高考物理一輪總復(fù)習(xí) 專題三 第2講 牛頓第二定律 兩類動力學(xué)問題課件 新人教版

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1、第 2講 牛 頓 第 二 定 律 兩 類 動 力 學(xué) 問 題 1內(nèi)容：物體的加速度跟所受的_成正比，跟物體的_成反比，加速度的方向跟_的方向一致合外力質(zhì)量合外力2表達式：F 合ma.3牛頓運動定律的適用范圍：只適用于宏觀物體的低速問題，不適用于微觀粒子和高速運動的物體一 、 牛 頓 第 二 定 律 二 、 兩 類 動 力 學(xué) 問 題1兩類動力學(xué)問題運動情況受力情況(1)已知受力情況求物體的_(2)已知運動情況求物體的_2解決兩類基本問題的方法以_為“橋梁”，由_和_列方程求解加速度運動學(xué)公式牛頓運動定律 【 基 礎(chǔ) 檢 測 】(多 選 )關(guān)于速度、加速度、合外力之間的關(guān)系，正確的是( )A物體

2、的速度越大，則加速度越大，所受的合外力也越大B物體的速度為零，則加速度為零，所受的合外力也為零C物體的速度為零，但加速度可能很大，所受的合外力也可能很大D物體的速度很大，但加速度可能為零，所受的合外力也可能為零答 案 ： CD 考 點 1 對 牛 頓 第 二 定 律 的 理 解 重 點 歸 納1因果性：只要物體所受合外力不為零，物體就獲得加速度，即力是產(chǎn)生加速度的原因2瞬時性：加速度和物體受到的合外力是瞬時對應(yīng)關(guān)系，即加速度隨合外力同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失，保持時刻對應(yīng)的關(guān)系 3矢量性：力和加速度都是矢量，物體加速度的方向由物體所受合外力的方向決定4同一性：m、F、a 必須是對應(yīng)同一研究對

3、象，加速度 a相對于同一慣性系(一般是地球)5獨立性：作用于物體的力各自產(chǎn)生的加速度都遵循牛頓第二定律，互不影響 【 考 點 練 透 】1(多 選 )下列關(guān)于牛頓第二定律的說法，正確的是( )A物體加速度的大小由物體的質(zhì)量和物體所受合外力的大小決定，與物體的速度無關(guān)B物體加速度的方向只由它所受合外力的方向決定，與速度方向無關(guān)C物體所受合外力的方向和加速度的方向及速度的方向總是相同的D一旦物體所受合外力為零，則物體的加速度立即為零，其運動也就逐漸停止了答 案 ： AB 2如圖 3-2-1 所示，彈簧左端固定，右端自由伸長到 O 點并系住質(zhì)量為 m 的物體，現(xiàn)將彈簧壓縮到 A 點，然后釋放，物)體

4、可以一直運動到 B 點如果物體受到的阻力恒定，則(圖 3-2-1A物體從 A 到 O 先加速后減速B物體從 A 到 O 做加速運動，從 O 到 B 做減速運動C物體運動到 O 點時，所受合外力為零D物體從 A 到 O 的過程中，加速度逐漸減小 解 析 ： 物 體 從 A 到 O， 初 始 階 段 受 到 的 向 右 的 彈 力 大 于 阻力 ， 合 力 向 右 隨 著 物 體 向 右 運 動 ， 彈 力 逐 漸 減 小 ， 合 力 逐 漸減 小 ， 由 牛 頓 第 二 定 律 可 知 ， 加 速 度 向 右 且 逐 漸 減 小 ， 由 于 加速 度 與 速 度 同 向 ， 物 體 的 速 度

5、逐 漸 增 大 當(dāng) 物 體 向 右 運 動 至 AO間 某 點 (設(shè) 為 點 O)時 ， 彈 力 減 小 到 與 阻 力 相 等 ， 物 體 所 受 合 力為 零 ， 加 速 度 為 零 ， 速 度 達 到 最 大 此 后 ， 隨 著 物 體 繼 續(xù) 向 右運 動 ， 彈 力 繼 續(xù) 減 小 ， 阻 力 大 于 彈 力 ， 合 力 方 向 變 為 向 左 至O 點 時 彈 力 減 為 零 ， 此 后 彈 力 向 左 且 逐 漸 增 大 所 以 物 體 越 過O點 后 ， 合 力 (加 速 度 )方 向 向 左 且 逐 漸 增 大 ， 由 于 加 速 度 與 速度 反 向 ， 故 物 體 做 加

