高考物理一轮复习 专题三 牛顿运动定律 考点二 牛顿运动定律的综合应用教学案(含解析)
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第2单元 牛顿运动定律的应用一、牛顿运动定律在动力学问题中的应用1.运用牛顿运动定律解决的动力学问题常常可以分为两种类型(1)已知受力情况,要求物体的运动情况.如物体运动的位移、速度及时间等.(2)已知运动情况,要求物体的受力情况(求力的大小和方向).但不管哪种类型,一般总是先根据已知条件求出物体运动的加速度,然后再由此得出问题的答案.常用的运动学公式为匀变速直线运动公式,2/2,2,21,0202200t t t t v v v t s v as v v at t v s at v v =+===-+=+=等. 2.应用牛顿运动定律解题的一般步骤(1)认真分析题意,明确已知条件和所求量,搞清所求问题的类型.(2)选取研究对象.所选取的研究对象可以是一个物体,也可以是几个物体组成的整体.同一题目,根据题意和解题需要也可以先后选取不同的研究对象.(3)分析研究对象的受力情况和运动情况.(4)当研究对象所受的外力不在一条直线上时:如果物体只受两个力,可以用平行四边形定则求其合力;如果物体受力较多,一般把它们正交分解到两个方向上去分别求合力;如果物体做直线运动,一般把各个力分解到沿运动方向和垂直运动的方向上.(5)根据牛顿第二定律和运动学公式列方程,物体所受外力、加速度、速度等都可根据规定的正方向按正、负值代入公式,按代数和进行运算.(6)求解方程,检验结果,必要时对结果进行讨论.3.应用例析【例1】一斜面AB 长为10m ,倾角为30°,一质量为2kg 的小物体(大小不计)从斜面顶端A 点由静止开始下滑,如图所示(g 取10 m/s 2)若斜面与物体间的动摩擦因数为0.5,求小物体下滑到斜面底端B 点时的速度及所用时间.【例2】如图所示,一高度为h =0.8m 粗糙的水平面在B 点处与一倾角为θ=30°光滑的斜面BC 连接,一小滑块从水平面上的A 点以v 0=3m/s 的速度在粗糙的水平面上向右运动。
第三章牛顿运动定律本章是高中物理的重点内容,是解决力学问题的三大途径之一,是物理学各分科间、物理学与其它学科间、以及物理学与生产实际相结合的重要纽带.同时还渗透了“构建物理模型”、“整体法与隔离法”、“力和运动的关系”、“临界问题”等物理学思想方法,对学好电磁学、热学等各类知识有广泛而深远的影响.可以说,牛顿定律是高中物理学的重要基石.本章及相关内容知识网络:专题一牛顿第一定律惯性【考点透析】一、本专题考点牛顿第一定律和惯性是Ⅱ类要求,既能够确切理解其含义及与其它知识的联系,能够用它解决生活中的实际问题.在高考中主要考查方向是运用牛顿第一定律的知识解释科技、生产、生活中的物理现象和进行定性判断.二、理解和掌握内容1.知识点的理解①牛顿第一定律的内容:一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止.②惯性:物体保持匀速直线运动或静止状态的性质叫惯性.惯性是物体的固有属性,与物体的运动及受力情况无关.物体的惯性仅由质量决定,质量是惯性大小的量度.2.几点说明:①不受力的物体是不存在的,牛顿第一定律不能用实验来直接验证,它是伽利略在大量实验现象的基础上,通过思维逻辑推理(既理想实验)方法得出的.②牛顿第一定律是独立定律,不能简单认为它是牛顿第二定律在不受力时的特例,事实上,牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础,描述的是物体不受外力时的运动规律.③牛顿第一定律的意义在于指出了一切物体均有惯性,指出力不是物体运动的原因而是改变物体运动状态使物体产生加速度的原因.④惯性不是力,惯性是物体保持匀速直线运动或静止状态的性质,而力是物体对物体的作用,惯性和力是两个不同的概念.3.难点释疑有的同学认为“惯性与物体的运动有关,速度大惯性大,速度小惯性小”,理由是物体的速度大则不易停下,速度小则易停下.产生这种错误的原因是把“惯性大小表示运动状态改变的难易程度”错误的理解成“惯性大小表示把物体由运动变为静止的难易程度”.事实上,在受到了相同阻力情况下,有相同的质量而速度不同的物体,在相同的时间内速度减少量是相同的.这就充分说明了质量相同的物体,它们运动状态改变的难易程度——惯性是相同的,与速度大小无关.4.综合创新牛顿定律给人们定义了一种参考系:一个不受外力作用的物体在这个参考系中观察将保持静止或匀速直线运动状态,这个参考系称为惯性系.