2022年牛顿第二定律及其应用知识讲解提高.docx

《2022年牛顿第二定律及其应用知识讲解提高.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年牛顿第二定律及其应用知识讲解提高.docx（16页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选学习资料 - - - - - - - - - 物理总复习：牛顿其次定律及其应用【考纲要求】1、懂得牛顿其次定律,把握解决动力学两大基本问题的基本方法；2、明白力学单位制；3、把握验证牛顿其次定律的基本方法,把握试验中图像法的处理方法；【学问网络】牛顿其次定律内容：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）已知受力情形求运动情形；（2）已知物体的运动情形,求物体的受力情形；运动F 合=ma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、牛顿其次定律 1、牛顿其次定律 牛顿其次定律内容：物体运动的加速度与所受的合外

2、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： 牛顿其次定律的比例式为 F ma；表达式为F ma；1 N 力的物理意义是使质量为 m=1kg 的物体2 产生 a 1 m s 的加速度的力；几点特性：（1）瞬时性：牛顿其次定律是力的瞬时作用规律,力是加速度产生的根本缘由,加速度与力同时存在、同时变化、同时消逝；F ma 是一个矢量方程,加速度 a 与力 F 方向相同；（2）矢量性：（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

3、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、 基本单位的选定原就（1）基本单位必需具有较高的精确度,并且具有长期的稳固性与重复性；（2）必需满意由最少的基本单位构成最多的导出单位；（3）必需具备相互的独立性；在力学单位制中选取米、千克、秒作为基本单位,其缘由在于“米 ”是一个空间概念；“千克 ”是一个表述质量的单位；而 “秒

4、”是一个时间概念；三者各自独立,不行替代；例、 关于力学单位制,以下说法正确选项（）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 maD只有在国际单位制中,牛顿其次定律的表达式才是F【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 （ F ma ,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；在牛顿其次定律

5、的表达式中,F ma（k=1 ）只有在全部物理量都采纳国际单位制时才能成立,D 项正确；名师归纳总结 第 1 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 要点三、验证牛顿运动定律试验原理： 采纳掌握变量法,在所争论的问题中,有两个以上的参量在发生牵连变化时,可以掌握某个或某些量不 变,只争论其中两个量之间的变化关系的方法,这也是物理学中争论问题常常采纳的方法；本试验中,争论的参 量有 F 、 m 、 a ,在验证牛顿其次定律的试验中,可以掌握参量 m 肯定,争论 a 与 F 的关系；掌握参量 F 肯定,争论 a 与 m 的关系；要点诠释： 1、求

6、某点瞬时速度：如图求C点的瞬时速度：依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；T0.1s0.54 m sv CBD14.703.90102m s2 T20.12、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：xaT2恒量（1）求图 2 物体的加速度：只有三段,直接求,aTx6.77 2 6.00 10 0.122 m s2 0.77 m s2（2）求图 1 物体的加速度：给出了四段,x 为后两段之和减去前两段之和,时间为2T , 2 9T 了；a2x221.6048.798.79102m s21.00 m s2T2 0.1假如纸带给出了六段,x

7、 为后三段之和减去前三段之和,时间为3T , 运算式中就是除以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 牛时才开头就做匀加速运动,明显直线没有过原点的缘由是没有平稳摩擦力或平稳的不够；图 1：纵截距表示力为零（没有加砝码）时就有加速度,是什么缘由使小车做加速运动呢,明显直线没有过原点 的缘由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,缘由是没有满意砝码的质量远小于小车的质量；名师归纳总结 - - -

8、 - - - -第 2 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 【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；同时要留意是加速仍是减速只取决于 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：牛顿其次定律及其应用 2 例 1】m 的物体以速度 v 在光滑斜面上做匀速直线运动；如拉力逐步减小,就 例 1、用平行于斜面的力 F 拉着质量为 在此过程中,物体的运动可能是（）A 加速度和速度都逐步减小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

