11-12高中物理全程学习方略配套课件 5.2.2牛顿第二定律 鲁科版必修1

一 对牛顿第二定律的理解 牛顿第二定律揭示了加速度与力和质量的定量关系 指明了加速度大小和方向的决定因素 对牛顿第二定律 还应从以下几个方面深刻理解 1 力与加速度为因果关系 力是因 加速度是果 力与加速度无先后关系 2 关系式m 可以计算物体的质量 但物体的质量与合外力及加速度无关 典例1 2010 上海高考 将一个物体以某一速度从地面竖直向上抛出 设物体在运动过程中所受空气阻力大小不变 则物体A 刚抛出时的速度最大B 在最高点的加速度为零C 上升时间大于下落时间D 上升时的加速度等于下落时的加速度 解题指导 物体在运动过程中所受空气阻力大小不变 但是受空气阻力的方向总与物体的速度方向相反 标准解答 选A 由牛顿第二定律得 a上 a下 所以上升时的加速度大于下落时的加速度 D错误 根据h at2 上升时间小于下落时间 C错误 在最高点的加速度向下不为零 B错误 由v2 2ah可知 物体刚抛出时的速度最大 A正确 规律方法 力与加速度 速度的关系的分析方法 1 几个关系 加速度与力的关系是 加速度与力成正比 加速度与速度的关系是 加速度与速度同向时物体速度增加 反向时速度减小 当加速度增大时物体的速度变化快 减小时速度变化慢 合外力与速度没有直接关系 2 分析力与运动的定性关系类问题的步骤 明确物体的受力情况以及力的变化情况 根据牛顿第二定律确定物体的加速度及其变化情况 根据加速度与速度的关系分析物体速度的变化情况 变式训练 2011 厦门高一检测 雨滴在下降过程中 由于水汽的凝聚 雨滴质量将逐渐增大 同时由于速度逐渐增大 空气阻力也将越来越大 最后雨滴将以某一收尾速度匀速下降 在此过程中 A 雨滴所受到的重力逐渐增大 重力产生的加速度也逐渐增大B 由于雨滴质量逐渐增大 下落的加速度逐渐减小C 由于空气阻力增大 雨滴下落的加速度逐渐减小D 雨滴所受到的重力逐渐增大 但重力产生的加速度不变 解析 选C D 雨滴在下落过程中 质量逐渐增大 雨滴所受的重力逐渐增大 但重力产生的加速度始终为g 故A错误 D正确 由mg f ma得 a g 可见雨滴下落的加速度逐渐减小的原因不是m增大 而是f增大 故B错误 C正确 二 牛顿第二定律的应用及解题步骤 1 牛顿第二定律的两种典型应用及处理方法 1 已知物体的运动情况 推断物体的受力情况处理方法 已知物体的运动情况 由运动学公式求出加速度 再根据牛顿第二定律就可以确定物体所受的合外力 由此推断物体受力情况 2 已知物体的受力情况 确定物体的运动情况处理方法 已知物体的受力情况 可以求出物体的合力 根据牛顿第二定律可以求出物体的加速度 再利用物体初始条件 初位置和初速度 根据运动学公式就可以求出物体的位移和速度 也就是确定了物体的运动情况 2 解两类问题的思路其中 加速度是连接 力 和 运动 的桥梁 3 应用牛顿第二定律解题的一般步骤 1 确定研究对象 2 进行受力分析和运动状态分析 画出受力分析图 明确运动性质和运动过程 3 求出合力或加速度 4 根据牛顿第二定律列方程求解 使用公式F ma时 F m a三个物理量的单位必须采用统一的国际单位 否则公式中比例系数k不等于1 典例2 2011 广州高一检测 一辆汽车在恒定牵引力作用下由静止开始沿直线运动 4s内通过8m的距离 此后关闭发动机 汽车又运动了2s停止 已知汽车的质量m 2 103kg 汽车运动过程中所受阻力大小不变 求 1 关闭发动机时汽车的速度大小 2 汽车运动过程中所受到的阻力大小 3 汽车牵引力的大小 解题指导 注意对物体进行受力和运动情况分析 运用牛顿第二定律和运动学公式求解 标准解答 1 汽车开始做匀加速直线运动s0 t1 解得v0 4m s 2 