2019高考物理一輪復習 第三章 牛頓運動定律 第2節(jié) 牛頓第二定律 兩類動力學問題課件 新人教版.ppt

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第2節(jié)牛頓第二定律兩類動力學問題 知識梳理 考點自診 一 牛頓第二定律1 內容 物體加速度的大小跟作用力成正比 跟物體的質量成反比 加速度的方向跟作用力的方向相同 2 表達式 F ma 3 適用范圍 1 牛頓第二定律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 牛頓第二定律只適用于宏觀物體 相對于分子 原子等 低速運動 遠小于光速 的情況 二 兩類動力學問題1 已知物體的受力情況 求物體的運動情況 2 已知物體的運動情況 求物體的受力情況 知識梳理 考點自診 三 力學單位制1 單位制 由基本單位和導出單位一起組成了單位制 2 基本單位 基本物理量的單位 基本物理量共七個 其中力學有三個 是長度 質量 時間 單位分別是米 千克 秒 3 導出單位 由基本物理量根據(jù)物理關系推導出來的其他物理量的單位 知識梳理 考點自診 1 根據(jù)牛頓第二定律 下列敘述正確的是 A 物體加速度的大小跟它的質量和速度大小的乘積成反比B 物體所受合力必須達到一定值時 才能使物體產生加速度C 物體加速度的大小跟它所受作用力中的任一個的大小成正比D 當物體質量改變但其所受合力的水平分力不變時 物體水平方向加速度大小與其質量成反比 答案 解析 知識梳理 考點自診 2 2018 河南鶴壁段考 如圖所示 表面光滑的斜面體固定在勻速上升的升降機上 質量相等的A B兩物體用一輕質彈簧連接著 B的上端用一平行斜面的細線拴接在斜面上的固定裝置上 斜面的傾角為30 當升降機突然處于完全失重狀態(tài)時 則此瞬時A B兩物體的瞬時加速度大小分別為 重力加速度為g 答案 解析 知識梳理 考點自診 3 多選 如圖所示 總質量為460kg的熱氣球 從地面剛開始豎直上升時的加速度為0 5m s2 當熱氣球上升到180m后 以5m s的速度向上勻速運動 若離開地面后熱氣球所受浮力保持不變 上升過程中熱氣球總質量不變 重力加速度g取10m s2 關于熱氣球 下列說法正確的是 A 所受浮力大小為4830NB 加速上升過程中所受空氣阻力保持不變C 從地面開始上升10s后的速度大小為5m sD 以5m s勻速上升時所受空氣阻力大小為230N 答案 解析 知識梳理 考點自診 4 2017 江蘇蘇州檢測 關于力學單位制的說法正確的是 A kg m s N是導出單位B kg m J是基本單位C 在國際單位制中 質量的基本單位是kg 也可以是gD 只有在國際單位制中 牛頓第二定律的表達式才是F ma 答案 解析 知識梳理 考點自診 5 多選 2017 山東壽光檢測 如圖甲所示 粗糙斜面與水平面的夾角為30 質量為0 3kg的小物塊靜止在A點 現(xiàn)有一沿斜面向上的恒定推力F作用在小物塊上 作用一段時間后撤去推力F 小物塊能達到的最高位置為C點 小物塊從A到C的v t圖象如圖乙所示 g取10m s2 則下列說法正確的是 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 對牛頓第二定律的理解 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 例1 2018 廣西欽州開發(fā)區(qū)月考 如圖所示 一個小球自由下落到將彈簧壓縮到最短后開始豎直向上反彈 從開始反彈至小球到達最高點 小球的速度和加速度的變化情況為 A 速度一直變小直到零B 速度先變大 然后變小直到為零C 加速度一直變小 方向向上D 加速度先變小后一直變大 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 思維點撥解決本題的關鍵知道加速度方向與合力方向相同 要注意彈簧的彈力隨形變量的變化而變化 明確力和運動間的關系 知道當加速度方向與速度方向相同時 速度增大 當加速度方向與速度方向相反時 速度減小 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 即學即練1 2016 上海卷 如圖 頂端固定著小球的直桿固定在小車上 當小車向右做勻加速運動時 小球所受合外力的方向沿圖中的 A OA方向B OB方向C OC方向D OD方向 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 2 搬運工人沿粗糙斜面把一個物體拉上卡車 當力沿斜面向上 大小為F時 物體的加速度為a1 若保持力的方向不變 大小變?yōu)?F時 物體的加速度為a2 則 A a1 a2B