6、 速 度 逐 漸 增 大 的 減 速 運 動 正 確 選 項 為 A.答 案 ： A 考 點 2 動 力 學(xué) 的 兩 類 基 本 問 題 重 點 歸 納1動力學(xué)兩類基本問題的分析流程 2應(yīng)用牛頓運動定律解題的一般步驟(1)明確研究對象：根據(jù)問題的需要和解題的方便，確定某一物體或幾個物體組成的系統(tǒng)為研究對象(2)分析物體的受力情況和運動情況，畫好受力示意圖，明確物體的運動性質(zhì)和運動過程(3)利用牛頓第二定律(在受力情況已知時)或結(jié)合運動學(xué)公式(在運動情況已知時)進行求解(4)必要時對結(jié)果進行討論 典 例 剖 析例 1：如圖 3-2-2 所示，一個放置在水平臺面上的木塊，其質(zhì)量為 2 kg，受到一

7、個斜向下的、與水平方向成 37角的推力 F10 N 的作用，使木塊從靜止開始運動，4 s 后撤去推力，若木塊與水平臺面間的動摩擦因數(shù)為 0.1.(取 g10 m/s2)求：圖 3-2-2(1)撤去推力時木塊的速度為多大？(2)撤去推力到停止運動過程中木塊的加速度為多大？(3)木塊在水平面上運動的總位移為多少？ 思 維 點 撥 ： 正 確 選 擇 研 究 對 象 并 進 行 受 力 分 析 ， 根 據(jù) 牛 頓第 二 定 律 求 解 加 速 度 是 快 速 求 解 此 類 題 型 的 關(guān) 鍵 解 ： (1)撤 去 力 F 之 前 ， 對 木 塊 進 行 受 力 分 析 ， 如 圖 3-2-3所 示

8、 圖 3-2-3 由 牛 頓 第 二 定 律 得水 平 方 向 ： Fcos 37 f ma1豎 直 方 向 ： FN mg Fsin 37又 f FN解 得 a1 2.7 m/s24 s 末 的 速 度 為v a 1t 2.7 4 m/s 10.8 m/s.(2)撤 去 F 后 ， 根 據(jù) 牛 頓 第 二 定 律 mg ma2a2 g 1 m/s2. 所 以 ， 木 塊 運 動 的 總 位 移 為 s s1 s2 79.92 m.備 考 策 略 ： 動 力 學(xué) 的 兩 類 基 本 問 題 是 高 考 命 題 的 熱 點 ， 此類 問 題 是 考 查 牛 頓 運 動 定 律 的 重 點 ， 每

9、 年 必 考 考 題 多 以 生 產(chǎn)和 生 活 的 實 際 問 題 為 命 題 背 景 ， 解 題 的 關(guān) 鍵 是 求 加 速 度 【 考 點 練 透 】3(2015 年 河 南 洛 陽 模 擬 )某電視臺在娛樂節(jié)目中曾推出一個游戲節(jié)目推礦泉水瓶選手們從起點開始用力推瓶子一段時間后，放手讓它向前滑動，若瓶子最后停在桌上有效區(qū)域內(nèi)(不能壓線)視為成功；若瓶子最后沒有停在桌上有效區(qū)域內(nèi)或在滑行過程中倒下均視為失敗其簡化模型如圖 3-2-4 所示，AC 是長度 L 15.5 m 的水平桌面，選手們將瓶子放在 A 點，從A 點開始用一恒定不變的水平推力推它，BC 為有效區(qū)域已知BC 長度 L21.1

10、m，瓶子質(zhì)量 m0.5 kg，與桌面間的動摩擦因 數(shù)0.2，g 取 10 m/s2.某選手作用在瓶子上的水平推力 F11 N，瓶子沿 AC 做直線運動，假設(shè)瓶子可視為質(zhì)點，該選手要想游戲獲得成功，試求：在手推瓶子過程中瓶子的位移取值范圍圖 3-2-4 解 ： 要 想 獲 得 成 功 ， 瓶 子 滑 到 B 點 時 速 度 恰 好 為 0， 力 作用 時 間 最 短 ， 滑 到 C 點 時 速 度 恰 好 為 0， 力 作 用 時 間 最 長 設(shè)力 作 用 時 的 加 速 度 為 a1、 位 移 為 x1， 撤 力 時 瓶 子 的 速 度 為 v1，撤 力 后 瓶 子 的 加 速 度 為 a2、

