2019版高考物理一輪復習 專題三 牛頓運動定律 第2講 牛頓第二定律課件.ppt

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第2講牛頓第二定律 考點1 牛頓第二定律 1 內容 物體的加速度跟所受 成正比 跟物體的 成反比 加速度的方向跟 的方向一致 2 表達式 F與a具有瞬時對應關系 3 適用范圍 合外力 質量 合外力 F ma 1 牛頓第二定律只適用于 參考系 相對地面靜止 或做 運動的參考系 慣性 勻速直線 2 牛頓第二定律只適用于 物體 相對于分子 原 子 低速運動 遠小于光速 的情況 宏觀 考點2 合外力 加速度和速度的關系 1 三者關系如下表 2 速度大小變化與加速度的關系 當a與v同向時 v 當a與v反向時 v 而加速度大小由合外力的大小決定 所以要分析v a的變化情況 必須先分析物體受到的 的變化情況 增大 減小 合外力 考點3 動力學的兩類基本問題 1 由物體的受力情況求解運動情況的基本思路 先求出幾個力的合力 由牛頓第二定律 F ma 求出 再由運動學的有關公式求出速度或位移 2 由物體的運動情況求解受力情況的基本思路 根據運動規(guī)律求出 再由牛頓第二定律求出合力 從而確定未 知力 加速度 加速度 說明 牛頓第二定律是聯(lián)系運動問題與受力問題的橋梁 加速度是解題的關鍵 基礎自測 1 2017年上海靜安區(qū)高三質檢 靜止在光滑水平面上的物 體 在受到一個水平力作用的瞬間 A 物體立刻獲得加速度 但速度仍等于零B 物體立刻獲得速度 但加速度為零C 物體立刻獲得加速度 同時也獲得速度D 物體的加速度和速度都要經過少許時間才能獲得答案 A 2 多選 2017年山東日照調研 如圖3 2 1所示 一木塊在光滑水平面上受一恒力F作用 前方固定一足夠長的彈簧 則 當木塊接觸彈簧后 A 木塊立即做減速運動B 木塊在一段時間內速度仍可增大 圖3 2 1 C 當F等于彈簧彈力時 木塊速度最大D 彈簧壓縮量最大時 木塊加速度為零答案 BC 3 多選 2017年廣東汕頭一模 如圖3 2 2所示 建設房屋時 保持底邊L不變 要設計好屋頂的傾角 以便下雨時落在房頂的雨滴能盡快地滑離屋頂 雨滴下滑時可視為小球做無初 速無摩擦的運動 下列說法正確的是 A 傾角 越大 雨滴下滑時的加速度越大B 傾角 越大 雨滴對屋頂壓力越大C 傾角 越大 雨滴從頂端O下滑至屋檐M時 的速度越大 圖3 2 2 D 傾角 越大 雨滴從頂端O下滑至屋檐M時的時間越短 解析 設屋檐的底角為 底邊為L 注意底邊長度是不變的 屋頂的坡面長度為x 雨滴下滑時加速度為a 對雨滴做受力分析如圖D16所示 只受重力mg和屋頂對雨滴的支持力FN 垂直于屋頂方向 mgcos FN 圖D16 平行于屋頂方向 ma mgsin 雨滴的加速度為a gsin 則傾角 越大 雨滴下滑時的加速度越大 故A正確 答案 AC 4 2017年新課標 卷 為提高冰球運動員的加速能力 教練員在冰面上與起跑線距離s0和s1 s1 s0 處分別設置一個擋板和一面小旗 如圖3 2 3所示 訓練時 讓運動員和冰球都位于起跑線上 教練員將冰球以速度v0擊出 使冰球在冰面上沿垂 直于起跑線的方向滑向擋板 冰球被擊出的同時 運動員垂直于起跑線從靜止出發(fā)滑向小旗 訓練要求當冰球到達擋板時 運動員至少到達小旗處 假定運動員在滑行過程中做勻加速運動 冰球到達擋板時的速度為v1 重力加速度為g 求 1 冰球與冰面之間的動摩擦因數 2 滿足訓練要求的運動員的最小加速度 圖3 2 3 熱點1 對牛頓第二定律的理解 熱點歸納 考向1 力 加速度和速度的關系 典題1 一質點受多個力的作用 處于靜止狀態(tài) 現(xiàn)使其中一個力的大小逐漸減小到零 再沿原方向逐漸恢復到原來的大小 在此過程中 其他力保持不變 則質點的加速度大小a和 速度大小v的變化情況是 A a和v都始終增大B a和v都先增大后減小C