高考物理复习方案 第3章 牛顿运动定律 第2讲 牛顿第二定律 两类动力学问题(含解析)新人教版-新人教版高三全册物理试题.doc
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1、第2讲牛顿第二定律两类动力学问题知识点1牛顿第二定律单位制1.牛顿第二定律(1)内容:物体的加速度的大小跟作用力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向与作用力的方向相同。(2)表达式:a或Fma。(3)适用范围牛顿第二定律只适用于惯性参考系(相对地面静止或做匀速直线运动的参考系)。牛顿第二定律只适用于宏观物体(相对于分子、原子)、低速运动(远小于光速)的情况。2单位制、基本单位、导出单位(1)单位制:基本单位和导出单位一起组成了单位制。基本物理量:只要选定几个物理量的单位,就能够利用物理公式推导出其他物理量的单位,这些被选定的物理量叫做基本物理量。基本单位:基本物理量的单位。力学中的基本物理
2、量有三个,它们是质量、时间、长度,它们的单位是基本单位。导出单位:由基本单位根据物理关系推导出来的其他物理量的单位。(2)国际单位制中的基本单位基本物理量符号单位名称单位符号质量m 千克kg时间t秒s长度l米m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IV坎德拉cd知识点2牛顿定律的应用1.动力学的两类基本问题(1)已知受力情况求物体的运动情况;(2)已知运动情况求物体的受力情况。2解决两类基本问题的方法以加速度为“桥梁”,由运动学公式和牛顿运动定律列方程求解,具体逻辑关系如图:双基夯实一、思维辨析1牛顿第二定律表达式Fma在任何情况下都适用。()2对静止在光滑水平面上的物体
3、施加一个水平力,当力刚作用瞬间,物体立即获得加速度。()3质量越大的物体加速度越小。()4千克、克、秒、小时、分钟均属于基本单位。()5力的单位牛顿,简称牛,也属于基本单位。()6物理公式不仅确定了物理量之间的数量关系,同时也确定了物理量间的单位关系。()答案1.2.3.4.5.6.二、对点激活1对牛顿第二定律内容和公式的理解关于牛顿第二定律,以下说法中正确的是()A由牛顿第二定律可知,加速度大的物体,所受的合力一定大B牛顿第二定律说明了质量大的物体,其加速度一定就小C由Fma可知,物体所受到的合力与物体的质量成正比D对同一物体而言,物体的加速度与物体所受的合力成正比,而且在任何情况下,加速度
4、的方向始终与物体所受的合力方向一致答案D解析加速度是由合力和质量共同决定的,故加速度大的物体,所受合力不一定大,选项A、B错误;物体所受到的合力与物体的质量无关,故C错误;由牛顿第二定律可知,物体的加速度与物体所受到的合力成正比,并且加速度的方向与合力方向一致,故D选项正确。2力学单位制的应用(多选)关于力学单位制,以下说法中正确的是()Akg、m/s、N等单位为导出单位Bkg、m、s都是基本单位C牛顿第二定律的表达式Fkma,式中各物理量取国际单位时k1D在国际单位制中,质量的单位可以是kg,也可以是g答案BC解析kg为基本单位,故A错。kg、m、s是国际单位制中的基本单位,故B正确。Fkm
5、a,质量取“kg”,a取“m/s2”,F取“N”时k1,C正确,国际单位制中质量的单位是kg,D错。3动力学两类基本问题在有空气阻力的情况下,以初速度v1竖直上抛一物体,经过时间t1到达最高点,又经过时间t2,物体由最高点落回到抛出点,这时物体的速度为v2,则()Av2v1,t2t1 Bv2v1,t2t1Cv2v1,t2t1 Dv2t1答案D解析上升过程由逆向法知ha1t,v1。下降过程ha2t,v2因为有空气阻力,故a1,a2所以a1a2,比较可得v1v2,t1t2。考点牛顿第二定律的瞬时性拓展延伸1牛顿第二定律(1)表达式为Fma。(2)理解:其核心是加速度与合外力的瞬时对应关系,二者总是
