牛顿第二定律 瞬时加速度 图像问题
考点一| 瞬时加速度问题
[例1] (多选)(2014·南通第一中学检测)如图3－2－3所示，A 、B 球的质量相等，弹簧的质量不计，倾角为θ的斜面光滑，系统静止时，弹簧与细线均平行于斜面，在细线被烧断的瞬间，下列说法正确的是( )
A ．两个小球的瞬时加速度均沿斜面向下，大小均为g sin θ
B ．B 球的受力情况未变，瞬时加速度为零
C ．A 球的瞬时加速度沿斜面向下，大小为2g sin θ
D ．弹簧有收缩的趋势，B 球的瞬时加速度向上，A 球的瞬时加速度向下，瞬时加速度都不为零
[例2] (2014·苏州第三中学质检)如图3－2－4所示，质量分别为m 、2m 的小球A 、
B ，由轻质弹簧相连后再用细线悬挂在电梯内，已知电梯正在竖直向上做匀加速直线运动，细线中的拉力为F ，此时突然剪断细线。在线断的瞬间，弹簧的弹力的大小和小球A 的加速度的大小分别为( )
A.2F 3，2F 3m
＋g B.F 3，2F 3m ＋g C.2F 3，F 3m ＋g D.F 3，F 3m
＋g 3．如图3－2－12所示，A 、B 为两个质量相等的小球，由细线相连，再用轻质弹簧悬挂起来，在A 、B 间细线烧断后的瞬间，A 、B 的加速度分别是( )
A ．A 、
B 的加速度大小均为g ，方向都竖直向下
B ．A 的加速度0，B 的加速度大小为g 、竖直向下
C ．A 的加速度大小为g 、竖直向上，B 的加速度大小为g 、竖直向下
D ．A 的加速度大于g 、竖直向上，B 的加速度大小为g 、竖直向下
3．(2014·山东莱州质检)如图2所示，小车沿水平面做直线运动，小车内光滑底面上有一物块被压缩的弹簧压向左壁，小车向右加速运动。若小车向右加速度增大，则车左壁受物块的压力F 1和车右壁受弹簧的压力F 2的大小变化是( )
A ．F 1不变，F 2变大
B ．F 1变大，F 2不变
C ．F 1、F 2都变大
D ．F 1变大，F 2减小
考点二| 牛顿第二定律与图像的综合问题
1．常见的两类动力学图像问题
(1)已知物体在某一过程中所受的合力(或某个力)随时间的变化图线，要求分析物体的运动情况。
(2)已知物体在某一过程中速度、加速度随时间的变化图线，要求分析物体的受力情况。
2．解决图像综合问题的关键
(1)分清图像的类别：即分清横、纵坐标所代表的物理量，明确其物理意义，掌握物理图像所反映的物理过程，会分析临界点。
(2)注意图线中的一些特殊点所表示的物理意义：图线与横、纵坐标的交点，图线的转折点，两图线的交点等。
(3)明确能从图像中获得哪些信息：把图像与具体的题意、情境结合起来，再结合斜率、特殊点、面积等的物理意义，确定从图像中反馈出来的有用信息，这些信息往往是解题的突破口或关键点。
2．(2013·新课标全国卷Ⅱ)一物块静止在粗糙的水平桌面上。从某时刻开始，物块受到一方向不变的水平拉力作用。假设物块与桌面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。以a表示物块的加速度大小，F表示水平拉力的大小。能正确描述F与a之间关系的图像是()
1．雨滴从空中由静止落下，若雨滴下落时空气对其的阻力随雨滴下落速度的增大而增大，如下图所示的图象中，能正确反映雨滴下落运动情况的是()
2．如图所示其小球所受的合力与时间的关系，各段的合力大小
相同，作用时间相同，设小球从静止开始运动．由此可判定()
A．小球向前运动，再返回停止
B．小球向前运动再返回不会停止
C．小球始终向前运动
D．小球向前运动一段时间后停止
【例3】(2010·福建理综·16)质量为2 kg的物体静止在足够大的水
平地面上，物体与地面间的动摩擦因数为0.2，最大静摩擦力与滑动摩
擦力大小视为相等．从t＝0时刻开始，物体受到方向不变、大小呈周
期性变化的水平拉力F的作用，F随时间t的变化规律如图所示．重力
加速度g取10 m/s2，则物体在t＝0至t＝12 s这段时间的位移大小为
()
A．18 mB．54 mC．72 mD．198 m
5．质量为m的物体放在A地的水平面上，用竖直向上的力F拉物体，物体的加速度a 与拉力F的关系如图中直线①所示，用质量为m′的另一物体在B地做类似实验，测得a －F关系如图中直线②所示，设两地的重力加速度分别为g和g′，则
()
A．m′>m，g′＝g B．m′ C．m′＝m，g′>g D．m′＝m，g′>g 4．(2013·江西省重点中学高三联考)如图3甲所示，质量为m的物块 沿足够长的粗糙斜面从底端以初速度v0上滑先后通过A、B，然后又返回到底端。设从A到B的时间为t1，加速度大小为a1，经过A的速率为v1，从B返回到A的时间为t2，加速度大小为a2，经过A的速率为v2，则正确的是() A．t1＝t2，a1＝a2，v1＝v2 B．t1 C．物块全过程的速度时间图线如图 乙所示 D．物块全过程的速度时间图线如图丙所示 人教（新课标）高中物理必修1同步练习：4.3牛顿第二定律 一、单选题 1.一质量为m的乘客乘坐竖直电梯下楼，其位移s与时间t的关系图像如图所示。乘客所受支持力的大小用F N表示，速度大小用v表示。重力加速度大小为g。以下判断正确的是（） A. 0~t1时间内，v增大，F N>mg B. t1~t2时间内，v减小，F N A. ，方向沿斜面向下；，方向沿斜面向下 B. ， C. ；，方向沿斜面向下 D. ，方向垂直斜面向右下方；方向竖直向下 5.如图，一小车上有一个固定的水平横杆，左边有一轻杆与竖直方向成角与横杆固定，下端连接一质量为m的小球横杆右边用一根细线吊一相同的小球当小车沿水平面做加速运动时，细线保持与竖直方向的夹角为已知，则下列说法正确的是( ) A. 