第二节牛顿第二定律两类动力学问题精选PPT.ppt

第二节牛顿第二定律两类动力第二节牛顿第二定律两类动力第二节牛顿第二定律两类动力第二节牛顿第二定律两类动力学问题学问题学问题学问题第1页，本讲稿共48页基础知识梳理一、牛顿第二定律一、牛顿第二定律1内容：物体加速度的大小跟合外力成内容：物体加速度的大小跟合外力成 ，跟物体，跟物体的质量成的质量成 ，加速度的方向跟作合外用力的方向，加速度的方向跟作合外用力的方向 2表达式：表达式：Fma3 3物理意义：它突出了力是改变物体运动状态（或物理意义：它突出了力是改变物体运动状态（或产生加速度）的原因，不是维持物体运动的原因产生加速度）的原因，不是维持物体运动的原因 正比正比反比反比相同相同第2页，本讲稿共48页基础知识梳理3适用范围适用范围(1)牛顿第二定律只适用于惯性参考系，即相牛顿第二定律只适用于惯性参考系，即相对于地面对于地面 或或 的参考系的参考系(2)牛顿第二定律只适用于牛顿第二定律只适用于宏观宏观物体物体(相对相对于分子、原子等于分子、原子等)、运动运动(远小于光速远小于光速)的情的情况况静止静止 匀速直线运动匀速直线运动 低速低速第3页，本讲稿共48页基础知识梳理【思考【思考提示】提示】不对物体的不对物体的质量与受力、运动情况无关质量与受力、运动情况无关思考第4页，本讲稿共48页基基础础知知识识梳理梳理二、两类动力学问题二、两类动力学问题1已知物体的受力情况，求物体的已知物体的受力情况，求物体的 2已知物体的运动情况，求物体的已知物体的运动情况，求物体的 运动情况运动情况受力情况受力情况第5页，本讲稿共48页基基础础知知识识梳理梳理特别提示特别提示：利用牛顿第二定律解决动力学：利用牛顿第二定律解决动力学问题的关键是利用加速度的问题的关键是利用加速度的“桥梁桥梁”作用，将作用，将运动学规律和牛顿第二定律相结合，寻找加速运动学规律和牛顿第二定律相结合，寻找加速度和未知量的关键，是解决这类问题的思考方度和未知量的关键，是解决这类问题的思考方向向第6页，本讲稿共48页基基础础知知识识梳理梳理 三、力学单位制三、力学单位制 1单位制：由单位制：由 单位和单位和 单位单位一起组成了单位制一起组成了单位制 2基本单位：基本物理量的单位，基本单位：基本物理量的单位，基本物理量共七个，其中力学有三个，基本物理量共七个，其中力学有三个，它们是它们是 、，它们的单，它们的单位分别是位分别是 、3导出单位：由基本量根据导出单位：由基本量根据 推导出来的其他物理量的单位推导出来的其他物理量的单位基本基本 导出导出长度长度 质量质量 时间时间米米 千克千克 秒秒 物理物理关系关系第7页，本讲稿共48页基基础础知知识识梳理梳理4国际单位制中的基本物理量和基本单国际单位制中的基本物理量和基本单位位物理量名称 物理量符号单位名称单位符号长度l米m质量m千克kg时间t秒s电流I安培A热力学温度T开尔文K物质的量n摩尔mol发光强度I坎德拉cd第8页，本讲稿共48页课课堂互堂互动讲练动讲练一、对牛顿第二定律的理解一、对牛顿第二定律的理解1牛顿第二定律的牛顿第二定律的“四性四性”瞬时性a与F对应同一时刻，即a为某时刻的加速度时，F为该时刻物体所受合外力矢量性公式Fma是矢量式，任一时刻，a与F合同向同一性有三层意思：加速度a相对同一惯性系(一般指地面)Fma中，F、m、a对应同一物体或同一系统Fma中，各量统一使用国际单位第9页，本讲稿共48页独立性作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛顿第二定律物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