a12a1 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 用牛頓第二定律求解瞬時加速度 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 例2如圖所示 質量相等的三個物塊A B C A與天花板之間 B與C之間均用輕彈簧相連 A與B之間用細繩相連 當系統(tǒng)靜止后 突然剪斷A B間的細繩 則此瞬間A B C的加速度分別為 取向下為正 A g 2g 0B 2g 2g 0C 2g 2g gD 2g g g 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 思維點撥剪斷細線前對A B和C整體物體分別受力分析 根據(jù)平衡條件求出細線的彈力 剪斷細線后 再分別對A B和C整體受力分析 求解出合力并運用牛頓第二定律求解加速度 注意繩或線類 彈簧或橡皮條類模型力的特點 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 抓住 兩關鍵 遵循 四步驟 1 分析瞬時加速度的 兩個關鍵 明確繩或線類 彈簧或橡皮條類模型的特點 分析瞬時前 后的受力情況和運動狀態(tài) 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 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 即學即練3 2017 天津一中月考 如圖所示 A B C三球質量均為m 輕質彈簧一端固定在斜面頂端 另一端與A球相連 A B間固定一個輕桿 B C間由一輕質細線連接 傾角為 的光滑斜面固定在地面上 彈簧 輕桿與細線均平行于斜面 初始系統(tǒng)處于靜止狀態(tài) 細線被燒斷的瞬間 下列說法正確的是 A A球的受力情況未變 加速度為零B C球的加速度沿斜面向下 大小為gC A B之間桿的拉力大小為2mgsin D A B兩個小球的加速度均沿斜面向上 大小均為gsin 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 4 如圖所示 一根彈簧一端固定在左側豎直墻上 另一端連著A小球 同時水平細線一端連著A球 另一端固定在右側豎直墻上 彈簧與豎直方向的夾角是60 A B兩小球分別連在另一根豎直彈簧兩端 開始時A B兩球都靜止不動 A B兩小球的質量相等 重力加速度為g 若不計彈簧質量 在水平細線被剪斷瞬間 A B兩球的加速度分別為 A aA aB gB aA 2g aB 0 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 5 如圖所示 兩個質量分別為m1 m2的物塊A和B通過一輕彈簧連接在一起并放置于水平傳送帶上 水平輕繩一端連接A 另一端固定在墻上 A B與傳送帶間的動摩擦因數(shù)均為 傳送帶沿順時針方向轉動 系統(tǒng)達到穩(wěn)定后 突然剪斷輕繩的瞬間 設A B的加速度大小分別為aA和aB 彈簧在彈性限度內 重力加速度為g 則 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 動力學兩類基本問題 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 例3 2017 湖南株洲質檢 如圖所示 某次滑雪訓練 運動員站在水平雪道上第一次利用滑雪杖對雪面的作用獲得水平推力F 84N而從靜止向前滑行 其作用時間為t1 1 0s 撤除水平推力F后經過t2 2 0s 他第二次利用滑雪杖對雪面的作用獲得同樣的水平推力 作用距離與第一次相同 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 已知該運動員連同裝備的總質量為m 60kg 在整個運動過程中受到的滑動摩擦力大小恒為Ff 12N 求 1 第一次利用滑雪杖對雪面作用獲得的速度大小及這段時間內的位移 2 該運動員 可視為質點 第二次撤除水平推力后滑行的最大距離 答案 1 1 2m s0 6m 2 5 2m解析 1 運動員利用滑雪杖獲得的加速度為 第一次利用滑雪杖對雪面作用獲得的速度大小v1 a1t1 1 2 1 0m s 1 2m s 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 經時間t2速度變?yōu)関1 v1 a2t2第二次利用滑雪杖獲得的速度大小v2 解得x2 5 2m 思維點撥根據(jù)題意 畫出運動過程示意圖 分析每一過程的已知量和未知量 根據(jù)牛頓第二定律及運動學公式求解 