研究地面上物体的运动时,地面参考系可认为是惯性系,相对于地面做匀速直线运动的参考系,也是惯性系,相对于地面做变速运动的物体就称为非惯性系.牛顿定律只在惯性系成立.【例题精析】例1 下列关于生活中常见的现象的说法正确的是()A.运动越快的汽车越不易停下,是因为汽车运动越快,惯性越大.B.骑车的人只有静止或匀速直线运动时才有惯性.C.跳水运动员跳起后能继续上升,是因为运动员仍受到一个向上的推力D.人推车的力是改变车惯性的原因.E.汽车的牵引力是使汽车产生加速度的原因.解析:物体的惯性仅由质量决定,与物体的运动及受力情况无关,所以ABC均错.力是改变物体运动状态原因故E正确.思考与拓宽:大家不妨以“假如生活中没有了惯性”为标题展开联想,写一篇科普小论文,谈谈那将如何改变我们的生活.例2 一向右运动的车厢顶部悬挂两单摆M、N,如图3-1,某瞬时出现如图情形,由此可知,车厢运动情况及单摆相对车厢运动情况可能为()A.车匀速直线运动,M摆动,N静止B.车匀速直线运动,M摆动,N摆动C.车匀速直线运动,M静止,N摆动D.车匀加速直线运动,M静止,N静止解析:由牛顿第一定律,当车匀速直线运动时,相对车厢静止的物体其悬线应为竖直,故M正在摆动;N可能相对车厢静止,也可能恰好摆到如图位置,故选项A B正确,C错误.当车匀加速运动时,由于物体的合外力向右,不可能出现N球悬线竖直情况,故选项D错误.思考与拓宽:要正确理解牛顿第一定律,就要去除日常生活中的一些错误观点.如我们常看到的一些物体都是在推力和拉力作用下运动的,以至于我们一看到物体在运动,就认为物体必受一沿运动方向的动力,这显然是错误的.若没有阻力作用就不需要推力或牵引力,力不是维持物体运动的原因,是使物体产生加速度的原因.【能力提升】Ⅰ知识与技能1.关于一些生活中常见的现象,下列说法正确的是()A.一同学用手推不动原来静止的小车,于是说:这辆车惯性太大B.在轨道上飞行的宇宙飞船中的物体不存在惯性C.乒乓球可以快速抽杀,是因为乒乓球的惯性小的缘故D.静止的火车起动较慢,是因为火车静止时惯性大2.如图3-2所示,一个各面均光滑的劈形物体M,上表面水平,放在固定斜面上.在M 的水平面上放一光滑小球m.将M由静止开始释放,则小球在碰到斜面前的运动轨迹为()A.沿斜面向下的直线B.竖直向下的直线C.无规则的直线D.抛物线3.在水平轨道上匀速行驶的火车内,一个人向上跳起,发现仍落回原处,这是因为()A.人跳起后空气给它向前的力,带着它随火车一起向前运动B.人跳起的瞬间,车厢的地板给它向前的力,推动它随火车一起向前运动C.车继续动人落下后必定偏后些,只是由于时间很短,偏后距离很小,不明显而已D.人跳起直到落下,在水平方向始终具有和车同样的速度4.在加速上升的电梯中用绳悬挂一物体,在剪断绳的瞬间,下列说法正确的是()A.物体立即向下作自由落体运动B.物体具有向上的加速度C.物体速度为0,但具有向下的加速度D.物体具有向上的速度和向下的加速度5.如图3-3所示,一轻弹簧的一端系一物体,用手拉弹簧的另一端使弹簧和物体一起在光滑水平面上向左匀加速运动,当手突然停止时物体将()A.立即停止B.向左作变加速运动C.向左作匀速运动D.向左减速运动6.关于力和运动的关系正确的是()①.撤掉力的作用,运动的汽车最终必定停下②.在跳高过程中,运动员受到的合外力不为0,但瞬时速度可能为0③.行驶汽车的速度方向总和受力方向一致④.加速行驶火车的加速度方向总和合外力方向一致A.①③ B.②④ C.①④ D.②③Ⅱ能力与素质7.如图3-4所示,在研究性学习活动中,某同学做了个小实验:将重球系于丝线DC下,重球下再系一根同样的丝线BA,下面说法正确的是()①.在丝线A端慢慢增加拉力,结果CD先被拉断②.在丝线A端慢慢增加拉力,结果AB先被拉断③.在丝线A端突然加力一拉,结果AB被拉断④.在丝线A端突然加力一拉,结果CD被拉断A.①③ B.②④ C.①④ D.②③8.如图3-5所示,在匀加速向右行驶的车厢中,悬挂一盛油容器,从容器中依次滴下三滴油滴并均落在底板上,下列说法正确的是()A.这三滴油滴依次落在OA间,且后滴较前滴离O点远B.这三滴油滴依次落在OB间且后滴较前滴离O点近C.这三滴油滴落在OA之间同一位置D.这三滴油滴均落在O点9.伽俐略理想实验将可靠的事实和理论思维结合起来,能更深刻地反映自然规律,伽俐略的斜面实验程序如下:(1)减小第二斜面的倾角,小球在这斜面上仍然要达到原来的高度(2)两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一斜面(3)如果没有摩擦,小球将上升到释放时的高度(4)继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球沿水平面做匀速运动请按程序先后次序排列,并指出它究竟属于可靠的事实,还是通过思维过程的推论,下列选项正确的是()A.