小车一定向右做匀加速运动 B. 轻杆对小球P的弹力沿轻杆方向 C. 小球P受到的合力大小为 D. 小球Q受到的合力大小为 6.质量m=1kg的物体静止放在粗糙水平地面上。现对物体施加一个随位移变化的水平外力F 时物体在水平面上运动。已知物体与地面间的滑动摩擦力与最大静摩擦力相等。若F-x图象如图所示。且4～5m内物体匀速运动。x=7m时撤去外力，取g=10m/s2，则下列有关描述正确的是（） A. 物体与地面间的动摩擦因数为0.1 B. 撤去外力时物体的速度为m/s C. x=3m时物体的速度最大 D. 撤去外力后物体还能在水平面上滑行3s 7.一固定杆与水平方向夹角为，将一质量为m1的滑块套在杆上，通过轻绳悬挂一个质量为m2的小球，杆与滑块之间的动摩擦因数为μ=0.5．若滑块与小球保持相对静止以相同的加速度a=10m/s2一起向上做匀减速直线运动，则此时小球的位置可能是下图中的哪一个（） 牛顿定律的应用 一 两类常用的动力学问题 1. 已知物体的受力情况，求解物体的运动情况； 2. 已知物体的运动情况，求解物体的受力情况 上述两种问题中，进行正确的受力分析和运动分析是关键，加速度的求解是解决此类问题的纽带，思维过程可以参照如下： 解决两类动力学问题的一般步骤 ' 根据问题的需要和解题的方便，选出被研究的物体，研究对象可以是单个物体， 也可以是几个物体构成的系统 画好受力分析图，必要时可以画出详细的运动情景示意图，明确物体的运动性质和运动过程 通常以加速度的方向为正方向 或者以加速度的方向为某一坐标的正方向 - 若物体只受两个共点力作用，通常用合成法，若物体受到三个或是三个以上不 在一条直线上的力的作用，一般要用正交分解法 根据牛顿第二定律=ma F 合或者 x x F ma = ；y y F ma = 列方向求解，必要时对结论进行讨论 解决两类动力学问题的关键是确定好研究对象分别进行运动分析跟受力分析，求出加速度 例1（新课标全国一2014 24 12分） 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天时的2/5,若要求安全距离仍为120m ，求汽车在雨天安全行驶的最大速度。 解：设路面干燥时，汽车与路面的摩擦因数为μ0，刹车加速度大小为a 0，安全距离为s ，反应时间为t 0，由 牛顿第二定律和运动学公式得：ma mg =0μ ①0 20 002a v t v s += ②式中，m 和v 0分别为汽车的质量和 刹车钱的速度。 明确研究对象 受力分析和运动状态分析 选取正方向或建立坐标系 确定合外力F 合 列方程求解 牛顿运动定律 专题一（第12讲） 一、斜面问题 1.(2013重庆理综) 图1为伽利略研究自由落体运动实验的示意图，让小球 由倾角为θ的光滑斜面滑下，然后在不同的θ角条件下进行多次实验，最后推理出自由落体运动是一种匀加速直线运动。分析该实验可知，小球对斜面的压力、小球运动的加速度和重力加速度与各自最大值的比值y随θ变化的图像分别对应图2中的（） A．①、②和③ B．③、②和① C．②、③和① D．③、①和② 二、等时圆问题 2．如图所示，ad、bd、cd是竖直面内三根固定的光滑细杆，a、b、c、d 位于同一圆周上，a点为圆周的最高点，d点为最低点。每根杆上都套着一个小滑环(图中未画出)，三个滑环分别从a、b、c处释放(初速为 0)，用t1、t2、t3依次表示滑环到达d所用的时间，则（） A．t1 < t2 < t3 B．t1 > t2 > t3 C．t3 > t1 > t2 D．t1 = t2 = t3 变式1：如图所示，oa、ob、oc是竖直面内三根固定的光滑细杆，O、a、b、c、d位于同一圆周上，d点为圆周的最高点，c点为最低点。每根杆上都套着一个小滑环(图中未画出)，三个滑环都从o点无初速释放，用t1、t2、t3依次表示滑环到达a、b、c所用的时间，则( ) t1 = t2 = t3 B．t1 > t2 > t3 C．t1 < t2 < t3 D．t3 > t1 > t2 变式2：有三个光滑斜轨道1、2、3,它们的倾角依次是60°、45°和30°。 这些轨道交于O点.现有位于同一竖直线上的3个小物体甲、乙、丙，分别沿这3个轨道同时从静止自由下滑,如图所示。物体滑到O点的先后顺序是（） A.甲最先，乙稍后,丙最后 B.乙最先，然后甲和丙同时到达 C.甲、乙、丙同时到达 D.乙最先，甲稍后，丙最后 三、连接体问题 3．如图所示，质量形状均相同的木块紧靠在一起，放在光滑的水平面上，现用水平恒力推1号木块，使10个木块一起向右匀加速运动，则2号木块对3号木块的推力为___________，4号木块对3号木块的推力为___________. 牛顿第二定律的瞬时性 牛顿第二定律的几个特性： 瞬时性a与F对应同一时刻，即a为某时刻的加速度时，F为该时刻物体所受合力，加速度随合外力同时产生、同时变化、同时消失。 因果性 F是产生a的原因，物体具有加速度是因为物体受到了力。 矢量性加速度与合外力都是矢量，它们的方向始终相同，加速度的方向唯一由合外力的方向决定。 同一性①加速度a相对同一惯性系（一般指地面） ②ma F=中，a m F、 、对应同一物体或同一系统。 ③ma F=中，各量统一使用国际单位。 独立性①作用于物体上的每个力都独立地产生一个加速度且遵循牛顿第二定律 ②物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和。（合加速度） 局限性①只适用于宏观物体（相对于分子、原子）、低速运动（小于光速）的情况 ②只适用于宏观物体（相对于分子、原子）、低速运动（小于光速）的情况 例：如图所示，如图所示，轻弹簧下端固定在水平面上。