南方新高考高考物理一輪總復習 專題三 第2講 牛頓第二定律 兩類動力學問題課件 新人教版

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1、第2講 牛頓第二定律兩類動力學問題1內(nèi)容：物體的加速度跟所受的_成正比，跟物體的_成反比，加速度的方向跟_的方向一致合外力質(zhì)量合外力2表達式：F 合ma.3牛頓運動定律的適用范圍：只適用于宏觀物體的低速問題，不適用于微觀粒子和高速運動的物體一、牛頓第二定律二、兩類動力學問題1兩類動力學問題運動情況受力情況(1)已知受力情況求物體的_(2)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_和_列方程求解加速度運動學公式牛頓運動定律【基礎(chǔ)檢測】(多選)關(guān)于速度、加速度、合外力之間的關(guān)系，正確的是()A物體的速度越大，則加速度越大，所受的合外力也越大B物體的速度為零，則加速度為零，所

2、受的合外力也為零C物體的速度為零，但加速度可能很大，所受的合外力也可能很大D物體的速度很大，但加速度可能為零，所受的合外力也可能為零答案：CD考點 1 對牛頓第二定律的理解重點歸納1因果性：只要物體所受合外力不為零，物體就獲得加速度，即力是產(chǎn)生加速度的原因2瞬時性：加速度和物體受到的合外力是瞬時對應(yīng)關(guān)系，即加速度隨合外力同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失，保持時刻對應(yīng)的關(guān)系3矢量性：力和加速度都是矢量，物體加速度的方向由物體所受合外力的方向決定4同一性：m、F、a 必須是對應(yīng)同一研究對象，加速度 a相對于同一慣性系(一般是地球)5獨立性：作用于物體的力各自產(chǎn)生的加速度都遵循牛頓第二定律，互不影響【考

3、點練透】1(多選)下列關(guān)于牛頓第二定律的說法，正確的是()A物體加速度的大小由物體的質(zhì)量和物體所受合外力的大小決定，與物體的速度無關(guān)B物體加速度的方向只由它所受合外力的方向決定，與速度方向無關(guān)C物體所受合外力的方向和加速度的方向及速度的方向總是相同的D一旦物體所受合外力為零，則物體的加速度立即為零，其運動也就逐漸停止了答案：AB2如圖 3-2-1 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 3-2-1A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

4、 B 做減速運動C物體運動到 O 點時，所受合外力為零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)橄蜃笾罯 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

5、物體做加速度逐漸增大的減速運動正確選項為 A.答案：A考點 2 動力學的兩類基本問題重點歸納1動力學兩類基本問題的分析流程2應(yīng)用牛頓運動定律解題的一般步驟(1)明確研究對象：根據(jù)問題的需要和解題的方便，確定某一物體或幾個物體組成的系統(tǒng)為研究對象(2)分析物體的受力情況和運動情況，畫好受力示意圖，明確物體的運動性質(zhì)和運動過程(3)利用牛頓第二定律(在受力情況已知時)或結(jié)合運動學公式(在運動情況已知時)進行求解(4)必要時對結(jié)果進行討論 典例剖析例 1：如圖 3-2-2 所示，一個放置在水平臺面上的木塊，其質(zhì)量為 2 kg，受到一個斜向下的、與水平方向成 37角的推力 F10 N 的作用，使木塊從

6、靜止開始運動，4 s 后撤去推力，若木塊與水平臺面間的動摩擦因數(shù)為 0.1.(取 g10 m/s2)求：圖 3-2-2(1)撤去推力時木塊的速度為多大？(2)撤去推力到停止運動過程中木塊的加速度為多大？(3)木塊在水平面上運動的總位移為多少？思維點撥：正確選擇研究對象并進行受力分析，根據(jù)牛頓第二定律求解加速度是快速求解此類題型的關(guān)鍵解：(1)撤去力 F 之前，對木塊進行受力分析，如圖 3-2-3所示圖 3-2-3由牛頓第二定律得水平方向：Fcos 37fma1豎直方向：FNmgFsin 37又 fFN解得 a12.7 m/s24 s 末的速度為va1t2.74 m/s10.8 m/s.(2)撤

7、去 F 后，根據(jù)牛頓第二定律mgma2a2g1 m/s2.所以，木塊運動的總位移為 ss1s279.92 m.備考策略：動力學的兩類基本問題是高考命題的熱點，此類問題是考查牛頓運動定律的重點，每年必考考題多以生產(chǎn)和生活的實際問題為命題背景，解題的關(guān)鍵是求加速度【考點練透】3(2015 年河南洛陽模擬)某電視臺在娛樂節(jié)目中曾推出一個游戲節(jié)目推礦泉水瓶選手們從起點開始用力推瓶子一段時間后，放手讓它向前滑動，若瓶子最后停在桌上有效區(qū)域內(nèi)(不能壓線)視為成功；若瓶子最后沒有停在桌上有效區(qū)域內(nèi)或在滑行過程中倒下均視為失敗其簡化模型如圖 3-2-4 所示，AC 是長度 L15.5 m 的水平桌面，選手們將