事实2→事实1→推论3→推论4 B.事实2→推论1→推论3→推论4C .事实2→推论1→推论3→推论4D .事实2→推论1→推论410.有一种车载电子仪器内部电路如图3—6所示,其中M 为一质量较大金属块,将仪器固定一辆汽车上,汽车启动时, 灯亮,原理是 .汽车刹车时, 灯亮.【拓宽研究】1.我国公安交通部门规定,从1993年7月起,在各种小型车辆的司机及前排乘座的人必须系安全带,请同学们认真分析这样规定的原因.2.2001年2月11日晚上在中央台“实话实说”节目中,为了揭露李宏志的各种歪理邪说,司马南与主持人崔永元合作表演了“铁锤砸砖”的节目.崔永元头顶8块砖,司马南用铁锤奋力击砖,结果砖被击碎,但崔永元却安然无恙.据司马南讲,他作第一次实验时头顶一块砖,结果被震昏了过去.请从物理学角度定性解释上述事实.专题二 力 加速度 速度的关系【考点透析】一、本专题考点:牛顿第二定律是Ⅱ类要求,在高考中主要考查方向①是通过分析物体的受力情况求物体的运动情况②是通过分析物体的运动情况求物体的受力情况二、理解和掌握内容1.知识点的理解 ①牛顿第二定律:物体的加速度a 与物体所受的合外力成正比,与物体的质量成反比,加速度与合外力方向相同.即 ∑F =ma当质量一定时,加速度由合外力而定,加速度与合外力保持瞬时对应的关系.②力 加速度 速度的关系:速度是描述物体运动状态的物理量,而力是改变物体运动状态即产生加速度的原因.物体受到的合外力决定了物体当时加速度的大小,而加速度的大小决定了单位时间内速度的变化量而与物体当时的速度无关.分析这类问题有两种途径:(1)分析物体受力,应用牛顿第二定律求出加速度,再由物体的初始条件,应用运动学知识求出物体的运动情况 → 任意时刻的位置、速度.②由物体运动情况,应用运动学公式求出加速度,再应用牛顿第二定律推断物体的受力情况.在上述两种情况中加速度起桥梁作用.既2.难点释疑:如图3-7所示,自由下落的小球m 下落一段距离后与轻弹簧接触,从它接触弹簧到将弹簧压缩到最短过程中:①小球的速度先增大后减小,加速度先减小后增大.②小球速度最大的位置与小球下落高度无关.③在最低点,球对弹簧压力大于2mg .解析:速度大小变化取决于加速度a 与速度V 方向的关系.两者同向时速度增大,反之则减小.而加速度由合外力而定,小球在此过程中受力如图:开始mg >kx , a = mg -kx m,合力向下,a、v同向速度增大,随x ↑,a ↓ 当mg =kx 时,a =0,此时速度最大,x=mg k ,所以速度最大位置与下落高度无关.后来kx<mg a= kx -mg m,合力向下,a与v方向相反,速度减小,随x ↑,a ↑. 由于球与弹簧共同运动可视为简谐振动,球刚触及弹簧时加速度a=g ,而此位置在平衡位置和振幅之间,由简谐振动的特点可知,球在最高点和最低点时加速度a>g ,因而在最低点球对弹簧的弹力大于2mg .思考与拓宽:①请同学们进一步思考球反弹时的a、v变化.②请同学们思考从球下落到返回的全过程,能量是如何变化的.【例题精析】例1一物体受到若干力作用而处于静止状态,若将其中一力F1逐渐减小到0而后又逐渐恢复原值过程中(其余各力保持不变)物体的加速度a及速度v变化为( ) A.a 、v均增加 B.a减小,v增加C. a先增后减,v增大 D. a v均先增后减解析:由于其它各力的合力大小为F1,方向与F1相反,故某时刻物体合外力的大小即为F1的变化量.当F1减小时加速度a增大,当F1增大时加速度a减小,但加速度a的方向始终和速度v的方向相同,故速度v一直增大.答案:C.本题关键要把握:①受多力而平衡的物体,各力间的关系特征.②合外力变化引起加速度的变化.③加速度的方向与速度变化的关系.例2 如图3-8所示,质量相同的木块A、B用轻弹簧相连,置于光滑水平面.现用一水平恒力F推A,则由开始到弹簧第一次压缩到最短的过程中()A.A、B速度相同时,加速度a A=a BB.A、B速度相同时,加速度aA< a BC.A、B加速度相同时,速度vA<vBD .A、B加速度相同时,速度VA>vB解析:开始运动时弹簧的弹力很小,加速度a A>a B,,随弹力的增大A作加速度减小的加速运动,B作加速度增大的加速运动,直到a A=a B时A的平均加速度大,故此时vA>vB..之后随a B进一步变大将出现vA=vB,故此时a A<a B.