【與名師對話】2013屆高考物理總復習 第三章 第二講 牛頓第二定律 兩類動力學問題課件 新人教版必修1

1、(對應學生用書P43)一、牛頓運動定律(Ⅱ)1．牛頓第二定律(1)內容物體加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質量成反比. 加速度的方向跟作用力的方向相同．(2)表達式：F＝ma.(3)物理意義反映了物體運動的加速度與合外力的關系，且這種關系是瞬時對應的．,(4)適用范圍①牛頓第二定律只適用于慣性參考系(相對地面靜止或勻速直線運動的參考系)．②牛頓第二定律只適用于宏觀物體(相對于分子、原子)、低速運動(遠小于光速)的情

2、況．,,2．兩類動力學問題牛頓第二定律將物體的運動情況和受力情況聯(lián)系起來．(1)已知物體的受力情況，求物體的運動情況．(2)已知物體的運動情況，求物體的受力情況．3．單位制(1)單位制由基本單位和導出單位一起構成單位制．①基本單位人為選定的基本物理量的單位．在力學中，選定長度、時間和質量三個物理量的單位為基本單位．在物理學中共有七個基本單位．,②導出單位根據(jù)物理公式中其他物理量和基本物理量的關系，推導出的物理量的單位

3、．(2)在中學階段國際單位制中的基本物理量和基本單位,問題探究2　在計算時，各物理量單位應如何計算？[提示]　在計算的時候，如果所有的已知量都用同一種單位制中的單位來表示，那么，只要正確地應用物理公式，計算的結果就總是用這個單位制中的單位來表示，而在計算過程中不必所有的物理量都帶單位．,(對應學生用書P44)要點一　　對牛頓第二定律的理解　　　1.矢量性牛頓第二定律的公式是矢量式，任一瞬間，a的方向均與F合方向相同，當F合方向

4、變化時，a的方向同時發(fā)生變化，且始終保持相同，F(xiàn)合與a的同向性是我們根據(jù)受力判斷運動和根據(jù)運動判斷受力的重要依據(jù)．,2．瞬時性加速度與力有瞬時的對應關系．F合＝ma中的a為任一瞬時F產(chǎn)生的加速度，對同一物體，力一旦發(fā)生改變，對應的加速度也同時改變，由于力可以突變，所以加速度也可以突變，應注意力的瞬間效果是加速度而不是速度．3．獨立性當物體同時受到幾個力作用，每個力都使物體在該力方向產(chǎn)生一個加速度，如同其它力不存在一樣，物體的實際加

5、速度是幾個加速度的矢量和．,4．同一性(1)加速度a相對于同一慣性系(一般指地面)．(2)F＝ma中，F(xiàn)、m、a對應同一物體或同一系統(tǒng)．(3)F＝ma中，各量統(tǒng)一使用國際單位制單位．,(2011·哈爾濱模擬)如右圖所示，一輕質彈簧一端系在墻上的O點，另一端連接小物體，彈簧自由伸長到B點，讓小物體m把彈簧壓縮到A點，然后釋放，小物體能運動到C點靜止，物體與水平地面間的動摩擦因數(shù)恒定．下列說法正確的是(　　)A．物體從A到

6、B速度越來越大，從B到C速度越來越小B．物體從A到B速度越來越小，從B到C加速度不變C．物體從A到B先加速后減速，從B到C一直減速運動D．物體在B點受合外力為零,[思路誘導]　(1)速度增大或減小是由加速度與速度的方向關系決定的．(2)加速度增大或減小是由物體m所受的合外力的變化決定的．[解析]　設彈簧的壓縮量為x.由牛頓第二定律可知，kx－μmg＝ma.隨x的變小，物體的加速度逐漸變小，但開始階段，a、v同向，物體速度增大，