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 例4 2017 山東威海模擬 有一種大型游戲機叫 跳樓機 參加游戲的游客被安全帶固定在座椅上 由電動機將座椅沿光滑的豎直軌道提升到離地面40m高處 然后由靜止釋放 可以認為座椅沿軌道做自由落體運動2s后 開始受到恒定阻力而立即做勻減速運動 且下落到離地面4m高處時速度剛好減小到零 然后再讓座椅以相當緩慢的速度穩(wěn)穩(wěn)下落 將游客送回地面 g取10m s2 求 1 座椅在勻減速階段的時間是多少 2 在勻減速階段 座椅對游客的作用力大小是游客體重的多少倍 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 答案 1 1 6s 2 2 25倍 座椅自由下落結束時刻的速度v gt1 20m s設座椅勻減速運動的總高度為h 則h 40 4 20 m 16m 2 設座椅勻減速階段的加速度大小為a 座椅對游客的作用力大小為F 由v at得a 12 5m s2由牛頓第二定律得F mg ma 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 思維點撥 1 座椅勻加速下降階段 知道幾個物理量 能求出幾個物理量 2 利用第一階段的結果 座椅勻減速下降階段 知道幾個物理量 能求出幾個物理量 提示 知道初速度 加速度 時間三個物理量 可求出末速度和位移 提示 第一階段的末速度即為第二階段的初速度 又由于總位移已知 所以可求出勻減速下落的位移 由題意知末速度為零 即知道初速度 末速度 位移 可求出時間和加速度 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 兩類動力學問題的解題步驟 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 即學即練6 2018 山東泰安月考 如圖甲所示 質量m 2kg的物體在水平面上向右做直線運動 過a點時給物體施加一個水平向左的恒力F并開始計時 選水平向右為速度的正方向 通過速度傳感器測出物體的瞬時速度 所得v t圖象如圖乙所示 重力加速度g取10m s2 求 1 力F的大小和物體與水平面間的動摩擦因數(shù) 2 10s后撤去拉力F 求物體再過15s離a點的距離 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 答案 1 3N0 05 2 38m解析 1 設物體向右做勻減速直線運動的加速度為a1 則由v t圖象得加速度大小a1 2m s2 方向與初速度方向相反 設物體向左做勻加速直線運動的加速度為a2 則由v t圖象得加速度大小a2 1m s2 方向與初速度方向相反 在0 4s內 根據(jù)牛頓第二定律 有F mg ma1在4 10s內 F mg ma2代入數(shù)據(jù)解得F 3N 0 05 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 2 設10s末物體的位移為x x應為v t圖象與坐標軸所圍的面積 設撤去拉力F后物體做勻減速直線運動的加速度大小為a3 根據(jù)牛頓第二定律有 mg ma3得a3 0 5m s2 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 7 2018 湖北黃岡高三檢測 a b兩物塊可視為質點 在a以初速度v0從地面豎直上拋的同時 b以初速度v0滑上傾角為 30 的足夠長的斜面 已知b與斜面間的動摩擦因數(shù)為 重力加速度為g 求當a落地時 b離地面的高度 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 解析 以b為研究對象 斜面對b的支持力為FN mgcos30 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 動力學圖象問題1 數(shù)形結合解決動力學圖象問題 1 在圖象問題中 無論是讀圖還是作圖 都應盡量先建立函數(shù)關系 進而明確 圖象與公式 圖象與物體 間的關系 然后根據(jù)函數(shù)關系讀取圖象信息或者描點作圖 2 讀圖時 要注意圖線的起點 斜率 截距 折點以及圖線與橫坐標包圍的 面積 等所對應的物理意義 盡可能多地提取解題信息 3 常見的動力學圖象v t圖象 a t圖象 F t圖象 F a圖象等 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 2 動力學圖象問題的類型 圖象類問題的實質是力與運動的關系問題 以牛頓第二定律F ma為紐帶 理解圖象的種類 圖象的軸 點 線 截距 斜率 