202X版高考物理总复习第三章第2节牛顿第二定律两类动力学问题课件

1、第第2 2节牛顿第二定律两类动力学问题节牛顿第二定律两类动力学问题基础过关基础过关考点研析考点研析素养提升素养提升基础过关基础过关 学科素养学科素养演练提升演练提升基础知识基础知识一、牛顿第二定律一、牛顿第二定律1.1.内容内容: :物体加速度的大小跟它受到的作用力成物体加速度的大小跟它受到的作用力成 , ,跟它的质量成跟它的质量成 . .加速度的方向跟加速度的方向跟 的方向相同的方向相同. .2.2.表达式表达式: :F=F= . .3.3.适用范围适用范围: :适用于适用于 参考系中参考系中 物体的低速运动物体的低速运动. .正比正比反比反比作用力作用力mama惯性惯性宏观宏观二、力学单位

2、制二、力学单位制1.1.单位制单位制: :由由 和和 一起组成了单位制一起组成了单位制. .2.2.基本单位基本单位: :基本物理量的单位基本物理量的单位. .力学中的基本量有力学中的基本量有 、 和和 , ,它它们的国际单位分别是们的国际单位分别是 , , 和和 . .3.3.导出单位导出单位: :由基本单位根据由基本单位根据 推导出来的其他物理量的单位推导出来的其他物理量的单位. .三、牛顿第二定律的应用三、牛顿第二定律的应用1.1.两类动力学问题两类动力学问题(1)(1)已知受力情况已知受力情况, ,求物体的求物体的 情况情况. .(2)(2)已知运动情况已知运动情况, ,求物体的求物体

3、的 情况情况. .2.2.解决两类问题的方法解决两类问题的方法以以 为为“桥梁桥梁”, ,由运动学公式和牛顿运动定律列方程求解由运动学公式和牛顿运动定律列方程求解. .基本单位基本单位导出单位导出单位质量质量长度长度时间时间kgkgm ms s物理关系物理关系运动运动受力受力加速度加速度过关巧练过关巧练1.1.思考判断思考判断(1)(1)牛顿是力学中的一个基本单位牛顿是力学中的一个基本单位.(.( ) )(2)(2)牛顿第二定律表达式牛顿第二定律表达式F=maF=ma在任何情况下都适用在任何情况下都适用.(.( ) )(3)(3)对静止在光滑水平面上的物体施加一个水平力对静止在光滑水平面上的物

4、体施加一个水平力, ,当力刚作用瞬间当力刚作用瞬间, ,物体立即物体立即获得加速度获得加速度.(.( ) )(4)(4)质量越大的物体加速度越小质量越大的物体加速度越小.(.( ) )(5)(5)根据公式根据公式F=ma,F=ma,可知物体所受的外力跟物体的加速度成正比可知物体所受的外力跟物体的加速度成正比.(.( ) )2.2.根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律, ,下列叙述正确的是下列叙述正确的是( ( ) )A.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.B.物体所受合力必须达到一定值时物体所受合力必须达到一定值时, ,才能使物体

5、产生加速度才能使物体产生加速度C.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.D.当物体质量改变但其所受合力的水平分力不变时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物体水平加速度大小与其质量成反比质量成反比D D3.3. 人教版必修人教版必修1 1P78P78T2T2改编改编(多选多选) )一个物体受到一个物体受到F F1 1=4 N=4 N的力的力, ,产生产生a a1 1=2 m/s=2 m/s2 2的的加速度加速度, ,受到力受到力F F2 2, ,产生产生a a2 2=6 m/s=6 m/

6、s2 2的加速度的加速度, ,则则( ( ) )A.A.物体的质量物体的质量m=2 kgm=2 kgB.B.物体的质量物体的质量m=0.5 kgm=0.5 kgC.FC.F2 2=12 N=12 ND.D.若若F F2 2作用在另一物体上作用在另一物体上, ,产生产生a a1 1=2 m/s=2 m/s2 2的加速度的加速度, ,则另一物体质量为则另一物体质量为6 kg6 kgACDACD考点研析考点研析 核心探究核心探究重难突破重难突破考点一牛顿第二定律的理解考点一牛顿第二定律的理解1.1.牛顿第二定律的牛顿第二定律的“五五”性性2.2.合力、加速度、速度间的关系合力、加速度、速度间的关系(

