2022高三总复习物理教案-提高 牛顿第二定律及其应用.doc

物理总复习：牛顿第二定律及其应用编稿：李传安 审稿：【考纲要求】1、理解牛顿第二定律，掌握解决动力学两大基本问题的基本方法；2、了解力学单位制；3、掌握验证牛顿第二定律的基本方法，掌握实验中图像法的处理方法。【知识网络】牛顿第二定律内容：物体运动的加速度与所受的合外力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力相同。解决动力学两大基本问题（1）已知受力情况求运动情况。（2）已知物体的运动情况，求物体的受力情况。 运动力 加速度是运动和力之间联系的纽带和桥梁【考点梳理】要点一、牛顿第二定律1、牛顿第二定律牛顿第二定律内容：物体运动的加速度与所受的合外力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力相同。要点诠释：牛顿第二定律的比例式为；表达式为。1 N力的物理意义是使质量为m=1kg的物体产生的加速度的力。几点特性：（1）瞬时性：牛顿第二定律是力的瞬时作用规律，力是加速度产生的根本原因，加速度与力同时存在、同时变化、同时消失。（2）矢量性： 是一个矢量方程，加速度与力F方向相同。（3）独立性：物体受到几个力的作用，一个力产生的加速度只与此力有关，与其他力无关。（4）同体性：指作用于物体上的力使该物体产生加速度。要点二、力学单位制1、基本物理量与基本单位力学中的基本物理量共有三个，分别是质量、时间、长度；其单位分别是千克、秒、米；其表示的符号分别是kg、s、m。在物理学中，以质量、长度、时间、电流、热力学温度、发光强度、物质的量共七个物理量作为基本物理量。以它们的单位千克（kg）、米（m）、秒（s）、安培（A）、开尔文（K）、坎德拉（cd）、摩尔（mol）为基本单位。2、 基本单位的选定原则（1）基本单位必须具有较高的精确度，并且具有长期的稳定性与重复性。（2）必须满足由最少的基本单位构成最多的导出单位。（3）必须具备相互的独立性。在力学单位制中选取米、千克、秒作为基本单位，其原因在于“米”是一个空间概念；“千克”是一个表述质量的单位；而“秒”是一个时间概念。三者各自独立，不可替代。例、关于力学单位制，下列说法正确的是（ ） Akg、m/s、N是导出单位 Bkg、m、s是基本单位 C在国际单位制中，质量的单位可以是kg，也可以是g D只有在国际单位制中，牛顿第二定律的表达式才是 【答案】BD【解析】所谓导出单位，是利用物理公式和基本单位推导出来的。力学中的基本单位只有三个，即kg、m、s，其他单位都是由这三个基本单位衍生（推导）出来的。如“牛顿”（N）是导出单位，即1 N=1 kg·m/s（)，所以题中A项错误，B项正确。在国际单位制中，质量的单位只能是kg，C项错误。在牛顿第二定律的表达式中，（k=1）只有在所有物理量都采用国际单位制时才能成立，D项正确。要点三、验证牛顿运动定律实验原理：采用控制变量法，在所研究的问题中，有两个以上的参量在发生牵连变化时，可以控制某个或某些量不变，只研究其中两个量之间的变化关系的方法，这也是物理学中研究问题经常采用的方法。本实验中，研究的参量有、，在验证牛顿第二定律的实验中，可以控制参量一定，研究与的关系；控制参量一定，研究与的关系。要点诠释：1、求某点瞬时速度：如图求C点的瞬时速度：根据匀变速直线运动的规律,某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度。2、求加速度：任意两个连续相等的时间内的位移之差是一恒量。即：（1）求图2物体的加速度：只有三段，直接求，（2）求图1物体的加速度：给出了四段，为后两段之和减去前两段之和，时间为, 如果纸带给出了六段，为后三段之和减去前三段之和，时间为,计算式中就是除以了。3、对图像的分析： 图2：加速度为零时，横截距（力）为0.1牛，意思是所加砝码重力小于0.1牛，小车没有加速度，只有当所加砝码重力大于等于0.1牛时才开始就做匀加速运动，显然直线没有过原点的原因是没有平衡摩擦力或平衡的不够。图1：纵截距表示力为零（没有加砝码）时就有加速度，是什么原因使小车做加速运动呢，显然直线没有过原点的原因是砝码盘的重力造成的。砝码盘的重力多大呢，横截距是力，交点就是砝码盘的重力约0.08牛。 