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1、2022高中物理 第四章 牛頓運動定律 4.5 深入理解牛頓第二定律學(xué)案 新人教版必修1
一、 考點突破
此部分內(nèi)容在高考物理中的要求如下:
知識點
考綱要求
題型
分值
牛頓第二定律
理解牛頓第二定律的內(nèi)容、表達(dá)式及性質(zhì)
各題型均有涉及
6~15分
二、重難點提示
重點:牛頓第二定律的內(nèi)容的理解。
難點:牛頓第二定律的應(yīng)用。
1. 牛頓第二定律的內(nèi)容:物體加速度的大小跟它所受到的作用力成正比,跟它的質(zhì)量成反比,加速度的方向與作用力的方向相同。
2. 牛頓第二定律的表達(dá)式:F=ma,F(xiàn)與a具有瞬時對應(yīng)關(guān)系。
【重要提示】牛頓第二定律的適用范圍
2、①只適用于慣性參考系,即相對于地面靜止或勻速直線運動的參考系;
②只適用于解決宏觀物體的低速運動問題,不能用來處理微觀粒子的高速運動問題。
3. 力學(xué)單位制
(1)單位制由基本單位和導(dǎo)出單位共同組成;
(2)力學(xué)單位制中的基本單位有質(zhì)量(kg)、長度(m)和時間(s);
(3)導(dǎo)出單位有N、m/s、m/s2等。
例題1 在光滑的水平面上做勻加速直線運動的物體,當(dāng)它所受的合力逐漸減小而方向不變時,物體的( )
A. 加速度越來越大,速度越來越大 B. 加速度越來越小,速度越來越小
C. 加速度越來越大,速度越來越小 D. 加速度越來越小,速度越來越
3、大
思路分析:開始時物體做勻加速直線運動,說明合力方向與速度方向相同。當(dāng)合力逐漸減小時,根據(jù)牛頓第二定律可知,物體的加速度在逐漸減小。但合力的方向始終與物體運動的方向相同,物體仍做加速運動,速度仍在增加,只是單位時間內(nèi)速度的增加量在減小,即速度增加得慢了。正確選項為D。
答案:D
例題2 如圖所示,一輕質(zhì)彈簧一端固定在墻上的O點,自由伸長到B點。用一小物體m把彈簧壓縮到A點(m與彈簧不連接),然后釋放,小物體經(jīng)B點脫離彈簧后運動到C點而靜止。小物體m與水平面間的動摩擦因數(shù)μ恒定,則下列說法中正確的是( )
A. 物體從A到B速度越來越大 B. 物體從A到B速
4、度先增加后減小
C. 物體從A到B加速度越來越小 D. 物體從A到B加速度先減小后增加
思路分析:物體從A到B的過程中水平方向一直受到向左的滑動摩擦力Ff=μmg,大小不變;還一直受到彈簧向右的彈力,從最大值逐漸減小為0。開始時,彈力大于摩擦力,合力向右,物體向右加速,隨著彈力的減小,合力越來越小,加速度也逐漸減?。坏紸、B間的某一位置時,彈力和摩擦力大小相等、方向相反,合力為0,加速度也為0,速度達(dá)到最大;隨后,摩擦力大于彈力,合力與加速度增大但方向向左,合力方向與速度方向相反,物體開始做減速運動。所以,小物體由A到B的過程中,先做加速度減小的加速運動,后做加速度增加的減速運動
5、,正確選項為B、D。
答案:BD
例題3 轎車的加速度大小是衡量轎車加速性能的一項重要指標(biāo),近年來,一些高級轎車的設(shè)計師在關(guān)注轎車加速度的同時,提出了一個新的概念,叫做“加速度的變化率”,用“加速度的變化率”這一新的概念來描述轎車加速度隨時間變化的快慢。轎車的加速度變化率越小,乘坐轎車的人感覺越舒適。下面四個單位中,適合做加速度變化率單位的是( ?。?
A. m/s B. m/s2 C. m/s3 D. m/s4
思路分析:,故速度單位為:米/秒;
,故速度變化量的單位為:米/秒;
,故速度變化率的單位為:米/秒2;
,故加速度變化率的單位為:米/秒3。
6、
例題4 有一個恒力能使質(zhì)量為m1的物體獲得3m/s2的加速度,如將其作用在質(zhì)量為m2的物體上能產(chǎn)生1.5m/s2的加速度。若將m1和m2合為一體,該力能使它們產(chǎn)生多大的加速度?
思路分析:由牛頓第二定律F=ma可得,
以m1為研究對象,有F=m1a2;
以m2為研究對象,有F=m2a2;
以m1、m2整體為研究對象,有F=(m1+m2)a'。
由以上三式解得m1、m2整體的加速度
m/s2=1 m/s2。
答案:1 m/s2
【綜合拓展】牛頓第二定律的“五個性質(zhì)”
矢量性
公式F=ma是矢量式,任一時刻,F(xiàn)與a總同向
瞬時性
a與F對應(yīng)同一時刻,即a為某時
7、刻的加速度時,F(xiàn)為該時刻物體所受的合外力
因果性
力F是產(chǎn)生加速度a的原因,加速度a是力F作用的結(jié)果
同一性
(1)加速度a與力F是相對同一個慣性系的(一般指地面)
(2)F=ma中,F(xiàn)、m、a對應(yīng)同一個物體或同一個系統(tǒng)
(3)F=ma中,各量統(tǒng)一使用國際單位
獨立性
(1)作用于物體上的每一個力各自產(chǎn)生的加速度都滿足F=ma
(2)物體的實際加速度等于每個力產(chǎn)生的加速度的矢量和
(3)力和加速度在各個方向上的分量也滿足F=ma,即Fx=max,F(xiàn)y=may
【高頻疑點】應(yīng)用牛頓第二定律的解題步驟
(1)明確研究對象。根據(jù)問題的需要和解題的方便,選出被研究的物體;
(
8、2)分析物體的受力情況和運動情況。畫好受力分析圖,明確物體的運動性質(zhì)和運動過程;
(3)選取正方向或建立坐標(biāo)系。通常以加速度的方向為正方向或以加速度方向為某一坐標(biāo)軸的正方向;
(4)求合外力F合;
(5)根據(jù)牛頓第二定律F合=ma列方程求解,必要時還要對結(jié)果進(jìn)行討論。
【滿分訓(xùn)練】建筑工人用如圖所示的定滑輪裝置運送建筑材料,質(zhì)量為70.0 kg的建筑工人站在地面上,通過定滑輪將20.0 kg的建筑材料以0.5 m/s2的加速度提升,忽略繩子和定滑輪的質(zhì)量及定滑輪的摩擦,則建筑工人對地面的壓力大小為(g取10 m/s2)( ?。?
A. 510 N B. 490 N
C. 890 N D. 910 N
思路分析:設(shè)建筑材料的質(zhì)量為m,加速度的大小為a,選取建筑材料為研究對象,進(jìn)行受力分析,如下圖
由牛頓第二定律得,解得;
設(shè)地面對建筑工人的支持力為FN,建筑工人的質(zhì)量為M,選取建筑工人為研究對象,進(jìn)行受力分析,如下圖
由平衡條件得,解得FN=490 N
根據(jù)牛頓第三定律可得建筑工人對地面的壓力大小為FN′=FN=490 N,B正確。
答案:B