物理第三章 牛頓運動定律 第2講 應(yīng)用牛頓第二定律處理“四類”問題

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1、第三章第三章 牛頓運動定律牛頓運動定律第第2 2講應(yīng)用牛頓第二定律處理講應(yīng)用牛頓第二定律處理“四類四類”問題問題過好雙基關(guān)一、瞬時問題一、瞬時問題1.牛頓第二定律的表達(dá)式為：F合ma，加速度由物體所受 決定，加速度的方向與物體所受 的方向一致.當(dāng)物體所受合外力發(fā)生突變時，加速度也隨著發(fā)生突變，而物體運動的 不能發(fā)生突變.2.輕繩、輕桿和輕彈簧(橡皮條)的區(qū)別：(1)輕繩和輕桿：剪斷輕繩或輕桿斷開后，原有的彈力將 .(2)輕彈簧和橡皮條：當(dāng)輕彈簧和橡皮條與其它物體連接時，輕彈簧或橡皮條的彈力 .不能發(fā)生突變合外力合外力速度突變?yōu)?自測自測1如圖1，A、B、C三個小球質(zhì)量均為m，A、B之間用一根沒

2、有彈性的輕質(zhì)細(xì)繩連在一起，B、C之間用輕彈簧拴接，整個系統(tǒng)用細(xì)線懸掛在天花板上并且處于靜止?fàn)顟B(tài).現(xiàn)將A上面的細(xì)線剪斷，使A的上端失去拉力，則在剪斷細(xì)線的瞬間，A、B、C三個小球的加速度分別是A.1.5g，1.5g，0 B.g，2g，0C.g，g，g D.g，g，0圖1解析解析剪斷細(xì)線前，由平衡條件可知，A上端的細(xì)線的拉力為3mg，A、B之間細(xì)繩的拉力為2mg，輕彈簧的拉力為mg.在剪斷細(xì)線的瞬間，輕彈簧中拉力不變，小球C所受合外力為零，所以C的加速度為零；A、B小球被細(xì)繩拴在一起，整體受到二者重力和輕彈簧向下的拉力，由牛頓第二定律，3mg2ma，解得a1.5g，選項A正確.二、超重和失重二、超

3、重和失重1.超重(1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦? 物體所受重力的現(xiàn)象.(2)產(chǎn)生條件：物體具有 的加速度.2.失重(1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦? 物體所受重力的現(xiàn)象.(2)產(chǎn)生條件：物體具有 的加速度.向下大于向上小于3.完全失重(1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)ωQ直懸掛物的拉力) 的現(xiàn)象稱為完全失重現(xiàn)象.(2)產(chǎn)生條件：物體的加速度a ，方向豎直向下.4.實重和視重(1)實重：物體實際所受的重力，它與物體的運動狀態(tài) .(2)視重：當(dāng)物體在豎直方向上有加速度時，物體對彈簧測力計的拉力或?qū)ε_秤的壓力將 物體的重力.此時彈簧測力計的示數(shù)或臺秤的示數(shù)即為視重.

4、不等于等于0g無關(guān)自測自測2關(guān)于超重和失重的下列說法中，正確的是A.超重就是物體所受的重力增大了，失重就是物體所受的重力減小了B.物體做自由落體運動時處于完全失重狀態(tài)，所以做自由落體運動的物 體不受重力作用C.物體具有向上的速度時處于超重狀態(tài)，物體具有向下的速度時處于失 重狀態(tài)D.物體處于超重或失重狀態(tài)時，物體的重力始終存在且不發(fā)生變化答案三、動力學(xué)圖象三、動力學(xué)圖象1.類型(1)已知圖象分析運動和 情況；(2)已知運動和受力情況分析圖象的形狀.2.用到的相關(guān)知識通常要先對物體受力分析求合力，再根據(jù) 求加速度，然后結(jié)合運動學(xué)公式分析.牛頓第二定律受力自測自測3(2016海南單科5)沿固定斜面下

5、滑的物體受到與斜面平行向上的拉力F的作用，其下滑的速度時間圖線如圖2所示.已知物體與斜面之間的動摩擦因數(shù)為常數(shù)，在05 s，510 s，1015 s內(nèi)F的大小分別為F1、F2和F3，則圖2A.F1F3C.F1F3 D.F1F3答案研透命題點1.對超重和失重的理解對超重和失重的理解(1)不論超重、失重或完全失重，物體的重力都不變，只是“視重”改變.(2)在完全失重的狀態(tài)下，一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會完全消失.(3)盡管物體的加速度不是豎直方向，但只要其加速度在豎直方向上有分量，物體就會處于超重或失重狀態(tài).(4)盡管整體沒有豎直方向的加速度，但只要物體的一部分具有豎直方向的分加速度，整體也會出現(xiàn)

