高考物理一轮复习 专题三 牛顿运动定律 第2讲 牛顿第二定律课件.ppt

第2讲牛顿第二定律 考点1 牛顿第二定律 1 内容 物体的加速度跟所受 成正比 跟物体的 成反比 加速度的方向跟 的方向一致 2 表达式 f与a具有瞬时对应关系 3 适用范围 合外力 质量 合外力 f ma 1 牛顿第二定律只适用于 参考系 相对地面静止 或做 运动的参考系 惯性 匀速直线 2 牛顿第二定律只适用于 物体 相对于分子 原 子 低速运动 远小于光速 的情况 宏观 考点2 合外力 加速度和速度的关系 1 三者关系如下表 2 速度大小变化与加速度的关系 当a与v同向时 v 当a与v反向时 v 而加速度大小由合外力的大小决定 所以要分析v a的变化情况 必须先分析物体受到的 的变化情况 增大 减小 合外力 考点3 动力学的两类基本问题 1 由物体的受力情况求解运动情况的基本思路 先求出几个力的合力 由牛顿第二定律 f ma 求出 再由运动学的有关公式求出速度或位移 2 由物体的运动情况求解受力情况的基本思路 根据运动规律求出 再由牛顿第二定律求出合力 从而确定未 知力 加速度 加速度 说明 牛顿第二定律是联系运动问题与受力问题的桥梁 加速度是解题的关键 基础自测 1 2017年上海静安区高三质检 静止在光滑水平面上的物 体 在受到一个水平力作用的瞬间 a 物体立刻获得加速度 但速度仍等于零b 物体立刻获得速度 但加速度为零c 物体立刻获得加速度 同时也获得速度d 物体的加速度和速度都要经过少许时间才能获得答案 a 2 多选 2017年山东日照调研 如图3 2 1所示 一木块在光滑水平面上受一恒力f作用 前方固定一足够长的弹簧 则 当木块接触弹簧后 a 木块立即做减速运动b 木块在一段时间内速度仍可增大 图3 2 1 c 当f等于弹簧弹力时 木块速度最大d 弹簧压缩量最大时 木块加速度为零答案 bc 3 多选 2017年广东汕头一模 如图3 2 2所示 建设房屋时 保持底边l不变 要设计好屋顶的倾角 以便下雨时落在房顶的雨滴能尽快地滑离屋顶 雨滴下滑时可视为小球做无初 速无摩擦的运动 下列说法正确的是 a 倾角 越大 雨滴下滑时的加速度越大b 倾角 越大 雨滴对屋顶压力越大c 倾角 越大 雨滴从顶端o下滑至屋檐m时 的速度越大 图3 2 2 d 倾角 越大 雨滴从顶端o下滑至屋檐m时的时间越短 解析 设屋檐的底角为 底边为l 注意底边长度是不变的 屋顶的坡面长度为x 雨滴下滑时加速度为a 对雨滴做受力分析如图d16所示 只受重力mg和屋顶对雨滴的支持力fn 垂直于屋顶方向 mgcos fn 图d16 平行于屋顶方向 ma mgsin 雨滴的加速度为a gsin 则倾角 越大 雨滴下滑时的加速度越大 故a正确 答案 ac 4 2017年新课标 卷 为提高冰球运动员的加速能力 教练员在冰面上与起跑线距离s0和s1 s1 s0 处分别设置一个挡板和一面小旗 如图3 2 3所示 训练时 让运动员和冰球都位于起跑线上 教练员将冰球以速度v0击出 使冰球在冰面上沿垂 直于起跑线的方向滑向挡板 冰球被击出的同时 运动员垂直于起跑线从静止出发滑向小旗 训练要求当冰球到达挡板时 运动员至少到达小旗处 假定运动员在滑行过程中做匀加速运动 冰球到达挡板时的速度为v1 重力加速度为g 求 1 冰球与冰面之间的动摩擦因数 2 满足训练要求的运动员的最小加速度 图3 2 3 热点1 对牛顿第二定律的理解 热点归纳 考向1 力 加速度和速度的关系 典题1 一质点受多个力的作用 处于静止状态 现使其中一个力的大小逐渐减小到零 再沿原方向逐渐恢复到原来的大小 