7、1)(1)物体所受合力的方向决定了其加速度的方向物体所受合力的方向决定了其加速度的方向, ,只要合力不为零只要合力不为零, ,不管速度是多不管速度是多少少, ,物体都有加速度且与合力的方向一定相同物体都有加速度且与合力的方向一定相同, ,合力合力( (或加速度或加速度) )与速度无必然的与速度无必然的联系联系. .(2)(2)合力合力( (或加速度或加速度) )与速度同向时与速度同向时, ,物体做加速直线运动物体做加速直线运动; ;合力合力( (或加速度或加速度) )与速度与速度反向时反向时, ,物体做减速直线运动物体做减速直线运动. .(4)(4)速度的改变需经历一定的时间而不能突变速度的改

8、变需经历一定的时间而不能突变; ;有力就一定有加速度有力就一定有加速度, ,但有力速度但有力速度可能为可能为0.0.【典例典例1 1】 (2019(2019山东烟台统考山东烟台统考)()(多选多选) )如图所示如图所示, ,固定在地面上的斜面足够长固定在地面上的斜面足够长, ,其倾角为其倾角为3030, ,用平行于斜面向上、大小为用平行于斜面向上、大小为16 N16 N的力的力F F作用在质量为作用在质量为2 kg2 kg的物块的物块上上, ,物块恰好沿斜面匀速上滑物块恰好沿斜面匀速上滑, ,若若g g取取10 m/s10 m/s2 2, ,物块所受最大静摩擦力与滑动摩擦物块所受最大静摩擦力与

9、滑动摩擦力大小相等力大小相等, ,则下列说法正确的是则下列说法正确的是( ( ) )A.A.在撤去力在撤去力F F的瞬间的瞬间, ,物块所受摩擦力方向不变物块所受摩擦力方向不变B.B.在撤去力在撤去力F F的瞬间的瞬间, ,物块的加速度大小为物块的加速度大小为8 m/s8 m/s2 2C.C.物块与斜面间的动摩擦因数为物块与斜面间的动摩擦因数为0.40.4D.D.撤去力撤去力F F后后, ,物块最终将静止在斜面上物块最终将静止在斜面上ABAB【针对训练针对训练】 (2018(2018内蒙古包头一模内蒙古包头一模) )在向右匀速运动的小车内在向右匀速运动的小车内, ,用细绳用细绳a a和和b b

10、系系住一个小球住一个小球, ,绳绳a a处于斜向上的方向处于斜向上的方向, ,拉力为拉力为F Fa a, ,绳绳b b处于水平方向处于水平方向, ,拉力为拉力为F Fb b, ,如图如图所示所示. .现让小车向右做匀减速运动现让小车向右做匀减速运动, ,此时小球相对于车厢的位置仍保持不变此时小球相对于车厢的位置仍保持不变, ,则则两根细绳的拉力变化情况是两根细绳的拉力变化情况是( ( ) )A.FA.Fa a变大变大,F,Fb b不变不变B.FB.Fa a变小变小,F,Fb b变小变小C.FC.Fa a不变不变,F,Fb b变大变大D.FD.Fa a不变不变,F,Fb b变小变小C C解析解析

11、: :以小球为研究对象以小球为研究对象, ,分析受力如图所示分析受力如图所示. .水平方向根据牛顿第二定律有水平方向根据牛顿第二定律有F Fb b-F-Fa asin =ma,sin =ma,竖直方向竖直方向F Fa acos -mg=0,cos -mg=0,由由于夹角于夹角不变不变, ,由分析得知由分析得知F Fa a不变不变,F,Fb b=F=Fa asin +maFsin +maFa asin ,sin ,即即F Fb b变大变大. .考点二应用牛顿第二定律分析瞬时性问题考点二应用牛顿第二定律分析瞬时性问题1.1.两种模型两种模型2.2.求解瞬时加速度的一般思路求解瞬时加速度的一般思路【

12、典例【典例2 2】 ( (多选多选) )如图如图( (甲甲) )、( (乙乙) )所示所示, ,图中细线均不可伸长图中细线均不可伸长, ,两小球质量相同两小球质量相同且均处于平衡状态且均处于平衡状态, ,细线和弹簧与竖直方向的夹角均为细线和弹簧与竖直方向的夹角均为.如果突然把两水平细如果突然把两水平细线剪断线剪断, ,则剪断瞬间则剪断瞬间( ( ) )A.A.图图( (甲甲) )中小球的加速度大小为中小球的加速度大小为gsin ,gsin ,方向水平向右方向水平向右B.B.图图( (乙乙) )中小球的加速度大小为中小球的加速度大小为gtan ,gtan ,方向水平向右方向水平向右C.C.图图(