答案:BD.思考与拓宽:在分析某一运动过程时,要形成一个科学的分析习惯,即这一过程是否可划分几个不同的过程?中间的转折点在哪?转折点有何物理特征?只有找出转折点才能正确判断运动的特征.如例题1中的F1减小到0、F1又恢复到原值;例题2中的a A=a B、vA=vB 就是关键的转折点.【能力提升】Ⅰ知识与技能1.轻弹簧下挂一物体,用手提弹簧的上端,使物体向上作匀加速直线运动.若手突然停住,物体在继续上升的过程中()①.速度逐渐减小②.速度先增大后减小③.加速度逐渐减小④.加速度先减小后增大A.①③ B.②④ C.①④ D.②③2.如图3-9所示,弹簧的一端系于墙上,自由端伸长到B点,今将一小物体m系于弹簧的另一端,并将弹簧压缩到A点后释放,C为运动的最远点.物体与地面的摩擦系数恒定,当物体第二次到B时的速度大小为v0,则()①.物体由A到B速度增大,由B到C速度减小②.物体由A到B速度先增大后减小,由B到C速度减小③.物体由C到B速度先增大后减小,由B到A速度减小④.物体在整个运动过程中共有4次速度大小为v0A.①②③ B.②③④ C.①④ D.①③3.一物体受若干力作用而做匀速直线运动,若将其中一力撤掉而保持其余力不变,则()①.物体一定作匀变速运动②.物体一定作匀变速直线运动③.物体可能作匀速圆周运动④.物体可能作曲线运动A.①② B.②④ C.①④ D.①③4.若竖直上抛的物体所受的阻力和速度成正比,则物体从上抛到落回到原处的过程中()A.加速度一直减小,速度先减小后增大B.加速度一直增大,速度先减小后增大C.加速度先减小后增大,速度先减小后增大D.加速度先增大后减小,速度先减小后增大5.如图3-10所示,物体从光滑曲面Q滑下,通过一粗糙静止传送带后落于地面上P点.现起动传送带,还让物体从Q点滑下,则()一、传送带逆时针转动,物体落在P点左侧②.传送带顺时针转动,物体一定落在P点右侧③.传送带逆时针转动,物体还落在P点④.传送带顺时针转动,物体可能还落在P点A.①② B.②④ C.①④ D.③④6.给足够宽的平行金属板AB加上如图3-11所示的电压.在某时刻t将一带正电粒子放入电场中的P点,不计重力,则下列说法正确的是()一、在t=0时将粒子放入,粒子将作简谐振动B.在t=T/4时将粒子放入,粒子将作简谐振动C.在t=T/8时将粒子放入,粒子将时向B运动时向A运动最后打在B板一、在t=5T/8时将粒子放入,粒子将时向A运动时向B运动最后打在B板Ⅱ能力与素质7.在无风的天气里,雨滴在空中竖直下落,由于受到空气阻力,最后以某一恒定速度下落,这个速度通常叫做收尾速度.设空气阻力与雨滴的速度成正比,则()①.雨滴的质量越大,收尾速度越大②.雨滴收尾速度与雨滴质量无关③.雨滴收尾前做加速度减小速度增加的运动④.雨滴收尾前做加速度增加速度也增加的运动A.①② B.①③ C.①④ D.③④8.某同学作如下力学实验:如图3-12甲,有一质量为m的小车A在水平面上运动,用水平向右的拉力作用在小车A上,测得小车加速度a与拉力F之间的关系如图3-12乙所示,设向右为a的正向.则A的质量m为kg,A与水平面摩擦系数为.9.如图3-13所示,传送带与水平面夹角为37°,并以v=10m/s速度逆时针转动.在传送带的上端A处轻放一小物体,物体与传送带摩擦系数为0.5,AB距离16m,.求物体由A到下端B的时间.10.物体在流体中运动时,它将受到流体的粘滞阻力.实验发现当物体相对流体的速度不太大时,粘滞阻力F=6πηvr,式中r为小球的半径,v为小球相对流体运动的速度, η为粘滞系数,随液体的种类和温度而定.现将一半径为r=1.0mm的钢球放入常温下的甘油中,让它下落,已知钢球的密度ρ=8.5×103kg/m3,甘油的密度ρ=1.3×103kg/m3,甘油的粘滞系数η=0.80Pa·S(取g=10m/s2)求:一、钢球从静止释放后,在甘油中做什么性质的运动?(2)当钢球的加速度a=g/2时,它的速度多大?(3)钢球在甘油中下落的最大速度为多大?【拓展研究】加速度计是测定物体加速度的仪器,在现代科技中它已成为导弹、飞机、潜艇、或宇宙飞船制导系统的信息源.如图3—14为应变式加速度计原理剖析图,当系统加速时,敏感元件P下端的滑动臂在滑动变阻器R上滑动把加速信息转换成电信号.设敏感元件P的质量为m,两侧弹簧劲度系数为k,电源电动势为ε,滑动变阻器总电阻为R,有效长度为L,系统静止时滑片位于滑动变阻器中央,电压表指针恰好位于表头刻度的中央,求:一、系统的加速度a与电压表的示数U的函数关系式.(2)将电压表的刻度盘改为加速度示数后,其刻度是否均匀?