高中物理 牛顿第二定律 基础知识和应用.ppt

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1、高中物理牛顿第二定律基础知识和应用 一 牛顿第二定律1 内容 物体加速度的大小跟作用力成 跟物体的质量成 加速度的方向跟 的方向相同 2 表达式 F ma 3 物理意义 反映物体运动的加速度大小 方向与所受 的关系 4 适用范围 1 牛顿第二定律仅适用于 参考系 相对地面静止或做匀速直线运动的参考系 2 牛顿第二定律仅适用于宏观物体 运动的情况 正比 反比 作用力 合外力 惯性 低速 基础知识梳理 3 适用范围 1 牛顿第二定律只适用于惯性参考系 即相对于地面或的参考系 2 牛顿第二定律只适用于宏观物体 相对于分子 原子等 运动 远小于光速 的情况 静止匀速直线运动低速 基础知识梳理 思考 提

2、示 不对 物体的质量与受力 运动情况无关 1 关于物体运动状态的改变 下列说法中正确的是 A 运动物体的加速度不变 则其运动状态一定不变B 物体的位置在不断变化 则其运动状态一定在不断变化C 做直线运动的物体 其运动状态可能不变D 做曲线运动的物体 其运动状态可能不变 答案 C 二 两类动力学问题1 已知物体的受力情况 求物体的 2 已知物体的运动情况 求物体的 运动情况 受力情况 2 有一物块放在粗糙的水平面上 在水平向右的外力F作用下向右做直线运动 如下图甲所示 其运动的v t图象如图乙中实线所示 则下列关于外力F的判断正确的是 A 在0 1s内外力F不断变化B 在1s 3s内外力F恒定C

3、 在3s 4s内外力F不断变化D 在3s 4s内外力F恒定 解析 对物体受力分析如图 根据牛顿第二定律可知F Ff ma 从v t图象中可知 0 1s内 a恒定1 3s内a 0 3 4s内 a逐渐增大 故选B C 答案 BC 练习 1 下列说法正确的是 A 两个质量不同的物体 所受合力大的物体 加速度一定大 B 两个质量不同的物体 所受合力小的物体 加速度一定小 C 两个质量不同的物体 所受合力相同 加速度一定相同 D 两个质量不同的物体 所受合力不同 加速度可能相同 例 如图所示 光滑平面上放有靠在一起的两物体m1 m2 外力F从左向右施加在m1上 使它们一起水平向右做加速运动 求m1和m2

4、之间的相互作用力是多大 解 分别以m1 m2为研究对象 并视为质点 令二者共同加速度为a 方向水平向右 F12 m2g N2 F F21 m1g N1 取水平向右为坐标正方向 根据牛顿第二定律列方程 三 单位制1 单位制 由 和导出单位一起构成单位制 1 基本单位 人为选定的基本物理量的单位 在力学中 选定 时间和 三个物理量的单位为基本单位 在物理学中共有七个基本单位 2 导出单位 根据物理公式中其他物理量和 的关系 推导出的物理量的单位 基本单位 长度 质量 基本物理量 基础知识梳理 三 力学单位制1 单位制 由单位和单位一起组成了单位制 2 基本单位 基本物理量的单位 基本物理量共七个

5、其中力学有三个 它们是 它们的单位分别是 3 导出单位 由基本量根据推导出来的其他物理量的单位 基本导出 长度质量时间 米千克秒 物理关系 基础知识梳理 4 国际单位制中的基本物理量和基本单位 课堂互动讲练 一 对牛顿第二定律的理解1 牛顿第二定律的 四性 3 请把下列物理量与单位一一对应起来 1 力A kg m2 s3 2 压强B kg m s2 3 功C kg m2 s2 4 功率D kg s2 m 解析 本题中几个物理量的单位都是用基本单位表示的 更具间接性 如由F ma和a 可得力的单位应是kg m s2 在力的单位的基础上由p F S可得压强的单位应是kg s2 m 由W F l可得

6、功的单位应是kg m2 s2 再由P W t可得功率的单位是kg m2 s3 答案 1 B 2 D 3 C 4 A 1 牛顿第二定律的 五性 2 瞬时加速度的问题分析分析物体在某一时刻的瞬时加速度 关键是分析该时刻物体的受力情况及运动状态 再由牛顿第二定律求出瞬时加速度 此类问题应注意两种基本模型的建立 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 此种物体的特点是形变量大 形变恢复需要较长时间 在瞬时问题中 其弹力的大小往往可以看成