一个小球从弹簧正上方某一高度处由静止开始自由下落，接触弹簧后把弹簧压缩到一定程度后停止下落。在小球下落的这一全过程中，下列说法中正确的是（） A．小球刚接触弹簧瞬间速度最大 B．从小球接触弹簧起加速度变为竖直向上 C．从小球接触弹簧到到达最低点，小球的速度先增大后减小 D．从小球接触弹簧到到达最低点，小球的加速度先减小后增大 解析：小球的加速度大小决定于小球受到的合外力。从接触弹簧到到达最低点，弹力从零开始逐渐增大，所以合力先减小后增大，因此加速度先减小后增大。当合力与速度同向时小球速度增大，所以当小球所受弹力和重力大小相等时速度最大。选CD。 10．在光滑水平面上有一物块受水平恒力F的作用而运动，在其正前方固定一个足够长的轻质弹簧，如图所示，当物块与弹簧接触并将弹簧压至最短的过程中，下列说法正确的是BCD A．物块接触弹簧后即做减速运动 B．物块接触弹簧后先加速后减速 C．当弹簧处于压缩量最大时，物块的加速度不等于零 D．当物块的速度为零时，它所受的合力不为零 （2012?四川）如图所示，劲度系数为k的轻弹簧的一端固定在墙上，另一端与置于水平面上质量为m的物体接触（未连接），弹簧水平且无形变．用水平力，缓慢推动物体，在弹性限度内弹簧长度被压缩了x0，此时物体静止．撤去F后，物体开始向左运动，运动的最大距离为4x0．物体与水平面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g．则（） 牛顿第二定律 牛顿第二定律 1．内容物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比、跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。 2．表达式 F＝ma。 3．“五个”性质 考点一| 瞬时加速度问题 1.一般思路:分析物体该时的受力情况―→由牛顿第二定律列方程―→瞬时加速度 2．两种模型 (1)刚性绳(或接触面)：一种不发生明显形变就能产生弹力的物体，剪断(或脱离)后，弹力立即改变或消失，不需要形变恢复时间，一般题目中所给的细线、轻杆和接触面在不加特殊说明时，均可按此模型处理。 (2)弹簧(或橡皮绳)：当弹簧的两端与物体相连(即两端为固定端)时，由于物体有惯性，弹簧的长度不会发生突变，所以在瞬时问题中，其弹力的大小认为是不变的，即此时弹簧的弹力不突变。 [例] (多选)(2014·南通第一中学检测)如图所示，A、B球的质量相等，弹簧的质量不计，倾角为θ的斜面光滑，系统静止时，弹簧与细线均平行于斜面，在细线被烧断的瞬间，下列说法正确的是( ) A．两个小球的瞬时加速度均沿斜面向下，大小均为g sin θ B．B球的受力情况未变，瞬时加速度为零 C．A球的瞬时加速度沿斜面向下，大小为2g sin θ D．弹簧有收缩的趋势，B球的瞬时加速度向上，A球的瞬时加速度向下，瞬时加速度都不为零 [例](2013·吉林模拟)在动摩擦因数μ＝0.2的水平面上有一个质量为m ＝2 kg 的小球，小球与水平轻弹簧及与竖直方向成θ＝45°角的不可伸长的轻绳一端相连，如图所示，此时小球处于静止平衡状态，且水平面对小球的弹力恰好为零。当剪断轻绳的瞬间，取g ＝10 m/s 2 ，以下说法正确的是( ) A ．此时轻弹簧的弹力大小为20 N B ．小球的加速度大小为8 m/s 2 ，方向向左 C ．若剪断弹簧，则剪断的瞬间小球的加速度大小为10 m/s 2，方向向右 D ．若剪断弹簧，则剪断的瞬间小球的加速度为0 针对练习：(2014·苏州第三中学质检)如图所示，质量分别为m 、2m 的小球A 、B ，由轻质弹簧相连后再用细线悬挂在电梯内，已知电梯正在竖直向上做匀加速直线运动，细线中的拉力为F ，此时突然剪断细线。在线断的瞬间，弹簧的弹力的大小和小球A 的加速度的大小分别为( ) A.2F 3，2F 3m ＋g B.F 3，2F 3m ＋g C.2F 3，F 3m ＋g D.F 3，F 3m ＋g 4．(2014·宁夏银川一中一模)如图所示，A 、B 两小球分别连在轻线两端，B 球另一端与弹簧相连，弹簧固定在倾角为30°的光滑斜面顶端．A 、B 两小球的质量分别为m A 、m B ，重力加速度为g ，若不计弹簧质量，在线被剪断瞬间，A 、B 两球的加速度大小分别为( ) A ．都等于g 2 B.g 2和0 C.g 2和m A m B ·g 2 D.m A m B ·g 2和g 2 考点二 | 动力学的两类基本问题分析 解决两类动力学问题两个关键点 (1)把握“两个分析”“一个桥梁”两个分析：物体的受力分析和物体的运动过程分析。一个桥梁：物体运动的加速度是联系运动和力的桥梁。 (2)寻找多过程运动问题中各过程间的相互联系。如第一个过程的末速度就是下一个过程的初速度，画图找出各过程间的位移联系。 高一物理必修一4.3《牛顿第二定律》课时同步练习 一、单选题： 1、关于牛顿第二定律，正确的说法是( ) A．合外力跟物体的质量成正比，跟加速度成正比 B．加速度的方向不一定与合外力的方向一致 C．加速度跟物体所受合外力成正比，跟物体的质量成反比；加速度方向与合外力方向相同D．由于加速度跟合外力成正比，整块砖自由下落时加速度一定是半块砖自由下落时加速度的2倍 2、小明同学在水平面上用水平恒力推动木箱做与加速直线运动。小明在思考，怎么样才能使木前的加速度变为原来的2倍（） A．将水平推力增大到原来的2倍 B．将阻力减少到原来的 C．将物体的质量增大到原来的2倍 D．