和分力和加速度在各个方向上的分量也遵从牛顿第二定律，即Fxmax，Fymay课堂互动讲练课堂互动讲练课堂互动讲练课堂互动讲练第10页，本讲稿共48页应用牛顿第二定律的解题步骤应用牛顿第二定律的解题步骤(1)明确研究对象根据问题的需要和解题的方便，选明确研究对象根据问题的需要和解题的方便，选出被研究的物体出被研究的物体(2)分析物体的受力情况和运动情况，画好受力分析图，分析物体的受力情况和运动情况，画好受力分析图，明确物体的运动性质和运动过程明确物体的运动性质和运动过程(3)选取正方向或建立坐标系，通常以加速度的方向为正选取正方向或建立坐标系，通常以加速度的方向为正方向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向方向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向(4)求合外力求合外力F合合(5)根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律F合合ma列方程求解，必要时还要列方程求解，必要时还要对结果进行讨论对结果进行讨论课课堂互堂互动讲练动讲练第11页，本讲稿共48页【例例1】一物体放在光滑水平面上，初速为零，先对物体一物体放在光滑水平面上，初速为零，先对物体施加一向东的恒力施加一向东的恒力F，历时，历时1s；随即把此力改为向西，大；随即把此力改为向西，大小不变，历时小不变，历时1s；接着又把此力改为向东，大小不变历时；接着又把此力改为向东，大小不变历时1s；如此反复，只改变力的方向，共历时；如此反复，只改变力的方向，共历时1min，在此，在此1min内（）内（）A物体时而向东运动，时而向西运动，在物体时而向东运动，时而向西运动，在1min末静止于初始末静止于初始位置之东位置之东B物体时而向东运动，时而向西运动，在物体时而向东运动，时而向西运动，在1min末静止于末静止于初始位置初始位置C物体时而向东运动，时而向西运动，在物体时而向东运动，时而向西运动，在1min末继续向东末继续向东运动运动D物体一直向东运动，从不向西运动，在物体一直向东运动，从不向西运动，在1min末静止于末静止于初始位置之东初始位置之东D第12页，本讲稿共48页例例2（06年年12月广州市月广州市X科统考卷科统考卷9）一一物物体体放放置置在在倾倾角角为为的的斜斜面面上上，斜斜面面固固定定于于加加速速上上升升的的电电梯梯中中，加加速速度度为为a，如如图图所所示示在在物物体体始始终终相相对对于斜面静止的条件下于斜面静止的条件下 ()A.当当一定时，一定时，a越大，斜面对物体的正压力越小越大，斜面对物体的正压力越小B.当当一定时，一定时，a越大，斜面对物体的摩擦力越大越大，斜面对物体的摩擦力越大C.当当a一定时，一定时，越大，斜面对物体的正压力越小越大，斜面对物体的正压力越小D.当当a一定时，一定时，越大，斜面对物体的摩擦力越小越大，斜面对物体的摩擦力越小aB C第13页，本讲稿共48页【例例3】在水平面上有一质量为在水平面上有一质量为5kg的物体，它受的物体，它受到与水平方向成到与水平方向成530角并斜向上的角并斜向上的25N的拉力时，的拉力时，恰好做匀速直线运动，取恰好做匀速直线运动，取g=10m/s，问：，问：（1）当拉力为）当拉力为50N时，加速度多大？时，加速度多大？（2）当拉力为）当拉力为62.5N时，加速度多大？时，加速度多大？