6、超重或失重狀態(tài).基礎(chǔ)考點自主悟透基礎(chǔ)考點自主悟透2.判斷超重和失重的方法判斷超重和失重的方法從受力的角度判斷當(dāng)物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力時，物體處于超重狀態(tài)；小于重力時，物塊處于失重狀態(tài)；等于零時，物體處于完全失重狀態(tài)從加速度的角度判斷當(dāng)物體具有向上的加速度時，物體處于超重狀態(tài)；具有向下的加速度時，物體處于失重狀態(tài)；向下的加速度等于重力加速度時，物體處于完全失重狀態(tài)從速度變化的角度判斷物體向上加速或向下減速時，超重物體向下加速或向上減速時，失重例例1(多選)一人乘電梯上樓，在豎直上升過程中加速度a隨時間t變化的圖線如圖3所示，以豎直向上為a的正方向，則人對地板的壓力A.t2 s時最

7、大 B.t2 s時最小C.t8.5 s時最大 D.t8.5 s時最小圖3解析解析人乘電梯向上運動，規(guī)定向上為正方向，人受到重力和支持力兩個力的作用，則有Fmgma，即Fmgma，根據(jù)牛頓第三定律知，人對地板的壓力大小等于支持力的大小，將對應(yīng)時刻的加速度(包含正負(fù)號)代入上式，可得選項A、D正確，B、C錯誤.變式變式1廣州塔，昵稱小蠻腰，總高度達(dá)600米，游客乘坐觀光電梯大約一分鐘就可以到達(dá)觀光平臺.若電梯簡化成只受重力與繩索拉力，已知電梯在t0時由靜止開始上升，at圖象如圖4所示.則下列相關(guān)說法正確的是A.t4.5 s時，電梯處于失重狀態(tài)B.555 s時間內(nèi)，繩索拉力最小C.t59.5 s時，

8、電梯處于超重狀態(tài)D.t60 s時，電梯速度恰好為零圖4解析解析利用at圖象可判斷：t4.5 s時，電梯有向上的加速度，電梯處于超重狀態(tài)，則A錯誤；05 s時間內(nèi)，電梯處于超重狀態(tài)，拉力重力，555 s時間內(nèi)，電梯處于勻速上升過程，拉力重力，5560 s時間內(nèi)，電梯處于失重狀態(tài)，拉力M，有x1x2B.若msin ，有x1x2D.若sin ，有x1x2圖13解析解析在水平面上滑動時，對整體，根據(jù)牛頓第二定律，有F(mM)g(mM)a1隔離物塊A，根據(jù)牛頓第二定律，有FTmgma1聯(lián)立解得FT在斜面上滑動時，對整體，根據(jù)牛頓第二定律，有F(mM)gsin (mM)a2隔離物塊A，根據(jù)牛頓第二定律，有

9、FTmgsin ma2聯(lián)立解得FT比較可知，彈簧彈力相等，與動摩擦因數(shù)和斜面的傾角無關(guān)，故A、B正確，C、D錯誤.變式變式6(多選)如圖14所示，傾角為的斜面放在粗糙的水平地面上，現(xiàn)有一帶固定支架的滑塊m正沿斜面加速下滑.支架上用細(xì)線懸掛的小球達(dá)到穩(wěn)定(與滑塊相對靜止)后，懸線的方向與豎直方向的夾角也為，斜面體始終保持靜止，則下列說法正確的是A.斜面光滑B.斜面粗糙C.達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，地面對斜面體的摩擦力水平向左D.達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，地面對斜面體的摩擦力水平向右圖14解析解析隔離小球，可知小球的加速度方向為沿斜面向下，大小為gsin ，對支架系統(tǒng)進(jìn)行分析，只有斜面光滑，支架系統(tǒng)的加速度才是gsi

10、n ，所以A正確，B錯誤.將支架系統(tǒng)和斜面看成一個整體，因為整體具有沿斜面向下的加速度，故地面對斜面體的摩擦力水平向左，C正確，D錯誤.故選A、C.課時作業(yè)1.在兒童蹦極游戲中，拴在腰間左右兩側(cè)的是彈性極好的橡皮繩，質(zhì)量為m的小明如圖1所示靜止懸掛時，兩橡皮繩的拉力大小均恰為mg.若此時小明左側(cè)橡皮繩斷裂，則小明A.加速度為零，速度為零B.加速度ag，沿原斷裂橡皮繩的方向斜向下C.加速度ag，沿未斷裂橡皮繩的方向斜向上D.加速度ag，方向豎直向下雙基鞏固練雙基鞏固練123456789101112答案解析圖1解析解析根據(jù)題意，腰間左右兩側(cè)的橡皮繩的彈力等于重力.小明左側(cè)橡皮繩斷裂，則小明此時所受