9、速度和速度都越来越大【答案】 BCD【解析】物体匀速运动,F 肯定沿斜面对上,依据牛顿其次定律mg sin F ma a mg sin FmF 逐步减小,加速度越来越大,沿斜面对下,A 错；分析物体的初始条件,有两种情形： 1 、如 v 沿斜面对下,a 、 v 同向, a 越来越大, v 越来越大, D 正确； 2 、如 v 沿斜面对上,a 沿斜面对下,越来越大,v 越来越小, C 正确；当 v 0 之后, F 减小, a 越来越大, v 反向增大, B 正确；当 F 0 时,v 0,题目中“ 在此过程中”,即拉力减为零的过程中,以后的运动不是此题争论的范畴了；正确的选项是 BCD ；【总结升

10、华】D选项比较隐藏,不能总认为物体肯定沿斜面对上（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 vt 图线如下列图,就（）A.在0:t 1秒内,外力 F 大小不断增大B.在 1t 时刻,外力F为零C.在 t 1 : t 2 秒内,外力 F 大小可能不断减小D.在 1 t : t 2 秒内,外力 F 大小可能先减小后增大【答案】CD 【解析】在 0 : t 1 秒内,物体加速运动,F f ma,从图像斜率看,这段时间内的加速度减小,所以,0 : t 1 内,F 不断减小,

11、A 错误；从图像斜率看在 1t 时刻,加速度为零 F f ,B 错误；在 t 1 : t 2 秒内减速运动,如开头时 F的方向与 a 一样,就 f F ma ,从图像斜率看加速度逐步增大,因此 F 不断减小, C 正确,当 F 减小到零,反向之后, f F ma,当 F 增大时,角速度 a 逐步增大, D 正确；类型二、牛顿运动定律分析瞬时加速度问题名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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形及运动状态,再由牛顿其次定律求出瞬时 加速度；弹性绳（或弹簧）：其特点是形

12、变量大,形变复原需要较长时间,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时,A、B 球的加速度各多大？方向如何？（2）如 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时, A、B 球的瞬时加速度各多大？方向如何？【答案】（ 1）aA3g竖直向下,aB0（2）a A2 g竖直向上,a Bg竖直向下；【解析】（1）A、B 球用轻质弹簧相连,按图（a）悬

13、挂时, A、B 球的受力情形如图（a）,细线被火烧断的瞬时,A、B 球所受重力没有变,弹簧对 A、B 球的拉力 F 、1F （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 消逝,故 A、B 球的瞬时加速度：a A2 mgF 13 g,竖直向下（2）A、B 球用 况如图（b）,连接 A、ma B2 mgF 102m细线相连,按图（b）悬挂时, A、B 球的受力情B 球的细线被烧断的瞬时,细线作用于A、B 球的拉力F 、F 2突然消逝,其他力未变；故 A、B 球的瞬时加速度分别为：a AFmg2g,竖直向上aB2 mgg,竖直向下；m2 m【总结升华】解题时要留意力的瞬时

14、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,由于弹簧形变复原需要较长时间,所以瞬时弹簧的弹力不变；举一反三【高清课堂：牛顿其次定律及其应用 1 例 1】【变式】如下列图,两个质量相等的物体用轻弹簧和轻绳连接起来,当剪断A 绳的瞬时 1、2 两个物体的加速度分别为 _、_；用轻绳连接起来,当剪断 A 绳的瞬时两个物体的加速度分别为 _、_；A A 1 1 2 2 【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 1l 、2l 的两根细线上,1l 的一端悬挂在天花板上,与竖直方向夹角为,2l水平拉

15、直,物体处于平稳状态；现将 2l线剪断,求剪断瞬时物体的加速度；名师归纳总结 第 4 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - （1）下面是某同学对该题的一种解法：解：设1l 线上拉力为1T ,2l 线上拉力为T ,重力为 mg,物体在三力作用下平稳tan,T 1cosmgT 1sinT 2T 2mgtan剪断线的瞬时,T 突然消逝,物体即在T 反方向获得加速度；由于mgtanma,所以加速度ag方向在T 反方向,你认为这个结果正确吗？请对该解法作出评判并说明理由；（2）如将图甲中的细线1l 改为长度相同、质量不计的轻弹簧,如图乙所示,其他条件