第14页，本讲稿共48页练习练习1一倾角为一倾角为300的斜面上放一木块，木块上固定一支的斜面上放一木块，木块上固定一支架，支架末端用丝线悬挂一小球，木块在斜面上下滑时，架，支架末端用丝线悬挂一小球，木块在斜面上下滑时，小球与滑块相对静止共同运动，当细线小球与滑块相对静止共同运动，当细线(1)沿竖直方向；沿竖直方向；(2)与斜面方向垂直；与斜面方向垂直；(3)沿水平方向，求上述三种情况沿水平方向，求上述三种情况下滑块下滑的加速度下滑块下滑的加速度 答案：答案：(1)a=0,木块沿斜面匀速下滑木块沿斜面匀速下滑(2)a=gsin,方向沿斜面向下方向沿斜面向下(3)a=，方向沿斜面向下，方向沿斜面向下 第15页，本讲稿共48页2如图所示，带有斜面的小车上放一光滑均匀的如图所示，带有斜面的小车上放一光滑均匀的球，球质量为球，球质量为m，当小车向右以加速度，当小车向右以加速度a作匀加速直作匀加速直线运动时，球对斜面的压力为线运动时，球对斜面的压力为_，对小车的压，对小车的压力为力为_(斜面倾角为斜面倾角为)mg-macot 第16页，本讲稿共48页探究点二牛顿第二定律的瞬时性问题探究点二牛顿第二定律的瞬时性问题 第17页，本讲稿共48页例例1（07年天津五区县重点校联考年天津五区县重点校联考15）如如图图所所示示，质质量量为为5kg的的物物体体m在在平平行行于于斜斜面面向向上上的的力力F作作用用下下，沿沿斜斜面面匀匀加加速速向向上上运运动动，加加速速度度大大小小为为a=2m/s2，F=50N，=370，若若突突然然撤撤去去外外力力F，则则在在刚刚撤撤去去外外力力的瞬间，物体的瞬间，物体m的加速度大小和方向是（的加速度大小和方向是（）A2 m/s2，沿斜面向上，沿斜面向上B4 m/s2，沿斜面向下，沿斜面向下C6 m/s2，沿斜面向下，沿斜面向下D8 m/s2，沿斜面向下，沿斜面向下FD第18页，本讲稿共48页第19页，本讲稿共48页3.3.与弹簧相关的瞬时问题常见情景图例与弹簧相关的瞬时问题常见情景图例第20页，本讲稿共48页第21页，本讲稿共48页特别提醒1 1力和加速度的瞬时对应性是高考的重点力和加速度的瞬时对应性是高考的重点物体的受力情况应符合物体的运动状态，当物体的受力情况应符合物体的运动状态，当外界因素发生变化外界因素发生变化(如撤力、变力、断绳等如撤力、变力、断绳等)时，时，需重新进行运动分析和受力分析，切忌想当然！需重新进行运动分析和受力分析，切忌想当然！2 2细绳弹力可以发生突变而弹簧弹力不能细绳弹力可以发生突变而弹簧弹力不能发生突变发生突变第22页，本讲稿共48页AP的加速度大小不断变化，方向也不断变化的加速度大小不断变化，方向也不断变化BP的加速度大小不断变化，但方向只改变一次的加速度大小不断变化，但方向只改变一次CP的加速度大小不断改变，当的加速度大小不断改变，当加速度数值最大时，速度最小加速度数值最大时，速度最小D有一段过程，有一段过程，P的加速度逐渐的加速度逐渐增大，速度也逐渐增大增大，速度也逐渐增大如图所示，物体如图所示，物体P以一定的初速度以一定的初速度v沿光滑水平面向右沿光滑水平面向右运动，与一个右端固定的轻质弹簧相撞，并被弹簧反向弹运动，与一个右端固定的轻质弹簧相撞，并被弹簧反向弹回若弹簧在被压缩过程中始终遵守胡克定律，那么在回若弹簧在被压缩过程中始终遵守胡克定律，那么在P与弹簧发生相互作用的整个过程中与弹簧发生相互作用的整个过程中()即时应用CP45 1第23页，本讲稿共48页1.如图如图324所示是两根轻弹簧与两个质量都为所示是两根轻弹簧与两个质量都为m的小球连接成的系统，上面一根弹簧的上端固定在天花板上，的小球连接成的系统，上面一根弹簧的上端固定在天花板上，两小球之间还连接了一根不可伸长的细线该系统静止，细两小球之间还连接了一根不可伸长的细线该系统静止，细线受到的拉力大小等于线受到的拉力大小等于4 mg.