高考物理一轮复习 第三章第二节 牛顿第二定律 两类动力学问题课件 人教版.ppt

第二节牛顿第二定律两类动力学问题 本节目录 基础梳理 自学导引 要点透析 直击高考 考点探究 讲练互动 知能演练 轻巧夺冠 技法提炼 思维升华 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 加速度的方向跟作用力的方向 2 表达式 f ma 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 物体 相对于分子 原子等 运动 远小于光速 的情况 正比 反比 相同 静止 匀速直线运动 宏观 低速 思考感悟提示 不对 物体的质量与受力 运动情况无关 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 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 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 运动情况 受力情况 基本 导出 长度 质量 时间 米 千克 秒 物理关系 4 国际单位制中的基本物理量和基本单位 一 对牛顿第二定律的理解1 牛顿第二定律的 五性 1 矢量性 公式f ma是矢量式 任一时刻 f与a总同向 2 瞬时性 a与f对应同一时刻 即a为某时刻的加速度时 f为该时刻物体所受的合外力 3 因果性 f是产生加速度a的原因 加速度a是f作用的结果 4 同一性 有三层意思 加速度a是相对同一个惯性系的 一般指地面 f ma中 f m a对应同一个物体或同一个系统 f ma中 各量统一使用国际单位 5 独立性 作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都满足f ma 物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和 分力和加速度在各个方向上的分量也满足f ma即fx max fy may 2 关于瞬时加速度瞬时加速度问题是指加速度a与合外力f合的瞬时对应关系 主要涉及轻绳 轻弹簧 轻杆等模型的应用 它们的特性比较如下表 当物体受力突然变化时 物体的加速度也会瞬间发生变化 但是速度和位移在该瞬间是不变的 因为速度的变化需要过程的积累 即时应用1 2012 高考海南卷 根据牛顿第二定律 下列叙述正确的是 a 物体加速度的大小跟它的质量和速度大小的乘积成反比b 物体所受合力必须达到一定值时 才能使物体产生加速度c 物体加速度的大小跟它所受作用力中的任一个的大小成正比d 当物体质量改变但其所受合力的水平分力不变时 物体水平加速度大小与其质量成反比解析 选d 物体加速度的大小与质量和速度的大小的乘积无关 a项错误 物体所受合力不为0 则a 0 b项错误 加速度的大小与其所受的合力成正比 c项错误 二 解答动力学的两类基本问题的方法和步骤1 动力学两类基本问题的分析流程图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 特别提醒 1 物体的运动情况是由所受的力及物体运动的初始状态共同决定的 2 无论是哪种情况 加速度都是联系力和运动的 桥梁 即时应用2 2013 皖南八校联考 某兴趣小组为了体验电梯中的超重和失重现象 电梯由1楼出发 上升至6楼停下 该过程中兴趣小组利用压力传感器和笔记本电脑作出了一个质量为1kg的物体对传感器的压力与时间图象 如图所示 试求 g取9 8m s2 1 该过程中电梯的最大速度 2 电梯上升的高度和平均每层的楼高 解析 1 由题图可知 电梯在0 3s内是匀加速上升 在3 12s内匀速上升 在12 15s内匀减速上升 设0 3s内上升的加速度为a 由牛顿第二定律和匀变速运动的规律可知 f mg mav at1得v 1 2m s 2 在前3s内上升的距离h1 vt1 2 1 8m在3 12s内上升的距离h2 vt2 10 8m在12 15s内上升的距离h3 vt3 2 1 