13、 (甲甲) )中倾斜细线与图中倾斜细线与图( (乙乙) )中弹簧的拉力之比为中弹簧的拉力之比为1cos1cos2 2D.D.图图( (甲甲) )中倾斜细线与图中倾斜细线与图( (乙乙) )中弹簧的拉力之比为中弹簧的拉力之比为coscos2 211审题图示审题图示 BDBD方法技巧方法技巧抓住抓住“两关键两关键”, ,遵循遵循“四步骤四步骤”(1)(1)分析瞬时加速度的分析瞬时加速度的“两个关键两个关键”明确绳或线类、弹簧或橡皮筋类模型的特点明确绳或线类、弹簧或橡皮筋类模型的特点. .分析瞬时前、后的受力情况和运动状态分析瞬时前、后的受力情况和运动状态. .(2)(2)“四个步骤四个步骤”第一步

14、第一步: :分析原来物体的受力情况分析原来物体的受力情况. .第二步第二步: :分析物体在突变时的受力情况分析物体在突变时的受力情况. .第三步第三步: :由牛顿第二定律列方程由牛顿第二定律列方程. .第四步第四步: :求出瞬时加速度求出瞬时加速度, ,并讨论其合理性并讨论其合理性. .题组训练题组训练1.1.(2019(2019山东济宁质检山东济宁质检) )如图所示如图所示, ,在光滑水平桌面上有一质量为在光滑水平桌面上有一质量为1 kg1 kg的木块的木块A,A,其左右两侧与轻弹簧相连其左右两侧与轻弹簧相连, ,弹簧另一端都通过轻绳跨过定滑轮挂着两个质量均为弹簧另一端都通过轻绳跨过定滑轮挂

15、着两个质量均为0.5 kg0.5 kg的钩码的钩码, ,滑轮摩擦不计滑轮摩擦不计, ,两钩码间用轻绳相连两钩码间用轻绳相连, ,系统处于静止状态系统处于静止状态. .现将右现将右侧两钩码间的轻绳剪断侧两钩码间的轻绳剪断, ,在剪断轻绳的瞬间在剪断轻绳的瞬间, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( (取取g=10 m/sg=10 m/s2 2) () ( ) )A.A.左侧两钩码的加速度大小为左侧两钩码的加速度大小为2 m/s2 m/s2 2, ,方向竖直向下方向竖直向下B.B.右侧上方钩码的加速度大小为右侧上方钩码的加速度大小为10 m/s10 m/s2 2, ,方向竖直向上方向竖直向上C.C

16、.木块木块A A的加速度大小为的加速度大小为5 m/s5 m/s2 2, ,方向水平向左方向水平向左D.D.右侧下方钩码的加速度为零右侧下方钩码的加速度为零B B2.2.(2019(2019天津六校联考天津六校联考)()(多选多选) )如图所示如图所示, ,质量为质量为4 kg 4 kg 的物体的物体A A静止在竖直的轻静止在竖直的轻弹簧上弹簧上, ,质量为质量为1 kg1 kg的物体的物体B B用细线悬挂在天花板上用细线悬挂在天花板上,B,B与与A A刚好接触但不挤压刚好接触但不挤压, ,现现将细线剪断将细线剪断, ,则剪断后瞬间则剪断后瞬间, ,下列结果正确的是下列结果正确的是(g(g取取

17、10 m/s10 m/s2 2)()( ) )A.AA.A的加速度大小为的加速度大小为2.5 m/s2.5 m/s2 2B.BB.B的加速度大小为的加速度大小为2 m/s2 m/s2 2C.C.弹簧弹力大小为弹簧弹力大小为50 N50 ND.A,BD.A,B间相互作用力的大小为间相互作用力的大小为8 N8 NBDBD解析解析: :剪断细线前剪断细线前,A,B,A,B间无压力间无压力, ,则弹簧的弹力则弹簧的弹力F=mF=mA Ag=40 N;g=40 N;剪断细线的瞬间剪断细线的瞬间, ,对整体分析对整体分析, ,根据牛顿第二定律有根据牛顿第二定律有(m(mA A+m+mB B)g-F=(m)

