加速直线运动 选项C正确 答案C 图3 牛顿第二定律的瞬时性 两种模型 典例 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4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 A a1 g a2 gB a1 0 a2 2gC a1 g a2 0D a1 2g a2 0 审题关键点 两条轻绳连接 剪断轻绳的瞬间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 图4 拓展延伸1 把 轻绳 换成 轻弹簧 在 典例 中只将A B间的轻绳换成轻质弹簧 其他不变 如图5所示 则 典例 选项中正确的是 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 图5 拓展延伸2 改变平衡状态的呈现方式把 拓展延伸1 的题图放置在倾角为 30 的光滑斜面上 如图6所示 系统静止时 弹簧与细线均平行于斜面 在细线被烧断的瞬间 则下列说法正确的是 图6 解析细线被烧断的瞬间 小球B的受力情况不变 加速度为0 烧断前 分析整体受力可知线的拉力为T 2mgsin 烧断瞬间 A受的合力沿斜面向下 大小为2mgsin 所以A球的瞬时加速度为aA 2gsin30 g 故选项B正确 答案B 1 求解瞬时加速度的一般思路 2 加速度可以随着力的突变而突变 而速度的变化需要一个积累的过程 不会发生突变 1 如图7 质量为1 5kg的物体A静止在竖直的轻弹簧上 质量为0 5kg的物体B由细线悬挂在天花板上 B与A刚好接触但不挤压 现突然将细线剪断 则剪断后瞬间A B间的作用力大小为 g取10m s2 A 0B 2 5NC 5ND 3 75N 图7 解析当细线剪断瞬间 细线的弹力突然变为零 则B物体与A物体突然有了相互作用的弹力 此时弹簧形变仍不变 对A B整体受力分析可知 整体受重力G mA mB g 20N 弹力为F mAg 15N 由牛顿第二定律G F mA mB a 解得a 2 5m s2 对B受力分析 B受重力和A对B的弹力F1 对B有mBg F1 mBa 可得F1 3 75N 选项D正确 答案D 2 多选 如图8所示 A B C三球的质量均为m 轻质弹簧一端固定在斜面顶端 另一端与A球相连 A B间由一轻质细线连接 B C间由一轻杆相连 倾角为 的光滑斜面固定在地面上 弹簧 细线与轻杆均平行于斜面 初始系统处于静止状态 细线被烧断的瞬间 下列说法正确的是 A A球的加速度沿斜面向上 大小为gsin B C球的受力情况未变 加速度为0C B C两球的加速度均沿斜面向下 大小均为gsin D B C之间杆的弹力大小为0 图8 解析初始系统处于静止状态 把B C看成整体 B C受重力2mg 斜面的支持力FN 细线的拉力FT 由平衡条件可得FT 2mgsin 对A进行受力分析 A受重力mg 斜面的支持力 弹簧的拉力F弹和细线的拉力FT 由平衡条件可得F弹 FT mgsin 3mgsin 细线被烧断的瞬间 拉力会突变为零 弹簧的弹力不变 根据牛顿第二定律得A球的加速度沿斜面向上 大小a 2gsin 选项A错误 细线被烧断的瞬间 把B C看成整体 根据牛顿第二定律得B C球的加速度a gsin 均沿斜面向下 选项B错误 C正确 对C进行受力分析 C受重力mg 杆的弹力F和斜面的支持力 根据牛顿第二定律得mgsin F ma 解得F 0 所以B C之间杆的弹力大小为0 选项D正确 答案CD 1 解决动力学两类问题的两个关键点 2 解决动力学基本问题的处理方法 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 动力学的两类基本问题 典例 如图9所示 在建筑装修中 工人用质量为5 0kg的磨石A对地面和斜壁进行打磨 已知A与地面 A与斜壁之间的动摩擦因数 均相同 g取10m s2且sin37 0 6 cos37 0 8 图9 1 当A受到与水平方向成 37 斜向下的推力F1 50N打磨地面时 A恰好在水平地面上做匀速直线运动 求A与地面间的动摩擦因数 2 若用A对倾角 37 的斜壁进行打磨 当对A加竖直向上推力F2 60N时 则磨石A从静止开始沿斜壁向上运动2m 斜壁长 2m 时的速度大小为多少 解析 1 A恰好在水平地面上做匀速直线运动 滑动摩擦力等于推力的水平分力 2 