将物体的推力和阻力都增大到原来2倍 3、如图所示，从某一高处自由下落的小球，落至弹簧上端并将弹簧压缩到最短．问小球被弹簧弹起直至离开弹簧的过程中，小球的速度和所受合力变化情况是（） A. 合力变大,速度变大 B. 合力变小,速度变大 C. 合力先变小后变大,速度先变大后变小 D. 合力先变大后变小,速度先变小后变大 4、一物体质量为20kg，放在水平地面上，当用水平力F1=30N推它时，其加速度为1m/s2；当水平推力增为F2=45N时，其加速度为（） A．1m/s2 B．1.5m/s2 C．2.5m/s2 D．3m/s2 5、某同学在粗糙水平地面上用水平力F向右推一木箱沿直线前进．已知推力大小是80N，物体的质量是20kg，物体与地面间的动摩擦因数μ=0.2，取g=10m/s2，下列说法正确的是（） A. 物体受到地面的支持力是40N B. 物体受到地面的摩擦力大小是40N C. 物体沿地面将做匀速直线运 D. 物体将做加速度为a=4m/s2的匀加速直线运动 6、为了节省能量，某商场安装了智能化的电动扶梯。无人乘行时，扶梯运转得很慢；有人 一、交流探究： 【交流1】常见图象 动力学中常见的有a－F、a－1/m、F－t、v－t、x－t图象等，我们可抓住图象的斜率、截距、面积、交点、拐点等信息，结合牛顿第二定律和运动学公式来分析解决问题。 【交流2】求解图象问题的思路： (1)确定研究对象并分析其受力情况和运动情况； (2)建立直角坐标系求合力（一般让x 轴沿着a的方向）； (3)分析图象获取所需信息： 通常在a－F图象中找出a与F的对应值；在a－1/m图象中找出a与m的对应值； 在F－t图象中找出F在相应时刻的值；在v－t和x－t图象中求出a的值。 (4)根据牛顿第二定律列方程求解。 【交流3】图象问题的两种情况 （1）先根据牛顿第二定律、运动学公式，求出对应的函数关系式，再由函数关系式选择正确的图象， （2）由图象给出的数据，结合牛顿第二定律、运动学公式解决物体的运动情况 二、互助探究： 【探究1】如图所示，A、B两条直线是在A、B两地分别用竖直向上的力F拉质量分别为m A、m B的两物体得出的两个加速度a与F的关系图象，由 图象分析可知( ) A. m A>m B g A>g B B.m A>m B g A>g B C.m A 牛顿运动定律专题（二） ※【模型解析】——瞬时性问题 (1)刚性绳(或接触面)：一种不发生明显形变就能产生弹力的物体，剪断(或脱离)后，弹力立即改变或消失，不需要形变恢复时间，一般题目中所给的细线、轻杆和接触面在不加特殊说明时，均可按此模型处理． (2)弹簧(或橡皮绳)：当弹簧的两端与物体相连 (即两端为固定端)时，由于物体有惯性，弹簧的长度不会发生突变，所以在瞬时问题中，其弹力的大小认为是不变的，即此时弹簧的弹力不突变． 【典型例题】 例1.如图，物体A、B用轻质细线2相连，然后用细线1悬挂在天花板上，求剪断轻细线1的瞬间两个物体的加速度a1、a2大小分别为( ) A．g,0 B．g，g C．0，g D．2g，g 例1题图例2题图例3题图 例2.如图所示，吊篮P悬挂在天花板上，与吊篮质量相等的物体Q被固定在吊篮中的轻弹簧托住，当悬挂吊篮的细绳烧断瞬间，吊蓝P和物体Q的加速度大小是( ) A．a P＝a Q＝g B．a P＝2g，a Q＝0 C．a P＝g，a Q＝2g D．a P＝2g，a Q＝g 例3.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( ) A.a1=a2=a3=a4=0 B. a1=a2=a3=a4=g C．a1＝a2＝g，a3＝0，a4＝g D．a1＝g，a2＝g，a3＝0，a4＝g 例4.细绳拴一个质量为m的小球，小球用固定在墙上的水平弹簧支撑，小球与弹簧不粘连．平衡时细绳与竖直方向的夹角为53°，如图所示．以下说法正确的是(已知cos 53°＝0.6，sin 53°＝0.8)( ) 大智者必谦和，大善者比宽容。 二、牛顿第二定律练习题 一、选择题 1．关于物体运动状态的改变,下列说法中正确的是[ ] A．物体运动的速率不变,其运动状态就不变 B.物体运动的加速度不变，其运动状态就不变 C．物体运动状态的改变包括两种情况：一是由静止到运动，二是由运动到静止 D.物体的运动速度不变,我们就说它的运动状态不变 2.关于运动和力,正确的说法是[] A.物体速度为零时,合外力一定为零 Ｂ.物体作曲线运动,合外力一定是变力 C．物体作直线运动,合外力一定是恒力 D.物体作匀速运动，合外力一定为零 3.在光滑水平面上的木块受到一个方向不变，大小从某一数值逐渐变小的外力作用时，木块将作[ ] A.匀减速运动 B．匀加速运动 C．速度逐渐减小的变加速运动 D．速度逐渐增大的变加速运动 4.在牛顿第二定律公式F=km·a中,比例常数k的数值: ［] A.在任何情况下都等于1 Ｂ．k值是由质量、加速度和力的大小决定的 C．k值是由质量、加速度和力的单位决定的 D．在国际单位制中，k的数值一定等于1 5.如图1所示，一小球自空中自由落下，与正下方的直立轻质弹簧接触,直至速度为零的过程中，关于小球运动状态的下列几种描述中,正确的是［] Ａ．接触后，小球作减速运动，加速度的绝对值越来越大,速度越来越小，最后等于零 B.接触后，小球先做加速运动,后做减速运动,其速度先增加后减小直到为零 Ｃ.接触后,速度为零的地方就是弹簧被压缩最大之处，加速度为零的地方也是弹簧被压缩最大之处 D．接触后，小球速度最大的地方就是加速度等于零的地方 6．在水平地面上放有一三角形滑块,滑块斜面上有另一小滑块正沿斜面加速下滑,若三角形滑块始终保持静止，如图2所示.则地面对三角形滑块[ ] A．