在剪断了两球之间的细线的瞬在剪断了两球之间的细线的瞬间，球间，球A的加速度的加速度aA和球和球B的加速度的加速度aB分别是分别是()变式训练A2g，竖直向下；，竖直向下；2g，竖直向下，竖直向下B4g，竖直向上；，竖直向上；4g，竖直向下，竖直向下C2g，竖直向上；，竖直向上；2g，竖直向下，竖直向下D2g，竖直向下；，竖直向下；4g，竖直向下，竖直向下B第24页，本讲稿共48页例例2（06年年5月深圳市第二次调研考试月深圳市第二次调研考试10）如如图图所所示示，用用倾倾角角为为30的的光光滑滑木木板板AB托托住住质质量量为为m的的小小球球，小小球球用用轻轻弹弹簧簧系系住住，当当小小球球处处于于静静止止状状态态时时，弹弹簧簧恰恰好好水水平平则则当当木木板板AB突突然然向向下下撤撤离离的的瞬间瞬间 （）A小球将开始做自由落体运动小球将开始做自由落体运动B小球将开始做圆周运动小球将开始做圆周运动C小球加速度大小为小球加速度大小为gD小球加速度大小为小球加速度大小为AB30D第25页，本讲稿共48页【变式练习变式练习】如图所示，质量为如图所示，质量为m的小球与细线和的小球与细线和轻弹簧连接后被悬挂起来，静止平衡时轻弹簧连接后被悬挂起来，静止平衡时AC和和BC与过与过C的竖直线的夹角都是的竖直线的夹角都是600，则剪断，则剪断AC线瞬间，线瞬间，求小球的加速度；剪断求小球的加速度；剪断B处弹簧的瞬间，求小球的加处弹簧的瞬间，求小球的加速度速度 ag，方向与竖直方向成，方向与竖直方向成60o角斜向右下方角斜向右下方 a=方向与竖直方向成方向与竖直方向成300斜向左下方斜向左下方 答案：答案：第26页，本讲稿共48页创新练习（江苏省启东市创新练习（江苏省启东市07届第一学期期中测试届第一学期期中测试5）如图所示，一质量为M的木块与水平面接触，木块上方固定有一根直立的轻弹簧，弹簧上端系一带电且质量为m的小球（弹簧不带电），小球在竖直方向上振动，当加上竖直方向的匀强电场后，在弹簧正好恢复到原长时，小球具有最大速度当木块对水平面压力为零时，小球的加速度大小是 ()A mg/MB Mg/mC(M+m)g/mD(M+m)g/MB第27页，本讲稿共48页三、解答两类动力学问题的基本方法及步骤三、解答两类动力学问题的基本方法及步骤1解答两类动力学问题的基本方法解答两类动力学问题的基本方法(1)明确题目中给出的物理现象和物理过程的特明确题目中给出的物理现象和物理过程的特点，如果是比较复杂的问题，应该明确整个物理现点，如果是比较复杂的问题，应该明确整个物理现象是由哪几个物理过程组成的，找出相邻过程的联象是由哪几个物理过程组成的，找出相邻过程的联系点，再分别研究每一个物理过程系点，再分别研究每一个物理过程课堂互动讲练课堂互动讲练课堂互动讲练课堂互动讲练第28页，本讲稿共48页(2)根据问题的要求和计算方法，确定研究对根据问题的要求和计算方法，确定研究对象，进行分析，并画示意图图中应注明力、速度、象，进行分析，并画示意图图中应注明力、速度、加速度的符号和方向对每一个力都明确施力物体加速度的符号和方向对每一个力都明确施力物体和受力物体，以免分析力时有所遗漏或无中生有和受力物体，以免分析力时有所遗漏或无中生有课堂互动讲练课堂互动讲练课堂互动讲练课堂互动讲练第29页，本讲稿共48页(3)应用牛顿运动定律和运动学公式求解，通常应用牛顿运动定律和运动学公式求解，通常先用表示物理量的符号运算，解出所求物理量的表达先用表示物理量的符号运算，解出所求物理量的表达式，然后将已知物理量的数值及单位代入，通过运算式，然后将已知物理量的数值及单位代入，通过运算求结果求结果课堂互动讲练课堂互动讲练课堂互动讲练课堂互动讲练第30页，本讲稿共48页(4)分析流程图分析流程图课堂互动讲练课堂互动讲练课堂互动讲练课堂互动讲练第31页，本讲稿共48页特别提醒特别提醒1 