a先增大后減小 v始終增大D a和v都先減小后增大 解析 質點在多個力作用下處于靜止狀態(tài)時 其中一個力必與其余各力的合力等值反向 當該力大小逐漸減小到零的過程中 質點所受合力從零開始逐漸增大 做加速度逐漸增大的加速運動 當該力再沿原方向逐漸恢復到原來大小的過程中 質點所受合力方向仍不變 大小逐漸減小到零 質點沿原方向做加速度逐漸減小的加速運動 故C正確 答案 C 方法技巧 合力 加速度 速度間的決定關系 1 不管速度是大是小 或是零 只要合力不為零 物體都有加速度 3 合力與速度同向時 物體做加速運動 合力與速度反向時 物體做減速運動 考向2 加速度的計算 典題2 一個質量為20kg的物體 從斜面的頂端由靜止勻加速滑下 物體與斜面間的動摩擦因數為0 2 斜面與水平面間的夾角為37 求物體從斜面下滑過程中的加速度 g取10m s2 解 物體受力如圖D17所示 圖D17 故物體從斜面下滑過程中的加速度大小為4 4m s2 方向沿斜面向下 x軸方向 Gx Ff may軸方向 FN Gy 0其中Ff FN所以a gsin gcos 4 4m s2 方法技巧 計算兩個力的合力時一般用合成法 根據合力方向沿加速度方向做平行四邊形 計算合力 計算多個力的合力時一般用正交分解法 沿加速度和垂直加速度方向建坐標系 沿加速度方向的合力提供加速度 垂直加速度方向的合力為0 考向3 牛頓第二定律的瞬時性 典題3 如圖3 2 4所示 物塊1 2間用剛性輕質桿連接 物塊3 4間用輕質彈簧相連 物塊1 3質量為m 物塊2 4質量為M 兩個系統(tǒng)均置于水平放置的光滑木板上 并處于靜止狀態(tài) 現(xiàn)將兩木板沿水平方向突然抽出 設抽出后的瞬間 物塊1 2 3 4的加速度大小分別為a1 a2 a3 a4 重力 加速度大小為g 則有 圖3 2 4 解析 在抽出木板的瞬時 物塊1 2與剛性輕桿接觸處的形變立即消失 受到的合力均等于各自重力 所以由牛頓第二定律知a1 a2 g 而物塊3 4間的輕彈簧的形變還來不及改變 此時彈簧對物塊3向上的彈力大小和對物塊4向下的彈力大小仍為mg 因此物塊3滿足mg F a3 0 由牛頓第二定 答案 C 方法技巧 加速度與合外力具有瞬時對應關系 二者總是同時產生 同時變化 同時消失 具體可簡化為以下兩種模型 熱點2 動力學的兩類基本問題 熱點歸納 1 解決兩類基本問題的思路 2 兩類動力學問題的解題步驟 考向1 根據物體的運動情況求物體受力情況 典題4 研究表明 一般人的剎車反應時間 即圖3 2 5甲中 反應過程 所用時間 t0 0 4s 但飲酒會導致反應時間延長 在某次試驗中 志愿者少量飲酒后駕車以v0 72km h的速度在試驗場的水平路面上勻速行駛 從發(fā)現(xiàn)情況到汽車停止 行駛距離L 39m 減速過程中汽車位移x與速度v的關系曲線如圖乙所示 此過程可視為勻變速直線運動 重力加速度的大小g取10m s2 求 1 減速過程中汽車加速度的大小及所用時間 2 飲酒使志愿者比一般人增加的反應時間 3 減速過程中汽車對志愿者的作用力大小與志愿者重力大小的比值 甲 乙 圖3 2 5 解 1 設減速過程中汽車加速度的大小為a 所用時間為t 由題可得 初速度v0 20m s 末速度v 0 位移x 25m 由運動學公式得 聯(lián)立以上兩式 代入數據解得a 8m s2 t 2 5s 2 設志愿者飲酒情況下反應時間為t 飲酒后反應時間的增加量為 t 由運動學公式得L v0t x t t t0聯(lián)立以上兩式 代入數據解得 t 0 3s 圖D18 3 設志愿者所受的合外力大小為F 汽車對志愿者的作用力大小為F0 志愿者質量為m 受力如圖D18所示 由牛頓第二定律得 F ma由平行四邊形定則得聯(lián)立以上兩式 代入數據解得 考向2 根據物體受力情況求物體運動情況 典題5 2016年四川卷 避險車道是避免惡性交通事故的重要設施 由制動坡床和防撞設施等組成 如圖3 2 