7、當kx＝μmg時，a＝0，此時彈簧處于壓縮狀態(tài)，物體還未到達B點，之后a反向增大，物體向右減速，直到C點，物體至B點時，仍有合外力μmg，故只有C正確，A、B、D均錯誤．[答案]　C,(1)分析物體運動時，要養(yǎng)成科學分析的習慣，即將這一過程劃分為幾個不同的過程，中間是否存在轉折點，找到了轉折點就可以知道物體的前后過程是怎樣運動的了．(2)這一類動態(tài)分析的題是難點，又是重點，要在分析受力上下功夫，同時要特別注意轉折點上物體的速度方向(因

8、為它是下一階段的初始條件)．(3)彈簧這種能使物體受力連續(xù)變化的模型，在物理問題中經(jīng)常遇到，因此要重點掌握．,要點二　　解決動力學兩類問題的基本方法和步驟　　1.基本方法(1)明確題目中給出的物理現(xiàn)象和物理過程的特點，如果是比較復雜的問題，應該明確整個物理現(xiàn)象是由幾個物理過程組成的，找出相鄰過程的聯(lián)系點，再分別研究每一個物理過程．(2)根據(jù)問題的要求和計算方法，確定研究對象，進行分析，并畫出示意圖．圖中應注明力、速度、加速度的符號

9、和方向．對每一個力都應明確施力物體和受力物體，以免分析力時有所遺漏或無中生有．(3)應用牛頓運動定律和運動學公式求解，通常先用表示物理量的符號運算，解出所求物理量的表達式來，然后將已知物理量的數(shù)值及單位代入，通過運算求結果．應事先將已知物理量的單位都統(tǒng)一采用國際單位制中的單位．,(4)分析流程圖,2．應用牛頓第二定律的解題步驟(1)明確研究對象．根據(jù)問題的需要和解題的方便，選出被研究的物體．(2)分析物體的受力情況和運動情況，畫好

10、受力分析圖，明確物體的運動性質和運動過程．(3)選取正方向或建立坐標系，通常以加速度的方向為正方向或以加速度方向為某一坐標軸的正方向．(4)求合外力F合．(5)根據(jù)牛頓第二定律F合＝ma列方程求解，必要時還要對結果進行討論.,(1)加速度起到了力和運動間的“橋梁”作用，即無論哪類動力學問題，分析時都要“經(jīng)過”加速度．(2)物體的運動情況由受力情況及物體運動的初始情況共同決定．,(2011·濟南模擬)航模興趣小組設計出一

11、架遙控飛行器，其質量m＝2 kg，動力系統(tǒng)提供的恒定升力F＝28 N．試飛時，飛行器從地面由靜止開始豎直上升．設飛行器飛行時所受的阻力大小不變，g取10 m/s2.(1)第一次試飛，飛行器飛行t1＝8 s時到達高度H＝64 m．求飛行器所受阻力Ff的大??；(2)第二次試飛，飛行器飛行t2＝6 s時遙控器出現(xiàn)故障，飛行器立即失去升力．求飛行器能達到的最大高度h.,[答案]　(1)4 N　(2)42 m,(對應學生用書P44)題型一　

12、　應用牛頓第二定律求瞬時加速度　　　求瞬時加速度的關鍵是要分析瞬時前后的受力情況．尤其是對瞬時前的受力情況的分析是很多同學容易忽視的，應當引起注意．另外此類問題應注意兩種基本模型的建立．(1)鋼性繩(或接觸面)：認為是一種不發(fā)生明顯形變就能產(chǎn)生彈力的物體．若剪斷(或脫離)后，其中彈力立即消失，不需要形變恢復時間，一般題目中所給細線和接觸面在不加特殊說明時，均可按此模型處理．,(2)彈簧(或橡皮繩)：此種物體的特點是形變量大，形變恢

13、復需要較長時間，在瞬時問題中，其彈力的大小往往可以看成不變．這種認為法的前提是彈簧的兩端都與其它物體相連．若彈簧一端突然被剪斷而脫離物體．我們仍認為是彈力瞬間變?yōu)榱悖?例1　(2011·廣東外國語學校模擬)在動摩擦因數(shù)μ＝0.2的水平面上有一個質量為m＝1 kg的小球，小球與水平輕彈簧及與豎直方向成θ＝45°角的不可伸長的輕繩一端相連，如右圖所示．此時小球處于靜止平衡狀態(tài)，且水平面對小球的彈力恰好為零，當剪斷輕繩的瞬