汽车滑行减速过程加速度a2 2m s2由牛顿第二定律得 f ma2解得f 4 103N 3 开始加速过程中加速度为a1s0 a1t12 由牛顿第二定律得 F f ma1解得F f ma1 6 103N 答案 1 4m s 2 4 103N 3 6 103N 规律方法 应用牛顿第二定律解题时求合力的方法 1 合成法 物体只受两个力的作用产生加速度时 合力的方向就是加速度的方向 解题时要求准确作出力的平行四边形 然后运用力的三角形求合力F合 反之 若知道加速度方向就知道合力方向 2 正交分解法 当物体受到两个以上的力的作用而产生加速度时 通常用正交分解法解答 一般把力正交分解为沿加速度方向和垂直于加速度方向的两个分量 即沿加速度方向 Fx ma 垂直于加速度方向 Fy 0 互动探究 上例中汽车后2秒内的位移多大 汽车整个过程中的平均速度多大 解析 汽车后2秒做匀减速直线运动 其位移s2 0 v0 t2 4m 汽车整个过程中的平均速度为 2m s 答案 4m2m s 变式备选 在倾角为 的斜面上有一辆小车沿斜面向上做匀减速直线运动 小车上悬挂一个质量为m的小球 如图所示 悬挂小球的悬线与斜面垂直且小球与小车相对静止 求 小车的加速度及悬绳的拉力 解析 小车的加速度与小球的加速度相同 对小球受力分析如图甲所示 绳的拉力F与重力mg的合力方向与加速度的方向相同 沿斜面向下 则F合 mgsin 由牛顿第二定律得F合 mgsin ma 故a gsin 由力的平行四边形定则可得F mgcos F mgcos mgsin ma a gsin 答案 gsin mgcos 本题也可用正交分解法 如图乙所示 三 力学单位制的应用 1 在利用物理公式进行计算时 为了在代入数据时不使表达式过于繁杂 我们要把各个量换算到同一单位制中 这样计算时就不必一一写出各量的单位 只要在所求结果后写上对应的单位即可 2 习惯上把各量的单位统一成国际单位 只要正确地应用公式 计算结果必定是用国际单位来表示的 3 物理公式在确定各物理量的数量关系时 同时也确定了各物理量的单位关系 所以我们可以根据物理公式中物理量间的关系 推导出这些物理量的单位 比较某个物理量不同值的大小时 必须先把它们的单位统一到同一单位制中 再根据数值来比较 典例3 下列说法中正确的是A 力学中的基本单位是米 m 千克 kg 和秒 s B 牛顿 N 是力学中的基本单位 但不是国际单位制中的基本单位C 帕斯卡 Pa 焦耳 J 是国际单位制中的单位D 长度是国际单位制中的基本单位 标准解答 选C 不同的单位制 基本单位不同 米 m 千克 kg 和秒 s 是国际单位制力学中的基本单位 A错 牛顿 N 是国际单位制中的导出单位 1N 1kg m s2 B错 在国际单位制中 压强和功 或能 的单位为帕斯卡 焦耳 C对 长度是物理量 在国际单位制中 是力学中的一个基本量 其单位米 m 是国际单位制中的基本单位 D错 规律方法 单位制的应用技巧 1 单位制可以帮助我们记忆物理公式 2 可对计算结果的正 误进行检验 如用力学国际单位制计算时 只有所求物理量的计算结果的单位和该物理量在力学国际单位制中的单位完全一致时 该运算过程才可能是正确的 若所求物理量的单位不对 则结果一定错 3 用同一单位制进行计算时 可以不必一一写出各个已知量的单位 只在计算结果的数字后面写出所求物理量在该单位制下的单位即可 这样可以简化计算 变式训练 质量为400g的物体 测得它的加速度为a 40cm s2 则关于它所受的合力的大小计算 下面有几种不同的求法 其中单位运用正确 简洁而又规范的是 A F ma 400 40 16000NB F ma 0 4 0 4N 0 16NC F ma 0 4kg 0 4 0 16ND F ma 0 4kg 0 4m s2 0 