(3)若电压表的指针指向满刻度的3/4位置,此时系统处于加速状态还是减速状态?加速度多大?(设向右为飞行方向)思维发散:由于导弹、飞机、潜艇、或宇宙飞船在三维空间运动,故在飞行器上装有三只加速度计,测定在三个方向上平移的加速度,在配以三只陀螺仪,就可以知道飞行器的飞行方向.如图3—15,为飞行器惯性导航系统的核心部分,它是一个悬浮在高压气体或液体中质量很大的球,球的前后左右都装有能感觉压力的压电元件,平时这些元件都与球轻微接触,当飞行器飞行平稳时,球和周围元件一起运动,任何元件都不会有异常反应,但当飞行器变速、转弯时,某个方向的元件会受到挤压输出电信号.请同学们思考一下,若飞行器沿图示加速度方向运动时,哪个压电元件会受到挤压,能否设计一个电路,将飞行器的加速度大小在电压表上显示出来.专题三、应用牛顿第二定律常用的方法【考点透析】一、本专题考点:应用牛顿第二定律解决物理问题。
第2讲牛顿第二定律的基本应用学习目标 1.会用牛顿第二定律分析计算物体的瞬时加速度。
2.掌握动力学两类基本问题的求解方法。
3.知道超重和失重现象,并会对相关的实际问题进行分析。
1.2.3.4.1.思考判断(1)已知物体受力情况,求解运动学物理量时,应先根据牛顿第二定律求解加速度。
(√)(2)运动物体的加速度可根据运动速度、位移、时间等信息求解,所以加速度由运动情况决定。
(×)(3)加速度大小等于g的物体一定处于完全失重状态。
(×)(4)减速上升的升降机内的物体,物体对地板的压力大于物体的重力。
(×)(5)加速上升的物体处于超重状态。
(√)(6)物体处于超重或失重状态时其重力并没有发生变化。
(√)(7)根据物体处于超重或失重状态,可以判断物体运动的速度方向。
(×)2.(2023·江苏卷,1)电梯上升过程中,某同学用智能手机记录了电梯速度随时间变化的关系,如图所示。
电梯加速上升的时段是()A.从20.0 s到30.0 sB.从30.0 s到40.0 sC.从40.0 s到50.0 sD.从50.0 s到60.0 s答案A考点一瞬时问题的两类模型两类模型例1 (多选)(2024·湖南邵阳模拟)如图1所示,两小球1和2之间用轻弹簧B相连,弹簧B与水平方向的夹角为30°,小球1的左上方用轻绳A悬挂在天花板上,绳A与竖直方向的夹角为30°,小球2的右边用轻绳C沿水平方向固定在竖直墙壁上。
两小球均处于静止状态。
已知重力加速度为g,则()图1A.球1和球2的质量之比为1∶2B.球1和球2的质量之比为2∶1C.在轻绳A突然断裂的瞬间,球1的加速度大小为3gD.在轻绳A突然断裂的瞬间,球2的加速度大小为2g答案BC解析对小球1、2受力分析如图甲、乙所示,根据平衡条件可得F B=m1g,F B sin30°=m2g,所以m1m2=21,故A错误,B正确;在轻绳A突然断裂的瞬间,弹簧弹力未来得及变化,球2的加速度大小为0,弹簧弹力F B=m1g,对球1,由牛顿第二定律有F合=2m1g cos 30°=m1a,解得a=3g,故C正确,D错误。
专题3.2 牛顿第二定律及其应用1.理解牛顿第二定律的内容、表达式及性质.2.应用牛顿第二定律解决瞬时问题和两类动力学问题.一、瞬时加速度的求解1.牛顿第二定律(1)表达式为F=ma.(2)理解:核心是加速度与合外力的瞬时对应关系,二者总是同时产生、同时消失、同时变化.2.两类模型(1)刚性绳(或接触面)——不发生明显形变就能产生弹力的物体,剪断(或脱离)后,其弹力立即消失,不需要形变恢复时间.(2)弹簧(或橡皮绳)——两端同时连接(或附着)有物体的弹簧(或橡皮绳),特点是形变量大,其形变恢复需要较长时间,在瞬时性问题中,其弹力的大小往往可以看成保持不变.二、动力学中的图象问题1.动力学中常见的图象v-t图象、x-t图象、F-t图象、F-a图象等.2.解决图象问题的关键:(1)看清图象的横、纵坐标所表示的物理量及单位并注意坐标原点是否从零开始。