11、 位 移 為 x2， 則F mg ma1 mg ma2L 1 L2 x1 x2 L1由 以 上 各 式 聯(lián) 立 可 解 得 ：0.4 m x1 0.5 m. 4設(shè)某一艦載機的質(zhì)量為 m2.5104 kg，速度為 v042 m/s，若僅受空氣阻力和甲板阻力作用，艦載機將在甲板上以a0 0.8 m/s2 的加速度做勻減速運動，著艦過程中航母靜止不動(1)艦載機著艦后，若僅受空氣阻力和甲板阻力作用，航母甲板至少多長才能保證艦載機不滑到海里？(2)為了艦載機在有限長度的跑道上停下來，甲板上設(shè)置了阻攔索讓艦載機減速，同時考慮到艦載機掛索失敗需要復(fù)飛的情況，艦載機著艦時不關(guān)閉發(fā)動機如圖 3-2-5 所示為

12、艦載機 勾住阻攔索后某一時刻的情景，此時發(fā)動機的推力大小為 F1.2105 N，減速的加速度 a1 20 m/s2 ，此時阻攔索夾角106，空氣阻力和甲板阻力保持不變求此時阻攔索承受的張力大??？(已知：sin 530.8，cos 530.6)圖 3-2-5 解 ： (1)設(shè) 甲 板 的 長 度 至 少 為 s0， 則 由 運 動 學(xué) 公 式 得代 入 數(shù) 據(jù) 可 得 s0 1102.5 m.(2)艦 載 機 受 力 分 析 如 圖 D18 所 示 ， 其 中 T 為阻 攔 索 的 張 力 ， f 為 空 氣 和 甲 板 對 艦 載 機 的 阻 力 ，由 牛 頓 第 二 定 律 得 2Tcos

13、53 f F ma1艦 載 機 僅 受 空 氣 阻 力 和 甲 板 阻 力 時 f ma 0聯(lián) 立 可 得 T 5 105 N.圖 D18 方 法 瞬 時 加 速 度 問 題 分 析物體的加速度 a 與其所受的合外力 F 是瞬時對應(yīng)的，同時產(chǎn)生，同時變化，同時消失此類問題常見的有繩(桿)和彈簧(彈性繩)模型：繩(桿)的彈力可以發(fā)生突變；輕彈簧(彈性繩)的彈力不能突變 例 2：如圖 3-2-6 所示，質(zhì)量為 m 的小球被水平繩 AO 和與豎直方向成角的輕彈簧系著處于靜止狀態(tài)，現(xiàn)用火將繩 AO 燒斷，在繩 AO 燒斷的瞬間，下列說法正確的是( )A彈簧的拉力 Fmgcos B彈簧的拉力 Fmgsi

14、n C小球的加速度為零D小球的加速度 agsin 圖 3-2-6 審 題 突 破 ： 繩 AO 燒 斷 的 瞬 間 ， 彈 簧 的 形 變 是 明 顯 形 變 ，在 很 短 的 時 間 內(nèi) 來 不 及 恢 復(fù) ， 所 以 近 似 認 為 彈 簧 的 彈 力 沒 有 發(fā)生 變 化 解 答 此 題 應(yīng) 該 對 小 球 進 行 兩 次 受 力 分 析 ， 一 次 是 繩 斷之 前 ， 一 次 在 繩 斷 之 后 ， 這 兩 次 受 力 分 析 的 聯(lián) 系 點 是 彈 簧 的 彈力 一 樣 解 析 ： 燒 斷 繩 AO 之 前 ， 小 球 受 3 個 力 ， 如 圖 3-2-7 所 示 燒 斷 細 繩

15、 的 瞬 間 ， 繩 子 的 張 力 沒 有 了 ， 但 由 于 輕 彈 簧 的 形 變 恢復(fù) 需 要 時 間 ， 故 彈 簧 的 彈 力 不 變 ， A 正 確 燒 斷 細 繩 的 瞬 間 ，小 球 受 到 的 合 外 力 與 T(繩 AO 的 拉 力 )等 大 反 向 ， 即 F合mgtan ， 則 小 球 的 加 速 度 a gtan .答 案 ： A 圖 3-2-7 題 外 拓 展 ： 本 題 中 若 B 點 斷 開 ， 則 彈 簧 的 彈 力 消 失 ， 而 繩子 形 變 屬 于 微 小 形 變 ， 彈 力 也 變 成 零 ， 即 在 B 點 斷 開 的 瞬 間 ，小 球 只 受 到