图3：表示不是匀加速了，加速度变小了，原因是没有满足砝码的质量远小于小车的质量。【典型例题】类型一、力、加速度、速度的关系合外力和加速度之间的关系是瞬时关系，但速度和加速度不是瞬时关系。同时要注意是加速还是减速只取决于加速度与速度的方向，加速度与速度同向时，速度增加，加速度与速度反向时，速度减小。【高清课堂：牛顿第二定律及其应用2例1】例1、用平行于斜面的力F拉着质量为m的物体以速度在光滑斜面上做匀速直线运动。若拉力逐渐减小，则在此过程中，物体的运动可能是（ ）A加速度和速度都逐渐减小 B加速度越来越大，速度先变小后变大C加速度越来越大，速度越来越小 D加速度和速度都越来越大【答案】BCD【解析】物体匀速运动，F一定沿斜面向上，根据牛顿第二定律 F逐渐减小，加速度越来越大，沿斜面向下，A错。分析物体的初始条件，有两种情况： 1、若沿斜面向下，、同向，越来越大，越来越大，D正确。 2、若沿斜面向上，沿斜面向下，越来越大，越来越小，C正确。 当之后，F减小，越来越大，反向增大，B正确。 当时，题目中“在此过程中”，即拉力减为零的过程中，以后的运动不是本题讨论的范围了。正确的选项是BCD。【总结升华】D选项比较隐蔽，不能总认为物体一定沿斜面向上（沿拉力方向）匀速运动。当多个物理量发生变化时，要关注减小的物理量，一旦减为零，就会有一些变化发生。举一反三【变式】受水平外力F作用的物体，在粗糙水平面上作直线运动，其图线如图所示，则（ ）A.在秒内，外力大小不断增大B.在时刻，外力为零C.在秒内，外力大小可能不断减小D.在秒内，外力大小可能先减小后增大【答案】 CD【解析】在秒内，物体加速运动，从图像斜率看，这段时间内的加速度减小，所以，内，F不断减小，A错误；从图像斜率看在时刻，加速度为零，B错误；在秒内减速运动，若开始时F的方向与一致，则，从图像斜率看加速度逐渐增大，因此F不断减小，C正确，当F减小到零，反向之后，当F增大时，角速度逐渐增大，D正确。类型二、牛顿运动定律分析瞬时加速度问题分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是分析瞬时前后的受力情况及运动状态，再由牛顿第二定律求出瞬时加速度。弹性绳（或弹簧）：其特点是形变量大，形变恢复需要较长时间，在瞬时问题中，其弹力的大小往往可以看成没来得及发生变化。通常说轻绳的拉力发生突变，而弹簧的弹力不发生突变。 例2、A、B两小球的质量分别为m和2m，用轻质弹簧相连，并用细绳悬挂起来，如图 （a）所示。（1）在用火将细线烧断的瞬间，A、B球的加速度各多大？方向如何？（2）若A、B球用细线相连，按图 （b）所示方法，用轻质弹簧把A、B球悬挂起来，在用火烧断连接两球的细线瞬间，A、B球的瞬时加速度各多大？方向如何？【答案】（1） 竖直向下，（2） 竖直向上， 竖直向下。【解析】（1）A、B球用轻质弹簧相连，按图（a）悬挂时，A、B球的受力情况如图 （a），细线被火烧断的瞬间，A、B球所受重力没有变，弹簧对A、B球的拉力、（由于弹簧的形变未变）也没有变，变化的只是细线对A球的拉力F=3mg消失，故A、B球的瞬时加速度：，竖直向下 （2）A、B球用细线相连，按图（b）悬挂时，A、B球的受力情况如图（b），连接A、B球的细线被烧断的瞬间，细线作用于A、B球的拉力、突然消失，其他力未变。故A、B球的瞬时加速度分别为：，竖直向上 ，竖直向下。【总结升华】解题时要注意力的瞬时性，加速度与力同时变化，力变了，加速度就变了。绳的拉力可以突变，而弹簧的弹力不能突变，因为弹簧形变恢复需要较长时间，所以瞬时弹簧的弹力不变。举一反三【高清课堂：牛顿第二定律及其应用1例1】【变式】如图所示，两个质量相等的物体用轻弹簧和轻绳连接起来，当剪断A绳的瞬间1、2两个物体的加速度分别为_、_；用轻绳连接起来，当剪断A绳的瞬间两个物体的加速度分别为 _、_。12A12A 【答案】 2g（竖直向下），0；g（向下），g（向下）。 例3、如图甲所示，一质量为m的物体系于长度分别为、的两根细线上，的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为， 水平拉直，物体处于平衡状态。现将线剪断，求剪断瞬时物体的加速度。