《高考物理人教版一轮复习测评-3.2牛顿第二定律 两类动力学问题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理人教版一轮复习测评-3.2牛顿第二定律 两类动力学问题（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高中理科精品课堂教学资料设计第2单元牛顿第二定律_两类动力学问题牛顿第二定律想一想如图321所示为一张在真空中拍摄的羽毛与苹果自由下落的频闪照片。请思考苹果与羽毛重力相差很大，为什么它们总在同一相同的高度呢？图321提示：物体的加速度与力成正比，与物体的质量成反比，物体在真空中仅受重力作用，故ag，可知羽毛和苹果在真空中下落的加速度相同。故它们的运动状态时刻相同，它们能时刻处在同一高度。记一记1内容物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比、跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。2表达式Fma。3“五个”性质同向性公式F合ma是矢量式，任一时刻，F合与a同向瞬时性a与F合对应同一时刻，
2、即a为某时刻的加速度时，F合为该时刻物体所受合外力因果性F合是产生a的原因，物体具有加速度是因为物体受到了力同一性F合ma中，F合、m、a对应同一物体或同一系统，各量统一使用国际单位独立性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物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和4适用范围(1)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)。(2)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。试一试1关于牛顿第二定律的下列说法中，正确的是()A物体加速度的大小由物体的质量和物体所受合外力的大小决定，与物体的速度无关B物体加速度
3、的方向只由它所受合外力的方向决定，与速度方向无关C物体所受合外力的方向和加速度的方向及速度方向总是相同的D一旦物体所受合外力为零，则物体的加速度立即为零，其运动也就逐渐停止了解析：选AB对于某个物体，合外力的大小决定了加速度的大小，合外力的方向决定了加速度的方向，而速度的方向与加速度方向无关。根据牛顿第二定律的瞬时性特征，合外力一旦为零，加速度立即为零，则速度不再发生变化，以后以此时的速度做匀速直线运动。两类动力学问题记一记1两类动力学问题(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
4、体逻辑关系如图：试一试2用40 N的水平力F拉一个静止在光滑水平面上、质量为20 kg的物体，力F作用3 s后撤去，则第5 s末物体的速度和加速度的大小分别是()Av6 m/s，a0Bv10 m/s，a2 m/s2Cv6 m/s，a2 m/s2 Dv10 m/s，a0解析：选A由牛顿第二定律得：Fma，a2 m/s2。3 s末物体速度为vat6 m/s，此后F撤去，a0，物体做匀速运动，故A正确。力学单位制想一想如图322为甲、乙、丙三人百米比赛冲刺时的速度大小。试比较三人冲刺速度的大小；由此看出应怎样比较物理量的大小？图322提示：v甲11 m/s，v乙7 200 dm/min12 m/s，
5、v丙36 km/h10 m/s，故v乙v甲v丙。由此可以看出，要比较同一物理量的大小，必须统一单位。记一记1单位制由基本单位和导出单位组成。2基本单位基本量的单位。力学中的基本量有三个，它们分别是质量、时间、长度，它们的国际单位分别是千克、秒、米。3导出单位由基本量根据物理关系推导出的其他物理量的单位。4国际单位制中的七个基本物理量和基本单位物理量名称物理量符号单位名称单位符号长度l米m质量m千克kg时间t秒s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试一试3关于单位制，下列说法中正确的是()Akg、m/s、N是导出单位Bkg、m、C是基本单位C在国际单位制中，
6、时间的基本单位是sD在国际单位制中，力的单位是根据牛顿第二定律定义的解析：选CD在力学中选定m(长度单位)、kg(质量单位)、s(时间单位)作为基本单位，可以导出其他物理量的单位，力的单位(N)是根据牛顿第二定律Fma导出的，故C、D正确。瞬时加速度问题1.一般思路2两种模型(1)刚性绳(或接触面)：一种不发生明显形变就能产生弹力的物体，剪断(或脱离)后，弹力立即改变或消失，不需要形变恢复时间，一般题目中所给的细线、轻杆和接触面在不加特殊说明时，均可按此模型处理。(2)弹簧(或橡皮绳)：当弹簧的两端与物体相连(即两端为固定端)时，由于物体有惯性，弹簧的长度不会发生突变，所以在瞬时问题中，其弹力
7、的大小认为是不变的，即此时弹簧的弹力不突变。例1(2013吉林模拟)在动摩擦因数0.2的水平面上有一个质量为m2 kg的小球，小球与水平轻弹簧及与竖直方向成45角的不可伸长的轻绳一端相连，如图323所示，此时小球处于静止平衡状态，且水平面对小球的弹力恰好为零。当剪断轻绳的瞬间，取g10 m/s2，以下说法正确的是()图323A此时轻弹簧的弹力大小为20 NB小球的加速度大小为8 m/s2，方向向左C若剪断弹簧，则剪断的瞬间小球的加速度大小为10 m/s2，方向向右D若剪断弹簧，则剪断的瞬间小球的加速度为0审题指导剪断轻绳时，弹簧的弹力不能瞬间发生变化。剪断弹簧时，绳上的拉力在瞬间发生变化。尝试