16、不变,求解的步骤和结果与（ 1）完全相同,即agtan,你认为这个结果正确吗？请说明理由；【解析】此题主要考查弹力变化和牛顿其次定律的应用；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2l 的瞬时,判定线1l 和弹簧的弹力是否变化,从而求解加速度的大小和方向；1 所示,T 1（1）结果不正确；由于2l 被剪断的瞬时,1l 上张力的大小发生了突变,此瞬时小球受力如图mgcos,小球所受合外力F 合=mgsin依据牛顿其次定律,小球加速度a ,就F 合=maaF 合gsin1T 的大小和方向都不变；如图2 所示；m方向与合外力方向相同,如图1 所示；1l 的弹力不能发生突变,（2）结果正确

17、；由于2l 被剪断的瞬时,弹簧类型三、解决动力学的两大基本问题1 已知受力情形求运动情形依据牛顿其次定律,已知物体的受力情形,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 ,依据运动学公式,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形； 2 已知物体的运动情形,求物体的受力情形；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 依据物体的运动情形,由运动学公式可以求出加速度,再依据牛顿其次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

18、是哪种情形,联系力和运动的“ 桥梁” 是加速度,解题思路可表示如下：受力情形 .合力 F合F 合=maa运动学公式运动情形 v、 、t 例 4、（2022 新课标卷）在一东西向的水平直铁轨上,停放着一列已用挂钩链接好的车厢；当机车在东边拉着这列车厢一大小为a 的加速度向东行驶时,链接某两相邻车厢的挂钩P 和 Q 间的拉力大小为F；当机车在西边拉着这列车厢一大小为a 的加速度向东行驶时,链接某两相邻车厢的挂钩P 和 Q 间的拉力大小仍为F；不计车厢与铁轨间的摩擦,每节车厢质量相同,就这列车厢的节数可能为A. 8 B. 10 C. 15 D. 18 【答案】 BC F【解析】由设这列车厢的节数为n

19、,P、Q 挂钩东边有m 节车厢,每节车厢的质量为m,由牛顿其次定律可知：2nF,解得：k2n ,k 是正整数, n 只能是 5 的倍数,故B、C 正确, A、D 错误5km3 k m举一反三【变式】 2022 新课标全国卷 2022 年 10 月,奥地利极限运动员菲利克斯鲍姆加特纳乘气球升至约 39km 的高空后跳下,经过 4 分 20 秒到达距地面约 1.5km 高度处,打开降落伞并胜利落地,打破了跳伞运动的多项世界纪录；取重力加速度的大小 g=10m/s2；1如忽视空气阻力,求该运动员从静止开头下落至1.5km 高度处所需的时间及其在此处速度的大小；2实际上,物体在空气中运动时会受到空气的

20、阻力,高速运动时所受阻力的大小可近似表示为 f = kv 2,其中 v为速率, k 为阻力系数,其数值与物体的外形、横截面积及空气密度有关,已知该运动员在某段时间内高速下落的v-t 图像如下列图；如该运动员和所带装备的总质量m=100kg,试估算该运动员在达到最大速度时所受阻力的阻力系数结果保留1位有效数字 ；【答案 】 187s8.7 102m/s20.008 kg/m t,此时速度大小为v,依据运动学公式有：【解析 】1设运动员从开头自由下落至1.5km 高度处的时间为h1gt22v = gt名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 10 页精选学习资料 - - - - -

21、- - - - 且 h=3.9 104m-1.5 103m=3.75 104m 代入数据解得 t= 87s,v = 8.7 102m/s；2该运动员在达到最大速度时,加速度为零,就有：mg = kv2 由图像可读出最大速度约为 v = 360m/s k = 0.008kg/m ；代入数据解得 类型四、解决皮带传动问题 例 5、如下列图,传送带以 v 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 g ,物体与传送带间的动摩擦因数为,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 物体从静止释放到刚相对静止这一过程,求：（1）、物体受到的