14、間，取g＝10 m/s2.求：(1)此時輕彈簧的彈力大??；(2)小球的加速度大小和方向；(3)在剪斷彈簧的瞬間小球的加速度的大?。甗思路誘導]　(1)分析剪斷輕繩前小球的受力；(2)當其他力變化時，彈簧的彈力不能在瞬間發(fā)生變化；(3)當其他力變化時，細繩上的拉力可以在瞬間發(fā)生變化．,,[答案]　(1)10 N　(2)8 m/s2　方向向左　(3)0利用牛頓第二定律求瞬時加速度時，關鍵是分析此時物體的受力情況，同時注意細繩

15、和彈簧的區(qū)別．,(2011·佛山質檢)“兒童蹦極”中，拴在腰間左右兩側的是彈性極好的橡皮繩．質量為m的小明如圖靜止懸掛時，兩橡皮繩的拉力大小均恰為mg，若此時小明左側橡皮繩在腰間斷裂，則小明此時(　　)A．速度為零B．加速度a＝g，沿原斷裂橡皮繩的方向斜向下C．加速度a＝g，沿未斷裂橡皮繩的方向斜向上D．加速度a＝g，方向豎直向下,[解析]　橡皮繩斷裂時速度不能發(fā)生突變，A正確；兩橡皮繩的拉力大小均恰為mg，可知兩橡皮

16、繩夾角為120°，小明左側橡皮繩在腰間斷裂時，彈性極好的橡皮繩的彈力不能發(fā)生突變，對小明進行受力分析可知B正確，C、D錯誤．[答案]　AB,題型二　　動力學中的圖象問題　　　圖象能形象地表達物理規(guī)律，鮮明地表示物理量間的關系．利用函數(shù)圖象分析物理問題，可使分析過程更巧妙、更靈活．動力學中常見的有v－t圖象、x－t圖象、F－t圖象、F－a圖象等，解決圖象問題的關鍵在于看清圖象的縱、橫坐標所表示的物理量及單位并注意坐標原點是

17、否從零開始，理解圖象的物理意義，能夠抓住圖象的一些關鍵點，如斜率、截距、面積、交點、拐點等，判斷物體的運動情況或受力情況，再結合牛頓運動定律求解．,例2　(2011·新課標全國卷)如圖，在光滑水平面上有一質量為m1的足夠長的木板，其上疊放一質量為m2的木塊．假定木塊和木板之間的最大靜摩擦力和滑動摩擦力相等．現(xiàn)給木塊施加一隨時間t增大的水平力F＝kt(k是常數(shù))，木板和木塊加速度的大小分別為a1和a2.下列反映a1和a2變化的圖

18、線中正確的是(　　),[思路誘導]　m1與m2什么時候開始相對滑動？滑動后摩擦力如何變化？[答案]　A,分析圖象問題時常見的誤區(qū)(1)沒有看清縱、橫坐標所表示的物理量及單位．(2)不注意坐標原點是否從零開始．(3)不清楚圖線的點、斜率、面積等的物理意義．(4)忽視對物體的受力情況和運動情況的分析．,(2010·安徽)質量為2 kg的物體在水平推力F的作用下沿水平面做直線運動，一段時間后撤去F，其運動的v

19、－t圖象如圖所示．g取10 m/s2，求：(1)物體與水平面間的動摩擦因數(shù)μ.(2)水平推力F的大?。?3)0～10 s內物體運動的位移．,,[答案]　(1)0.2　(2)6 N　(3)46 m,題型三　　用牛頓第二定律解題常用方法　　　(1)合成法若物體只受兩個力作用而產(chǎn)生加速度時，應用力的合成法較簡單．注意合外力的方向就是加速度的方法，解題時只要知道合外力的方向，就可知道加速度的方向，反之亦然．在解題時要準確作出力的平行