面積所表示的意義 一般包括下列幾種類型 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 例5 多選 2018 湖北黃岡高三檢測 水平地面上質量為1kg的物塊受到水平拉力F1 F2的作用 F1 F2隨時間的變化如圖所示 已知物塊在前2s內以4m s的速度做勻速直線運動 g取10m s2 則 A 物塊與地面的動摩擦因數(shù)為0 2B 3s末物塊受到的摩擦力大小為3NC 4s末物塊受到的摩擦力大小為1ND 5s末物塊的加速度大小為3m s2 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 思維點撥已知物塊在前2s內以4m s的速度做勻速直線運動 受力平衡 根據(jù)平衡條件和摩擦力公式求動摩擦因數(shù) 根據(jù)牛頓第二定律求5s末物塊的加速度大小 動力學與圖象的綜合問題做好兩步第1步 判別物理過程 由圖象形狀所描述的狀態(tài)及變化規(guī)律確定質點的運動性質 第2步 選擇解答方法 根據(jù)質點的運動性質 選擇公式法 圖象法解答試題 必要時建立函數(shù)關系并進行圖象轉換 或者與常見形式比較進行解答和判斷 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 即學即練8 多選 如圖 a 一物塊在t 0時刻滑上一固定斜面 其運動的v t圖線如圖 b 所示 若重力加速度及圖中的v0 v1 t1均為已知量 則可求出 A 斜面的傾角B 物塊的質量C 物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)D 物塊沿斜面向上滑行的最大高度 答案 解析 命題點一 命題點二 命題點三 命題點四 9 多選 2018 北京首都師大附中月考 一雨滴從空中由靜止開始沿豎直方向落下 若雨滴下落過程中所受重力保持不變 且空氣對雨滴阻力隨其下落速度的增大而增大 則如圖所示的圖象中可能正確反映雨滴整個下落過程運動情況的是 答案 解析 模型建立 典例示范 變式訓練 傳送帶模型模型特征 1 水平傳送帶模型 模型建立 典例示范 變式訓練 模型建立 典例示范 變式訓練 2 傾斜傳送帶模型 模型建立 典例示范 變式訓練 模型建立 典例示范 變式訓練 例1 多選 2017 廣東中山模擬 如圖甲所示的水平傳送帶AB逆時針勻速轉動 一物塊沿曲面從一定高度處由靜止開始下滑 以某一初速度從傳送帶左端滑上 在傳送帶上由速度傳感器記錄下物塊速度隨時間的變化關系如圖乙所示 圖中取向左為正方向 以物塊剛滑上傳送帶時為計時起點 模型建立 典例示范 變式訓練 已知傳送帶的速度保持不變 重力加速度g取10m s2 關于物塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù) 及物塊在傳送帶上運動第一次回到傳送帶左端的時間t 下列計算結果正確的是 A 0 4B 0 2C t 4 5sD t 3s 答案 解析 模型建立 典例示范 變式訓練 思維點撥 1 物塊剛滑上傳送帶的速率和傳送帶的速率分別是多少 2 物塊在傳送帶上所受摩擦力方向如何 物塊如何運動 提示 由v t圖象可知 物塊剛滑上傳送帶的速率為4m s 傳送帶的速率為2m s 提示 物塊在傳送帶上所受摩擦力方向始終向左 先做勻減速運動 直到速度減為零 然后反向加速運動 最后做勻速運動 模型建立 典例示范 變式訓練 例2 2017 黑龍江大慶模擬 如圖所示 傳送帶與地面夾角 37 從A到B長度為L 10 25m 傳送帶以v0 10m s的速率逆時針轉動 在傳送帶上端A無初速地放一個質量為m 0 5kg的黑色煤塊 它與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)為 0 5 煤塊在傳送帶上經過會留下黑色痕跡 已知sin37 0 6 g取10m s2 求 1 煤塊從A到B的時間 2 煤塊從A到B的過程中傳送帶上形成痕跡的長度 模型建立 典例示范 變式訓練 答案 1 1 5s 2 5m解析 1 煤塊剛放上時 受到向下的摩擦力 其加速度為a1 g sin cos 10m s2 達到v0后 受到向上的摩擦力 則a2 g sin cos 2m s2 x2 L x1 5 25m 得t2 0 5s 煤塊從A到B的時間為t t1 t2 1 5s 模型建立 典例示范 變式訓練 2 第一過程痕跡長 x1 v0t1 x1 5m 第二過程痕跡長 x2 x2 v0t2 0 25m x1與 x2部分重合 故痕跡總長為5m 模型建立 典例示范 變式訓練 思維點撥 1 煤塊放在傳送帶上后 開始階段 傳送帶的速度大于煤塊的速度 傳送帶給煤塊一沿斜面向下的滑動摩擦力 煤塊由靜止開始加速下滑 當煤塊加速至與傳送帶速度相等時 