18、g-F=(mA A+m+mB B)a,)a,解得解得a=2 m/sa=2 m/s2 2, ,故选故选项项A A错误错误,B,B正确正确; ;剪断细线的瞬间剪断细线的瞬间, ,弹簧的弹力不变弹簧的弹力不变, ,仍为仍为40 N,40 N,故选项故选项C C错误错误; ;对对B B分析分析, ,根据牛顿第二定律有根据牛顿第二定律有m mB Bg-N=mg-N=mB Ba,a,解得解得N=mN=mB Bg-mg-mB Ba=8 N,a=8 N,故选项故选项D D正确正确. .考点三两类动力学问题考点三两类动力学问题1.1.两类动力学问题之间的逻辑关系两类动力学问题之间的逻辑关系2.2.解决动力学基本

19、问题时对力的处理方法解决动力学基本问题时对力的处理方法(1)(1)合成法合成法在物体受力个数较少在物体受力个数较少(2(2个或个或3 3个个) )时一般采用时一般采用“合成法合成法”. .(2)(2)正交分解法正交分解法若物体的受力个数较多若物体的受力个数较多(3(3个或个或3 3个以上个以上),),则采用则采用“正交分解法正交分解法”. .3.3.两类动力学问题的解题步骤两类动力学问题的解题步骤【典例典例3 3】 (2019(2019浙江桐乡测试浙江桐乡测试) )20172017年年1 1月月1818日下午日下午, ,中国第一列从义乌开往英中国第一列从义乌开往英国伦敦的列车顺利抵达终点站国伦

20、敦的列车顺利抵达终点站. .途经著名的英吉利海峡隧道途经著名的英吉利海峡隧道. .英吉利海峡隧道近英吉利海峡隧道近似直线隧道似直线隧道, ,全长全长50 km.50 km.如图所示如图所示, ,其中海底隧道其中海底隧道BCBC长长 40 km,40 km,前后各有前后各有5 km5 km的连的连接隧道接隧道AB,CD.AB,CD.已知进入隧道前已知进入隧道前, ,列车时速列车时速144 km/h,144 km/h,在连接隧道上做匀变速直线在连接隧道上做匀变速直线运动运动, ,进入海底隧道时速度减为进入海底隧道时速度减为108 km/h,108 km/h,并在海底隧道中做匀速直线运动并在海底隧道

21、中做匀速直线运动, ,最终最终离开英吉利海峡隧道时速度恢复为离开英吉利海峡隧道时速度恢复为144 km/h.(g144 km/h.(g取取10 m/s10 m/s2 2) )(1)(1)求列车在连接隧道求列车在连接隧道ABAB上运动的加速度大小上运动的加速度大小; ;(2)(2)若列车总质量为若列车总质量为9 910105 5 kg, kg,所受阻力恒为车重力的所受阻力恒为车重力的0.10.1倍倍, ,求在连接隧道求在连接隧道CDCD上上列车牵引力的大小列车牵引力的大小; ;(2)(2)设运行时的牵引力为设运行时的牵引力为F,F,则根据牛顿第二定律有则根据牛顿第二定律有F-f=maF-f=ma

22、2 2, ,其中其中f=0.1mg,f=0.1mg,由题意知由题意知a a2 2=a=a1 1=0.07 m/s=0.07 m/s2 2, ,代入数据解得代入数据解得F=9.63F=9.6310105 5 N. N.答案答案: :(1)0.07 m/s(1)0.07 m/s2 2(2)9.63(2)9.6310105 5 N N(3)(3)求列车通过英吉利海峡隧道求列车通过英吉利海峡隧道ADAD的时间的时间. .答案答案: :(3)1 619.05 s(3)1 619.05 s方法技巧方法技巧解决两类动力学问题的关键点解决两类动力学问题的关键点题组训练题组训练1.1. 已知受力确定运动已知受力

23、确定运动 在交通事故的分析中在交通事故的分析中, ,刹车线的长度是很重要的依据刹车线的长度是很重要的依据, ,刹刹车线是汽车刹车后车线是汽车刹车后, ,停止转动的轮胎在地面上发生滑动时留下的滑动痕迹停止转动的轮胎在地面上发生滑动时留下的滑动痕迹. .在某在某次交通事故中次交通事故中, ,汽车的刹车线长度是汽车的刹车线长度是14 m,14 m,假设汽车轮胎与地面间的动摩擦因数假设汽车轮胎与地面间的动摩擦因数恒为恒为0.7,g0.7,g取取10 m/s10 m/s2 2, ,则汽车刹车前的速度为则汽车刹车前的速度为( ( ) )A.7 m/sA.7 m/sB.14 m/sB.14 m/sC.10