16N 解析 选B 物体质量m 400g 0 4kg 加速度a 40cm s2 0 4m s2 所以F ma 0 4 0 4N 0 16N B正确 牛顿第二定律的瞬时应用1 两种模型 瞬时问题主要是讨论轻绳 或轻杆 轻弹簧 或橡皮条 这两种模型 1 轻绳 或轻杆 模型 轻绳 或轻杆 不可伸长 形变不明显且可突变 故其张力可以突变 2 轻弹簧 或橡皮条 模型 形变比较明显且连续变化 形变的恢复需要时间 故弹力不能突变只能连续变化 2 分析方法 首先一定要分清类型 然后分析变化之前的受力 再分析变化之后的受力 然后根据牛顿第二定律列方程求解 典例 2010 全国高考 如图所示 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 D a1 g a2 解题指导 分析木板被抽出瞬间的受力情况时注意哪些力发生了突变 哪些力保持不变 标准解答 选C 在抽出木板的瞬间 弹簧对木块1的支持力和对木块2的压力并未改变 但木板对木块2的支持力突变为零 木块1受重力和支持力 mg F a1 0 木块2受重力和压力 根据牛顿第二定律F Mg Ma得a2 故C正确 对力的变化特点理解不清导致错误如图所示 天花板上用细绳吊起两个用轻弹簧相连的质量相同的小球 两小球均保持静止 当突然剪断细绳时 上面小球A与下面小球B的加速度大小为A aA gaB gB aA 2gaB gC aA 2gaB 0D aA 0aB g 正确解答 分别以A B为研究对象 作剪断前和剪断时的受力分析 剪断前A B静止 如图甲 A球受三个力 拉力T 重力mg和弹力F B球受两个力 重力mg和弹簧拉力F A球 T mg F 0 B球 F mg 0 F F 由 式解得T 2mg F mg剪断时 A球受两个力 因为绳无弹性剪断瞬间拉力不存在 而弹簧有形变 瞬间形状不能改变 弹力还存在 如图乙 A球受重力mg 弹簧的弹力F 同理B球受重力mg和弹力F A球 mg F maA B球 F mg maB 由式 解得aA 2g 方向向下 由式 解得aB 0故C选项正确 正确答案 C 易错分析 本题易错选A项 易错选A的原因是对细绳和轻弹簧的弹力变化的特点理解不正确 由于剪断绳时 A B球具有不同的加速度 不能作为整体研究 牛顿第二定律反映的是力与加速度的瞬时对应关系 合外力不变 加速度不变 合外力瞬间改变 加速度瞬间改变 细绳剪断后其拉力可以突变 由2mg变为0 弹簧的弹力不能发生突变 细绳剪断前后的瞬间弹簧的弹力均为mg 本题中A球剪断瞬间合外力变化 加速度就由0变为2g 而B球剪断瞬间合外力没变 加速度不变 弹簧和绳是两个物理模型 特点不同 弹簧不计质量 弹性限度内k是常数 绳子不计质量但无弹性 瞬间就可以没有 而弹簧因为有形变 不可瞬间发生变化 即形变不会瞬间改变 要有一段时间 1 对牛顿第二定律的理解正确的是 A 由F ma可知 F与a成正比 m与a成反比B 牛顿第二定律说明 当物体有加速度时 物体才受到外力的作用C 加速度的方向总跟合外力的方向一致D 当外力停止作用时 加速度立即消失 解析 选C D 虽然F ma表示牛顿第二定律 但a是由m和F共同决定的 即a 且a与F同时产生 同时消失 同时改变 a与F的方向永远相同 综上所述A B错误 C D正确 2 下列单位属于国际单位制中的基本单位的是 A 米 牛顿 千克B 千克 焦耳 秒C 米 千克 秒D 米 秒2 千克 牛顿 解析 选C 国际单位制的七个基本单位 千克 米 秒 摩尔 开尔文 安培 坎德拉 故选C 3 物体受10N的水平拉力作用 恰能沿水平面匀速运动 当撤去这个拉力后 物体将 A 匀速运动B 立即停止运动C 产生加速度 做匀减速运动D 产生加速度 做匀加速运动 解析 选C 