11、合力方向沿原斷裂橡皮繩的方向斜向下，大小等于mg，所以小明的加速度ag，沿原斷裂橡皮繩的方向斜向下，選項B正確.1234567891011122.兩個質(zhì)量分別為m1、 m2的物體A和B緊靠在一起放在光滑水平桌面上， 如圖2所示， 如果它們分別受到水平推力2F和F， 則A、 B之間彈力的大小為123456789101112圖2答案解析3.電梯在t0時由靜止開始上升，運動的at圖象如圖3所示(選取向上為正)，電梯內(nèi)乘客的質(zhì)量m050 kg，重力加速度g取10 m/s2，下列說法正確的是A.第9 s內(nèi)乘客處于失重狀態(tài)B.18 s內(nèi)乘客處于平衡狀態(tài)C.第2 s內(nèi)乘客對電梯的壓力大小為550 ND.第9

12、 s內(nèi)電梯速度的增加量為1 m/s123456789101112答案圖34.(多選)如圖4甲所示，質(zhì)量為m2 kg的物塊靜止放置在粗糙水平地面O處，物塊與水平地面間的動摩擦因數(shù)0.5，在水平拉力F作用下物塊由靜止開始沿水平地面向右運動，經(jīng)過一段時間后，物塊回到出發(fā)點O處，取水平向右為速度的正方向，物塊運動過程中其速度v隨時間t變化規(guī)律如圖乙所示，重力加速度g取10 m/s2，則A.物塊經(jīng)過4 s回到出發(fā)點B.物塊運動到第3 s時改變水平拉力的方向C.3.5 s時刻水平力F的大小為4 ND.4.5 s時刻水平力F的大小為16 N答案123456789101112圖45.如圖5所示，質(zhì)量為m的小球

13、用一水平輕彈簧系住，并用傾角為60的光滑木板AB托住，小球恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)，在木板AB突然向下撤離的瞬間，小球的加速度為A.0B.大小為g，方向豎直向下C.大小為 g，方向垂直木板向下D.大小為2g，方向垂直木板向下123456789101112圖5解析解析撤離木板AB瞬間，木板對小球的支持力消失，而小球所受重力和彈力不變，且二力的合力與原支持力等大反向.6.(多選)(2017河北保定一模)如圖6所示，一質(zhì)量M3 kg、傾角為45的斜面體放在光滑水平地面上，斜面體上有一質(zhì)量為m1 kg的光滑楔形物體.用一水平向左的恒力F作用在斜面體上，系統(tǒng)恰好保持相對靜止地向左運動.重力加速度為g10 m/s

14、2，下列判斷正確的是A.系統(tǒng)做勻速直線運動B.F40 NC.斜面體對楔形物體的作用力大小為5 ND.增大力F，楔形物體將相對斜面體沿斜面向上運動123456789101112圖6123456789101112解析解析對整體受力分析如圖甲所示，由牛頓第二定律有F(Mm)a，對楔形物體受力分析如圖乙所示，由牛頓第二定律有mgtan 45ma，可得F40 N，a10 m/s2，A錯，B對.外力F增大，則斜面體加速度增加，楔形物體不能獲得那么大的加速度，將會相對斜面體沿斜面上滑，D對.1234567891011127.如圖7所示，質(zhì)量分別為m1、m2的兩個物體通過輕彈簧連接，在力F的作用下一起沿水平方

15、向做勻加速直線運動(m1在光滑地面上，m2在空中).已知力F與水平方向的夾角為.則m1的加速度大小為答案解析圖78.(2014北京理綜18)應(yīng)用物理知識分析生活中的常見現(xiàn)象，可以使物理學(xué)習(xí)更加有趣和深入.例如平伸手掌托起物體，由靜止開始豎直向上運動，直至將物體拋出.對此現(xiàn)象分析正確的是A.手托物體向上運動的過程中，物體始終處于超重狀態(tài)B.手托物體向上運動的過程中，物體始終處于失重狀態(tài)C.在物體離開手的瞬間，物體的加速度大于重力加速度D.在物體離開手的瞬間，手的加速度大于重力加速度123456789101112答案解析解析解析手托物體拋出的過程，必有一段加速過程，其后可以減速，可以勻速，當(dāng)手和物