将重力及向上的推力合成后 将二者的合力向垂直于斜面方向及沿斜面方向分解 在沿斜面方向有 F2 mg cos Ff1 ma 在垂直斜面方向上有 FN F2 mg sin 则Ff1 F2 mg sin 答案 1 0 5 2 2m s 两类动力学问题的解题步骤 1 2018 徐州质检 多选 如图10所示 质量为m 1kg的物体与水平地面之间的动摩擦因数为0 3 当物体运动的速度为10m s时 给物体施加一个与速度方向相反的大小为F 2N的恒力 在此恒力作用下 取g 10m s2 A 物体经10s速度减为零B 物体经2s速度减为零C 物体速度减为零后将保持静止D 物体速度减为零后将向右运动 图10 答案BC 2 2017 南宁模拟 如图11所示 航空母舰上的起飞跑道由长度为l1 1 6 102m的水平跑道和长度为l2 20m的倾斜跑道两部分组成 水平跑道与倾斜跑道末端的高度差h 4 0m 一架质量为m 2 0 104kg的飞机 其喷气发动机的推力大小恒为F 1 2 105N 方向与速度方向相同 在运动过程中飞机受到的平均阻力大小为飞机重力的0 1倍 假设航母处于静止状态 飞机质量视为不变并可看成质点 取g 10m s2 1 求飞机在水平跑道运动的时间及到达倾斜跑道末端时的速度大小 2 为了使飞机在倾斜跑道的末端达到起飞速度100m s 外界还需要在整个水平跑道对飞机施加助推力 求助推力F推的大小 图11 解析 1 飞机在水平跑道上运动时 水平方向受到推力与阻力作用 设加速度大小为a1 末速度大小为v1 运动时间为t1 有F合 F Ff ma1 v1 a1t1 注意到v0 0 Ff 0 1mg 代入已知数据可得a1 5 0m s2 v1 40m s t1 8 0s 飞机在倾斜跑道上运动时 沿倾斜跑道受到推力 阻力与重力沿斜面分力作用 设沿斜面方向的加速度大小为a2 末速度大小为v2 沿斜面方向有F合 F Ff mgsin ma2 注意到v1 40m s 代入已知数据可得a2 3 0m s2 2 飞机在水平跑道上运动时 水平方向受到推力 助推力与阻力作用 设加速度大小为a1 末速度大小为v1 有F合 F推 F Ff ma1 飞机在倾斜跑道上运动时 沿倾斜跑道受到推力 阻力与重力沿斜面分力作用没有变化 加速度大小仍有a2 3 0m s2v2 2 v1 2 2a2 l2根据题意 v2 100m s 代入数据解得F推 5 2 105N 答案 1 8 0s41 5m s 2 5 2 105N 光滑斜面模型和等时圆模型 模型建构能力的培养 模型一光滑斜面模型如图12所示 质量为m的物体从倾角为 高度为h的光滑斜面顶端由静止下滑 则有如下规律 图12 例1 如图13所示 一物体分别从高度相同 倾角不同的三个光滑斜面顶端由静止开始下滑 下列说法正确的是 A 滑到底端时的速度相同B 滑到底端所用的时间相同C 在倾角为30 的斜面上滑行的时间最短D 在倾角为60 的斜面上滑行的时间最短解析由规律 2 可知物体从高度相同的斜面滑到底端时的速度大小相同 但方向不同 选项A错误 由规律 1 可知物体在倾角 60 的斜面上滑行时间最短 选项D正确 答案D 图13 针对训练1 一间新房即将建成 现要封顶 若要求下雨时落至房顶的雨滴能最快地淌离房顶 假设雨滴沿房顶下淌时做无初速度 无摩擦的运动 则必须要设计好房顶的高度 下列四种情况中最符合要求的是 解析如图 设房顶宽为2b 高度为h 斜面倾角为 由图中几何关系有h btan 答案C 模型二衍生模型 等时圆模型1 模型特征 1 质点从竖直圆环上沿不同的光滑弦上端由静止开始滑到环的最低点所用时间相等 如图甲所示 2 质点从竖直圆环上最高点沿不同的光滑弦由静止开始滑到下端所用时间相等 如图乙所示 3 两个竖直圆环相切且两环的竖直直径均过切点 质点沿不同的光滑弦上端由静止开始滑到下端所用时间相等 如图丙所示 2 思维模板 例2 如图14所示 位于竖直平面内的圆周与水平面相切于M点 与竖直墙相切于点A 竖直墙上另一点B与M的连线和水平面的夹角为60 C是圆环轨道的圆心 已知在同一时刻 甲 乙两球分别从A B两点由静止开始沿光滑倾斜直轨道运动到M点 丙球由C点自由下落到M点 则 A 甲球最先到达M点B 乙球最先到达M点C 丙球最先到达M点D 三个球同时到达M点 图14 答案C 针对训练2 如图15所示 固定支架ACB AC竖直 AB为光滑钢丝 AC BC l 一穿在钢丝中的小球从A点静止出发 则它滑到B点的时间t为 答案C 图15