有摩擦力作用,方向向右 Ｂ．有摩擦力作用,方向向左 C．没有摩擦力作用 D.条件不足，无法判断 7.设雨滴从很高处竖直下落,所受空气阻力f和其速度v成正比．则雨滴的运动情况是[ ］ A．先加速后减速,最后静止 B．先加速后匀速 Ｃ．先加速后减速直至匀速 D.加速度逐渐减小到零 牛顿第二定律应用的问题 1. 力和运动的关系 力是改变物体运动状态的原因，而不是维持运动的原因。由知，加速度与力有直接关系，分析清楚了力，就知道了加速度，而速度与力没有直接关系。速度如何变化需分析加速度方向与速度方向之间的关系，加速度与速度同向时，速度增加；反之减小。在加速度为零时，速度有极值。 例1. 如图1所示，轻弹簧下端固定在水平面上。一个小球从弹簧正上方某一高度处由静止开始自由下落，接触弹簧后把弹簧压缩到一定程度后停止下落。在小球下落的这一全过程中，下列说法中正确的是（） 图1 A. 小球刚接触弹簧瞬间速度最大 B. 从小球接触弹簧起加速度变为竖直向上 C. 从小球接触弹簧到到达最低点，小球的速度先增大后减小 D. 从小球接触弹簧到到达最低点，小球的加速度先减小后增大 例2. 一航天探测器完成对月球的探测任务后，在离开月球的过程中，由静止开始沿着与月球表面成一倾斜角的直线飞行，先加速运动，再匀速运动，探测器通过喷气而获得推动力，以下关于喷气方向的描述中正确的是（） A. 探测器加速运动时，沿直线向后喷气 B. 探测器加速运动时，竖直向下喷气 C. 探测器匀速运动时，竖直向下喷气 D. 探测器匀速运动时，不需要喷气 解析：小球的加速度大小决定于小球受到的合外力。从接触弹簧到到达最低点，弹力从零开始逐渐增大，所以合力先减小后增大，因此加速度先减小后增大。当合力与速度同向时小球速度增大，所以当小球所受弹力和重力大小相等时速度最大。故选CD。 解析：受力分析如图2所示，探测器沿直线加速运动时，所受合力方向 与运动方向相同，而重力方向竖直向下，由平行四边形定则知推力方向必须斜向上方，由牛顿第三定律可知，喷气方向斜向下方；匀速运动时，所受合力为零，因此推力方向必须竖直向上，喷气方向竖直向下。故正确答案选C。 图2 牛顿第二定律的应用(瞬时性问题) 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢 2 牛顿第二定律的应用 -----瞬时性问题练习题 1．如图所示，在光滑的水平面上，质量分别为m 1和m 2的木块A 和B 之间用轻弹 簧相连，在拉力F 作用下，以加速度a 做匀加速直线运动，某时刻突然撤去拉力F ，此瞬时A 和B 的加速度为a 1和a 2，则 A ．a 1= a 2=0 B ．a 1=a, a 2=0 C ．a 1= m 1a/( m 1+ m 2)， a 2= m 2a/( m 1+ m 2) D ．a 1=a ， a 2= m 1a/ m 2 2．如右图所示，吊篮P 悬挂在天花板上，与吊篮质量相等的物体Q 由在吊篮中的轻质弹簧托住，当悬挂吊篮的细绳剪断的瞬间，吊篮P 和物体Q 的加速度是 A ．a P ＝g ，a Q ＝g B ．a P ＝2g ，a Q ＝g C ．a P ＝g ，a Q ＝2g D ．a P ＝2g ，a Q ＝0 3．如图所示，物体甲、乙质量均为m ，弹簧和悬线的质量可以 忽略不计．当悬线被烧断的瞬间，甲、乙的加速度数值应是 下列哪一种情况： A ．甲是0，乙是g B ．甲是g ，乙是g C ．甲是0，乙是0 D ．甲是 2 g ，乙是g 4．如图所示，球A 、B 、C 质量分别为m 、2m 、3m ，A 与天花板间、B 与C 之间用轻弹簧相连，当该系统平衡后，突然将AB 间轻绳绕断， 在绕断瞬间，A 、B 、C 的加速度（以向下为正方向）分别为 A ．0、g 、g B ．－5g 、2.5g 、0 C ．5g 、2.5g 、0 D ．－g 、2g 、2g 5．如图所示，质量分别为m 1和m 2的甲、乙两物体用细绳相连，甲、乙中间有一个竖直放置的被压缩的弹簧，乙放在地面上，此时细绳的张力为F ，在把细绳剪断的一瞬间，甲的加速度为a ，此时乙对地面的压力为 A ．（m 1+m 1）g B ．(m 1+m 2)g+F C ．m 1g+F D ．m 1(g+a)+m 1g 6．如图所示，一根轻质弹簧上端固定，下端挂一质量为m 的平盘，盘中有一物体，质量为M 。当盘静止时，弹簧的长度比其自然长度伸长了L 。今向下拉盘使弹簧再伸长ΔL 后停止。然后 松手放开。设弹簧总处在弹性限度内，则刚松手时，盘对物体的支持力等于 A ．（1+ L L ?）Mg B ．（1+L L ?）（M + m ）g C ．L L ?Mg D ．L L ?（M + m ）g 7．(多选题) 如图所示，竖直平面内两根光滑细杆所构成的角AOB 被铅垂线OO ′平 分，∠AOB A B F 甲 乙 3 牛顿第二定律 【例题解析】 例1 在光滑的水平面上做匀加速直线运动的物体，当它所受的合力逐渐减小而方向不变时，物体的（ ） A. 加速度越来越大，速度越来越大 B. 加速度越来越小，速度越来越小 C. 加速度越来越大，速度越来越小 D. 加速度越来越小，速度越来越大 解析： 开始时物体做匀加速直线运动，说明合力方向与速度方向相同。当合力逐渐减小时，根据牛顿第二定律可知，物体的加速度在逐渐减小。但合力的方向始终与物体运动的方向相同，物体仍做加速运动，速度仍在增加，只是单位时间速度的增加量在减小，即速度增加得慢了。正确选项为D 。 点评： 有同学可能会错误地认为：合力减小了，速度也随之减小，产生这种错误的原因是没有弄清合力对速度的影响。合力的大小会影响到加速度的大小，影响到速度变化的快慢；速度是增加还是减小要看合力方向与速度方向的关系。