22、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）、假如传送带的长度为 L,物体匀速运动的时间（10）、假如传送带的长度为 L,物体从 A 端运动到 B 端的总时间（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,【解析】大小： f mg（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,f f mg ,方向向左；（3）、物体加速度的方向与

23、合外力方向相同,向右,大小：mgmaagvat（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tvvag（5）、物体对地的位移：x 11at21gv2v222g2g第 7 页,共 10 页或者：x 1v2v2g2a2名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2或者依据平均速度求位移：x 1 vt v v v2 g 2 g2v（6）、传送带对地的位移：传送带做匀速运动 x 2 vtg可以看出 x 2 x ,是物体位移的两倍；由于传送带的速度是物体平均速度的两倍；2v（7）、物体与传送带的相对位移：x x 2

24、x 12 g（ 8 ）、 物 体 在 传 送 带 上 留 下 摩 擦 痕 迹 的 长 度 ：xx 2x 12 vg2物 体 与 传 送 带 的 相 对 位 移 的 长 度 即 为 摩 擦 痕 迹 的 长 度（9）、假如传送带的长度为L,物体匀速运动的时间：tLvx 1L2vgv（10）、假如传送带的长度为L,物体从 A 端运动到 B 端的总时间：t总=ttvLvLvgv2gv2g【总结升华】此题把皮带传动中的基本问题排列在一起,有利于巩固基础学问,也为进一步深化解决较难的皮带传 动问题奠定基础；举一反三【变式】如下列图,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

25、度 v 匀速运 动,物体与传送带间的动摩擦因数为,重力加速度为 g , 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,以下说法正确选项 A物体受到摩擦力方向向左 B传送带受到摩擦力大小为 f mg 2 v C物体相对地面的位移为 2 g 2 v D.传送带上留下的摩擦痕迹长度为 2 g【答案】BCD 类型五、“ 探究物体的加速度跟力的关系” 的试验 例 6、用如图甲所示装置做“ 探究物体的加速度跟力的关系” 的试验；试验时保持小车的 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；试验时先不挂钩码,反复调整垫

26、木的左右位置,直到小车做匀速直线运动,这样做的目的是；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图乙为试验中打出的一条纸带的一部分,从比较清楚的点迹起,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A 3.90 B C D E a/m s-2B A 8.79 14.70 单位： cm 21.60 O F/N乙丙数点到 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 的沟通电源两端,就此次试验中小车运动的加速度的测量值 a=_m/s2；（结果保留两位有

27、效数字）试验时转变所挂钩码的质量,分别测量小车在不同外力作用下的加速度；依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,造成此现象的主要缘由可能是；（选填以下选项的序号）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】平稳小车运动中所受的摩擦阻力 0.99 或 1.0 C 【总结升华】试验中依据纸带运算速度、加速度,依据试验中产生的非标准图像分析缘由,以及依据某个截距（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“ 验证牛顿其次定律” 的试验,装置如下列图；两位同学用砝码盘（连同

28、砝码）的重力作为小车（对象）受到的合外力,需要平稳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,在不挂砝码盘的情形下,小车能够自由地做 _运动；另外,仍应满意砝码盘（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,甲同学争论：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；乙同学争论：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 是某次试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仍有4 个点未标出,图am/s2；

29、（结中数据的单位是cm；1 2 3 4 0 3.868.05试验中使用的电源是频率12.5917.47图 2 f=50Hz 的交变电流；依据以上数据,可以算出小车的加速度果保留三位有效数字）乙同学通过给小车增加砝码来转变小车的质量 M,得到小车的加速度 a 与质量 M 的数据,画出 a 1 图线后,发觉：当 1 较大时,图线发生弯曲；于是,该同学后来又对试验方案 M M进行了进一步地修正,防止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名师归纳总结 A 改画 a 与M1m的关系图线B改画 a 与Mm 的关系图线第 9 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - C改画a 与m 的关系图线 MD改画 a 与M1m 2的关系图线第 10 页,共 10 页【答案】匀速直线远小于 0.343 A 名师归纳总结 - - - - - - -