2022高中物理 第四章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 4.5 深入理解牛頓第二定律學(xué)案 新人教版必修1

2022高中物理 第四章 牛頓運(yùn)動(dòng)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(diǎn)突破此部分內(nèi)容在高考物理中的要求如下：知識(shí)點(diǎn)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615分二、重難點(diǎn)提示重點(diǎn)：牛頓第二定律的內(nèi)容的理解。難點(diǎn)：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：Fma，F(xiàn)與a具有瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系。【重要提示】牛頓第二定律的適用范圍只適用于慣性參考系，即相對(duì)于地面靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系；只適用于解決宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)問題，不能用來處理微觀粒子的高速運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)度（m）和時(shí)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(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)它所受的合力逐漸減小而方向不變時(shí)，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，速度越來越大思路分析：開始時(shí)物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，說明合力方向與速度方向相同。當(dāng)合力逐漸減小時(shí)，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(yùn)動(dòng)的方向相同，物體仍做加速運(yùn)動(dòng)，速度仍在增加，只是單位時(shí)間內(nèi)速度的增加量在減小，即速度增加得慢了。正確選項(xiàng)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(diǎn)，自由伸長(zhǎng)到B點(diǎn)。用一小物體m把彈簧壓縮到A點(diǎn)（m與彈簧不連接），然后釋放，小物體經(jīng)B點(diǎn)脫離彈簧后運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)而靜止。小物體m與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)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(dòng)摩擦力Ff=mg，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(shí)，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，加速度也逐漸減小；到A、B間的某一位置時(shí)，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(yùn)動(dòng)。所以，小物體由A到B的過程中，先做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，后做加速度增加的減速運(yùn)動(dòng)，正確選項(xiàng)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(xiàng)重要指標(biāo)，近年來，一些高級(jí)轎車的設(shè)計(jì)師在關(guān)注轎車加速度的同時(shí)，提出了一個(gè)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(shí)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(gè)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。例題4 有一個(gè)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Fma可得，以m1為研究對(duì)象，有F=m1a2；以m2為研究對(duì)象，有F=m2a2；以m1、m2整體為研究對(duì)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(gè)性質(zhì)”矢量性公式Fma是矢量式，任一時(shí)刻，F(xiàn)與a總同向瞬時(shí)性a與F對(duì)應(yīng)同一時(shí)刻，即a為某時(shí)刻的加速度時(shí)，F(xiàn)為該時(shí)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(duì)同一個(gè)慣性系的（一般指地面）（2）Fma中，F(xiàn)、m、a對(duì)應(yīng)同一個(gè)物體或同一個(gè)系統(tǒng)（3）Fma中，各量統(tǒng)一使用國(guó)際單位獨(dú)立性（1）作用于物體上的每一個(gè)力各自產(chǎn)生的加速度都滿足Fma（2）物體的實(shí)際加速度等于每個(gè)力產(chǎn)生的加速度的矢量和（3）力和加速度在各個(gè)方向上的分量也滿足Fma，即Fxmax，F(xiàn)ymay【高頻疑點(diǎn)】應(yīng)用牛頓第二定律的解題步驟（1）明確研究對(duì)象。根據(jù)問題的需要和解題的方便，選出被研究的物體；（2）分析物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況。畫好受力分析圖，明確物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)過程；（3）選取正方向或建立坐標(biāo)系。通常以加速度的方向?yàn)檎较蚧蛞约铀俣确较驗(yàn)槟骋蛔鴺?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(shí)還要對(duì)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(yùn)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(duì)地面的壓力大小為（g取10 m/s2）（）A. 510 N B. 490 NC. 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(duì)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(duì)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(duì)象，進(jìn)行受力分析，如下圖由平衡條件得，解得FN490 N根據(jù)牛頓第三定律可得建筑工人對(duì)地面的壓力大小為FNFN490 N，B正確。答案：B