6、同时产生、同时消失、同时变化。2两类模型(1)刚性绳(或接触面)不发生明显形变就能产生弹力的物体,剪断(或脱离)后,其弹力立即消失,不需要形变恢复时间。(2)弹簧(或橡皮绳)两端同时连接(或附着)有物体的弹簧(或橡皮绳),特点是形变量大,其形变恢复需要较长时间,在瞬时性问题中,其弹力的大小往往可以看成保持不变。3解题思路例1如图所示,三个物块A、B、C的质量满足mA2mB3mC,A与天花板之间、B与C之间均用轻弹簧相连,A与B之间用细绳相连,当系统静止后,突然剪断A、B间的细绳,则此瞬间A、B、C的加速度分别为(取向下为正)()Ag、2g、0 B2g、2g、0Cg、g、0 D2g、g、g(1)
7、剪断细绳前悬挂A弹簧的力以哪个物体为研究对象求解?提示:A、B、C整体。(2)剪断A、B间细绳,弹簧上的力突变吗?提示:不突变。尝试解答选C。系统静止时,A物块受重力GAmAg,弹簧向上的拉力F(mAmBmC)g,A、B间细绳的拉力FAB(mBmC)g作用,B、C间弹簧的弹力FBCmCg。剪断细绳瞬间,弹簧形变来不及恢复,即弹力不变,由牛顿第二定律,对物块A有:FGAmAaA,解得:aAg,方向竖直向上;对B:FBCGBmBaB,解得:aBg,方向竖直向下;剪断细绳的瞬间,C的受力不变,其加速度仍为零。总结升华求解瞬时加速度问题时应抓住“两点”(1)物体的受力情况和运动情况是时刻对应的,当外界
8、因素发生变化时,需要重新进行受力分析和运动分析。(2)加速度可以随着力的突变而突变,而速度的变化需要一个过程的积累,不会发生突变。1. 如图所示,A、B两小球分别连在轻绳两端,B球另一端用弹簧固定在倾角为30的光滑斜面上。A、B两小球的质量分别为mA、mB,重力加速度为g,若不计弹簧质量,在绳被剪断瞬间,A、B两球的加速度大小分别为()A.都等于 B.和0C.和 D.和答案C解析当A、B球静止时,弹簧弹力F(mAmB)gsin,当绳被剪断的瞬间,弹簧弹力F不变,对B分析,则FmBgsinmBaB,可解得aB,当绳被剪断后,球A受的合力为重力沿斜面向下的分力,F合mAgsinmAaA,所以aA,
9、综上所述选项C正确。2如图所示,A、B两球质量相等,光滑斜面的倾角为,图甲中,A、B两球用轻弹簧相连,图乙中A、B两球用轻质杆相连,系统静止时,挡板C与斜面垂直,轻弹簧、轻杆均与斜面平行,则在突然撤去挡板的瞬间有()A.两图中两球加速度均为gsinB.两图中A球的加速度均为零C.图乙中轻杆的作用力一定不为零D.图甲中B球的加速度是图乙中B球加速度的2倍答案D解析撤去挡板前,挡板对B球的弹力大小为2mgsin,因弹簧弹力不能突变,而杆的弹力会突变,所以撤去挡板瞬间,图甲中A球所受合力为零,加速度为零,B球所受合力为2mgsin,加速度为2gsin;图乙中杆的弹力突变为零,A、B球所受合力均为mg
10、sin,加速度均为gsin,可知只有D对。考点力与运动的关系深化理解1.力是产生加速度的原因。2.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。3.速度增大或减小是由速度与加速度的方向关系决定的,二者同向则速度增大,反向则速度减小。例2(多选)如图所示,一轻质弹簧一端固定在墙上的O点,自由伸长到B点。今用一小物体m把弹簧压缩到A点(m与弹簧不连接),然后释放,小物体能经B点运动到C点而静止。小物体m与水平面间的动摩擦因数恒定,则下列说法中正确的是()A物体从A到B速度越来越大B.物体从A到B速度先增加后减小C.物体从A到B加速度越来越小D.物体从A到B加速度先减小后增加(1)由A到
11、C的过程中,物体受地面的摩擦力和弹簧弹力大小相等的位置出现在B点哪侧?提示:B点左侧。(2)a0时速度最大吗?提示:a0时出现在A、B之间,那时速度达最大值。尝试解答选BD。物体从A到B的过程中,水平方向一直受到向左的滑动摩擦力作用,大小不变;还一直受到向右的弹簧的弹力,从某个值逐渐减小为0。开始时,弹力大于摩擦力,合力向右,物体向右加速,随着弹力的减小,合力越来越小;到A、B间的某一位置时,弹力和摩擦力大小相等、方向相反,合力为0,速度达到最大;随后,摩擦力大于弹力,合力增大但方向向左,合力方向与速度方向相反,物体开始做减速运动。所以,小物体由A到B的过程中,先做加速度减小的加速运动,后做加