7、是不变的 2010 全国 如右图 轻弹簧上端与一质量为m的木块1相连 下端与另一质量为M的木块2相连 整个系统置于水平放置的光滑木板上 并处于静止状态 现将木板沿水平方向突然抽出 设抽出后的瞬间 木块1 2的加速度大小分别为a1 a2 重力加速度大小为g 则有 A a1 0 a2 gB a1 g a2 gC a1 0 a2 gD a1 g a2 g 解题切点 弹簧的弹力在木板撤去的瞬间前后没发生变化 解析 木板抽出前 由平衡条件可知弹簧被压缩产生的弹力大小为mg 木板抽出后瞬间 弹簧弹力保持不变 仍为mg 由平衡条件和牛顿第二定律可得a1 0 a2 g 答案为C 答案 C 发散思维 弹簧形变的

8、恢复需要时间 而绳子的恢复 改变不需要时间 1 如右图所示 一质量为m的物体系于长度分别为L1 L2的两根细线上 L1的一端悬挂在天花板上 与竖直方向夹角为 L2水平拉直 物体处于平衡状态 现将L2线剪断 求剪断瞬时物体的加速度 下面是某同学对该题的某种解法 解 设L1线上拉力为FT1 L2线上拉力为FT2 重力为mg 物体在三力作用下处于平衡 FT1cos mg FT1sin FT2 解得FT2 mgtan 剪断细线的瞬间 FT2突然消失 物体却在FT2反方向获得加速度 因为mgtan ma 所以加速度a gtan 方向在FT2反方向 你认为这个结果正确吗 请说明理由 解析 这个同学的解法不

9、正确 当L2被剪断的瞬间 L2中的张力FT2瞬间消失 而L1中的张力发生了突变 此时沿线L1方向合力为零 垂直于L1方向物体重力的分力作为合力产生瞬时加速度 由mgsin ma得 a gsin 答案 不正确理由见解析 1 动力学两类基本问题的分析流程图 解答动力学的两类基本问题的方法和步骤 2 基本方法 1 明确题目中给出的物理现象和物理过程的特点 如果是比较复杂的问题 应该明确整个物理现象是由哪几个物理过程组成的 找出相邻过程的联系点 再分别研究每一个物理过程 2 根据问题的要求和计算方法 确定研究对象进行分析 并画出示意图 图中应注明力 速度 加速度的符号和方向 对每一个力都明确施力物体和

10、受力物体 以免分析力时有所遗漏或无中生有 3 应用牛顿运动定律和运动学公式求解 通常先用表示物理量的符号运算 解出所求物理量的表达式 然后将已知物理量的数值及单位代入 通过运算求结果 3 应用牛顿第二定律的解题步骤 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 2 分析物体的受力情况和运动情况 画好受力分析图 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方向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向 4 求合外力F合 5 根据牛顿第二定律F合 ma列方程求解 必要时还要对结果进行讨论 2010 安徽理综 质量为2kg的物体在水平推力F的作用下沿水平

11、面做直线运动 一段时间后撤去F 其运动的v t图象如图所示 g取10m s2 求 1 物体与水平面间的动摩擦因数 2 水平推力F的大小 3 0 10s内物体运动位移的大小 解题切点 从v t中求a 根据牛顿第二定律及Ff FN 运动学公式求解 解析 此题考查牛顿运动定律的应用和运动学知识 1 设物体做匀减速直线运动的时间为 t2 初速度为v20 末速度为v2t 加速度为a2 则 2 设物体做匀加速直线运动的时间为 t1 初速度为v10 末速度为v1t 加速度为a1 则 答案 1 0 2 2 6N 3 46m 2 如图所示 楼梯口一倾斜的天花板与水平面成 37 角 一装潢工人手持绑着刷子的木杆粉