16、 重 力 的 作 用 ， 加 速 度 為 g； 若 彈 簧 換 成 繩 子 ， 在 繩AO 燒 斷 的 瞬 間 ， 因 OB 繩 不 可 伸 長 ， 球 的 加 速 度 只 能 垂 直 于 繩OB 向 斜 下 方 ， 繩 OB 的 拉 力 發(fā) 生 了 突 變 ， 有 興 趣 的 同 學(xué) 可 求 一下 小 球 的 加 速 度 【 觸 類 旁 通 】1(2016 年 山 東 濰 坊 第 一 次 聯(lián) 考 )如圖 3-2-8 所示，在光滑的水平面上，質(zhì)量分別為 m1 和 m2 的木塊 A 和 B 之間用輕彈簧相連，在拉力 F 的作用下，以加速度 a 向右做勻加速直線運動，某時刻突然撤去拉力 F，此瞬時

17、 A 和 B 的加速度為 a1 和 a2，則(圖 3-2-8) a， 所 以 選 項 C 正 確 解 析 ： 兩 物 體 在 光 滑 的 水 平 面 上 一 起 以 加 速 度 a 向 右 做 勻加 速 直 線 運 動 時 ， 彈 簧 的 彈 力 F彈 m1a.在 力 F 撤 去 的 瞬 間 ， 彈簧 的 彈 力 來 不 及 改 變 ， 大 小 仍 為 m1a， 因 此 對 A 物 體 來 講 ， 加速 度 此 時 仍 為 a， 對 B 物 體 ： 取 向 右 為 正 方 向 ， m1a m2a2，a2 m1m2答 案 ： C 2如圖 3-2-9 所示，A、B 兩小球分別連在彈簧兩端，B 端用

18、細線固定在傾角為 30的光滑斜面上A、B 兩小球的質(zhì)量分別為 mA、mB，重力加速度為 g，若不計彈簧質(zhì)量，在線被剪斷)瞬間，A、B 兩球的加速度分別為(圖 3-2-9 答 案 ： D 易 錯 點 對 物 體 的 運 動 過 程 分 析 不 到 位例 3：如圖 3-2-10 所示，有一水平傳送帶以 2 m/s 的速度勻速運動，現(xiàn)將一物體輕輕放在傳送帶上，若物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為 0.5，則傳送帶將該物體傳送 10 m 的距離所需時間為多少？圖 3-2-10 錯 解 分 析 ： 由 于 物 體 輕 放 在 傳 送 帶 上 ， 所 以 初 速 度 v0 0，物 體 在 豎 直 方 向 所 受

19、 合 外 力 為 零 ， 在 水 平 方 向 受 到 滑 動 摩 擦 力(傳 送 帶 施 加 )， 做 初 速 度 v0 0 的 勻 加 速 運 動 ， 位 移 為 10 m.據(jù) 牛 頓 第 二 定 律 F ma 有f mg maa g 5 m/s2 上 述 解 法 的 錯 誤 出 在 對 這 一 物 理 過 程 的 認 識 傳 送 帶 上 輕放 的 物 體 ， 其 運 動 有 可 能 分 為 兩 個 過 程 ： 一 是 在 滑 動 摩 擦 力 作用 下 做 勻 加 速 直 線 運 動 ； 二 是 達 到 與 傳 送 帶 相 同 速 度 后 ， 無 相對 運 動 ， 也 無 摩 擦 力 ， 物

20、 體 開 始 做 勻 速 直 線 運 動 關(guān) 鍵 問 題 應(yīng)分 析 出 什 么 時 候 達 到 傳 送 帶 的 速 度 ， 才 好 對 問 題 進 行 解 答 正 解 分 析 ： 以 物 體 為 研 究 對 象 ， 如 圖 3-2-11 所 示 ， 在 豎 直方 向 受 重 力 和 支 持 力 ， 在 水 平 方 向 受 滑 動 摩 擦 力 ， 做 初 速 度 為零 的 勻 加 速 運 動 圖 3-2-11根 據(jù) 牛 頓 第 二 定 律 F ma 有水 平 方 向 ： f ma豎 直 方 向 ： N mg 0f N由 以 上 三 式 解 得 a 5 m/s2. 設(shè) 經(jīng) 時 間 t1 后 物 體