要注意正确理解力、加速度和速度之间的关系。加速度与合力有直接的关系，加速度的大小与合力的大小成正比，方向总与合力的方向相同；一般情况下，速度的大小与合力的大小无直接联系。 例2 如图4—3—1所示，一轻质弹簧一端固定在墙上的O 点，自由伸长到B 点。今用一小物体m 把弹簧压缩到A 点（m 与弹簧不连接），然后释放，小物体能经B 点运动到C 点而静止。小物体m 与水平面间的动摩擦因数μ恒定，则下列说法中正确的是（ ） A. 物体从A 到B 速度越来越大 B. 物体从A 到B 速度先增加后减小 C. 物体从A 到B 加速度越来越小 D. 物体从A 到B 加速度先减小后增加 解析：物体从A 到B 的过程中水平方向一直受到向左的滑动摩擦力F f =μmg ，大小不变；还一直受到向右的弹簧的弹力，从某个值逐渐减小为0。开始时，弹力大于摩擦力，合力向右，物体向右加速，随着弹力的减小，合力越来越小；到A 、B 间的某一位置时，弹力和摩擦力大小相等、方向相反，合力为0，速度达到最大；随后，摩擦力大于弹力，合力增大但方向向左，合力方向与速度方向相反，物体开始做减速运动。所以，小物体由A 到B 的过程中，先做加速度减小的加速运动，后做加速度增加的减速运动，正确选项为B 、D 。 点评：对于本题，有些同学可能会因受力分析不全面（漏掉滑动摩擦力）而误选A 、C 。注意分析物体运动时，将复杂过程划分为几个简单的过程，找到运动的转折点是关键。对此类运动过程的动态分析问题，要在受力分析上下功夫。 例3 有一个恒力能使质量为m 1的物体获得3m/s 2 的加速度，如将其作用在质量为m 2的 物体上能产生1.5m/s 2 的加速度。若将m 1和m 2合为一体，该力能使它们产生多大的加速度？ 解析：以m 1为研究对象，有 F =m 1a 2； 以m 2为研究对象，有 F =m 2a 2； 以m 1、m 2整体为研究对象，有 F =( m 1+ m 2)a 。 图4—3— 1 O A B C 关于“验证牛顿第二定律实验”的三个问题 问题1. 在“验证牛顿第二定律”的实验中，小车包括砝码的质量为什么要远大于砂和砂桶的总质量。 分析：在做 关系实验时，用砂和砂桶重力mg 代替了小车所受的拉力F ，如图1所 示： 而砂和砂桶的重力mg 与小车所受的拉力F 是并不相等．这是产生实验系统误差的原因，为此，必须根据牛顿第二定律分析mg 和F 在产生加速度问题上存在的差别． 实验时可得到加速度与力的关系的图像，如图2所示，由图像经过原点知，小车所受的摩擦力已被平衡．设小车实际加速度为a ，由牛顿第二定律可得： ()mg M m a =+ 即 ()mg a M m =+ 若视 F ma =，设这种情况下小车的加速度为 a '，则 mg a M '=．在本实验中，M 保持不变，与()mg F 成正比，而实际加速度a 与mg 成非线性关系，且m 越大，图像斜率越小。理想情况下，加速度a 与实际加速度差值为 图１ 图２ 221()()m g mg mg g a M M M m M M m M m m ?=-==+++ 上式可见，m 取不同值， a ?不同，m 越大，a ?越大， 当m M 时，a a '≈， 0a ?→，这就是要求该实验必须满足m M 的原因所在． 由图２还可以可以看出，随着()F mg 的增大，加速度的实验值与理想值之间的差别越来越大. 本实验是因原理不完善引起的误差，实验用砂和砂桶的总重力mg 代替小车的拉力，而实际小车所受的拉力要小于砂和砂桶的总重力，这个砂和砂桶的总质量越接近小车和砝码的总质量，误差越大，反之砂和砂桶的总质量越小于小车和砝码的总质量，由此引起的误差就越小．即此误差可因为 m M 而减小，但不可能消去此误差． 问题2：在利用打点计时器和小车做“验证牛顿第二定律”的实验时，实验前为什么要平衡摩擦力？应当如何平衡摩擦力？ 分析：牛顿第二定律表达式 F ma =中的F ，是物体所受的合外力，在本实验中，如果不采用一定的办法平衡小车及纸带所受的摩擦力，小车所受的合外力就不只是细绳的拉力，而应是细绳的拉力和系统所受的摩擦力的合力．因此，在研究加速度a 和外力F 的关系时，若不计摩擦力，误差较大，若计摩擦力，其大小的测量又很困难；在研究加速度a 和质量m 的关系时，由于随着小车上的砝码增加，小车与木板间的摩擦力会增大，小车所受的合外力就会变化（此时长板是水平放置的），不满足合外力恒定的实验条件，因此实验前必须平衡摩擦力 应如何平衡摩擦力？怎样检查平衡的效果？有人是这样操作的；把如图3所示装置中的长木板的右端垫高一些，使之形成一 图3 牛顿第二定律应用——图像专题 学习目标： 1．进一步理解牛顿第二定律； 2．理解图像的物理意义； 3．会结合图像求解动力学问题。 重点：理解牛顿第二定律，并结合图像求解动力学问题 难点：学生能力培养 一、牛顿运动定律中的图象 图象能形象的表达物理规律，能直观地描述物理过程，能鲜明地表示物理量之间的关系。应用图象，不仅能进行定性分析、比较、判断，也适宜于定量计算、论证，而且通过图象的启发常能找到巧妙的解题途径。因此，理解图象的物理意义，自觉地运用图象分析表达物理规律，是十分必要的。 当然，牛顿第二定律与图象的综合问题也是近年来高考的重点和热点。 一)、理解图象的轴、点、线、截、斜、面六大功能 1、轴：弄清直角坐标系中，横轴、纵轴代表的含义，即图像是描述哪两个物理量间的关系，是位移—时间关系？还是速度—时间关系？等等……同时注意单位及标度。 2、点：物理图像上的“点”代表某一物理状态，要弄清图像上任一点的物理意义，实质是两个轴所代表的物理量的瞬时对应关系，如代表t时刻的位移s，或t时刻对应的速度等等．