（新课标沪科版）《金版新学案》2011高三物理一轮复习 牛顿第二定律课件.ppt

5.35.3牛牛顿顿第二定律第二定律1实验表明：物体的加速度与物体的合外力成 ，与物体的质量成 .数学式子为 .写成Fkma.如果各量都采用国际单位，则 k ，F .这就是牛顿第二定律的数学表达式牛顿第二定律的内容：物体的加速度跟 成正比，跟物体的 成反比正比正比反比反比F ma1ma合外力合外力质质量量2国际单位“牛”的定义：把能够使质量是 的物体产生 的加速度的这么大的力定义为1 N.理解牛顿第二定律公式中k的物理意义及其取值：根据Fkma知kF/ma，因此k在数值上等于使单位质量的物体产生单位加速度的力的大小，k的大小由F、m、a三者的单位共同决定三者取不同的单位，k的数值不一样在国际单位制中，力的单位是牛顿，符号N，由定义：使质量为1 kg的物体产生1 m/s2加速度的力，叫做1 N，即1 N1 kgm/s2，可知k1.所以，在应用公式Fma进行计算时，F、m、a的单位必须统一为国际单位制中相应的单位1kg1m/s23牛顿第二定律应用时的一般步骤(1)确定 .(2)分析物体的 ，画出研究对象的 .(3)求出合力(4)根据 和 建立方程并求解注意用国际单位制统一各个物理量的单位研究研究对对象象运运动动情况情况受力情况受力情况牛牛顿顿第二定律第二定律运运动动学学规规律律牛牛顿顿第二定律第二定律 要点梳理(1)瞬时性：牛顿第二定律是力的瞬时作用规律，力和加速度同时存在、同时变化、同时消失Fma是对运动过程中的每一瞬间成立的，某一时刻的加速度的大小总是跟那一时刻的合外力的大小成正比，即有力的作用就有加速度产生(2)矢量性：因为作用力F与加速度a都是矢量，所以Fma是一个矢量表达式，它反映了加速度a和合外力F的方向始终保持一致，而速度的方向与合外力的方向没有必然的联系(3)独立性：物体受几个外力作用，在一个外力作用下产生的加速度只与此外力有关，与其他力无关，合加速度和合外力有关这个性质叫做力的独立作用原理对力的独立作用原理的理解：作用在物体上的一个力，总是独立地使物体产生一个加速度，与物体是否受到其他力的作用无关如落体运动和抛体运动中，不论物体是否受到空气阻力，重力产生的加速度总是g.作用在物体上的一个力产生的加速度，与物体所受到的其他力是同时作用还是有先后关系无关例如，跳伞运动员开伞前只受重力作用(忽略空气阻力)，开伞后既受重力作用又受阻力作用，但重力产生的加速度总是g.物体在某一方向受到一个力，就会在这个方向上产生加速度这一加速度不仅与其他方向的受力情况无关，还和物体的初始运动状态无关例如，在抛体运动中，不论物体的初速度方向如何，重力使物体产生的加速度总是g，方向总是竖直向下的如果物体受到两个互成角度的力F1和F2的作用，那么F1只使物体产生沿F1方向的加速度a1 ，F2只使物体产生沿F2方向的加速度a2 .(4)同一性：加速度和合外力对应于同一研究物体，即F、a、m针对同一对象(5)相对性：加速度a是相对于地面的(或相对于地面静止和匀速运动的物体)，即相对于惯性参考系的牛顿第二定律仅适用于惯性参考系 疑点辨析(1)比较av/t和aF/m定义式：以已知物理量，来定义新的物理量的式子决定式：用某些物理量决定另一个物理量的式子av/t和aF/m分别是加速度的定义式与决定式定义式av/t表示加速度定义为速度变化量与所用时间的比值，而aF/m则揭示了加速度决定于物体所受的合外力与物体的质量(2)牛顿第一定律和牛顿第二定律的关系虽然由牛顿第二定律可以得出，当物体不受外力或所受合力为0时，物体将保持匀速直线运动状态或静止状态，但是不能说牛顿第一定律是牛顿第二定律的特殊情况牛顿第一定律有其自身的物理意义和独立地位，如给出了力的定性概念，给出了惯性概念，是整个动力学的出发点等；而牛顿第二定律则进一步定量地揭示了加速度与力以及质量间的关系牛牛顿顿第二定律的矢量性第二定律的矢量性 如右图所示，质量为m的人站在自动扶梯上，扶梯正以加速度a向上减速运动，a与水平方向的夹角为，求人受的支持力和摩擦力【解析】解法一：以人为研究对象，受力分析如右图所示因摩擦力f待求，且必沿水平方向，设为水平向右建立图示坐标，并规定正方向根据牛顿第二定律得x方向：mgsin Nsin fcos may方向：mgcos fsin Ncos 0由两式可解得Nm(gasin)，fmacos f为负值，说明摩擦力的实际方向与假设方向相反，为水平向左解法二：以人为研究对象，他站在减速上升的电梯上，受到竖直向下的重力mg和竖直向上的支持力N，还受到水平方向的静摩擦力f.