20、四邊形，運用幾何知識進行求解. (2)正交分解法所謂正交分解法是指把一個矢量分解在兩個相互垂直的坐標軸上的方法．正交分解法是一種常用的矢量運算方法．其實質是將復雜的矢量運算轉化為簡單的代數(shù)運算，從而簡捷方便地解答問題．,,例3　(10分)如右圖所示，質量為m的人站在自動扶梯上，扶梯正以加速度a向上減速運動，a與水平方向的夾角為θ，求人受的支持力和摩擦力．,[解題樣板]　利用牛頓定律解題時，基本思路是相同的，即先確定研究對象，

21、再對其進行受力分析，最后列方程求解．解法一：以人為研究對象，他站在減速上升的電梯上，受到豎直向下的重力mg和豎直向上的支持力FN，還受到水平方向的靜摩擦力Ff，由于物體斜向下的加速度有一個水平向左的分量，故可判斷靜摩擦力的方向水平向左，人受力如下圖(左)所示，建立如圖所示的坐標系，并將加速度分解為水平加速度ax和豎直加速度ay，如下圖(右)所示．,則ax＝________(2分)ay＝________(2分)由牛頓第二定律得Ff＝

22、max(2分)________＝may(2分)求得Ff＝macosθ　FN＝m(g－asinθ)(2分)解法二：以人為研究對象，受力分析如圖所示．請分解力而不分解加速度重新解此題因摩擦力Ff為待求，且必沿水平方向，設為水平向右，建立圖示坐標系，并規(guī)定正方向，根據(jù)牛頓第二定律得x方向：________＝ma①(3分),y方向：________＝0②(3分)由①②兩式解得FN＝m(g－asinθ)(2分)Ff＝－mac

23、osθ(2分)Ff為負值，說明摩擦力的實際方向與假設方向相反，為水平向左．[答案]　解法一：acosθ　asinθ　mg－FN解法二：mgsinθ－FNsinθ－Ffcosθmgcosθ＋Ffsinθ－FNcosθ,通過本例我們可以得到三點啟示：(1)第二種解法中，分解力而不分解加速度．同時沿斜面方向應用牛頓第二定律，而垂直斜面方向人是處于平衡狀態(tài)的，故應用平衡條件(合力為零)，這是慣用的思維方法．但本例我們通過分析可知，人受的

24、力都沿正交方向，解法二中分解力就不如解法一中分解加速度簡捷，希望總結規(guī)律，靈活運用．(2)解法二中，在不知摩擦力方向的情況下，先假定它沿某一方向，設定正方向后，通過計算來確定其方向，在預先很難判定某力的方向時，(注：其它力方向已知)，這種思維方法也是經(jīng)常采用的．,(3)解法一中，應用了力的獨立作用原理，即“哪個方向上的力就產(chǎn)生哪個方向上的加速度，只改變該方向上的運動狀態(tài)，”基于這種思維方法，我們先判斷出了摩擦力的方向，然后在水平和豎直兩

25、個方向上分別應用牛頓第二定律．這種在正交方向上分析受力和運動情況的方法，是我們應多加運用、熟練掌握的重要方法．,如圖所示．一靜止斜面MN與水平面的傾角α＝30°，斜面上有一質量為m的小球P，Q是一帶豎直推板的直桿，其質量為3m.現(xiàn)使豎直桿Q以水平加速度a＝0.5g水平向右勻加速直線運動，從而推動小球P沿斜面向上運動．小球P與直桿Q及斜面之間的摩擦均不計，直桿Q始終保持豎直狀態(tài)，求該過程中：(1)小球P的加速度大??；(2)直

26、桿Q對小球P的推力大?。?,(對應學生用書P46)易錯點1：考慮問題不全面引起失分(2011·廣東省梅州市摸底考試)如圖所示，質量為1 kg的勻質滑塊靜止在光滑水平面上，大小恒為1 N的力F作用于滑塊的重心上，開始時F為水平方向，并以重心為軸在豎直平面內逆時針方向勻速轉過180°后立即撤去，則在整個過程中(　　)A．力F撤去后，滑塊向左勻速運動B．滑塊運動的位移為零C．滑塊在每一時刻所受的合力都不為零D