在图象中我们着重要了解截距点、交点、极值点、拐点等这些特殊点的物理意义。 3、线：图像上的一段直线或曲线一般对应一段物理过程，给出了纵轴代表的物理量随横轴代表的物理量的变化过程． 4、截：即纵轴截距，一般代表物理过程的初状态情况，即时间为零时的位移或速度的值．当然，对物理图像的全面了解，还需同学们今后慢慢体会和提高，如对矢量及标量的正确处理分析等等…… 5、斜：即斜率，也往往代表另一个物理量的规律，看两轴所代表物理量的变化之比的含义．同样可以从物理公式或单位的角度分析，如s—t图像中，斜率代表速度等等…… 6、面：图像和坐标轴所夹的“面积”常与某一表示过程的物理量相对应，如能充分利用“面积”的这一特点来解题，不仅思路清晰，而且在很多情况下可以使解体过程得到简化，起到比解析法更巧妙、更灵活的独特效果。如速度--时间图像与横轴所围面积为物体在这段时间内的位移，看两轴代表的物理量的“积”有无实际的物理意义，可以从物理公式分析，也可从单位的角度分析，如s—t图像“面积”无实际意义，不予讨论。 二）、求解图象问题的思路 1．常见图象 动力学中常见的有a－F、a－1/m、F－t、v－t、x－t图象等，我们可抓住图象的斜率、截距、面积、交点、拐点等信息，结合牛顿第二定律和运动学公式来分析解决问题。 2．求解图象问题的思路： (1)确定研究对象并分析其受力情况和运动情况； (2)建立直角坐标系求合力（一般让x 轴沿着a的方向）； (3)分析图象获取所需信息： 通常在a－F图象中找出a与F的对应值；在a－1/m图象中找出a与m的对应值； 在F－t图象中找出F在相应时刻的值；在v－t和x－t图象中求出a的值。 (4)根据牛顿第二定律列方程求解。 牛顿运动定律的应用（张胜富) 一、知识归纳： 1、牛顿第二定律 (1)定律内容:物体的加速度跟所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同. (２)定义式：F 合=ma 2、对牛顿第二定律的理解 (1)瞬时性．根据牛顿第二定律,对于质量确定的物体而言,其加速度的大小和方向完全由物体受到的合外力的大小和方向所决定．加速度和物体所受的合外力是瞬时对应关系，即同时产生、同时变化、同时消失，保持一一对应关系. (２)矢量性.Ｆ＝ma 是一个矢量式．力和加速度都是矢量,物体的加速度的方向由物体所受合外力的方向决定．已知F 合的方向,可推知ａ的方向，反之亦然. (3)同体性:a = m F 合各量都是属于同一物体的,即研究对象的统一性． (4)独立性:Ｆ合产生的a 是物体的合加速度，ｘ方向的合力产生x 方向的加速度，y 方向的合力产生y 方向的加速度.牛顿第二定律的分量式为F x =ma ｘ,F y ＝ma ｙ. (5）相对性:公式中的a 是相对地面的而不是相对运动状态发生变化的参考系的． 特别提醒： (1)物体的加速度和合外力是同时产生的，不分先后，但有因果性,力是产生加速度的原因，没有力就没有加速度. (2)不能根据ｍ= m F 得出ｍ∝F ,m ∝a 1 的结论．物体的质量m 与物体受的合外力和运动的加速度无关. ３、合外力、加速度、速度的关系 (1)物体所受合外力的方向决定了其加速度的方向,合外力与加速度的大小关系是Ｆ=ma ,只要有合外力,不管速度是大还是小，或是零,都有加速度,只要合外力为零，则加速度为零，与速度的大小无关.只有速度的变化率才与合外力有必然的联系． （2）合力与速度同向时,物体做加速运动,反之减速. (3）力与运动关系: 力是改变物体运动状态的原因,即力→加速度→速度变化(运动状态变化)，物体所受到的合外力决定了物体加速度的大小，而加速度的大小决定了单位时间内速度变化量的大小，加速度的大小与速度大小无必然的联系. (4)加速度的定义式与决定式: ａ= t v ??是加速度的定义式，它给出了测量物体的加速度的方法，这是物理上用比值定义物理量的方法;a =m F 是加速度的决定式,它揭示了物体产生加速度的原因及影响物体加 速度的因素. 特别提醒:物体的加速度的方向与物体所受的合外力是瞬时对应关系,即a 与合力Ｆ方向总是相同，但速度v 的方向不一定与合外力的方向相同． 讨论点一:如图所示，对静止在光滑水平面上的物体施加一水平拉力，当力刚开始作用瞬间 （ ) A ．物体立即获得速度 Ｂ.物体立即获得加速度 C.物体同时获得速度和加速度 瞬时性问题 【模型解析】 (1)刚性绳(或接触面)：一种不发生明显形变就能产生弹力的物体，剪断(或脱离)后，弹力立即改变或消失，不需要形变恢复时间，一般题目中所给的细线、轻杆和接触面在不加特殊说明时，均可按此模型处理． (2)弹簧(或橡皮绳)：当弹簧的两端与物体相连(即两端为固定端)时，由于物体有惯性，弹簧的长度不会发生突变，所以在瞬时问题中，其弹力的大小认为是不变的，即此时弹簧的弹力不突变． 【典型例题】 例1.如图，物体A、B用轻质细线2相连，然后用细线1悬挂在天花板上，求剪断轻细线1的瞬间两个物体的加速度a1、a2大小分别为() A．g,0B．g，g C．0，g D．2g，g 例1题图例2题图例3题图 例2.如图所示，吊篮P悬挂在天花板上，与吊篮质量相等的物体Q被固定在吊篮中的轻弹簧托住，当悬挂吊篮的细绳烧断瞬间，吊蓝P和物体Q的加速度大小是() A．a P＝a Q＝g B．a P＝2g，a Q＝0 C．a P＝g，a Q＝2g D．a P＝2g，a Q＝g 例3.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() A.a1=a2=a3=a4=0 B. a1=a2=a3=a4=g C．a1＝a2＝g，a3＝0，a4＝m＋M M g D．