8m故电梯上升的高度为h h1 h2 h3 14 4m平均每层的楼高h 14 4 6 1 m 2 88m 答案 1 1 2m s 2 14 4m2 88m 考点1运动过程的动态分析如图所示 一轻弹簧一端系在墙上的o点 自由伸长到b点 今用一小物体m把弹簧压缩到a点 然后释放 小物体能运动到c点静止 物体与水平地面间的动摩擦因数恒定 下列说法正确的是 a 物体从a到b速度越来越大 从b到c速度越来越小b 物体从a到b速度越来越小 从b到c加速度不变c 物体从a到b先加速后减速 从b到c一直减速运动d 物体在b点受力为零 解析 物体在a点时受两个力作用 向右的弹力kx和向左的摩擦力ff 合力f合 kx ff 物体从a b的过程 弹力由大于ff减至零 所以开始一段合力向右 中间有一点合力为零 然后合力为向左 而v一直向右 故先做加速度越来越小的加速运动 在a到b中间有一点加速度为零 速度达最大 接着做加速度越来越大的减速运动 物体从b c过程 f合 ff为恒力 方向向左 所以继续做加速度不变的匀减速运动 故c正确 答案 c 方法总结 弹簧类动态问题的分析思维流程 考点2两类动力学问题的求解 2011 高考上海卷 如图 质量m 2kg的物体静止于水平地面的a处 a b间距l 20m 用大小为30n 沿水平方向的外力拉此物体 经t0 2s拉至b处 已知cos37 0 8 sin37 0 6 取g 10m s2 1 求物体与地面间的动摩擦因数 2 用大小为30n 与水平方向成37 的力斜向上拉此物体 使物体从a处由静止开始运动并能到达b处 求该力作用的最短时间t 思路点拨 1 物体静止于水平地面的a处 经t0 2s拉至b处 已知运动情况求受力情况 2 该力作用的最短时间t 说明物体先加速 撤去外力后做匀减速运动 到达b处时速度恰好为零 f ff ma0ff mg联立以上三式 并代入数据得 0 5 2 如图乙 有拉力时 设物体的加速度大小为a 由牛顿第二定律得 fcos37 mg fsin37 ma 乙 答案 1 0 5 2 1 03s 方法总结 解决动力学问题 首先判断属于哪类问题 若是已知力求运动 先应用牛顿第二定律求a 再用运动学公式求运动 若是已知运动求力 先利用运动学公式求a 再应用牛顿第二定律求力 考点3牛顿第二定律与v t图象 2012 高考江苏卷 将一只皮球竖直向上抛出 皮球运动时受到空气阻力的大小与速度的大小成正比 下列描绘皮球在上升过程中加速度大小a与时间t关系的图象 可能正确的是 答案 c 规律总结 牛顿第二定律与v t图象相结合的问题 一般先由牛顿第二定律分析加速度及其变化规律 再作出v t图象 或者先由v t图象分析物体的加速度及其变化规律 再由牛顿第二定律列方程求解问题 范例 如图所示 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 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 思路点拨本题属于研究牛顿第二定律的瞬时性问题 关键是要求分析清楚此瞬间各个物体的受力情况以及各个模型的受力方向和大小变化特点 左图中是轻杆模型 弹力可发生突变 右图中是轻弹簧模型 弹力不能突变 答案 c 建模感悟 理想化模型问题解题时应注意的问题 1 分析问题属于哪类理想化模型 2 抓住模型的受力方向和大小变化的特点 范例 12分 2013 哈尔滨六中模拟 在某中学举办的智力竞赛中 有一个叫做 保护鸡蛋 的竞赛项目 要求制作一个装置 让鸡蛋从两层楼的高度落到地面且不被摔坏 如果没有保护 鸡蛋最多只能从0 1m的高度落到地面而不被摔坏 有一位同学设计了如图所示的一个装置来保护鸡蛋 用a b两块较粗糙的夹板夹住鸡蛋 a夹板和b夹板与鸡蛋之间的摩擦力均为鸡蛋重力的5倍 现将该装置从距地面4m的高处落下 装置着地时间短且保持竖直不被弹起 g取10m s2 不考虑空气阻力 求 1 如果没有保护 鸡蛋直接撞击地面而不被摔坏 其速度最大不能超过多少 2 如果使用该装置 鸡蛋夹放的位置离装置下端距离x至少为多少 思路点拨没有保护时 鸡蛋的