8、瓶子放在 A 點，從A 點開始用一恒定不變的水平推力推它，BC 為有效區(qū)域已知BC 長度 L21.1 m，瓶子質(zhì)量 m0.5 kg，與桌面間的動摩擦因數(shù)0.2，g 取 10 m/s2.某選手作用在瓶子上的水平推力 F11 N，瓶子沿 AC 做直線運動，假設(shè)瓶子可視為質(zhì)點，該選手要想游戲獲得成功，試求：在手推瓶子過程中瓶子的位移取值范圍圖 3-2-4解：要想獲得成功，瓶子滑到 B 點時速度恰好為 0，力作用時間最短，滑到 C 點時速度恰好為 0，力作用時間最長設(shè)力作用時的加速度為 a1、位移為 x1，撤力時瓶子的速度為 v1，撤力后瓶子的加速度為 a2、位移為 x2，則Fmgma1mgma2L1

9、L2x1x2L1由以上各式聯(lián)立可解得：0.4 mx10.5 m.4設(shè)某一艦載機的質(zhì)量為 m2.5104 kg，速度為 v042 m/s，若僅受空氣阻力和甲板阻力作用，艦載機將在甲板上以a0 0.8 m/s2 的加速度做勻減速運動，著艦過程中航母靜止不動(1)艦載機著艦后，若僅受空氣阻力和甲板阻力作用，航母甲板至少多長才能保證艦載機不滑到海里？(2)為了艦載機在有限長度的跑道上停下來，甲板上設(shè)置了阻攔索讓艦載機減速，同時考慮到艦載機掛索失敗需要復飛的情況，艦載機著艦時不關(guān)閉發(fā)動機如圖 3-2-5 所示為艦載機勾住阻攔索后某一時刻的情景，此時發(fā)動機的推力大小為 F1.2105 N，減速的加速度 a

10、1 20 m/s2 ，此時阻攔索夾角106，空氣阻力和甲板阻力保持不變求此時阻攔索承受的張力大小？(已知：sin 530.8，cos 530.6)圖 3-2-5解：(1)設(shè)甲板的長度至少為 s0，則由運動學公式得代入數(shù)據(jù)可得 s01102.5 m.(2)艦載機受力分析如圖D18 所示，其中T 為阻攔索的張力，f 為空氣和甲板對艦載機的阻力，由牛頓第二定律得 2Tcos 53fFma1艦載機僅受空氣阻力和甲板阻力時 fma0聯(lián)立可得 T5105 N.圖 D18方法瞬時加速度問題分析物體的加速度 a 與其所受的合外力 F 是瞬時對應(yīng)的，同時產(chǎn)生，同時變化，同時消失此類問題常見的有繩(桿)和彈簧(彈

11、性繩)模型：繩(桿)的彈力可以發(fā)生突變；輕彈簧(彈性繩)的彈力不能突變例 2：如圖 3-2-6 所示，質(zhì)量為 m 的小球被水平繩 AO 和與豎直方向成角的輕彈簧系著處于靜止狀態(tài)，現(xiàn)用火將繩 AO 燒斷，在繩 AO 燒斷的瞬間，下列說法正確的是()A彈簧的拉力 Fmgcos B彈簧的拉力 Fmgsin C小球的加速度為零D小球的加速度 agsin 圖 3-2-6審題突破：繩 AO 燒斷的瞬間，彈簧的形變是明顯形變，在很短的時間內(nèi)來不及恢復，所以近似認為彈簧的彈力沒有發(fā)生變化解答此題應(yīng)該對小球進行兩次受力分析，一次是繩斷之前，一次在繩斷之后，這兩次受力分析的聯(lián)系點是彈簧的彈力一樣解析：燒斷繩 AO

12、 之前，小球受3 個力，如圖3-2-7 所示燒斷細繩的瞬間，繩子的張力沒有了，但由于輕彈簧的形變恢復需要時間，故彈簧的彈力不變，A 正確燒斷細繩的瞬間，小球受到的合外力與 T(繩 AO 的拉力)等大反向，即 F合mgtan ，則小球的加速度 agtan .答案：A圖 3-2-7題外拓展：本題中若 B 點斷開，則彈簧的彈力消失，而繩子形變屬于微小形變，彈力也變成零，即在 B 點斷開的瞬間，小球只受到重力的作用，加速度為 g；若彈簧換成繩子，在繩AO 燒斷的瞬間，因 OB 繩不可伸長，球的加速度只能垂直于繩OB 向斜下方，繩 OB 的拉力發(fā)生了突變，有興趣的同學可求一下小球的加速度【觸類旁通】1(

13、2016 年山東濰坊第一次聯(lián)考)如圖 3-2-8 所示，在光滑的水平面上，質(zhì)量分別為 m1 和 m2 的木塊 A 和 B 之間用輕彈簧相連，在拉力 F 的作用下，以加速度 a 向右做勻加速直線運動，某時刻突然撤去拉力 F，此瞬時 A 和 B 的加速度為 a1 和 a2，則(圖 3-2-8)a，所以選項 C 正確解析：兩物體在光滑的水平面上一起以加速度 a 向右做勻加速直線運動時，彈簧的彈力 F彈m1a.在力F 撤去的瞬間，彈簧的彈力來不及改變，大小仍為 m1a，因此對 A 物體來講，加速度此時仍為 a，對 B 物體：取向右為正方向，m1am2a2，a2m1m2答案：C2如圖 3-2-9 所示，

