牛顿第二定律以及专题训练.doc
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1、 牛顿第二定律1.牛顿第二定律的表述(内容)物体的加速度跟物体所受的外力的合力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合力的方向相同,公式为:F=ma (其中的F和m、a必须相对应)。对牛顿第二定律理解:(1)F=ma中的F为物体所受到的合外力(2)Fma中的m,当对哪个物体受力分析,就是哪个物体的质量,当对一个系统(几个物体组成一个系统)做受力分析时,如果F是系统受到的合外力,则m是系统的合质量(3)Fma中的 F与a有瞬时对应关系, F变a则变,F大小变,a则大小变,F方向变a也方向变(4)Fma中的 F与a有矢量对应关系, a的方向一定与F的方向相同。(5)Fma中,可根据力的独立性原
2、理求某个力产生的加速度,也可以求某一个方向合外力的加速度若F为物体受的合外力,那么a表示物体的实际加速度;若F为物体受的某一个方向上的所有力的合力,那么a表示物体在该方向上的分加速度;若F为物体受的若干力中的某一个力,那么a仅表示该力产生的加速度,不是物体的实际加速度。(6)Fma中,F的单位是牛顿,m的单位是千克,a的单位是米秒2(7)Fma的适用范围:宏观、低速2.应用牛顿第二定律解题的步骤 明确研究对象。可以以某一个物体为对象,也可以以几个物体组成的质点组为对象。设每个质点的质量为mi,对应的加速度为ai,则有:F合=m1a1+m2a2+m3a3+mnan对这个结论可以这样理解:先分别以
3、质点组中的每个物体为研究对象用牛顿第二定律:F1=m1a1,F2=m2a2,Fn=mnan,将以上各式等号左、右分别相加,其中左边所有力中,凡属于系统内力的,总是成对出现的,其矢量和必为零,所以最后实际得到的是该质点组所受的所有外力之和,即合外力F。 对研究对象进行受力分析。(同时还应该分析研究对象的运动情况(包括速度、加速度),并把速度、加速度的方向在受力图旁边画出来。 若研究对象在不共线的两个力作用下做加速运动,一般用平行四边形定则(或三角形定则)解题;若研究对象在不共线的三个以上的力作用下做加速运动,一般用正交分解法解题(注意灵活选取坐标轴的方向,既可以分解力,也可以分解加速度)。 当研
4、究对象在研究过程的不同阶段受力情况有变化时,那就必须分阶段进行受力分析,分阶段列方程求解。解题要养成良好的习惯。只要严格按照以上步骤解题,同时认真画出受力分析图,那么问题都能迎刃而解。3. 应用举例【例1】质量为m的物体放在水平地面上,受水平恒力F作用,由静止开始做匀加速直线运动,经过ts后,撤去水平拉力F,物体又经过ts停下,求物体受到的滑动摩擦力f【解析】物体受水平拉力F作用和撤去F后都在水平面上运动,因此,物体在运动时所受滑动磨擦力f大小恒定我们将物体的运动分成加速和减速两个阶段来分析时,两段的加速度均可以用牛顿第二定律得出,然后可由运动学规律求出加速度之间的关系,从而求解滑动摩擦力 分
5、析物体在有水平力F作用和撤去力F以后的受力情况,根据牛顿第二定律F合=ma, 则加速阶段的加速度a1=(Ff)/m经过ts后,物体的速度为v=a1t撤去力F后,物体受阻力做减速运动,其加速度a2=f/m因为经ts后,物体速度由v减为零,即02一a2t依、两式可得a1=a2,依、可得(Ff)/m= f/m可求得滑动摩擦力f=F 【典型题型】例1如图所示,mA=1kg,mB=2kg,A、B间静摩擦力的最大值是5N,水平面光滑。用水平力F拉B,当拉力大小分别是F=10N和F=20N时,A、B的加速度各多大?AB F【解析】解:先确定临界值,即刚好使A、B发生相对滑动的F值。当A、B间的静摩擦力达到5
6、N时,既可以认为它们仍然保持相对静止,有共同的加速度,又可以认为它们间已经发生了相对滑动,A在滑动摩擦力作用下加速运动。这时以A为对象得到a =f/mA =5m/s2,再以A、B系统为对象得到 F =(mA+mB)a =15N当F=10N15N时,A、B间一定发生了相对滑动,用质点组牛顿第二定律列方程:,而a A=f/mA =5m/s2,于是可以得到a B =7.5m/s2例2如图所示,m =4kg的小球挂在小车后壁上,细线与竖直方向成37角。当:小车以a=g向右加速;小车以a=g向右减速时,分别求细线对小球的拉力F1和后壁对小球的压力F2各多大?【解析】解:向右加速时小球对后壁必然有压力,球