由于 tan 煤塊在重力作用下將繼續(xù)加速 此后煤塊的速度大于傳送帶的速度 傳送帶給煤塊沿傳送帶向上的滑動摩擦力 但合力沿傳送帶向下 煤塊繼續(xù)加速下滑 綜上可知 滑動摩擦力的方向在獲得共同速度的瞬間發(fā)生了 突變 根據(jù)牛頓第二定律求出兩段的加速度 再根據(jù)速度時間關系求兩段的時間 2 第一階段煤塊的速度小于傳送帶速度 煤塊相對傳送帶向上移動 第二階段 煤塊的速度大于傳送帶速度 煤塊相對傳送帶向下移動 根據(jù)運動學公式求解相對位移 模型建立 典例示范 變式訓練 命題分析1 傳送帶模型作為力學的基本模型是一個高頻的考查模型 主要考查對牛頓第二定律 勻變速直線運動的位移與速度的關系等考點的理解 該模型涉及摩擦力分析 相對運動 摩擦生熱等 知識綜合性較強 對學生解題能力要求較高 往往具有相當難度 高考中往往以壓軸題形式出現(xiàn) 考查主要情景是水平傳送帶和傾斜傳送帶 主要設問方向是運動時間 速度 加速度 位移 摩擦生熱等 2 水平傳送帶問題 求解的關鍵在于對物體所受的摩擦力進行正確的分析判斷 判斷摩擦力時要注意比較物體的運動速度與傳送帶的速度 也就是分析物體在運動位移x 對地 的過程中速度是否和傳送帶速度相等 物體的速度與傳送帶速度相等的時刻就是物體所受摩擦力發(fā)生突變的時刻 模型建立 典例示范 變式訓練 3 傾斜傳送帶問題 求解的關鍵在于認真分析物體與傳送帶的相對運動情況 從而確定其是否受到滑動摩擦力作用 如果受到滑動摩擦力作用應進一步確定其大小和方向 然后根據(jù)物體的受力情況確定物體的運動情況 當物體速度與傳送帶速度相等時 物體所受的摩擦力有可能發(fā)生突變 模型建立 典例示范 變式訓練 總結提升傳送帶問題的解題思路 模型建立 典例示范 變式訓練 1 多選 2017 天津一中月考 如圖所示 水平傳送帶A B兩端相距x 3 5m 物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù) 0 1 物體滑上傳送帶A端的瞬時速度vA 4m s 到達B端的瞬時速度設為vB 下列說法正確的是 A 若傳送帶不動 vB 3m sB 若傳送帶逆時針勻速轉動 vB一定等于3m sC 若傳送帶順時針勻速轉動 vB一定大于3m sD 若傳送帶順時針勻速轉動 vB有可能等于3m s 答案 解析 模型建立 典例示范 變式訓練 2 傳送帶以恒定速率v 4m s順時針運行 傳送帶與水平面的夾角 37 現(xiàn)將質量m 1kg的小物塊輕放在其底端 小物品可看成質點 平臺上的人通過一根輕繩用恒力F 10N拉小物塊 經過一段時間物塊被拉到離地高為H 1 8m的平臺上 如圖所示 已知物塊與傳送帶之間的動摩擦因數(shù) 0 5 設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力 g取10m s2 已知sin37 0 6 cos37 0 8 1 求物塊在傳送帶上運動的時間 2 若在物塊與傳送帶速度相等的瞬間撤去恒力F 則物塊還需多少時間才能脫離傳送帶 模型建立 典例示范 變式訓練 解析 1 物塊在達到與傳送帶速度v 4m s相等前 有F mgcos37 mgsin37 ma1解得a1 8m s2由v a1t1 t1 0 5s 隨后 有F mgcos37 mgsin37 ma2解得a2 0 即物塊勻速上滑 總時間為t t1 t2 1s即物塊從傳送帶底端運動到平臺上所用的時間是1s 模型建立 典例示范 變式訓練 2 在物塊與傳送帶達到同速瞬間撤去恒力F 根據(jù)牛頓第二定律 有 mgcos37 mgsin37 ma3解得a3 2m s2假設物塊向上勻減速到速度為零時 通過的位移為x 模型建立 典例示范 變式訓練 3 2018 江西贛州月考 如圖所示 傳送帶的水平部分ab 2m 斜面部分bc 4m bc與水平面的夾角 37 一個小物體A與傳送帶的動摩擦因數(shù) 0 25 傳送帶沿圖示的方向運動 速率v 2m s 若把物體A輕放到a處 它將被傳送帶送到c點 且物體A不會脫離傳送帶 求物體A從a點被傳送到c點所用的時間 已知 sin37 0 6 cos37 0 8 g取10m s2 模型建立 典例示范 變式訓練 答案 2 4s解析 物體A輕放在a點后在摩擦力作用下向右做勻加速直線運動直到和傳送帶速度相等 當物體A到達bc斜面時 由于mgsin37 0 6mg mgcos37 0 2mg 所以物體A將再次沿傳送帶做勻加速直線運動 其加速度大小為a2 gsin37 gcos37 4m s2 模型建立 典例示范 變式訓練 物體A在傳送帶bc上所用時間滿足xbc vt3 代入數(shù)據(jù)得t3 1s 負值舍去 則物體A從a點被傳送到c所用時間為t t1 t2 t3 2 4s