16、體勻速運動時，物體既不超重也不失重；當(dāng)手和物體減速運動時，物體處于失重狀態(tài)，選項A錯誤；物體從靜止到運動，必有一段加速過程，此過程物體處于超重狀態(tài)，選項B錯誤；當(dāng)物體離開手的瞬間，物體只受重力，此時物體的加速度等于重力加速度，選項C錯誤；手和物體分離之前速度相同，分離之后手速度的變化量比物體速度的變化量大，物體離開手的瞬間，手的加速度大于重力加速度，所以選項D正確.1234567891011129.(2018湖南懷化質(zhì)檢)如圖8所示，A、B、C三球質(zhì)量均為m，輕質(zhì)彈簧一端固定在斜面頂端、另一端與A球相連，A、B間固定一個輕桿，B、C間由一輕質(zhì)細(xì)線連接.傾角為的光滑斜面固定在地面上，彈簧、輕桿與

17、細(xì)線均平行于斜面，初始系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，細(xì)線被燒斷的瞬間，下列說法正確的是A.A球受力情況未變，加速度為零B.C球的加速度沿斜面向下，大小為gC.A、B之間桿的拉力大小為2mgsin D.A、B兩個小球的加速度均沿斜面向上，大小均為 gsin 123456789101112圖8解析解析細(xì)線被燒斷的瞬間，以A、B整體為研究對象，彈簧彈力不變，細(xì)線拉力突變?yōu)?，合力不為0，加速度不為0，故A錯誤；對球C，由牛頓第二定律得：mgsin ma，解得：agsin ，方向沿斜面向下，故B錯誤；以A、B、C組成的系統(tǒng)為研究對象，燒斷細(xì)線前，A、B、C靜止，處于平衡狀態(tài)，合力為零，彈簧的彈力F3mgsin ，

18、燒斷細(xì)線的瞬間，由于彈簧彈力不能突變，彈簧彈力不變，以A、B整體為研究對象，由牛頓第二定律得：3mgsin 2mgsin 2ma，則A、B的加速度a gsin ，故D正確；12345678910111210.(多選)如圖9所示，在豎直平面內(nèi)，A和B是兩個相同的輕彈簧，C是橡皮筋，它們?nèi)唛g的夾角均為120，已知A、B對小球的作用力均為F，此時小球平衡，C處于拉直狀態(tài)，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間.則剪斷橡皮筋的瞬間，小球的加速度可能為圖9123456789101112解析解析由于橡皮筋C只能提供向下的拉力，所以輕彈簧A和B對小球的作用力一定是拉力.可能有兩種情況：(1)橡皮筋可能被拉伸，設(shè)拉力為FT

19、，由平衡條件可知，2Fcos 60mgFT，解得橡皮筋拉力FTFmg.剪斷橡皮筋的瞬間，小球所受合外力等于橡皮筋拉力FTFmg，方向豎直向上，由牛頓第二定律，F(xiàn)合ma，解得小球的加速度a g，選項B正確；(2)橡皮筋可能沒有發(fā)生形變，拉力為零，則剪斷橡皮筋的瞬間，小球的加速度為零，選項C正確.12345678910111211.如圖10甲所示，在傾角為30的足夠長的光滑斜面上，有一質(zhì)量為m的物體，受到沿斜面方向的力F作用，力F按圖乙所示規(guī)律變化(圖中縱坐標(biāo)是F與mg的比值，力沿斜面向上為正).則物體運動的速度v隨時間t變化的規(guī)律是(物體初速度為零，重力加速度取10 m/s2)圖10123456

20、78910111212345678910111212.(2018四川德陽模擬)如圖11甲所示，長木板B固定在光滑水平面上，可看做質(zhì)點的物體A靜止疊放在B的最左端.現(xiàn)用F6 N的水平力向右拉物體A，經(jīng)過5 s物體A運動到B的最右端，其vt圖象如圖乙所示.已知A、B的質(zhì)量分別為1 kg、4 kg，A、B間的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，g取10 m/s2.(1)求物體A、B間的動摩擦因數(shù)；答案答案0.4123456789101112圖11以A為研究對象，根據(jù)牛頓第二定律可得FmAgmAaA123456789101112(2)若B不固定，求A運動到B的最右端所用的時間.設(shè)A運動到B的最右端所用的時間為t，123456789101112答案解析