7、在三个共点力作用下向右加速。合外力向右,F2向右,因此G和F1的合力一定水平向左,所以 F1的大小可以用平行四边形定则求出:F1=50N,可见向右加速时F1的大小与a无关;F2可在水平方向上用牛顿第二定律列方程:F2-0.75G =ma计算得F2=70N。可以看出F2将随a的增大而增大。(这种情况下用平行四边形定则比用正交分解法简单。) 必须注意到:向右减速时,F2有可能减为零,这时小球将离开后壁而“飞”起来。这时细线跟竖直方向的夹角会改变,因此F1的方向会改变。所以必须先求出这个临界值。当时G和F1的合力刚好等于ma,所以a的临界值为。当a=g时小球必将离开后壁。不难看出,这时F1=mg=5
8、6N, F2=0F2F1GavF1Gva例3如图所示,在箱内的固定光滑斜面(倾角为)上用平行于斜面的细线固定一木块,木块质量为m。当箱以加速度a匀加速上升时,箱以加速度a匀加速向左时,分别求线对木块的拉力F1和斜面对箱的压力F2【解析】解:a向上时,由于箱受的合外力竖直向上,重力竖直向下,所以F1、F2的合力F必然竖直向上。可先求F,再由F1=Fsin和F2=Fcos求解,得到:F1=m(g+a)sin,F2=m(g+a)cos 显然这种方法比正交分解法简单。FF2F1a vGvaaxayF2F1GGxGyxya向左时,箱受的三个力都不和加速度在一条直线上,必须用正交分解法。可选择沿斜面方向和
9、垂直于斜面方向进行正交分解,(同时也正交分解a),然后分别沿x、y轴列方程求出F1、F2:F1=m(gsin-acos),F2=m(gcos+asin) 经比较可知,这样正交分解比按照水平、竖直方向正交分解列方程和解方程都简单。 还应该注意到F1的表达式F1=m(gsin-acos)显示其有可能得负值,这意味这绳对木块的力是推力,这是不可能的。可见这里又有一个临界值的问题:当向左的加速度agtan时F1=m(gsin-acos)沿绳向斜上方;当agtan时木块和斜面不再保持相对静止,而是相对于斜面向上滑动,绳子松弛,拉力为零。例4如图所示,质量为m=4kg的物体与地面间的动摩擦因数为=0.5,
10、在与水平成=37角的恒力F作用下,从静止起向右前进t1=2s后撤去F,又经过t2=4s物体刚好停下。求:F的大小、最大速度vm、总位移sF【解析】解:由运动学知识可知:前后两段匀变速直线运动的加速度a与时间t成反比,而第二段中mg=ma2,加速度a2=g=5m/s2,所以第一段中的加速度一定是a1=10m/s2。再由方程可求得:F=54.5N 第一段的末速度和第二段的初速度相等都是最大速度,可以按第二段求得:vm=a2t2=20m/s 又由于两段的平均速度和全过程的平均速度相等,所以有m需要引起注意的是:在撤去拉力F前后,物体受的摩擦力发生了改变。连接体(质点组) 在应用牛顿第二定律解题时,有
11、时为了方便,可以取一组物体(一组质点)为研究对象。这一组物体可以有相同的速度和加速度,也可以有不同的速度和加速度。以质点组为研究对象的好处是可以不考虑组内各物体间的相互作用,这往往给解题带来很大方便。使解题过程简单明了。例5如图A、B两木块的质量分别为mA、mB,在水平推力F作用下沿光滑水平面匀加速向右运动,求A、B间的弹力FN。vFaA B【解析】解:这里有a、FN两个未知数,需要建立两个方程,要取两次研究对象。比较后可知分别以B、(A+B)为对象较为简单(它们在水平方向上都只受到一个力作用)。可得这个结论还可以推广到水平面粗糙时(A、B与水平面间相同);也可以推广到沿斜面方向推A、B向上加
12、速的问题,有趣的是,答案是完全一样的。例6如图,倾角为的斜面与水平面间、斜面与质量为m的木块间的动摩擦因数均为,木块由静止开始沿斜面加速下滑时斜面仍保持静止。求水平面给斜面的摩擦力大小和方向。【解析】解:以斜面和木块整体为研究对象,水平方向仅受静摩擦力作用,而整体中只有木块的加速度有水平方向的分量。可以先求出木块的加速度,再在水平方向对质点组用牛顿第二定律,很容易得到: 【即境活用】1关于物体运动状态的改变,下列说法中正确的是 A物体运动的速率不变,其运动状态就不变 B物体运动状态的改变包括两种情况:一是由静止到运动,二是由运动到静止 C物体运动的加速度不变,其运动状态就不变 D物体的运动速度