在此过程中 其他力保持不变 则质点的加速度大小a和 速度大小v的变化情况是 a a和v都始终增大b a和v都先增大后减小c a先增大后减小 v始终增大d a和v都先减小后增大 解析 质点在多个力作用下处于静止状态时 其中一个力必与其余各力的合力等值反向 当该力大小逐渐减小到零的过程中 质点所受合力从零开始逐渐增大 做加速度逐渐增大的加速运动 当该力再沿原方向逐渐恢复到原来大小的过程中 质点所受合力方向仍不变 大小逐渐减小到零 质点沿原方向做加速度逐渐减小的加速运动 故c正确 答案 c 方法技巧 合力 加速度 速度间的决定关系 1 不管速度是大是小 或是零 只要合力不为零 物体都有加速度 3 合力与速度同向时 物体做加速运动 合力与速度反向时 物体做减速运动 考向2 加速度的计算 典题2 一个质量为20kg的物体 从斜面的顶端由静止匀加速滑下 物体与斜面间的动摩擦因数为0 2 斜面与水平面间的夹角为37 求物体从斜面下滑过程中的加速度 g取10m s2 解 物体受力如图d17所示 图d17 故物体从斜面下滑过程中的加速度大小为4 4m s2 方向沿斜面向下 x轴方向 gx ff may轴方向 fn gy 0其中ff fn所以a gsin gcos 4 4m s2 方法技巧 计算两个力的合力时一般用合成法 根据合力方向沿加速度方向做平行四边形 计算合力 计算多个力的合力时一般用正交分解法 沿加速度和垂直加速度方向建坐标系 沿加速度方向的合力提供加速度 垂直加速度方向的合力为0 考向3 牛顿第二定律的瞬时性 典题3 如图3 2 4所示 物块1 2间用刚性轻质杆连接 物块3 4间用轻质弹簧相连 物块1 3质量为m 物块2 4质量为m 两个系统均置于水平放置的光滑木板上 并处于静止状态 现将两木板沿水平方向突然抽出 设抽出后的瞬间 物块1 2 3 4的加速度大小分别为a1 a2 a3 a4 重力 加速度大小为g 则有 图3 2 4 解析 在抽出木板的瞬时 物块1 2与刚性轻杆接触处的形变立即消失 受到的合力均等于各自重力 所以由牛顿第二定律知a1 a2 g 而物块3 4间的轻弹簧的形变还来不及改变 此时弹簧对物块3向上的弹力大小和对物块4向下的弹力大小仍为mg 因此物块3满足mg f a3 0 由牛顿第二定 答案 c 方法技巧 加速度与合外力具有瞬时对应关系 二者总是同时产生 同时变化 同时消失 具体可简化为以下两种模型 热点2 动力学的两类基本问题 热点归纳 1 解决两类基本问题的思路 2 两类动力学问题的解题步骤 考向1 根据物体的运动情况求物体受力情况 典题4 研究表明 一般人的刹车反应时间 即图3 2 5甲中 反应过程 所用时间 t0 0 4s 但饮酒会导致反应时间延长 在某次试验中 志愿者少量饮酒后驾车以v0 72km h的速度在试验场的水平路面上匀速行驶 从发现情况到汽车停止 行驶距离l 39m 减速过程中汽车位移x与速度v的关系曲线如图乙所示 此过程可视为匀变速直线运动 重力加速度的大小g取10m s2 求 1 减速过程中汽车加速度的大小及所用时间 2 饮酒使志愿者比一般人增加的反应时间 3 减速过程中汽车对志愿者的作用力大小与志愿者重力大小的比值 甲 乙 图3 2 5 解 1 设减速过程中汽车加速度的大小为a 所用时间为t 由题可得 初速度v0 20m s 末速度v 0 位移x 25m 由运动学公式得 联立以上两式 代入数据解得a 8m s2 t 2 5s 2 设志愿者饮酒情况下反应时间为t 饮酒后反应时间的增加量为 t 由运动学公式得l v0t x t t t0联立以上两式 代入数据解得 t 0 3s 图d18 