（1）下面是某同学对该题的一种解法：解：设线上拉力为， 线上拉力为，重力为mg，物体在三力作用下平衡 剪断线的瞬间， 突然消失，物体即在反方向获得加速度。因为，所以加速度 ，方向在反方向，你认为这个结果正确吗？请对该解法作出评价并说明理由。（2）若将图甲中的细线改为长度相同、质量不计的轻弹簧，如图乙所示，其他条件不变，求解的步骤和结果与（1）完全相同，即，你认为这个结果正确吗？请说明理由。【解析】本题主要考查弹力变化和牛顿第二定律的应用。物体的加速度与物体所受的合外力是瞬时对应关系，当剪断的瞬间，判断线和弹簧的弹力是否变化，从而求解加速度的大小和方向。（1）结果不正确。因为被剪断的瞬间，上张力的大小发生了突变，此瞬间小球受力如图1所示，小球所受合外力根据牛顿第二定律，小球加速度，则 方向与合外力方向相同，如图1所示。（2）结果正确。因为被剪断的瞬间，弹簧的弹力不能发生突变，的大小和方向都不变。如图2所示。类型三、解决动力学的两大基本问题(1)已知受力情况求运动情况 根据牛顿第二定律，已知物体的受力情况，可以求出物体的加速度；再知道物体的初始条件 ( 即初位置和初速度)，根据运动学公式，就可以求出物体在任一时刻的速度和位置，也就求解出物体的运动情况。 (2)已知物体的运动情况，求物体的受力情况。 根据物体的运动情况，由运动学公式可以求出加速度，再根据牛顿第二定律可确定物体受的合外力，从而求出未知的力，或与力相关的某些物理量。如：动摩擦因数、劲度系数、力的角度等。 无论是哪种情况，联系力和运动的“桥梁”是加速度，解题思路可表示如下： 受力情况合力运动情况()例4、如图所示，物体从光滑斜面上的A点由静止开始下滑，经过B点后进入水平面（设经过B点前后速度大小不变），最后停在C点。每隔0.2秒钟通过速度传感器测量物体的瞬时速度，下表给出了部分测量数据。求：（重力加速度）（1）斜面的倾角；（2）物体与水平面之间的动摩擦因数；（3）t0.6s时的瞬时速度。【答案】（1） （2）0.2 （3）【解析】根据实验数据，分别求出物体在水平面上和斜面上的加速度，根据牛顿第二定律和运动关系式即可求得各物理量。（1）由前三列数据可知物体在斜面上匀加速下滑时的加速度为 ， 可得： （2）由后二列数据可知物体在水平面上匀减速滑行时的加速度大小为 ， 可得： 0.2 （3）由25t1.12（0.8t），解得t0.1s，即物体在斜面上下滑的时间为0.5s，则t0.6s时物体在水平面上，其速度为 【总结升华】该题考查了牛顿第二定律的应用。该题命题意图符合新教材意图，考查了学生获取信息、分析问题、解决问题能力。举一反三【变式】如图所示，在倾角为=37o的足够长的固定的斜面底端有一质量为m= 1.0kg的物体，物体与斜面间动摩擦因数为=0.25。现用轻细绳将物体由静止沿斜面向上拉动，拉力F=10.0N，方向平行斜面向上。经时间t=4.0s绳子突然断裂，求：（1）绳断时物体的速度大小；（2）从绳子断了开始到物体再返回到斜面底端的运动时间（sin37o=0.60，cos37o=0.80，g=10m/s2）【答案】（1）8m/s；（2）4.16s； 【解析】（1）绳子未断时，物体受力分析：沿斜面方向：垂直斜面方向： 则绳断时物体的速度： （2）绳子断后物体向上运动的加速度为 则 物体向上运动的总位移 物体到达最高点开始下滑的加速度： 则下滑的时间可求：由 得 从绳子断了开始到物体下滑到底端所用时间： 类型四、解决皮带传动问题例5、如图所示，传送带以匀速运动，将质量为m的物体无初速度放在传送带上的A端，物体将被传送带带到B端，已知物体到达B端之前已和传送带相对静止，已知重力加速度为，物体与传送带间的动摩擦因数为，物体从静止释放到刚相对静止这一过程，求：（1）、物体受到的摩擦力大小和方向（2）、传送带受到的摩擦力大小和方向（3）、物体加速度的大小和方向（4）、到刚相对静止的时间（5）、物体对地的位移（6）、传送带对地的位移（7）、物体与传送带的相对位移（8）、物体在传送带上留下摩擦痕迹的长度（9）、如果传送带的长度为L，物体匀速运动的时间（10）、如果传送带的长度为L，物体从A端运动到B端的总时间【解析】 （1）、物体相对于传送带向后运动（向左），所以物体受到的摩擦力方向向前（向右），为滑动摩擦力，大小：（2）、传送带受到的摩擦力与物体受到的摩擦力是一对作用力和反作用力，大小相等方向相反，方向向左。