1物体的运动情况是由所受的力物体的运动情况是由所受的力及物体运动的初始状态共同决定的及物体运动的初始状态共同决定的2 2无论是哪种情况，联系力和运动的无论是哪种情况，联系力和运动的“桥梁桥梁”都是加速度都是加速度课堂互动讲练课堂互动讲练课堂互动讲练课堂互动讲练第32页，本讲稿共48页2如图所示，一质量为如图所示，一质量为m的物块放在水平地面上，的物块放在水平地面上，现在对物块施加一个大小为现在对物块施加一个大小为F的水平恒力，使物块从静止的水平恒力，使物块从静止开始向右移动距离开始向右移动距离s后立即撤去后立即撤去F，物块与水平地面间的动，物块与水平地面间的动摩擦因数为摩擦因数为.求：求：(1)撤去撤去F时，物块的速度大小；时，物块的速度大小；(2)撤去撤去F后，物块还能滑行多远？后，物块还能滑行多远？即时应用课堂互动讲练课堂互动讲练课堂互动讲练课堂互动讲练第33页，本讲稿共48页(2008年高考海南卷年高考海南卷)科研人员乘气球进行科学科研人员乘气球进行科学考察气球、座舱、压舱物和科研人员的总质量为考察气球、座舱、压舱物和科研人员的总质量为990 kg.气球在空中停留一段时间后，发现气球漏气球在空中停留一段时间后，发现气球漏气而下降，及时堵住堵住时气球下降速度为气而下降，及时堵住堵住时气球下降速度为1 m/s，且做匀加速运动，且做匀加速运动，4 s内下降了内下降了12 m为使为使气球安全着陆，向舱外缓慢抛出一定的压舱物气球安全着陆，向舱外缓慢抛出一定的压舱物此后发现气球做匀减速运动，下降速度在此后发现气球做匀减速运动，下降速度在5分钟内分钟内减少了减少了3 m/s.若空气阻力和泄漏气体的质量均可忽略，若空气阻力和泄漏气体的质量均可忽略，重力加速度重力加速度g9.89 m/s2，求抛掉的压舱物的质量，求抛掉的压舱物的质量题型二 两类动力问题的求解第34页，本讲稿共48页第35页，本讲稿共48页第36页，本讲稿共48页将题设数据将题设数据m990 kg，v01 m/s，t4 s，h12 m，t300 s，v3 m/s，g9.89 m/s2代入代入式得式得m101 kg.【答案答案】101 kg第37页，本讲稿共48页高高频频考点例析考点例析2上题中，若要使气球匀速下降，则上题中，若要使气球匀速下降，则向舱外抛出的压舱物的质量是多少？向舱外抛出的压舱物的质量是多少？解析解析：若气球匀速下降，则：若气球匀速下降，则F(mm)g再根据再根据mgFma，hv0tat2解得：解得：m100 kg.答案：答案：100 kg变式训练第38页，本讲稿共48页如图如图325所示，质量为所示，质量为m的人站在自动的人站在自动扶梯上，扶梯正以加速度扶梯上，扶梯正以加速度a向上减速运动，向上减速运动，a与水与水平方向的夹角为平方向的夹角为.求人所受到的支持力和摩擦力求人所受到的支持力和摩擦力题型三 正交分解法的应用例3第39页，本讲稿共48页高高频频考点例析考点例析【解析解析】法一：以人为研究对象，法一：以人为研究对象，他站在减速上升的电梯上，受到竖直向下的他站在减速上升的电梯上，受到竖直向下的重力重力mg和竖直向上的支持力和竖直向上的支持力FN，还受到，还受到水平方向的静摩擦力水平方向的静摩擦力F静静，由于电梯斜向，由于电梯斜向下的加速度有一个水平向左的分量，故可判下的加速度有一个水平向左的分量，故可判断静摩擦力的方向水平向左，人受力如图断静摩擦力的方向水平向左，人受力如图326甲所示，建立如图所示的坐标系，甲所示，建立如图所示的坐标系，并将加速度分解为水平方向加速度并将加速度分解为水平方向加速度ax和竖直和竖直方向加速度方向加速度ay，如图，如图326乙所示，则乙所示，则axacos，ayasin.