高考物理一輪復(fù)習(xí) 第3章 牛頓運動定律 基礎(chǔ)課時7 牛頓第二定律 兩類動力學(xué)問題課件.ppt
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基礎(chǔ)課時7 牛頓第二定律 兩類動力學(xué)問題,[知識梳理],知識點一、牛頓第二定律 單位制 1.牛頓第二定律 (1)內(nèi)容 物體加速度的大小跟作用力成_____,跟物體的質(zhì)量成_____。加速度的方向與_______方向相同。 (2)表達式:F=___。 (3)適用范圍 ①只適用于____參考系(相對地面靜止或________運動的參考系)。 ②只適用于_____物體(相對于分子、原子)、低速運動(遠小于光速)的情況。,正比,反比,作用力,ma,慣性,勻速直線,宏觀,2.單位制 (1)單位制 由_________和_________一起組成了單位制。 (2)基本單位 __________的單位。力學(xué)中的基本量有三個,它們分別是_____、_____和_____,它們的國際單位分別是___、__和__。 (3)導(dǎo)出單位 由________根據(jù)物理關(guān)系推導(dǎo)出來的其他物理量的單位。,基本物理量,質(zhì)量,長度,時間,kg,m,s,基本單位,基本單位,導(dǎo)出單位,[思考] 如圖1所示,小強自己拉車子時,無論怎么用力也難以拉動,最后在小紅的幫助下,他們才將車子拉著前進。,圖1 (1)根據(jù)牛頓第二定律,有力作用就產(chǎn)生加速度,為什么小強用力拉車時車子不動呢?小強的拉力不產(chǎn)生加速度嗎? (2)小強和小紅一起用力的瞬間,車子是否馬上獲得加速度?是否馬上獲得速度?,知識點二、兩類動力學(xué)問題 1.動力學(xué)的兩類基本問題: 第一類:已知受力情況求物體的_________。 第二類:已知運動情況求物體的_________。 2.解決兩類基本問題的方法:以_______為“橋梁”,由運動學(xué)公式和_____________列方程求解,具體邏輯關(guān)系如圖:,運動情況,受力情況,加速度,牛頓第二定律,[思考] 如圖2所示,質(zhì)量為m的物體在水平面上從速度vA均勻減為vB的過程中前進的距離為x。,圖2 (1)物體做什么運動?能求出它的加速度嗎? (2)物體受幾個力作用?能求出它受到的摩擦力嗎?,知識點三、超重和失重 1.超重 (1)定義:物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?____物體所受重力的現(xiàn)象。 (2)產(chǎn)生條件:物體具有_____的加速度。 2.失重 (1)定義:物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?_____物體所受重力的現(xiàn)象。 (2)產(chǎn)生條件:物體具有_____的加速度。 3.完全失重 (1)定義:物體對支持物的壓力(或?qū)ωQ直懸掛物的拉力)______ 的現(xiàn)象稱為完全失重現(xiàn)象。 (2)產(chǎn)生條件:物體的加速度a=__,方向豎直向下。,大于,向上,小于,向下,等于零,g,[診斷自測],1.(多選)下列說法正確的是( ) A.物體只有在受力的前提下才會產(chǎn)生加速度,因此,加速度的產(chǎn)生要滯后于力的作用 B.F=ma是矢量式,a的方向與F的方向相同,與速度方向無關(guān) C.物體所受的合外力減小,加速度一定減小,而速度不一定減小 D.物理公式不僅確定了物理量之間的數(shù)量關(guān)系,同時也確定了物理量間的單位關(guān)系 答案 BCD,2.關(guān)于超重和失重的下列說法中,正確的是( ) A.超重就是物體所受的重力增大了,失重就是物體所受的重力減小了 B.物體做自由落體運動時處于完全失重狀態(tài),所以做自由落體運動的物體不受重力作用 C.物體具有向上的速度時處于超重狀態(tài),物體具有向下的速度時處于失重狀態(tài) D.