（3）、物体加速度的方向与合外力方向相同，向右，大小： （4）、到刚相对静止的时间 ：与传送带速度相等时相对静止，不再受摩擦力作用，此后做匀速运动 （5）、物体对地的位移：或者： 或者根据平均速度求位移： （6）、传送带对地的位移：传送带做匀速运动 可以看出，是物体位移的两倍。因为传送带的速度是物体平均速度的两倍。（7）、物体与传送带的相对位移： （8）、物体在传送带上留下摩擦痕迹的长度： 物体与传送带的相对位移的长度即为摩擦痕迹的长度 （9）、如果传送带的长度为L，物体匀速运动的时间：（10）、如果传送带的长度为L，物体从A端运动到B端的总时间： 【总结升华】本题把皮带传动中的基本问题罗列在一起，有利于巩固基础知识，也为进一步深入解决较难的皮带传动问题奠定基础。举一反三【变式】如图所示，质量为m的物体在水平传送带上由静止释放，传送带由电动机带动，始终保持以速度匀速运动，物体与传送带间的动摩擦因数为 ，重力加速度为,物体过一会儿能保持与传送带相对静止，对于物体从静止释放到刚相对静止这一过程，下列说法正确的是 ( ) A物体受到摩擦力方向向左 B传送带受到摩擦力大小为 C物体相对地面的位移为 D.传送带上留下的摩擦痕迹长度为【答案】 BCD类型五、“探究物体的加速度跟力的关系”的实验例6、用如图甲所示装置做“探究物体的加速度跟力的关系”的实验。实验时保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车受到的合力，用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动的加速度。实验时先不挂钩码，反复调整垫木的左右位置，直到小车做匀速直线运动，这样做的目的是 。图乙为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出，测出各计乙3.90ABCDE8.7914.7021.60单位：cmOF/Na/m×s-2AB丙数点到A点之间的距离，如图乙所示。已知打点计时器接在频率为50Hz的交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速度的测量值a=_m/s2。（结果保留两位有效数字）实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度。根据测得的多组数据画出a-F关系图线，如图丙所示。此图线的AB段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是 。（选填下列选项的序号）A小车与平面轨道之间存在摩擦 B平面轨道倾斜角度过大C所挂钩码的总质量过大 D所用小车的质量过大【答案】平衡小车运动中所受的摩擦阻力 0.99或1.0 C【总结升华】实验中根据纸带计算速度、加速度，根据实验中产生的非标准图像分析原因，以及根据某个截距（交点）求相应数据是高考的热点。举一反三【变式】甲乙两个同学共同做“验证牛顿第二定律”的实验，装置如图所示。两位同学用砝码盘（连同砝码）的重力作为小车（对象）受到的合外力，需要平衡桌面的摩擦力对小车运动的影响。他们将长木板的一端适当垫高，在不挂砝码盘的情况下，小车能够自由地做_运动。另外，还应满足砝码盘（连同砝码）的质量m 小车的质量M。（填“远小于”、“远大于”或“近似等于”）接下来，甲同学研究：在保持小车的质量不变的条件下，其加速度与其受到的牵引力的关系；乙同学研究：在保持受到的牵引力不变的条件下，小车的加速度与其质量的关系。甲同学通过对小车所牵引纸带的测量，就能得出小车的加速度a。图2是某次实验所打出的一条纸带，在纸带上标出了5个计数点，在相邻的两个计数点之间还有4个点未标出，图中数据的单位是cm。实验中使用的电源是频率f=50Hz的交变电流。根据以上数据，可以算出小车的加速度 m/s2。（结果保留三位有效数字） 乙同学通过给小车增加砝码来改变小车的质量M，得到小车的加速度a与质量M的数据，画出a 图线后，发现：当较大时，图线发生弯曲。于是，该同学后来又对实验方案进行了进一步地修正，避免了图线的末端发生弯曲的现象。那么，该同学的修正方案可能是A改画a与的关系图线 B改画a与的关系图线C改画 a与的关系图线 D改画a与的关系图线【答案】匀速直线 远小于 0.343 A