12、速度增加的减速运动,正确选项为B、D。总结升华弹簧弹力作用下的动态运动问题的基本处理方法宜采用“逐段分析法”与“临界分析法”相结合,将运动过程划分为几个不同的子过程,而找中间的转折点是划分子过程的关键。(1)合外力为零的点即加速度为零的点,是加速度方向发生改变的点,在该点物体的速度具有极值。(2)速度为零的点,是物体运动方向(速度方向)发生改变的转折点。1如图所示,一个铁球从竖立在地面上的轻质弹簧的正上方某处自由落下,接触弹簧后将弹簧压缩。从它接触弹簧开始到将弹簧压缩到最短的过程中,小球的速度和受到的合外力的变化情况是()A.合力变小,速度变小B.合力变小,速度变大C.合力先变小后变大,速度先
13、变小后变大D.合力先变小后变大,速度先变大后变小答案D解析铁球接触弹簧前,做自由落体运动,有一向下的速度。铁球接触弹簧后,在整个压缩弹簧的过程中,仅受重力G和弹簧弹力F的作用。开始压缩时,弹簧的弹力F小于物体的重力G,合外力向下,铁球向下做加速运动。但随着铁球向下运动,弹簧形变量增大,弹力随之增大,合外力减小,加速度减小,但速度增大。当弹簧弹力增至与重力相等的瞬间,合力为零,加速度为零,速度最大。此后,弹簧弹力继续增大,弹力大于重力,合力向上且逐渐增大,加速度向上且逐渐增大,直至铁球速度逐渐减小为零,此时弹簧压缩量最大。2.一皮带传送装置如图所示,皮带的速度v足够大,轻弹簧一端固定,另一端连接
14、一个质量为m的滑块,已知滑块与皮带之间存在摩擦,当滑块放在皮带上时,弹簧的轴线恰好水平,若滑块放到皮带的瞬间,滑块的速度为零,且弹簧正好处于自然长度,则当弹簧从自然长度到第一次达最长这一过程中,滑块的速度和加速度变化的情况是()A.速度增大,加速度增大B.速度增大,加速度减小C.速度先增大后减小,加速度先增大后减小D.速度先增大后减小,加速度先减小后增大答案D解析滑块在水平方向受向左的滑动摩擦力Ff和弹簧向右的拉力F拉kx,合力F合FfF拉ma,当弹簧从自然长度到第一次达最长这一过程中,x逐渐增大,拉力F拉逐渐增大,因为皮带的速度v足够大,所以合力F合先减小后反向增大,从而加速度a先减小后反向
15、增大;滑动摩擦力与弹簧弹力相等之前,加速度与速度同向,滑动摩擦力与弹簧拉力相等之后,加速度便与速度方向相反,故滑块的速度先增大,后减小。考点动力学的两类基本问题解题技巧动力学的两类基本问题的解题步骤例32016洛阳模拟某电视台在娱乐节目中曾推出一个游戏节目推矿泉水瓶。选手们从起点开始用力推瓶子一段时间后,放手让它向前滑动,若瓶子最后停在桌上有效区域内(不能压线)视为成功;若瓶子最后没有停在桌上有效区域内或在滑行过程中倒下均视为失败。其简化模型如图所示,AC是长度L15.5 m的水平桌面,选手们将瓶子放在A点,从A点开始用一恒定不变的水平推力推它,BC为有效区域。已知BC长度L21.1 m,瓶子
16、质量m0.5 kg,与桌面间的动摩擦因数0.2,g取10 m/s2。某选手作用在瓶子上的水平推力F11 N,瓶子沿AC做直线运动,假设瓶子可视为质点,该选手要想游戏获得成功,试求:在手推瓶子过程中瓶子的位移取值范围。(令2.2)(1)瓶子的运动过程分几段?各是什么运动?提示:两段,先匀加速直线后匀减速直线。(2)选手若要成功,瓶子的位移在什么范围内?提示:L1L2xL1。尝试解答0.4_0.5_m。要想获得成功,瓶子滑到B点时速度恰好为0,力作用时间最短,滑到C点时速度恰好为0,力作用时间最长。设力作用时的加速度为a1、位移为x1,撤力时瓶子的速度为v1,撤力后瓶子的加速度为a2、位移为x2,
17、则Fmgma1,mgma2,2a1x1v,2a2x2v,L1L2x1x2L1由以上各式联立可解得:0.4 mx1R)。综上所述可得tbtatc。案例剖析2015山东模拟(14分)如图甲所示,为测定物体冲上粗糙斜面能达到的最大位移x与斜面倾角的关系,将某一物体每次以不变的初速率v0沿足够长的斜面向上推出,调节斜面与水平方向的夹角,实验测得x与斜面倾角的关系如图乙所示,g取10 m/s2,根据图象求:(1)物体的初速度v0;(2)物体与斜面间的动摩擦因数;(3)取不同的倾角,物体在斜面上能达到的位移x的最小值xmin。审题抓住信息,准确推断破题形成思路,快速突破(1)物体初速度v0的求解。请分析斜
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