物體處于超重或失重狀態(tài)時,物體的重力始終存在且不發(fā)生變化,解析 物體具有向上的加速度時處于超重狀態(tài),具有向下的加速度時處于失重狀態(tài),超重和失重并非物體的重力發(fā)生變化,而是物體對支持物的壓力或?qū)覓煳锏睦Πl(fā)生了變化,綜上所述,A、B、C錯誤,D正確。 答案 D,3.(多選)關(guān)于力與運動的關(guān)系,下列說法正確的是( ) A.物體的速度不斷增大,表示物體必受力的作用 B.物體的位移不斷增大,表示物體必受力的作用 C.若物體的位移與時間的平方成正比,表示物體必受力的作用 D.物體的速率不變,則其所受合力必為零 解析 物體的速度不斷增大,表明物體有加速度,所以A正確;物體勻速運動也會導(dǎo)致位移增大,故B錯誤;位移與時間的平方成正比表明物體在做加速運動,所以C正確;若物體的速率不變,但速度方向改變,則物體仍然有加速度,合力不為零,故D錯誤。 答案 AC,4.如圖3所示,質(zhì)量m=10 kg的物體在水平面上向左運動,物體與水平面間的動摩擦因數(shù)為0.2,與此同時物體受到一個水平向右的推力F=20 N的作用,則物體產(chǎn)生的加速度是(g取10 m/s2)( ),圖3 A.0 B.4 m/s2,水平向右 C.2 m/s2,水平向左 D.2 m/s2,水平向右,答案 B,5.一個木塊以某一水平初速度自由滑上粗糙的水平面,在水平面上運動的v-t圖象如圖4所示。已知重力加速度為g,則根據(jù)圖象不能求出的物理量是( ),圖4 A.木塊的位移 B.木塊的加速度 C.木塊所受摩擦力 D.木塊與桌面間的動摩擦因數(shù),解析 位移可由圖象與時間軸所圍的面積求出,由v-t圖線的斜率可求出加速度a,由牛頓第二定律知,a=μg,故動摩擦因數(shù)μ也可求出,由于不知木塊的質(zhì)量,故不能求出木塊所受摩擦力。 答案 C,考點一 牛頓第二定律的理解,【例1】 一質(zhì)點受多個力的作用,處于靜止狀態(tài)。現(xiàn)使其中一個力的大小逐漸減小到零,再沿原方向逐漸恢復(fù)到原來的大小。在此過程中,其他力保持不變,則質(zhì)點的加速度大小a和速度大小v的變化情況是( ) A.a和v都始終增大 B.a和v都先增大后減小 C.a先增大后減小,v始終增大 D.a和v都先減小后增大,解析 質(zhì)點受多個力作用而處于靜止狀態(tài),則其中任意一個力與其他各個力的合力等大反向。使其中一個力大小逐漸減小到零的過程中,質(zhì)點受到的合力不斷增大且合力方向與這個力的方向相反,質(zhì)點做加速度不斷增大的變加速運動。當這個力減小為零時,質(zhì)點的加速度達到最大值,此時速度增加得越快。當這個力又沿原方向逐漸恢復(fù)的過程中,質(zhì)點受到的合力不斷減小,質(zhì)點的加速度也不斷減小,但加速度與速度仍同向,質(zhì)點開始做加速度不斷減小的變加速運動。當這個力恢復(fù)到原來大小時,質(zhì)點受到的合外力為零,加速度減小到零,質(zhì)點的速度達到最大值,C正確。 答案 C,【變式訓(xùn)練】 1.如圖5所示,彈簧左端固定,右端自由伸長到O點并系住質(zhì)量為m的物體,現(xiàn)將彈簧壓縮到A點,然后釋放,物體可以一直運動到B點。如果物體受到的阻力恒定,則( ),圖5 A.物體從A到O先加速后減速 B.物體從A到O做加速運動,從O到B做減速運動 C.物體運動到O點時,所受合力為零 D.物體從A到O的過程中,加速度逐漸減小,解析 物體從A到O,初始階段受到的向右的彈力大于阻力,合力向右。隨著物體向右運動,彈力逐漸減小,合力逐漸減小,由牛頓第二定律可知,加速度向右且逐漸減小,由于加速度與速度同向,物體的速度逐漸增大。當物體向右運動至AO間某點(設(shè)為點O′)時,彈力減小到與阻力相等,物體所受合力為零,加速度為零,速度達到最大。此后,隨著物體繼續(xù)向右運動,彈力繼續(xù)減小,阻力大于彈力,合力方向變?yōu)橄蜃?。至O點時彈力減為零,此后彈力向左且逐漸增大。所以物體越過O′點后,合力(加速度)方向向左且逐漸增大,由于加速度與速度反向,故物體做加速度逐漸增大的減速運動。綜合以上分析,只有選項A正確。 