由于物体斜向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甲所示，建立如图所示的坐标系，并将加速度分解为水平加速度ax和竖直加速度ay，如图乙所示，则axacos，ayasin 由牛顿第二定律得fmax，mgNmay求得fmacos，Nm(gasin)【答案】见解析【方法技巧】分解加速度比分解力简单【方法总结】应用牛顿第二定律解题的一般步骤：确定研究对象，明确所研究的物理过程分析物体的受力情况与运动情况，画出必要的草图由牛顿第二定律列方程F合ma或Fxmax，Fymay求解1 1 如右图所示，一物块位于光滑水平桌面上，用一大小为F、方向如图所示的力去推它，使它以加速度a向右运动若保持力的方向不变而增大力的大小，则()Aa变大Ba不变Ca变小D因为物块的质量未知，故不能确定a变化的趋势【解析】由于桌面光滑，故不受摩擦力，物块受力为重力G，桌面对物块的支持力N，推力大小为F.受力分析如右图所示设推力F与水平方向夹角为，由正交分解和牛顿第二定律可得：Fcos=ma即a=根据题设条件，F的方向不变而大小增大可得a变大，故选项A正确尽管物块质量未知，但是其大小不变，对结果没有影响【答案】A 如右图所示，两个质量相同的小球A和B，甲图中两球用不可伸长的细绳连接，然后用细绳悬挂起来，若剪断悬挂线OA的瞬间，A球和B球的加速度分别是多少？乙图中两球间用轻弹簧连接，也用细绳悬挂起来，剪断细绳瞬间，A球与B球的加速度又分别是多少？【解析】不可伸长的细绳的拉力变化时间可以忽略不计，因此可称为“突变弹力”，甲图中剪断OA后，A、B两球立即达到共同加速度，A、B间的细绳拉力立即变为零，故有：aA=aB=g.当A、B间是轻弹簧相连时，剪断OA后，弹簧形变量尚未改变，其弹力将逐渐减小，可称为“渐变弹力”因此，这时B球加速度仍为零，即aB=0，A球加速度为aA=2g.【答案】甲：aA=aB=g乙：aA=2g，aB=0【方法总结】(1)求瞬时加速度的基本思路：首先，确定该瞬时物体受到的作用力，还要注意分析物体在这一瞬时前、后的受力及其变化情况由牛顿第二定律列方程，求解瞬时加速度(2)明确两种基本模型的特点轻绳不需要形变恢复时间，在瞬时问题中，其弹力可以突变，成为零或别的值轻弹簧(或橡皮绳)需要较长的形变恢复时间，在瞬时问题中，其弹力不能突变，大小不变 如右图所示，质量为m的小球用水平弹簧系住，并用倾角为30的光滑木板AB托住，小球恰好处于静止状态当木板AB突然向下撤离的瞬间，小球的加速度()A大小为0B大小为g，方向竖直向下C大小为 g，方向垂直木板向下D大小为 g，方向水平向右【解析】受力分析如右图所示，由图可知，当N突然消失时，弹力F不能突变，所以合力大小即为N，方向与其方向相反，所以加速度方向与N方向相反，大小即为N/m，因N mg，所以a g.【答案】C 如图甲所示，一质量为m的物体系于长度分别为L1、L2的两根细线上，L1的一端悬挂在天花板上，与竖直方向的夹角为，L2被水平拉直，物体处于平衡状态，现将L2剪断，求剪断瞬时物体的加速度下面是一个同学对该题的一种解法：解：(1)设L1线上的拉力为F1，L2线上的拉力为F2，重力为mg，物体在此三力作用下保持平衡，受力分析如下图所示，因为F1cos mg，F1sin F2，F2mgtan.(F2的原方向)F1mgT合剪断线L2的瞬间，F2突然消失，物体即在F2的反方向获得加速度因为mgtan ma，所以，物体的加速度agtan，方向与F2相反你认为这个解答结果正确吗？请对该解法做出评价并说明理由(2)若将图甲中的细线L1改变为长度相同、质量不计的轻弹簧，如图乙所示，其他条件不变，求解的步骤与(1)完全相同，即agtan，你认为这个结果正确吗？