13、不变,我们就说它的运动状态不变【解析】D2关于运动和力,正确的说法是 A物体速度为零时,合外力一定为零B物体作曲线运动,合外力一定是变力 C物体作直线运动,合外力一定是恒力 D物体作匀速直线运动,合外力一定为零【解析】D3在光滑水平面上的木块受到一个方向不变,大小从某一数值逐渐变小的外力作用时,木块将作 A匀减速运动 B匀加速运动 C速度逐渐减小的变加速运动 D速度逐渐增大的变加速运动【解析】D4在牛顿第二定律公式F=kma中,比例常数k的数值: A在任何情况下都等于1Bk值是由质量、加速度和力的大小决定的Ck值是由质量、加速度和力的单位决定的D在国际单位制中,k的数值一定等于1【解析】D5如
14、图1所示,一小球自空中自由落下,与正下方的直立轻质弹簧接触,直至速度为零的过程中,关于小球运动状态的下列几种描述中,正确的是 A接触后,小球作减速运动,加速度的绝对值越来越大,速度越来越小,最后等于零B接触后,小球先做加速运动,后做减速运动,其速度先增加后减小直到为零C接触后,速度为零的地方就是弹簧被压缩最大之处,加速度为零的地方也是弹簧被压缩最大之处D接触后,小球速度最大的地方就是加速度等于零的地方【解析】BD6在水平地面上放有一三角形滑块,滑块斜面上有另一小滑块正沿斜面加速下滑,若三角形滑块始终保持静止,如图2所示则地面对三角形滑块 A有摩擦力作用,方向向右B有摩擦力作用,方向向左C没有摩
15、擦力作用 D无法判断【解析】B7 设雨滴从很高处竖直下落,所受空气阻力f和其速度v成正比则雨滴的运动情况 A先加速后减速,最后静止 B先加速后匀速 C先加速后减速直至匀速 D加速度逐渐减小到零【解析】BD8放在光滑水平面上的物体,在水平拉力F的作用下以加速度a运动,现将拉力F改为2F(仍然水平方向),物体运动的加速度大小变为a则 Aa=a Baa2a Ca=2a Da2a【解析】C9一物体在几个力的共同作用下处于静止状态现使其中向东的一个力F的值逐渐减小到零,又马上使其恢复到原值(方向不变),则 A物体始终向西运动 B物体先向西运动后向东运动 C物体的加速度先增大后减小 D物体的速度先增大后减
16、小【解析】AC10下面几个说法中正确的是 A静止或作匀速直线运动的物体,一定不受外力的作用 B当物体的速度等于零时,物体一定处于平衡状态C当物体的运动状态发生变化时,物体一定受到外力作用 D物体的运动方向一定是物体所受合外力的方向【解析】C11关于惯性的下列说法中正确的是 A物体能够保持原有运动状态的性质叫惯性B物体不受外力作用时才有惯性C物体静止时有惯性,一开始运动,不再保持原有的运动状态,也就失去了惯性D物体静止时没有惯性,只有始终保持运动状态才有惯性【解析】A12. 一个在水平地面上做直线运动的物体,在水平方面只受摩擦力f的作用,当对这个物体施加一个水平向右的推力F作用时,下面叙述的四种
17、情况,不可能出现的是 A. 物体向右运动,加速度为零 B. 物体向左运动,加速度为零 C. 物体加速度的方向向右 D. 物体加速度的方向向左【解析】BD13一人在车厢中把物体抛出下列哪种情况,乘客在运动车厢里观察到的现象和在静止车厢里观察到的现象一样 A车厢加速行驶时 B车厢减速行驶时 C车厢转弯时 D车厢匀速直线行驶时【解析】D 14.在火车的车厢内,有一个自来水龙头C第一段时间内,水滴落在水龙头的正下方B点,第二段时间内,水滴落在B点的右方A点,如图3-1所示那么火车可能的运动是 【提示:水滴落在B的右方,说明火车的加速度方向向左,可能是向左做加速运动或向右做减速运动】A先静止,后向右作加
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- 牛顿第二定律 以及 专题 训练
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