答案 A,考點二 牛頓第二定律的瞬時性 加速度與合外力具有瞬時對應(yīng)關(guān)系,二者總是同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失,具體可簡化為以下兩種模型:,【例2】 兩個質(zhì)量均為m的小球,用兩條輕繩連接,處于平衡狀態(tài),如圖6所示?,F(xiàn)突然迅速剪斷輕繩OA,讓小球下落,在剪斷輕繩的瞬間,設(shè)小球A、B的加速度分別用a1和a2表示,則( ),圖6,A.a1=g,a2=g B.a1=0,a2=2g C.a1=g,a2=0 D.a1=2g,a2=0 解析 由于繩子張力可以突變,故剪斷OA后小球A、B只受重力,其加速度a1=a2=g。故選項A正確。 答案 A,【拓展延伸】 在【例2】中只將A、B間的輕繩換成輕質(zhì)彈簧,其他不變,如圖7所示,則正確的選項是________。,圖7,解析 剪斷輕繩OA后,由于彈簧彈力不能突變,故小球A所受合力為2mg,小球B所受合力為零,所以小球A、B的加速度分別為a1=2g,a2=0。故選項D正確。 答案 D,規(guī)律方法 抓住“兩關(guān)鍵”、遵循“四步驟” (1)分析瞬時加速度的“兩個關(guān)鍵”: ①分析瞬時前、后的受力情況和運動狀態(tài)。 ②明確繩或線類、彈簧或橡皮條類模型的特點。 (2)“四個步驟”: 第一步:分析原來物體的受力情況。 第二步:分析物體在突變時的受力情況。 第三步:由牛頓第二定律列方程。 第四步:求出瞬時加速度,并討論其合理性。,【變式訓(xùn)練】 2.如圖8所示,物塊1、2間用剛性輕質(zhì)桿連接,物塊3、4間用輕質(zhì)彈簧相連,物塊1、3質(zhì)量為m,物塊2、4質(zhì)量為M,兩個系統(tǒng)均置于水平放置的光滑木板上,并處于靜止狀態(tài)?,F(xiàn)將兩木板沿水平方向突然抽出,設(shè)抽出后的瞬間,物塊1、2、3、4的加速度大小分別為a1、a2、a3、a4。重力加速度大小為g,則有( ),圖8,答案 C,考點三 動力學(xué)兩類基本問題 1.解決兩類動力學(xué)基本問題應(yīng)把握的關(guān)鍵 (1)兩類分析——物體的受力分析和物體的運動過程分析; (2)一個“橋梁”——物體運動的加速度是聯(lián)系運動和力的橋梁。 2.解決動力學(xué)基本問題時對力的處理方法 (1)合成法: 在物體受力個數(shù)較少(2個或3個)時一般采用“合成法” (2)正交分解法: 若物體的受力個數(shù)較多(3個或3個以上),則采用“正交分解法”。,【例3】 如圖9所示,在傾角θ=37°的足夠長的固定斜面上,有一質(zhì)量m=1 kg的物體,物體與斜面間的動摩擦因數(shù)μ=0.2,物體受到沿平行于斜面方向向上的輕繩的拉力F=9.6 N的作用,從靜止開始運動,經(jīng)2 s繩子突然斷了,求繩斷后經(jīng)多長時間物體速度的大小達到22 m/s。(sin 37°=0.6,取g=10 m/s2),圖9,讀題―→完成運動過程分析 (1)物體在最初2 s內(nèi)做初速度為零的勻加速直線運動(第一個過程) (2)繩子斷了以后,物體做勻減速直線運動到速度減為零(第二個過程) (3)從最高點開始物體沿斜面向下做初速度為零的勻加速直線運動(第三個過程),再讀題―→完成“大題小做”,答案,解析 第一過程:在最初2 s內(nèi),物體在F=9.6 N的拉力作用下,從靜止開始沿斜面做勻加速直線運動,受力分析如圖甲所示。,甲 沿斜面方向有 F-mgsin 37°-Ff=ma1① 沿垂直斜面方向有FN=mgcos 37°② 且Ff=μFN③,2 s末繩斷時,物體的瞬時速度v1=a1t1=4 m/s 第二過程:從撤去F到物體繼續(xù)沿斜面向上運動達到速度為零的過程,設(shè)此過程物體運動時間為t2,加速度大小為a2,乙 沿斜面方向有mgsin 37°+Ff=ma2④ 根據(jù)運動學(xué)公式得v1=a2t2⑤ 由②③④⑤得t2=0.53 s,第三過程: 物體從運動的最高點沿斜面下滑,設(shè)第三階段物體加速度大小為a3,所需時間為t3。由對物體的受力分析得mgsin 37°-Ff=ma3⑥,丙 由運動學(xué)公式得v3=a3t3⑦ 由②③⑥⑦得t3=5 s 綜上所述,從繩斷到物體速度達到22 m/s所經(jīng)歷的總時間 t=t2+t3=0.53 s+5 s=5.53 s。 