(2)理解图象的物理意义,能够抓住图象的一些关键点,如斜率、截距、面积、交点、拐点等,判断物体的运动情况或受力情况,再结合牛顿运动定律求解.三、连接体问题1.整体法的选取原则若连接体内各物体具有相同的加速度,且不需要求物体之间的作用力,可以把它们看成一个整体,分析整体受到的合外力,应用牛顿第二定律求出加速度(或其他未知量).2.隔离法的选取原则若连接体内各物体的加速度不相同,或者要求出系统内各物体之间的作用力时,就需要把物体从系统中隔离出来,应用牛顿第二定律列方程求解.3.整体法、隔离法的交替运用若连接体内各物体具有相同的加速度,且要求出物体之间的作用力时,可以先用整体法求出加速度,然后再用隔离法选取合适的研究对象,应用牛顿第二定律求作用力.即“先整体求加速度,后隔离求内力”.高频考点一、牛顿第二定律的理解例1.下列对牛顿第二定律的表达式F =ma 及其变形公式的理解,正确的是( ) A .由F =ma 可知,物体所受的合力与物体的质量成正比,与物体的加速度成反比 B .由m =F a 可知,物体的质量与其所受的合力成正比,与其运动的加速度成反比 C .由a =F m 可知,物体的加速度与其所受的合力成正比,与其质量成反比 D .由m =F a可知,物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受到的合力而求出答案: CD【变式探究】下列关于速度、加速度、合外力之间的关系,正确的是( ) A .物体的速度越大,则加速度越大,所受的合外力也越大 B .物体的速度为0,则加速度为0,所受的合外力也为0C .物体的速度为0,则加速度可能很大,所受的合外力也可能很大D .物体的速度很大,但加速度可能为0,所受的合外力也可能为0解析: 物体的速度大小和加速度大小没有必然联系。
第2节牛顿第二定律的应用必备知识预案自诊知识梳理一、单位制1.单位制:由和导出单位组成。
2。
基本单位:的单位。
力学中的基本量有三个,它们分别是质量、时间、,它们的国际单位分别是、秒、米。
3。
导出单位:由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位。
4.国际单位制中的七个基本物理量和基本单位①①注:“基本量”既可以采用国际单位制中的单位,也可以采用其他单位制中的单位,如厘米、英寸、斤等常用单位,并且不同的单位制规定的基本量不尽相同。
二、动力学的两类基本问题1.两类动力学问题第一类:已知受力情况求物体的运动情况.第二类:已知运动情况求物体的受力情况.2.解决两类基本问题的方法②以为“桥梁”,由运动学公式和牛顿第二定律列方程求解,具体逻辑关系如图:三、超重、失重1.实重和视重(1)实重:物体实际所受的重力,与物体的运动状态。
(2)视重:当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时,弹簧测力计或台秤的示数称为视重。
2。
超重、失重和完全失重的比较③注:物体在完全失重状态下由重力引起的现象将消失。
考点自诊1。
判断下列说法的正误。
(1)F=ma是矢量式,a的方向与F的方向相同,与速度方向无关.()(2)物体受到外力作用不为零时,立即产生加速度。
()(3)物体所受的合外力减小,加速度一定减小,而速度不一定减小。
()(4)千克、秒、米、库仑、安培均为国际单位制的基本单位。
()(5)超重就是物体的重力变大了.()(6)物体完全失重时,加速度一定为重力加速度.() (7)根据物体处于超重或失重状态,可以判断物体运动的速度方向.()2。
(多选)(新教材人教版必修第一册P104习题改编)“蹦极”是一项非常刺激的体育运动.某人身系弹性绳自高空P点自由下落,图中a点是弹性绳的原长位置,c是人所到达的最低点,b是人静止地悬吊着时的平衡位置,人在从P点落下到最低点c的过程中()A.人在Pa段做自由落体运动,处于完全失重状态B。
在ab段绳的拉力小于人的重力,人处于失重状态C。
考点二牛顿运动定律的综合应用基础点知识点1 牛顿运动定律的综合应用1.动力学的两类基本问题第一类:已知受力情况求物体的运动情况;第二类:已知运动情况求物体的受力情况。
2.解决两类基本问题的方法:以加速度为“桥梁”,由运动学公式和牛顿运动定律列方程求解,具体逻辑关系如图:知识点2 超重和失重1.实重和视重(1)实重:物体实际所受的重力,与物体的运动状态无关。
(2)视重①当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时,弹簧测力计或台秤的示数称为视重。
②视重大小等于弹簧测力计所受物体的拉力或台秤所受物体的压力。
2.超重、失重和完全失重的比较知识点3 动力学中的图象问题1.动力学中常见的图象vt图象、xt图象、Ft图象、Fa图象等。
2.解决图象问题的关键:(1)看清图象的横、纵坐标所表示的物理量及单位并注意坐标原点是否从零开始。
(2)理解图象的物理意义,能够抓住图象的一些关键点,如斜率、截距、面积、交点、拐点等,判断物体的运动情况或受力情况,再结合牛顿运动定律求解。