请说明理由轻绳、轻杆和轻弹簧是中学物理中常用的模型，它们所产生的形变和弹力有不同的特点，比较如下：比较项目绳杆弹簧形变情况只能伸长认为长度不变既可伸长也可压缩施力和受力情况只能施加拉力和受拉力能施加拉力或压力也能受拉或受压与杆相同力的方向沿着绳子不一定沿杆沿弹簧伸缩方向力的变化可发生突变可发生突变只能发生渐变【解析】(1)不正确理由略(2)正确理由略【答案】见解析应用牛顿定律解决动力学问题的重要方法极限法物理学中的临界问题，指在一种运动形式(或物理过程和物理状态)转变为另一种运动形式(或物理过程和物理状态)时，存在着分界限的现象，这种分界限通常以临界值或临界状态的形式出现在不同的问题中，如力学中的临界速度和临界加速度等在应用牛顿定律解决动力学问题中，当物体运动的加速度不同时，物体有可能处于不同的状态，特别是题目中出现“最大”、“最小”、“刚好”等词语时，往往会有临界现象此时要采用极限分析法，看物体在不同加速度时，会有哪些现象发生，尽快找出临界点，求出临界条件 一个弹簧测力计放在水平地面上，Q为与轻弹簧上端连在一起的秤盘，P为一重物，已知P的质量M=10.5 kg，Q的质量m=1.5 kg，弹簧的质量不计，劲度系数k=800 N/m，系统处于静止，如右图所示，现给P施加一个方向竖直向上的力F，使它从静止开始向上做匀加速运动，已知在前0.2 s 时间内，F为变力，0.2 s以后，F为恒力求力F的最大值与最小值(取g=10 m/s2)【解析】(1)P做匀加速运动，它受到的合外力一定是恒力P受到的外力共有3个：重力、向上的力F及Q对P的支持力N，其中重力Mg为恒力，N为变力，题目说0.2 s以后F为恒力，说明t=0.2 s的时刻，正是P与Q开始脱离接触的时刻，即临界点(2)t=0.2 s的时刻，是Q对P的作用力N恰好减为零的时刻，此时刻P与Q具有相同的速度及加速度因此，此时刻弹簧并未恢复原长，也不能认为此时刻弹簧的弹力为零(3)t=0时刻，是力F最小的时刻，此时刻F小=(M+m)a(a为它们的加速度)随后，由于弹簧弹力逐渐变小，而P与Q受到的合力保持不变，因此力F逐渐变大，至t=0.2 s时刻，F增至最大，此时刻F大=M(g+a)以上三点中第(2)点是解决此问题的关键所在，只有明确了P与Q脱离接触的瞬间情况，才能确定这0.2 s时间内物体的位移，从而求出加速度a，其余问题也就迎刃而解了设开始时弹簧压缩量为x1，t=0.2 s时弹簧的压缩量为x2，物体P的加速度为a，则有kx1=(M+m)gkx2mgmax1x2 at2由式，x1 0.15 m解式，a6 m/s2则F小(Mm)a72 NF大M(ga)168 N.【答案】F大168 N，F小72 N1下列物理量单位中，属于国际单位制的基本单位有()AkgBmCm/s2 DN【解析】力学是研究物体运动变化过程中力与运动的关系，因此联系物体自身属性的量(质量)和反映空间尺度的量(长度)以及时间，必然与物体受力后的运动变化联系得最密切、最普遍，所以这三个物理量也最基本，事实也表明，用这三个量做基本单位，可使力学的基本单位数目最少，所以在力学中m、kg、s为国际单位，故选项A、B正确【答案】AB2对静止在光滑水平面上的物体施加一水平拉力，当力刚开始作用时()A物体立即获得速度B物体立即获得加速度C物体同时获得速度和加速度D由于物体未来得及运动，所以速度和加速度都为零【解析】Fma中的F和a是同一时刻的力和加速度，一旦F0，同时a0，而vtat，速度增加需要一定时间，A、C、D均错，B正确【答案】B3用力F1单独作用于某一物体上可产生加速度为3 m/s2，力F2单独作用于这一物体可产生加速度为1 m/s2，若F1、F2同时作用于该物体，可能产生的加速度为()A1 m/s2 B2 m/s2C3 m/s2 D4 m/s2【解析】由题意可知F13m，F2m当F1、F2同时作用于该物体上时，物体所产生的加速度为aF合/m，而F1、F2方向未定，故它们的合力2mF4m，因此2 m/s2a4 m/s2.【答案】BCD4.如右图所示，质量为10 kg的物体静止在平面直角坐标系xOy的坐标原点，某时刻只受到F1和F2的作用，且F110 N，F210 N，则物体的加速度()A方向沿y轴正方向 B方向沿y轴负方向C大小等于1 m/s2 D大小等于 m/s2【答案】C5如右图所示，沿水平方向做匀速直线运动的车厢中，悬挂小球的悬线偏离竖直方向37角，球和车厢相对静止，球的质量为1 kg.(g取10 m/s2，sin 37=0.6)(1)求车厢运动的加速度并说明车厢的运动情况(2)求悬线对球的拉力【解析】(1)球和车厢相对静止，它们的运动情况相同，小球受重力mg和线的拉力T，其合力应沿水平方向，如右图所示，则F合=mgtan 37.由牛顿第二定律F合=ma可求得球的加速度a=gtan 37=7.5 m/s2，方向水平向右，车厢可能水平向右做匀加速直线运动，也可能水平向左做匀减速直线运动(2)由右图得悬线对球的拉力大小为：T=mg/cos 37=N=12.5 N.【答案】(1)可能向右匀加速运动，也可能向左匀减速运动(2)12.5 N