答案 5.53 s,方法提煉 兩類動力學(xué)問題的解題步驟,【變式訓(xùn)練】 3.(2016·江西重點中學(xué)六校聯(lián)考)如圖10所示,一個豎直固定在地面上的透氣圓筒,筒中有一勁度系數(shù)為k的輕彈簧,其下端固定,上端連接一質(zhì)量為m的薄滑塊,圓筒內(nèi)壁涂有一層新型智能材料——ER流體,它對滑塊的阻力可調(diào)?;瑝K靜止時,ER流體對其阻力為零,此時彈簧的長度為L?,F(xiàn)有一質(zhì)量也為m(可視為質(zhì)點)的物體在圓筒正上方距地面2L處自由下落,與滑塊碰撞(碰撞時間極短)后粘在一起,并以物體碰前瞬間速度的一半向下運動。ER流體對滑塊的阻力隨滑塊下移而變化,使滑塊做勻減速運動,當下移距離為d時,速度減小為物體與滑塊碰撞前瞬間速度的四分之一。取重力加速度為g,忽略空氣阻力,試求:,圖10 (1)物體與滑塊碰撞前瞬間的速度大??; (2)滑塊向下運動過程中的加速度大?。?(3)當下移距離為d時,ER流體對滑塊的阻力大小。,考點四 對超重和失重的理解與應(yīng)用 1.超重、失重和完全失重比較,2.對超重和失重的進一步理解 (1)超重并不是重力增加了,失重并不是重力減小了,完全失重也不是重力完全消失了。在發(fā)生這些現(xiàn)象時,物體的重力依然存在,且不發(fā)生變化,只是物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?發(fā)生了變化(即“視重”發(fā)生變化)。 (2)只要物體有向上或向下的加速度,物體就處于超重或失重狀態(tài),與物體向上運動還是向下運動無關(guān)。 (3)盡管物體的加速度不是在豎直方向,但只要其加速度在豎直方向上有分量,物體就會處于超重或失重狀態(tài)。,【例4】 如圖11所示是某同學(xué)站在力傳感器上,做下蹲——起立的動作時記錄的力隨時間變化的圖線,縱坐標為力(單位為N),橫坐標為時間(單位為s)。由圖可知,該同學(xué)的體重約為650 N,除此以外,還可以得到的信息有( ),圖11,A.該同學(xué)做了兩次下蹲——起立的動作 B.該同學(xué)做了一次下蹲——起立的動作,且下蹲后約2 s起立 C.下蹲過程中人處于失重狀態(tài) D.下蹲過程中人先處于超重狀態(tài)后處于失重狀態(tài) 解析 在3~4 s下蹲過程中,先向下加速再向下減速,故人先處于失重狀態(tài)后處于超重狀態(tài);在6~7 s起立過程中,先向上加速再向上減速,故人先處于超重狀態(tài)后處于失重狀態(tài),選項A、C、D錯誤,B正確。 答案 B,方法提煉 超重和失重現(xiàn)象判斷的“三”技巧 (1)從受力的角度判斷:當物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力時,物體處于超重狀態(tài),小于重力時處于失重狀態(tài),等于零時處于完全失重狀態(tài)。 (2)從加速度的角度判斷:當物體具有向上的加速度時處于超重狀態(tài),具有向下的加速度時處于失重狀態(tài),向下的加速度為重力加速度時處于完全失重狀態(tài)。 (3)從速度變化的角度判斷: ①物體向上加速或向下減速時,超重; ②物體向下加速或向上減速時,失重。,【變式訓(xùn)練】 4.(2014·北京理綜,18)應(yīng)用物理知識分析生活中的常見現(xiàn)象,可以使物理學(xué)習(xí)更加有趣和深入。例如平伸手掌托起物體,由靜止開始豎直向上運動,直至將物體拋出。對此現(xiàn)象分析正確的有( ) A.手托物體向上運動的過程中,物體始終處于超重狀態(tài) B.手托物體向上運動的過程中,物體始終處于失重狀態(tài) C.在物體離開手的瞬間,物體的加速度大于重力加速度 D.在物體離開手的瞬間,手的加速度大于重力加速度,解析 物體由靜止開始向上運動時,物體和手掌先一起加速向上,物體處于超重狀態(tài),之后物體和手掌分離前,應(yīng)減速向上,物體處于失重狀態(tài),故A、B均錯誤;當物體離開手的瞬間,物體只受重力,此時物體的加速度等于重力加速度,選項C錯誤;手和物體分離之前速度相同,分離之后手速度的變化量比物體速度的變化量大,物體離開手的瞬間,手的加速度大于重力加速度,所以選項D正確。 