重难点一、应用牛顿运动定律解决两类动力学问题1.两类动力学问题及解题思路(1)已知物体的受力情况,求解物体的运动情况解决这类题目,一般是先分析物体的受力情况,求出合外力,再应用牛顿运动定律求出物体的加速度,再根据物体的初始条件,应用运动学公式,求出物体运动的情况,即求出物体在任意时刻的位置、速度及运动轨迹。
流程图如下:物体的受力情况―→物体的合外力―→加速度―→运动学公式―→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解决这类题目,一般是先应用运动学公式求出物体的加速度,再应用牛顿第二定律求出物体所受的合外力,进而求出物体所受的其他外力。
流程图如下:物体的运动情况―→运动学公式―→加速度―→物体的合外力―→物体的受力情况2.解决两类动力学问题的一般步骤可简记为:选对象,建模型;画草图,想情景;分析状态和过程;找规律、列方程;检验结果行不行。
特别提醒(1)当研究对象所受的外力不在一条直线上时:如果物体只受两个力,可以用平行四边形定则求其合力;如果物体受力较多,一般用正交分解法将物体受到的力分解到两个方向上分别求合力;如果物体做直线运动,一般把各个力分解到沿运动方向和与运动方向垂直的方向上。
(2)根据牛顿第二定律和运动学公式列方程时,物体所受外力、加速度、速度等都可以先根据规定的正方向确定其符号,然后代入公式,按代数方法进行运算。
二、应用牛顿运动定律解决多过程问题1.多过程问题很多动力学问题中涉及物体有两个或多个连续的运动过程,在物体不同的运动阶段,物体的运动情况和受力情况都发生了变化,这类问题称为牛顿运动定律中的多过程问题。
2.类型多过程问题可根据涉及物体的多少分为单体多过程问题和多体多过程问题。
3.解题策略(1)任何多过程的复杂物理问题都是由很多简单的小过程构成,有些是承上启下,上一过程的结果是下一过程的已知,这种情况,一步一步完成即可。
(2)有些是树枝型,告诉的只是旁支,要求的是主干(或另一旁支),这就要求仔细审题,找出各过程的关联,按顺序逐个分析;对于每一个研究过程,选择什么规律,应用哪一个运动学公式要明确。
特别提醒注意两个过程的连接处,加速度可能突变,但速度不会突变,速度是联系两个阶段的桥梁。
三、对超重和失重的理解注意以下几点1.发生超重或失重现象与物体的速度方向无关,只决定于加速度的方向。
加速度向上是超重,加速度向下是失重。
2.并非物体在竖直方向上运动时,才会出现超重或失重现象。
只要加速度具有向上的分量,物体就处于超重状态;同理只要加速度具有向下的分量,物体就处于失重状态。
例如,如图甲,A、B一起沿斜面加速下滑过程中,A物块的加速度有竖直向下的分量,A物块处于失重状态。
如图乙,小球沿竖直圆形轨道内壁做圆周运动,达最低点时,其加速度竖直向上,小球处于超重状态。
3.完全失重是物体的加速度恰等于重力产生的加速度,物体与周围物体间的作用力为零,做抛体运动的物体处于完全失重状态(自由落体、平抛、斜抛、竖直上抛和竖直下抛),绕地球做匀速圆周运动的卫星,其重力完全用来提供向心力,使物体对支持物(或悬挂物)的压(拉)力为0,所以也处于完全失重状态。
4.物体超重和失重的多少是由物体的质量和竖直加速度共同决定的,其大小等于ma。
即物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)超重为F N=mg+ma和失重为F N=mg-ma。
5.部分超、失重:若系统内有一部分物体沿竖直方向有加速度,则系统部分超、失重,超、失重的大小由该部分物体的质量m′与竖直方向加速度a决定,其大小等于m′a。
在如图甲、乙、丙所示的三个情景中,物体M静止,当物体m具有如图所示的加速度a 时,地面对物体M的支持力F N分别如下:特别提醒(1)物体处于超重或失重状态时,只是物体的视重发生改变,物体的重力始终不变。
(2)在完全失重的状态下,一切原来由重力产生的物理现象都会完全消失,如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生向下的压强等。
四、动力学图象类问题物理公式与物理图象的结合是一种重要题型,也是高考的重点及热点。
1.常见的图象有:vt图象,at图象,Ft图象,Fa图象等。
2.图象间的联系:加速度是联系vt图象与Ft图象的桥梁。
3.图象的应用(1)已知物体在一过程中所受的某个力随时间变化的图线,要求分析物体的运动情况。
(2)已知物体在一运动过程中速度、加速度随时间变化的图线,要求分析物体的受力情况。
(3)通过图象对物体的受力与运动情况进行分析。
4.解答图象问题的策略(1)弄清图象坐标轴、斜率、截距、交点、拐点、面积的物理意义。