3 设志愿者所受的合外力大小为f 汽车对志愿者的作用力大小为f0 志愿者质量为m 受力如图d18所示 由牛顿第二定律得 f ma由平行四边形定则得联立以上两式 代入数据解得 考向2 根据物体受力情况求物体运动情况 典题5 2016年四川卷 避险车道是避免恶性交通事故的重要设施 由制动坡床和防撞设施等组成 如图3 2 6所示 竖直平面内 制动坡床视为与水平面夹角为 的斜面 一辆长12m的载有货物的货车因刹车失灵从干道驶入制动坡床 当车速为23m s时 车尾位于制动坡床的底端 货物开始在车厢内向车头滑动 当货物在车厢内滑动了4m时 车头距制动坡床顶端38m 再过一段时间 货车停止 已知货车质量是货物质量的4倍 货物与车厢间的动摩擦因数为0 4 货车在制动坡床上运 动受到的坡床阻力大小为货车和货物总重的0 44倍 货物与货车分别视为小滑块和平板 取cos 1 sin 0 1 g取10m s2 求 1 货物在车厢内滑动时加速度的大小和方向 2 制动坡床的长度 图3 2 6 解 1 设货物的质量为m 货物在车厢内滑动过程中 货物与车厢间的动摩擦因数 0 4 受摩擦力大小为f 加速度大小为a1 则 f mgsin ma1f mgcos 联立以上两式并代入数据得a1 5m s2a1的方向沿制动坡床向下 2 设货车的质量为m 车尾位于制动坡床底端时的车速为v 23m s 货物在车厢内开始滑动到车头距制动坡床顶端s0 38m的过程中 用时为t 货物在车厢移动了s 4m 货物相对制动坡床的运动距离为s1 货车相对制动坡床的运动距离为s2 货车受到制动坡床的阻力大小为f f是货车和货物总重的k倍 k 0 44 货车长度l0 12m 制动坡床的长度为l 则 mgsin f f ma2f k m m g s s1 s2 l l0 s0 s2 联立并代入数据得l 98m 方法技巧 解决动力学两类问题的两个关键点 迁移拓展 2014年新课标 卷 公路上行驶的两汽车之间应保持一定的安全距离 当前车突然停止时 后车司机可以采取刹车措施 使汽车在安全距离内停下而不会与前车相碰 通常情况下 人的反应时间和汽车系统的反应时间之和为1s 当汽车在晴天干燥沥青路面上以108km h的速度匀速行驶时 安全距离为120m 设雨天时汽车轮胎与沥青路面间的动摩擦因数为晴 最大速度 设在雨天行驶时汽车刹车的加速度大小为a 安全行驶的最大速度为v 由牛顿第二定律和运动学公式得 mg ma 联立 式并代入题给数据解得v 20m s 或72km h 用整体法和隔离法解决连接体问题 利用牛顿第二定律处理连接体问题时 常用的方法是整体 法和隔离法 1 整体法 当系统中各物体的加速度都相同时 我们可以把系统中所有物体看成一个整体 可先分析整体的受力情况和运动情况 然后根据牛顿第二定律 求出整体所受外力的某一未知力或加速度 2 隔离法 为解题方便 当求系统内物体间相互作用力时 常将某个研究对象从系统中 隔离 出来 进行受力分析 应用相应的定律来分析求解 处理连接体问题时 整体法和隔离法在解题中往往是交替使用 一般的思路是先用整体法求加速度 再用隔离法求物体间的作用力 典题6 多选 如图3 2 7所示 质量分别为ma mb的a b两物块用轻线连接 放在倾角为 的斜面上 用始终平行于斜面向上的拉力f拉a 使它们沿斜面匀加速上升 a b与斜面间的动摩擦因数均为 为了增加轻线上的拉力 可行的办法是 a 减小a物块的质量b 增大b物块的质量 图3 2 7 c 增大倾角 d 增大动摩擦因数 答案 ab 方法技巧 如图3 2 8所示 一起加速运动的物体系统 此结构与有无摩擦无关 有摩擦 两