21、 速 度 達 到 傳 送 帶 的 速 度 ， 根 據(jù) 勻 加 速 直線 運 動 的 速 度 公 式 vt v0 at解 得 t1 0.4 s時 間 t1 內(nèi) 物 體 的 位 移 為物 體 位 移 為 0.4 m時 ， 物 體 的 速 度 與 傳 送 帶 的 速 度 相 同 ， 0.4 s后 物 體 不 受 摩 擦 力 作 用 ， 開 始 做 勻 速 運 動 ， 設(shè) 勻 速 運 動 的 位 移為 s 2， 有 s2 v2t2 因 為 s2 s s1 (10 0.4) m 9.6 m， v2 2 m/s解 得 t2 4.8 s則 傳 送 10 m 所 需 時 間 為t t1 t2 (0.4 4.8

22、) s 5.2 s.指 點 迷 津 ： 對 物 體 準 確 進 行 受 力 分 析 ， 是 求 解 此 類 問 題 的關(guān) 鍵 判 斷 兩 者 什 么 時 候 達 到 共 同 速 度 ， 是 解 題 的 突 破 口 【 觸 類 旁 通 】3(多 選 ， 2015 年 山 東 師 大 附 中 質(zhì) 檢 )如圖 3-2-12 所示，質(zhì)量為 m1 kg 的物體與水平地面之間的動摩擦因數(shù)為 0.3，當(dāng)物體運動的速度為 10 m/s 時，給物體施加一個與速度方向相反的)大小為 F2 N 的恒力，在此恒力作用下(g 取 10 m/s2)(圖 3-2-12A物體經(jīng) 10 s 速度減為零B物體經(jīng) 2 s 速度減為

23、零C物體速度減為零后將保持靜止D物體速度減為零后將向右運動 解 析 ： 物 體 受 到 向 右 的 滑 動 摩 擦 力 ， Ff FN G 3 N，根 據(jù) 牛 頓 第 二 定 律 得 ， a F Ffm 2 31 m/s2 5 m/s2， 方 向 向誤 減 速 到 零 后 ， FFf ， 物 體 處 于 靜 止 狀 態(tài) ， 不 再 運 動 ， C 正確 ， D 錯 誤 答 案 ： BC 4(2015 年 河 南 中 原 名 校 聯(lián) 考 )如圖 3-2-13 甲所示，光滑水平面上的 O 處有一質(zhì)量為 m2 kg 的物體物體同時受到兩個水平力的作用，F(xiàn)14 N，方向向右，F(xiàn)2 的方向向左，大小如圖

24、乙所示物體從靜止開始運動，此時開始計時求：(1)當(dāng) t0.5 s 時物體的加速度大小(2)物體在 t0 至 t2 s 內(nèi)何時物體的加速度最大？最大值為多少？(3)物體在 t0 至 t2 s 內(nèi)何時物體的速度最大？最大值為多少？ F1 F2 4 3甲乙圖 3-2-13解 ： (1)當(dāng) t 0.5 s 時 ， F2 (2 2 0.5)N 3 NF1 F2 maa m 2 m/s2 0.5 m/s2. (2)物 體 所 受 的 合 外 力 為F合 F1 F2 4 (2 2t) 2 2t(N)作 出 F 合 -t 圖 象 如 圖 D19 所 示 圖 D19從 圖 中 可 以 看 出 ， 在 0 2 s 范 圍 內(nèi) ，當(dāng) t 0 時 ， 物 體 有 最 大 加 速 度 a 0.F 合 0 ma0 F合 2 2當(dāng) t 2 s 時 ， 物 體 也 有 最 大 加 速 度 a2.F 合 2 ma2a2 m 2 m/s2 1 m/s2負 號 表 示 加 速 度 方 向 向 左 (3)由 牛 頓 第 二 定 律 得a F 合m 1 t(m/s2) 畫 出 a-t 圖 象 如 圖 D20 所 示 圖 D20由 圖 可 知 t 1 s 時 速 度 最 大 ， 最 大 值 等 于 上 方 三 角 形 的 面積