(2)应用物理规律列出与图象对应的函数方程式,进而明确“图象与公式”“图象与物体”间的关系,以便对有关物理问题作出准确判断。
5.常见四类图形的解题办法特别提醒(1)文字语言、函数语言、图象语言与物理情景之间的相互转换,是确立解题方向、迅速明确解题方法的前提。
(2)动力学图象问题的实质是力与运动的关系问题,求解这类问题的关键是理解图象的物理意义,即明确图象的“轴”“点”“线”“面积”“斜率”“截距”所代表的意义。
1.思维辨析(1)牛顿第二定律表达式F=ma在任何情况下都适用。
( )(2)物体只有在受力的前提下才会产生加速度,因此,加速度的产生要滞后于力的作用。
( )(3)F=ma是矢量式,a的方向与F的方向相同,与速度方向无关。
( )(4)物体所受的合外力减小,加速度一定减小,而速度不一定减小。
( )(5)物体超重时,加速度向上,速度也一定向上。
( )(6)物体失重时,也可能向上运动。
( )(7)应用牛顿运动定律进行整体分析时,可以分析内力。
( )(8)物体完全失重时,说明物体的重力为零。
( )答案(1)×(2)×(3)√(4)√(5)×(6)√(7)×(8)×2.关于超重和失重现象,下列描述中正确的是( )A.电梯正在减速上升,在电梯中的乘客处于超重状态B.磁悬浮列车在水平轨道上加速行驶时,列车上的乘客处于超重状态C.荡秋千时秋千摆到最低位置时,人处于失重状态D.“神舟九号”飞船在绕地球做圆轨道运行时,飞船内的宇航员处于完全失重状态答案 D解析物体是否超重或失重取决于加速度方向,当加速度向上时物体处于超重状态,当加速度向下时物体处于失重状态,当加速度向下且大小等于重力加速度时物体处于完全失重状态。
电梯正在减速上升,加速度向下,乘客失重,选项A错误;列车加速时加速度水平向前,乘客既不超重也不失重,选项B错误;荡秋千到最低位置时加速度向上,人处于超重状态,选项C错误;飞船绕地球做匀速圆周运动时,其加速度等于飞船所在位置的重力加速度,宇航员处于完全失重状态,选项D正确。
3.如图(甲)所示,质量m=2 kg的物体在水平面上向右做直线运动。
过a点时给物体作用一个水平向左的恒力F并开始计时,选水平向右为速度的正方向,通过速度传感器测出物体的瞬时速度,所得vt图象如图(乙)所示。
取重力加速度为g=10 m/s2。
求:(1)物体在0~4 s内和4~10 s内的加速度的大小和方向;(2)力F 的大小和物体与水平面间的动摩擦因数μ;(3)10 s 末物体离a 点的距离;(4)10 s 后撤去拉力F ,求物体再过15 s 离a 点的距离。
答案 (1)2 m/s 2 与初速度方向相反 1 m/s 2与初速度方向相反 (2)3 N 0.05(3)2 m (4)38 m解析 (1)设物体向右做匀减速直线运动的加速度为a 1,则由v t 图得加速度大小a 1=2 m/s 2,方向与初速度方向相反。
设物体向左做匀加速直线运动的加速度为a 2,则由v t 图得加速度大小a 2=1 m/s 2,方向与初速度方向相反。
(2)在0~4 s 内,根据牛顿第二定律,有F +μmg =ma 1在4~10 s 内,F -μmg =ma 2代入数据解得:F =3 N ,μ=0.05。
(3)设10 s 末物体的位移为x ,x 应为v t 图线与坐标轴所围的面积,则x =12×4×8 m-12×6×6 m=-2 m ,即物体在a 点左侧2 m 处。
(4)设撤去拉力F 后物体做匀减速直线运动的加速度大小为a 3,根据牛顿第二定律,有μmg =ma 3得a 3=0.5 m/s 2 则物体减速到零的时间t =v a 3=60.5s =12 s 则物体在15 s 内的位移即为12 s 内的位移,则物体在12 s 内的位移x ′=v 22a 3=362×0.5m =36 m 物体在15 s 后离a 点的距离d =|x |+x ′=38 m 。
[考法综述] 本考点知识在高考中属于必考内容,单一命题考查的频率、难度都较低,但交汇命题、与多种知识结合、以多种形式出现的试题一定会有,可能是选择题形式、也可能是计算题形式,因此在复习本考点知识时一定要掌握:2个概念——超重、失重2类问题——动力学中的两类问题4种图象——v t ,a t ,F t ,F a 图象。
1种意识——分阶段处理多过程问题的意识命题法1 运用牛顿运动定律解决两类基本问题典例1 为了研究鱼所受水的阻力与其形状的关系,小明同学用石蜡做成两条质量均为m 、形状不同的“A 鱼”和“B 鱼”,如图所示。
在高出水面H 处分别静止释放“A 鱼”和“B 鱼”,“A 鱼”竖直下潜h A 后速度减为零,“B 鱼”竖直下潜h B 后速度减为零。