14、A、B 兩小球分別連在彈簧兩端，B 端用細線固定在傾角為 30的光滑斜面上A、B 兩小球的質(zhì)量分別為 mA、mB，重力加速度為 g，若不計彈簧質(zhì)量，在線被剪斷)瞬間，A、B 兩球的加速度分別為(圖 3-2-9答案：D易錯點 對物體的運動過程分析不到位例 3：如圖 3-2-10 所示，有一水平傳送帶以 2 m/s 的速度勻速運動，現(xiàn)將一物體輕輕放在傳送帶上，若物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為 0.5，則傳送帶將該物體傳送 10 m 的距離所需時間為多少？圖 3-2-10錯解分析：由于物體輕放在傳送帶上，所以初速度v00，物體在豎直方向所受合外力為零，在水平方向受到滑動摩擦力(傳送帶施加)，做初速度

15、v00 的勻加速運動，位移為 10 m.據(jù)牛頓第二定律 Fma 有fmgmaag5 m/s2上述解法的錯誤出在對這一物理過程的認識傳送帶上輕放的物體，其運動有可能分為兩個過程：一是在滑動摩擦力作用下做勻加速直線運動；二是達到與傳送帶相同速度后，無相對運動，也無摩擦力，物體開始做勻速直線運動關(guān)鍵問題應(yīng)分析出什么時候達到傳送帶的速度，才好對問題進行解答正解分析：以物體為研究對象，如圖 3-2-11 所示，在豎直方向受重力和支持力，在水平方向受滑動摩擦力，做初速度為零的勻加速運動圖 3-2-11根據(jù)牛頓第二定律 Fma 有水平方向：fma豎直方向：Nmg0fN由以上三式解得 a5 m/s2.設(shè)經(jīng)時間

16、 t1 后物體速度達到傳送帶的速度，根據(jù)勻加速直線運動的速度公式 vtv0at解得 t10.4 s時間 t1 內(nèi)物體的位移為物體位移為0.4 m時，物體的速度與傳送帶的速度相同，0.4 s后物體不受摩擦力作用，開始做勻速運動，設(shè)勻速運動的位移為 s2，有 s2v2t2因為 s2ss1(100.4) m9.6 m，v22 m/s解得 t24.8 s則傳送 10 m 所需時間為tt1t2(0.44.8) s5.2 s.指點迷津：對物體準確進行受力分析，是求解此類問題的關(guān)鍵判斷兩者什么時候達到共同速度，是解題的突破口【觸類旁通】3(多選，2015 年山東師大附中質(zhì)檢)如圖 3-2-12 所示，質(zhì)量為

17、 m1 kg 的物體與水平地面之間的動摩擦因數(shù)為 0.3，當物體運動的速度為 10 m/s 時，給物體施加一個與速度方向相反的)大小為 F2 N 的恒力，在此恒力作用下(g 取 10 m/s2)(圖 3-2-12A物體經(jīng) 10 s 速度減為零B物體經(jīng) 2 s 速度減為零C物體速度減為零后將保持靜止D物體速度減為零后將向右運動解析：物體受到向右的滑動摩擦力，F(xiàn)fFNG3 N，根據(jù)牛頓第二定律得，aFFfm231m/s25 m/s2，方向向誤減速到零后，F(xiàn)Ff ，物體處于靜止狀態(tài)，不再運動，C 正確，D 錯誤答案：BC4(2015 年河南中原名校聯(lián)考)如圖 3-2-13 甲所示，光滑水平面上的 O

18、 處有一質(zhì)量為 m2 kg 的物體物體同時受到兩個水平力的作用，F(xiàn)14 N，方向向右，F(xiàn)2 的方向向左，大小如圖乙所示物體從靜止開始運動，此時開始計時求：(1)當 t0.5 s 時物體的加速度大小(2)物體在 t0 至 t2 s 內(nèi)何時物體的加速度最大？最大值為多少？(3)物體在 t0 至 t2 s 內(nèi)何時物體的速度最大？最大值為多少？F1F2 43甲乙圖 3-2-13解：(1)當 t0.5 s 時，F(xiàn)2(220.5)N3 NF1F2maam 2m/s20.5 m/s2.(2)物體所受的合外力為F合F1F24(22t)22t(N)作出 F 合-t 圖象如圖 D19 所示圖 D19從圖中可以看出，在 02 s 范圍內(nèi)，當 t0 時，物體有最大加速度 a0.F 合 0ma0F合 2 2當 t2 s 時，物體也有最大加速度 a2.F 合 2ma2a2m 2m/s21 m/s2負號表示加速度方向向左(3)由牛頓第二定律得aF 合m1t(m/s2)畫出 a-t 圖象如圖 D20 所示圖 D20由圖可知 t1 s 時速度最大，最大值等于上方三角形的面積