8、解题因为未剪断轻绳时水平面对小球的弹力为零，小球在绳没有断时受到轻绳的拉力FT和弹簧的弹力F作用而处于平衡状态。依据平衡条件得：竖直方向有FTcos mg，水平方向有FTsin F。解得轻弹簧的弹力为Fmgtan 20 N，故选项A正确。剪断轻绳后小球在竖直方向仍平衡，水平面支持力与小球所受重力平衡，即FNmg；由牛顿第二定律得小球的加速度为a m/s28 m/s2，方向向左，选项B正确。当剪断弹簧的瞬间，小球立即受地面支持力和重力作用，且二力平衡，加速度为0，选项C错误、D正确。答案ABD在求解瞬时性问题时应注意：(1)物体的受力情况和运动情况是时刻对应的，当外界因素发生变化时，需要重新进行
9、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。动力学的两类基本问题分析1.物体运动性质的判断方法(1)明确物体的初始运动状态(v0)。(2)明确物体的受力情况(F合)。(3)根据物体做各种性质运动的条件即可判定物体的运动情况、加速度变化情况及速度变化情况。2两类动力学问题的解题步骤(1)明确研究对象。根据问题的需要和解题的方便，选出被研究的物体。研究对象可以是某个物体，也可以是几个物体构成的系统。(2)进行受力分析和运动状态分析，画好受力分析图、情景示意图，明确物体的运动性质和运动过程。(3)选取正方向或建立坐标系，通常以加速度的方向为正
10、方向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向。(4)确定合外力F合，注意F合与a同向。若物体只受两个共点力作用，常用合成法；若物体受到3个或3个以上不在同一直线上的力的作用，一般用正交分解法。(5)根据牛顿第二定律F合ma或列方程求解，必要时还要对结果进行讨论。例2如图324所示，质量m2 kg的物体静止于水平地面的A处，A、B间距L20 m，用大小为30 N，沿水平方向的外力拉此物体，经t02 s拉至B处。(已知cos 370.8，sin 370.6，取g10 m/s2)图324(1)求物体与地面间的动摩擦因数；(2)用大小为30 N，与水平方向成37的力斜向上拉此物体，使物体从A处由静止开始运动
11、并能到达B处，求该力作用的最短时间t。审题指导物体在拉力作用下做匀加速直线运动，撤去拉力后做匀减速直线运动，当物体到B点速度恰好为零，则拉力的作用时间最短。尝试解题(1)沿水平方向施加外力后，物体做匀加速直线运动。根据运动学公式有Lat代入数据解得a10 m/s2由牛顿第二定律知FFfma解得Ff10 N所以0.5(2)设外力F作用的最短时间为t，物体先以大小为a1的加速度匀加速运动，所用时间为t，受力分析如图所示。撤去外力后，以大小为a2的加速度匀减速运动，所用时间为t，到达B处速度恰为零。由牛顿第二定律知Fcos 37Ffma1其中FfFN(mgFsin 37)联立解得a111.5 m/s
12、2，a2g5 m/s2由于匀加速阶段末速度即为匀减速阶段的初速度，撤去外力时的速度va1ta2t又因为La1t2a2t2联立解得t 1.03 s。答案(1)0.5(2)1.03 s解决两类动力学问题两个关键点(1)把握“两个分析”“一个桥梁”两个分析：物体的受力分析和物体的运动过程分析。一个桥梁：物体运动的加速度是联系运动和力的桥梁。(2)寻找多过程运动问题中各过程间的相互联系。如第一个过程的末速度就是下一个过程的初速度，画图找出各过程间的位移联系。牛顿第二定律与图象的综合问题1.常见的两类动力学图象问题(1)已知物体在某一过程中所受的合力(或某个力)随时间的变化图线，要求分析物体的运动情况。
13、(2)已知物体在某一过程中速度、加速度随时间的变化图线，要求分析物体的受力情况。2解决图象综合问题的关键(1)分清图象的类别：即分清横、纵坐标所代表的物理量，明确其物理意义，掌握物理图象所反映的物理过程，会分析临界点。(2)注意图线中的一些特殊点所表示的物理意义：图线与横、纵坐标的交点，图线的转折点，两图线的交点等。(3)明确能从图象中获得哪些信息：把图象与具体的题意、情境结合起来，再结合斜率、特殊点、面积等的物理意义，确定从图象中反馈出来的有用信息，这些信息往往是解题的突破口或关键点。例3如图325甲所示，水平地面上轻弹簧左端固定，右端通过滑块压缩0.4 m锁定。t0时解除锁定释放滑块。计算
14、机通过滑块上的速度传感器描绘出滑块的速度图象如图乙所示，其中Oab段为曲线，bc段为直线，倾斜直线Od是t0时的速度图线的切线，已知滑块质量m2.0 kg，取g10 m/s2。求：图325(1)滑块与地面间的动摩擦因数；(2)弹簧的劲度系数。审题指导第一步：抓关键点关键点获取信息Od是t0时的速度图线的切线Od的斜率表示t0时滑块的加速度bc段为直线 bc段滑块受滑动摩擦力作用做匀减速运动第二步：找突破口要求滑块与地面间的动摩擦因数，只要由图象求出滑块匀减速运动的加速度，再由牛顿第二定律列方程即可。要求弹簧的劲度系数，则应利用牛顿第二定律对滑块在t0时刻列方程求解。尝试解题(1)从题中图象知，滑块脱离弹簧后的加速度大小a1 m/s25 m/s2由牛顿第二定律得：mgma1解得：0.5(2)刚释放时滑块的加速度a2 m/s230 m/s2由牛顿第二定律得：kxmgma2解得：k175 N/m。答案(1)0.5(2)175 N/m数图结合