物体在水平拉力作用下做匀速运动 说明物体受到一个与拉力等大反向的摩擦力的作用 当撤去拉力后 在摩擦力作用下 物体产生一个向后的加速度 做匀减速运动 C正确 4 2011 衡水高一检测 雨滴从空中由静止落下 若雨滴下落时空气对其阻力随雨滴下落速度的增大而增大 如图所示的图象能正确反映雨滴下落运动情况的是 解析 选C 雨滴速度增大时 阻力也增大 由牛顿第二定律得a 故加速度逐渐减小 最终雨滴做匀速运动 故选C 5 某物体静止于光滑的水平面上 当对它施加4N的水平拉力时 物体的加速度大小为2m s2 当水平拉力变为10N时 物体的加速度多大 物体的质量多大 解析 由牛顿第二定律得即a2 m s2 5m s2 物体的质量m 答案 5m s22kg 一 选择题 本题包括6小题 每小题5分 共30分 每小题至少一个选项正确 1 2011 厦门高一检测 在光滑的水平桌面上 有一个静止的物体 给物体施以水平作用力 在力作用到物体上的瞬间 A 物体同时具有加速度和速度B 物体立即获得加速度 速度仍为零C 物体立即获得速度 加速度仍为零D 物体的速度和加速度均为零 解析 选B 合外力与加速度是瞬时对应关系 所以在力作用到物体上的瞬间 物体立即获得加速度 但物体的速度还得从零开始增大 不可能立即具有速度 故B正确 2 假设洒水车的牵引力不变且所受阻力与车重成正比 未洒水时 做匀速行驶 洒水时它的运动将是 A 做变加速运动B 做初速度不为零的匀加速直线运动C 做匀减速运动D 继续保持匀速直线运动 解析 选A a kg 洒水时质量m减小 则a变大 所以物体做加速度变大的加速运动 故A正确 3 2011 滨州高一检测 声音在空气中的传播速度v与空气的密度 压强p有关 下列速度的表达式 k为比例系数 无单位 中可能正确的是 A v kB v C v D v 解析 选B 可把p 的单位用基本单位表示 代入进行单位运算 看得出的单位是否是v的单位 压强p的单位用基本单位表示为密度 的单位用基本单位表示为kg m3 通过将p和 的单位分别代入上面各选项中的公式得出的单位只有B项能得出m s 故选B 4 一物体在几个力的共同作用下处于静止状态 现使其中向东的一个力F的值逐渐减小到零 又逐渐使其恢复到原值 方向不变 则 A 物体始终向东运动B 物体先向西运动后向东运动C 物体的加速度先增大后减小D 物体的速度先增大后减小 解析 选C 物体向东的力逐渐减小 由于原来合力为零 当向东的力逐渐减小时 合力应该向西逐渐增大 物体的加速度增大 方向向西 当物体向东的力恢复到原值时 物体的合力再次为零 加速度减小 所以加速度的变化情况应该先增大后减小 加速度是有一个减小的过程 但在整个过程中加速度的方向始终和速度的方向一致 所以速度应该一直增大 直到加速度为零为止 所以A B D项错误 5 如图所示 质量均为m的A B两球之间系着一根不计质量的弹簧 放在光滑的水平面上 A球紧靠竖直墙壁 今用水平力F将B球向左推压弹簧 平衡后 突然将F撤去 在这一瞬间 表述正确的是 A B球的速度为零 加速度为零B B球的速度不为零 加速度也不为零C B球的速度不为零 加速度为零D B球的速度为零 加速度不为零 解析 选D B球受水平向右的弹力作用 由牛顿第二定律知 B球加速度不为零 由于惯性 B球的速度为零 故选D 6 两个物体A和B 质量分别为m1和m2 互相接触放在光滑的水平面上 如图所示 对物体A施以水平的推力F 则物体A对B的作用力等于 A B C FD 解析 选B 将A B看做一个整体 其合力为F 由牛顿第二定律知 F m1 m2 a 再以B为研究对象 受力分析如图所示 由牛顿第二定律可得 F2 m2a 以上两式联立可得 F2 故B正确 方法技巧 连接体问题的处理方法几个物体间彼此有力的相互作用且相对静止 这几