27、．滑塊先做加速運動后做減速運動,[易錯分析]　本題屬于解題思考不全面引起的失分，沒有具體思考物體運動方向，誤認為受力情況對稱，物體位移就為零，從而錯選B.[正確解答]　因在整個過程中滑塊始終在光滑水平面上運動，F(xiàn)在豎直平面內逆時針方向勻速轉過180°過程中，其水平分力產(chǎn)生加速度，根據(jù)對稱性，滑塊一直向右運動，且先做加速運動后做減速運動，撤去時速度為0.所以本題正確答案為D.,(2011·山東省泰安市期末考試)一位同

28、學通過電視節(jié)目觀看火箭發(fā)射衛(wèi)星的情景，他聽到現(xiàn)場總指揮倒計時結束發(fā)出“點火”命令后，立刻用秒表計時，假設測得火箭底部從開始發(fā)射到經(jīng)過發(fā)射架頂?shù)臅r間是t，如果他想計算出火箭的推力有多大，請討論以下兩個問題：(1)需要假設哪些條件進行理想化處理；(2)需要知道哪些數(shù)據(jù)用相應符號表示出來，并推導出火箭推力的表達式．,,,[易錯分析]　對每一個子過程的受力情況分析不清楚，特別是對撤去力F后的受力情況不認真分析，片面地認為小球上沖、下降的全過

29、程做加速度不變的勻變速運動而導致錯誤．,,求解多過程問題，要能夠將多過程分解為多個子過程，在每一個子過程中，對物體進行正確的受力分析，正確求解加速度是關鍵．求解時應注意以下兩點：(1)當物體的受力情況發(fā)生變化時其加速度也要變化；(2)兩個過程的銜接——前一過程的末速度是后一過程的初速度．特別注意物體沿斜面向上運動時，物體可能會兩次經(jīng)過同一點，在沿斜面向上和向下運動過程中其加速度要發(fā)生變化．,如圖所示，在傾角θ＝37°的足夠長的

30、固定的斜面上，有一質量m＝1 kg的物體，物體與斜面間的動摩擦因數(shù)μ＝0.2，物體受到沿平行于斜面向上的輕細線的拉力F＝9.6 N的作用，從靜止開始運動，經(jīng)2 s細線突然斷了，求細線斷后多長時間物體的速度大小達到22 m/s.(sin 37°＝0.6，g＝10 m/s2),,[答案]　5.53 s,,[答案]　C,2．(2012·福建六校聯(lián)考)如圖所示，質量均為m的A、B兩球之間系著一根不計質量的彈簧，放在光滑的水平

31、面上，A球緊靠豎直墻壁．今用水平力F將B球向左推壓彈簧，平衡后，突然將F撤去，在這一瞬間，表述正確的是(　　)A．B球的速度為零，加速度為零B．B球的速度不為零，加速度也不為零C．B球的速度不為零，加速度為零D．B球的速度為零，加速度不為零[解析]　用水平力F將B球向左推壓彈簧，平衡后，彈簧壓縮，彈簧中彈力為F.突然將F撤去，在這一瞬間，B球的速度為零，加速度不為零，加速度等于F/m，選項D正確．[答案]　D,3．(2011

32、·菏澤統(tǒng)測)如圖甲所示，在粗糙的水平面上，物塊A在水平向右的外力F的作用下做直線運動，其v－t圖象如圖乙中實線所示，下列判斷中正確的是(　　)A．在0～1 s內，外力F不斷變化B．在1 s～3 s內，外力F的大小恒定C．在3 s～4 s內，外力F不斷減小D．在3 s～4 s內，外力F不斷增大[解析]　由v－t圖象可知：0～1 s內，物塊做勻加速直線運動，F(xiàn)大小恒定，且F>f；1 s～3 s內，物塊做勻速直線運動