24、m/sC.10 m/sD.20 m/sD.20 m/sB B2.2. 已知运动确定受力已知运动确定受力 ( (20192019山东潍坊模拟山东潍坊模拟) )如图如图( (甲甲) )所示所示, ,水平地面上轻弹簧水平地面上轻弹簧左端固定左端固定, ,右端通过滑块压缩右端通过滑块压缩0.4 m0.4 m后锁定后锁定,t=0,t=0时解除锁定释放滑块时解除锁定释放滑块. .计算机通过计算机通过滑块上的速度传感器描绘出滑块的速度图像如图滑块上的速度传感器描绘出滑块的速度图像如图( (乙乙) )所示所示, ,其中其中OabOab段为曲线段为曲线,bc,bc段为直线段为直线, ,倾斜直线倾斜直线OdOd是

25、是t=0t=0时的速度图线的切线时的速度图线的切线, ,已知滑块质量已知滑块质量m=2.0 kg,m=2.0 kg,取取g= g= 10 m/s10 m/s2 2. .求求: :(1)(1)滑块与地面间的动摩擦因数滑块与地面间的动摩擦因数; ;(2)(2)弹簧的劲度系数弹簧的劲度系数. .答案答案: :(1)0.5(1)0.5(2)175 N/m(2)175 N/m素养提升素养提升 学科素养学科素养演练提升演练提升核心素养核心素养【思维拓展思维拓展】 三类三类“等时圆等时圆”的结论的结论1.1.质点从竖直圆环上沿不同的光滑弦上端由静止开始滑到环的最低点所用时间质点从竖直圆环上沿不同的光滑弦上端

26、由静止开始滑到环的最低点所用时间相等相等, ,如图如图( (甲甲) )所示所示. .2.2.质点从竖直圆环上最高点沿不同的光滑弦由静止开始滑到下端所用时间相等质点从竖直圆环上最高点沿不同的光滑弦由静止开始滑到下端所用时间相等, ,如图如图( (乙乙) )所示所示. .3.3.两个竖直圆环相切且两圆环的竖直直径均过切点两个竖直圆环相切且两圆环的竖直直径均过切点, ,质点沿不同的光滑弦上端质点沿不同的光滑弦上端由静止开始滑到下端所用时间相等由静止开始滑到下端所用时间相等, ,如图如图( (丙丙) )所示所示. .【示例示例】 ( (多选多选) )如图所示如图所示,Oa,Ob,Oa,Ob和和adad

27、是竖直平面内三根固定的光滑细杆是竖直平面内三根固定的光滑细杆,O,a, ,O,a, b,c,db,c,d位于同一圆周上位于同一圆周上,c,c为圆周的最高点为圆周的最高点,a,a为最低点为最低点,O,O为圆心为圆心. .每根杆上都套每根杆上都套着一个小滑环着一个小滑环( (未画出未画出),),两个滑环从两个滑环从O O点无初速度释放点无初速度释放, ,一个滑环从一个滑环从d d点无初速度点无初速度释放释放, ,用用t t1 1,t,t2 2,t,t3 3分别表示滑环沿分别表示滑环沿Oa,Ob,daOa,Ob,da到达到达a,ba,b所用的时间所用的时间, ,则下列关系正确则下列关系正确的是的是(

28、 ( ) )A.tA.t1 1=t=t2 2B.tB.t2 2tt3 3C.tC.t1 1tt2 2D.tD.t1 1=t=t3 3BCDBCD解析解析: :由题中圆及等时圆的结论可知由题中圆及等时圆的结论可知t t1 1=t=t3 3. .再作新的等时圆再作新的等时圆O,ObO,Ob为圆的弦为圆的弦, , OfOf为圆在竖直方向上的直径为圆在竖直方向上的直径, ,如图所示如图所示, ,因为因为a a点在圆点在圆OO的内部的内部, ,所以所以t t1 1tt2 2, ,则则t t3 3=t=t1 1t,现让一小物块先后从三条轨道顶端由静止下滑至底端现让一小物块先后从三条轨道顶端由静止下滑至底端, ,则小物块在每一条倾斜轨道上滑动时所经历的时间关系为则小物块在每一条倾斜轨道上滑动时所经历的时间关系为( ( ) )