12、刷天花板 工人所持木杆对刷子的作用力始终保持竖直向上 大小为F 10N 刷子的质量为m 0 5kg 刷子可视为质点 刷子与天花板间的动摩擦因数为0 5 天花板长为L 4m 取sin37 0 6 g 10N kg 试求 1 刷子沿天花板向上运动的加速度 2 工人把刷子从天花板底端推到顶端所用的时间 解析 1 以刷子为研究对象 受力分析如图所示 设滑动摩擦力为Ff 天花板对刷子的弹力为FN 由牛顿第二定律 得 F mg sin37 Ff maFN F mg cos37 Ff FN代入数据 得a 2m s2 答案 1 2m s2 2 2s 例1 一物体放在光滑水平面上 初速为零 先对物体施加一向东的

13、恒力F 历时1s 随即把此力改为向西 大小不变 历时1s 接着又把此力改为向东 大小不变 历时1s 如此反复 只改变力的方向 共历时1min 在此1min内 A 物体时而向东运动 时而向西运动 在1min末静止于初始位置之东B 物体时而向东运动 时而向西运动 在1min末静止于初始位置C 物体时而向东运动 时而向西运动 在1min末继续向东运动D 物体一直向东运动 从不向西运动 在1min末静止于初始位置之东 D 例2 06年12月广州市X科统考卷9 一物体放置在倾角为 的斜面上 斜面固定于加速上升的电梯中 加速度为a 如图所示 在物体始终相对于斜面静止的条件下 A 当 一定时 a越大 斜面对

14、物体的正压力越小B 当 一定时 a越大 斜面对物体的摩擦力越大C 当a一定时 越大 斜面对物体的正压力越小D 当a一定时 越大 斜面对物体的摩擦力越小 BC 例3 在水平面上有一质量为5kg的物体 它受到与水平方向成530角并斜向上的25N的拉力时 恰好做匀速直线运动 取g 10m s 问 1 当拉力为50N时 加速度多大 2 当拉力为62 5N时 加速度多大 练习1 一倾角为300的斜面上放一木块 木块上固定一支架 支架末端用丝线悬挂一小球 木块在斜面上下滑时 小球与滑块相对静止共同运动 当细线 1 沿竖直方向 2 与斜面方向垂直 3 沿水平方向 求上述三种情况下滑块下滑的加速度 答案 1

15、a 0 木块沿斜面匀速下滑 2 a gsin 方向沿斜面向下 3 a 方向沿斜面向下 2 如图所示 带有斜面的小车上放一光滑均匀的球 球质量为m 当小车向右以加速度a作匀加速直线运动时 球对斜面的压力为 对小车的压力为 斜面倾角为 mg macot 解析 质量是物体所含物质的多少 是物体本身固有的一种属性 合外力是因 而加速度是果 答案 CD 2 关于物体运动状态的改变 下列说法中正确的是 A 运动物体的加速度不变 则其运动状态一定不变B 物体的位置在不断变化 则其运动状态一定在不断变化C 做直线运动的物体 其运动状态可能不变D 做曲线运动的物体 其运动状态可能不变 解析 物体运动状态的改变

16、即为速度改变 则必定有加速度 反之亦然 答案 C 3 在下列物理量和单位中 说法正确的是 密度 牛顿 米 秒 加速度 长度 质量 千克 时间A 属于国际单位制中基本单位的是 B 属于国际单位制中基本单位的是 C 属于国际单位制中单位的是 D 属于国际单位制中单位的是 答案 C 4 2011 德州模拟 蹦床运动有 空中芭蕾 之称 下列图中能反映运动员从高处落到蹦床后又被弹起的过程中 加速度随时间变化的情况是 解析 下落 a g 与蹦床作用时 先向下减小 再向上增加 再向上减小 最后向下增大 离开后 上升时 a g 故选C 答案 C 5 京沪高速公路3月7日清晨 因雨雾天气导致一辆轿车和另一辆出现故障熄火停下来的卡车相撞 已知轿车刹车时产生的最大阻力为重力的0 8倍 当时的能见度 观察者与能看见的最远目标间的距离 约37m 交通部门规定此种天气状况下轿车的最大行车速度为60km h 设轿车司机的反应时间为0 6s 请你通过计算说明轿车有没有违反规定超速行驶 g取10m s2 解析 设轿车行驶的速度为v 从轿车司机看到卡车到开始刹车 轿车行驶的距离为 x1 vt1由牛顿第二定律得 Ff km