第40页，本讲稿共48页高高频频考点例析考点例析 图图326由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得F静静max，mgFNmay，第41页，本讲稿共48页高高频频考点例析考点例析解得解得F F静静mamacoscos，F FN Nm m(g ga asinsin)图图327第42页，本讲稿共48页法二：以人为研究对象，受力分析如图法二：以人为研究对象，受力分析如图327所示因摩擦力所示因摩擦力F为待求，且必沿为待求，且必沿水平方向，设为水平向右建立如图所水平方向，设为水平向右建立如图所示坐标系，并规定正方向示坐标系，并规定正方向根据牛顿第二定律得根据牛顿第二定律得x方向：方向：mgsinFNsinFcosmay方向：方向：mgcosFsinFNcos0第43页，本讲稿共48页由由两式可解得两式可解得FNm(gasin)，Fmacos.F为负值，说明摩擦力的实际方向为负值，说明摩擦力的实际方向与假设方向相反，为水平向左与假设方向相反，为水平向左【答案答案】见解析见解析第44页，本讲稿共48页【方法技巧】【方法技巧】(1)对受多个力作用的物体应用牛顿第二定律时，对受多个力作用的物体应用牛顿第二定律时，常用的方法是正交分解，分解时，可以分解力，也可常用的方法是正交分解，分解时，可以分解力，也可以分解加速度以分解加速度(2)判断静摩擦力的方向、计算静摩擦力的大小时，判断静摩擦力的方向、计算静摩擦力的大小时，若物体处于平衡状态，则可根据平衡条件判断静摩擦若物体处于平衡状态，则可根据平衡条件判断静摩擦力的方向，计算摩擦力的大小；若物体有加速度，则力的方向，计算摩擦力的大小；若物体有加速度，则应根据牛顿第二定律判断静摩擦力的方向，并计算其应根据牛顿第二定律判断静摩擦力的方向，并计算其大小大小第45页，本讲稿共48页3(2010年江苏淮安第一次调研年江苏淮安第一次调研)楼梯口一倾斜的天花板楼梯口一倾斜的天花板与水平面成与水平面成37，如图，如图328所示，一装潢工人手持木杆所示，一装潢工人手持木杆绑着刷子粉刷天花板工人所持木杆对刷子的作用力始终保绑着刷子粉刷天花板工人所持木杆对刷子的作用力始终保持竖直向上，大小为持竖直向上，大小为F10 N，刷子的质量为，刷子的质量为m0.5 kg，刷，刷子可视为质点刷子与板间的动摩擦因数为子可视为质点刷子与板间的动摩擦因数为0.5，板长为，板长为L4 m，取，取sin370.6，试求：，试求：(1)刷子沿天花板向上运动的加速度；刷子沿天花板向上运动的加速度；(2)工人把刷子从天花板底端推到顶工人把刷子从天花板底端推到顶端所用的时间端所用的时间变式训练第46页，本讲稿共48页高高频频考点例析考点例析解析解析：(1)以刷子为研究对象，受力分析如图以刷子为研究对象，受力分析如图设向上的推力为设向上的推力为F，滑动摩擦力为，滑动摩擦力为Ff，弹力为，弹力为FN第47页，本讲稿共48页高高频频考点例析考点例析由牛顿第二定律，得由牛顿第二定律，得垂直天花板方向：垂直天花板方向：FN=(F-mg)cos53沿着天花板方向：沿着天花板方向：(F-mg)sin53-Ff=maFf=FN代入数据，得代入数据，得a=2 m/s2.(2)由运动学公式，得由运动学公式，得L=at2代入数据，得代入数据，得t=2 s.12答案答案：(1)2 m/s2(2)2 s第48页，本讲稿共48页