a1＝g，a2＝ m＋M M g，a3＝0，a4＝ m＋M M g 例4.细绳拴一个质量为m的小球，小球用固定在墙上的水平弹簧支撑，小球与弹簧不粘连．平衡时细绳与竖直方向的夹角为53°，如图所示．以下说法正确的是(已知cos 53°＝0.6，sin 53°＝0.8)() 牛顿第二定律-同步练习- ————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期： 3 牛顿第二定律 【例题解析】 例1 在光滑的水平面上做匀加速直线运动的物体，当它所受的合力逐渐减小而方向不变时,物体的( ) A. 加速度越来越大，速度越来越大 B. 加速度越来越小,速度越来越小 C. 加速度越来越大，速度越来越小 D. 加速度越来越小，速度越来越大 解析： 开始时物体做匀加速直线运动,说明合力方向与速度方向相同。当合力逐渐减小时,根据牛顿第二定律可知,物体的加速度在逐渐减小。但合力的方向始终与物体运动的方向相同，物体仍做加速运动，速度仍在增加,只是单位时间内速度的增加量在减小,即速度增加得慢了。正确选项为D 。 点评： 有同学可能会错误地认为：合力减小了,速度也随之减小，产生这种错误的原因是没有弄清合力对速度的影响。合力的大小会影响到加速度的大小，影响到速度变化的快慢;速度是增加还是减小要看合力方向与速度方向的关系。要注意正确理解力、加速度和速度之间的关系。加速度与合力有直接的关系,加速度的大小与合力的大小成正比,方向总与合力的方向相同；一般情况下，速度的大小与合力的大小无直接联系。 例2 如图4—3—1所示，一轻质弹簧一端固定在墙 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（m 与弹簧不连接),然后释放,小物体能经Ｂ点运动到Ｃ点而静止。小物体m 与水平面间的动摩擦因数μ恒定，则下列说法中正确的是（ ） A ． 物体从A 到 B 速度越来越大 B. 物体从A 到B 速度先增加后减小 C. 物体从A 到B 加速度越来越小 D ． 物体从A 到B 加速度先减小后增加 解析:物体从Ａ到B 的过程中水平方向一直受到向左的滑动摩擦力Ｆf ＝μｍｇ，大小不变；还一直受到向右的弹簧的弹力,从某个值逐渐减小为0。开始时,弹力大于摩擦力，合力向右，物体向右加速，随着弹力的减小，合力越来越小;到A 、B 间的某一位置时,弹力和摩擦力大小相等、方向相反，合力为0,速度达到最大;随后,摩擦力大于弹力，合力增大但方向向左，合力方向与速度方向相反,物体开始做减速运动。所以,小物体由A 到B 的过程中，先做加速度减小的加速运动,后做加速度增加的减速运动，正确选项为B 、D 。 点评：对于本题,有些同学可能会因受力分析不全面（漏掉滑动摩擦力）而误选A 、C 。注意分析物体运动时,将复杂过程划分为几个简单的过程，找到运动的转折点是关键。对此类运动过程的动态分析问题，要在受力分析上下功夫。 例３ 有一个恒力能使质量为m 1的物体获得３ｍ/s 2 的加速度，如将其作用在质量为m 2 的物体上能产生1.５ｍ／s 2 的加速度。若将m 1和m ２合为一体,该力能使它们产生多大的加速度？ 解析：以m 1为研究对象，有 F =ｍ１ａ2； 以m 2为研究对象,有 F =m 2a 2； 图4—3—1 O A B C 1 ．如图所示，汽车以10m／s的速度匀速驶向路口，当行驶至距路口停车线20m处时，绿灯还有3s熄灭．而 该汽车在绿灯熄灭时刚好停在停车线处，则汽车运动的速度一时间图象可能是（BC ） 2．原来静止的物体受到外力F的作用，如图所示为力F随时间变化的图象，则与F— t 图象对应的v—t图象是 下图中的（) 解析：由F—t图象可知，在0～t内物体的加速度a1＝F m，做匀加速直线运动；在 t～2t内物体的加速度a2＝ F m， 但方向与a1反向，做匀减速运动，故选B. 答案：B 3．雨点从高空由静止下落，在下落过程中，受到的阻力与雨点下落的速度成正比，图中能正确反映雨点下落运动情景的是( D ) A．①②B．②③C．①④ D．①③ 4.一物块以一定的速度滑上静止于光滑水平面上的 足够长的木板，它们的v-t图像如图所示。则物块与长木板两物体的质量之比及两者之间的摩擦 3 v/ms-1 1 v 因数分别为（D ） A．错误!未找到引用源。B．错误!未找到引用源。 C．错误!未找到引用源。D．错误!未找到引用源。 5．把一钢球系在一根弹性绳的一端，绳的另一端固定在天花板上，先把钢球托起（如图所示），然后放手．若弹性绳的伸长始终在弹性限度内，关于钢球的加速度a、速度v随时间t变化的图象，下列说法正确的是：（） A．甲为a－t图象B．乙为a－t图象C．丙为v－t图象 D．丁为v－t图象 5．【解析】由题图可知，弹性绳处于松弛状态下降时钢球做自由落体运动，绷紧后小球做简谐运动；当小球上升至绳再次松弛时做竖直上抛运动，故v～t图象为图甲，a～t图象为图乙．[答案] B 6．作用于水平面上某物体的合力F与时间t的关系如图所示，设力的方向向右为正，则将物体从下列哪个时刻由静止释放，该物体会始终向左运动（B ） A．t1时刻B．t2时刻 C．t3时刻D．t4时刻 7．如图所示，质量相等的a、b两物体，从斜面上的同一位置A由静止下滑，经B点在水平面上滑行一段距离后停下。不计经过B点时的能量损失，用传感器采集到它们的速度——时间图象，下列说法正确的是（AB ） F0 F －F0 t1t2 t3t 4 t5 t6 t人教版高一物理必修1同步练习：4.3牛顿第二定律
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