6所示 豎直平面內 制動坡床視為與水平面夾角為 的斜面 一輛長12m的載有貨物的貨車因剎車失靈從干道駛入制動坡床 當車速為23m s時 車尾位于制動坡床的底端 貨物開始在車廂內向車頭滑動 當貨物在車廂內滑動了4m時 車頭距制動坡床頂端38m 再過一段時間 貨車停止 已知貨車質量是貨物質量的4倍 貨物與車廂間的動摩擦因數為0 4 貨車在制動坡床上運 動受到的坡床阻力大小為貨車和貨物總重的0 44倍 貨物與貨車分別視為小滑塊和平板 取cos 1 sin 0 1 g取10m s2 求 1 貨物在車廂內滑動時加速度的大小和方向 2 制動坡床的長度 圖3 2 6 解 1 設貨物的質量為m 貨物在車廂內滑動過程中 貨物與車廂間的動摩擦因數 0 4 受摩擦力大小為f 加速度大小為a1 則 f mgsin ma1f mgcos 聯(lián)立以上兩式并代入數據得a1 5m s2a1的方向沿制動坡床向下 2 設貨車的質量為M 車尾位于制動坡床底端時的車速為v 23m s 貨物在車廂內開始滑動到車頭距制動坡床頂端s0 38m的過程中 用時為t 貨物在車廂移動了s 4m 貨物相對制動坡床的運動距離為s1 貨車相對制動坡床的運動距離為s2 貨車受到制動坡床的阻力大小為F F是貨車和貨物總重的k倍 k 0 44 貨車長度l0 12m 制動坡床的長度為l 則 Mgsin F f Ma2F k m M g s s1 s2 l l0 s0 s2 聯(lián)立并代入數據得l 98m 方法技巧 解決動力學兩類問題的兩個關鍵點 遷移拓展 2014年新課標 卷 公路上行駛的兩汽車之間應保持一定的安全距離 當前車突然停止時 后車司機可以采取剎車措施 使汽車在安全距離內停下而不會與前車相碰 通常情況下 人的反應時間和汽車系統(tǒng)的反應時間之和為1s 當汽車在晴天干燥瀝青路面上以108km h的速度勻速行駛時 安全距離為120m 設雨天時汽車輪胎與瀝青路面間的動摩擦因數為晴 最大速度 設在雨天行駛時汽車剎車的加速度大小為a 安全行駛的最大速度為v 由牛頓第二定律和運動學公式得 mg ma 聯(lián)立 式并代入題給數據解得v 20m s 或72km h 用整體法和隔離法解決連接體問題 利用牛頓第二定律處理連接體問題時 常用的方法是整體 法和隔離法 1 整體法 當系統(tǒng)中各物體的加速度都相同時 我們可以把系統(tǒng)中所有物體看成一個整體 可先分析整體的受力情況和運動情況 然后根據牛頓第二定律 求出整體所受外力的某一未知力或加速度 2 隔離法 為解題方便 當求系統(tǒng)內物體間相互作用力時 常將某個研究對象從系統(tǒng)中 隔離 出來 進行受力分析 應用相應的定律來分析求解 處理連接體問題時 整體法和隔離法在解題中往往是交替使用 一般的思路是先用整體法求加速度 再用隔離法求物體間的作用力 典題6 多選 如圖3 2 7所示 質量分別為mA mB的A B兩物塊用輕線連接 放在傾角為 的斜面上 用始終平行于斜面向上的拉力F拉A 使它們沿斜面勻加速上升 A B與斜面間的動摩擦因數均為 為了增加輕線上的拉力 可行的辦法是 A 減小A物塊的質量B 增大B物塊的質量 圖3 2 7 C 增大傾角 D 增大動摩擦因數 答案 AB 方法技巧 如圖3 2 8所示 一起加速運動的物體系統(tǒng) 此結構與有無摩擦無關 有摩擦 兩物體與接觸面的動摩擦因數必須相同 物體系統(tǒng)在平面 斜面 豎直方向中此結論都成立 兩物體的連接物為彈簧 桿時 結論不變 甲 乙 丙 丁 圖3 2 8 觸類旁通 多選 2015年新課標 卷 在一東西向的水平直鐵軌上 停放著一列已用掛鉤連接好的車廂 當機車在東邊拉著這列車廂以大小為a的加速度向東行駛時 連接某兩相鄰車廂的掛鉤P和Q間的拉力大小為F 當機車在西邊拉著車廂不計車廂與鐵軌間的摩擦 每節(jié)車廂質量相同 則這列車廂的 節(jié)數可能為 A 8 B 10 C 15 D 18 答案 BC