答案 D,1.下列實例屬于超重現(xiàn)象的是( ) A.汽車駛過拱形橋頂端時 B.火箭點火后加速升空時 C.跳水運動員被跳板彈起,離開跳板向上運動時 D.體操運動員雙手握住單杠吊在空中不動時,解析 發(fā)生超重現(xiàn)象時,物體的加速度方向豎直向上。汽車駛過拱形橋頂端時,其向心加速度豎直向下指向圓心,汽車處于失重狀態(tài),A錯誤;火箭點火后加速升空,加速度豎直向上,處于超重狀態(tài),B正確;跳水運動員離開跳板向上運動時,只受重力,運動員處于完全失重狀態(tài),C錯誤;體操運動員握住單杠在空中不動時,運動員處于平衡狀態(tài),D錯誤。 答案 B,2.如圖12所示,水平面上B點左側(cè)是光滑的,B點右側(cè)是粗糙的,把質(zhì)量為m1和m2的兩個小物塊(可看作質(zhì)點)放在B點左側(cè)的光滑水平面上,相距L,它們以相同的速度向右運動,先后進入表面粗糙的水平面,最后停止運動。它們與粗糙水平面間的動摩擦因數(shù)相同。靜止后兩個小物塊間的距離為x,則有( ),圖12 A.若m1>m2,則x>L B.若m1=m2,則x=L C.若m1<m2,則x>L D.無論m1、m2的大小關(guān)系如何,都有x=0,解析 根據(jù)牛頓第二定律可知,兩個小物塊在B點右側(cè)運動時的加速度相同,即a=μg,而且兩個小物塊到達B點時的速度相同,又v2=2ax,那么它們在B點右側(cè)粗糙的水平面上的位移相同。所以無論m1、m2的大小關(guān)系如何,都有x=0。 答案 D,3.如圖13所示,A、B兩球質(zhì)量相等,光滑斜面的傾角為θ,圖甲中,A、B兩球用輕彈簧相連,圖乙中A、B兩球用輕質(zhì)桿相連,系統(tǒng)靜止時,擋板C與斜面垂直,輕彈簧、輕桿均與斜面平行,則在突然撤去擋板的瞬間有( ),圖13 A.兩圖中兩球加速度均為gsin θ B.兩圖中A球的加速度均為零 C.圖乙中輕桿的作用力一定不為零 D.圖甲中B球的加速度是圖乙中B球加速度的2倍,解析 撤去擋板前,擋板對B球的彈力大小為2mgsin θ,因彈簧彈力不能突變,而桿的彈力會突變,所以撤去擋板瞬間,圖甲中A球所受合力為零,加速度為零,B球所受合力為2mgsin θ,加速度為2gsin θ;圖乙中桿的彈力突變?yōu)榱悖珹、B球所受合力均為mgsin θ,加速度均為gsin θ,可知只有D正確。 答案 D,4.如圖14所示,質(zhì)量為M的框架放在水平地面上,一輕質(zhì)彈簧上端固定在框架上,下端拴著一質(zhì)量為m的小球,小球上下振動時,框架始終沒有跳起,當框架對地面的壓力為零的瞬間,小球的加速度大小為( ),圖14,答案 C,5.(2016·江蘇南京模擬)如圖15為一條平直公路中的兩段,其中A點左邊的路段為足夠長的柏油路面,A點右邊路段為水泥路面。已知汽車輪胎與柏油路面的動摩擦因數(shù)為μ1,與水泥路面的動摩擦因數(shù)為μ2。當汽車以速度v0沿柏油路面行駛時,若剛過A點時緊急剎車后(車輪立即停止轉(zhuǎn)動),汽車要滑行一段距離到B處才能停下;若該汽車以速度2v0在柏油路面上行駛,突然發(fā)現(xiàn)B處有障礙物,需在A點左側(cè)的柏油路段上某處緊急剎車,若最終汽車剛好撞不上障礙物,求:(重力加速度為g)。,圖15,(1)水泥路面AB段的長度; (2)在第二種情況下汽車運動了多長時間才停下? 解析 (1)水泥路面上運動的加速度為a1,則μ2mg=ma1,小結(jié)巧記 1個定律——牛頓第二定律 2個概念——超重、失重 1種方法——解決動力學(xué)問題的基本方法 1種思想方法——整體法與隔離法 2種模型——剛性繩模型、彈簧模型 3個熱點——牛頓第二定律的理解、牛頓第二定律的瞬時性問題、動力學(xué)的兩類基本問題,- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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