物理 课件 高三 _2012届高考物理一轮复习精品课件(福建专版)：第13讲 牛顿第二定律16125

第13讲│牛顿第二定律第13讲牛顿第二定律第13讲│考点整合一、牛顿第二定律1.内容：物体的加速度的大小跟________成正比，跟物体的________成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同．2.公式：F＝ma.3.物理意义：它表明了力是改变物体__________的原因，不是________物体运动的原因．4.适用范围(1)牛顿第二定律只适用于惯性参考系(相对地面静止或匀速运动的参考系)．作用力质量运动状态维持考点整合(2)牛顿第二定律只适用于宏观物体(相对于分子、原子)、低速运动(远小于光速)的情况．二、动力学两类问题第13讲│考点整合三、力学单位制由________单位和________单位一起组成了单位制．基本物理量共七个，其中力学有三个，它们是________、________、________，它们的单位分别是________、________、________.基本导出质量时间长度kgsm第13讲│考点整合►探究点一对牛顿第二定律的理解牛顿第二定律明确了物体的受力情况和运动情况之间的定量关系，联系物体受力情况和运动情况的桥梁是加速度．可以从以下角度进一步理解牛顿第二定律：1.同体性：在表达式中，m、F合、a都应是同一个研究对象的对应量．(1)若研究对象为单个物体，则满足F合＝ma；(2)若研究对象为多个物体，则满足F合＝m1a1＋m2a2＋m3a3＋…(一维情况下)．第13讲│要点探究要点探究2.瞬时性：加速度和合外力具有瞬时对应关系，它们总是同增同减同生同灭．3.同向性：加速度与合外力的方向时刻保持一致．4.独立性：若物体受多个力的作用，则每一个力都能独自产生各自的加速度，并且任意方向均满足F合＝ma，在两个相互垂直的方向进行正交分解，则有：研究对象一个物体物体系牛顿第二定律的分量形式Fx＝maxFy＝mayFx＝m1a1x＋m2a2x＋m3a3x＋…Fy＝m1a1y＋m2a2y＋m3a3y＋…第13讲│要点探究例1[2010·龙岩模拟]设想能创造一理想的没有摩擦力和流体阻力的环境，用一个人的力量去推一万吨巨轮，则从理论上可以说()A.巨轮惯性太大，所以完全无法推动B.一旦施力于巨轮，巨轮立即产生一个明显的速度C.由于巨轮惯性很大，施力于巨轮后，要经过很长一段时间后才会产生一个明显的加速度D.由于巨轮惯性很大，施力于巨轮后，要经过很长一段时间后才会产生一个明显的速度第13讲│要点探究D[解析]力和加速度具有瞬时对应性，巨轮虽然质量很大，但只要有力作用在巨轮上，就可产生加速度；由于巨轮加速度很小，短时间内速度不可能明显地增大．D正确．[点评]因巨轮质量很大，所以推力产生的加速度很小，但不能误认为巨轮不能产生速度，加速度和速度是两个不同的概念．由F＝ma知物体的加速度和合外力之间存在瞬间一一对应关系，物体的加速度和合外力总是同时产生、同时消失、同步变化．由vt＝v0＋at知，速度的改变需经历一定的时间，所以物体的速度不能突变，力和速度没有瞬时对应性．第13讲│要点探究►探究点二动力学的两类基本问题1.两类基本问题运用牛顿运动定律研究力和运动的关系时，它包括两类基本问题：(1)已知物体的受力情况，确定物体的运动情况(即知道物体受到的全部作用力，运用牛顿第二定律求出加速度，如果再知道物体的初始运动状态，运用运动学公式就可以求出物体的运动情况——任意时刻的位置、速度以及运动的轨迹)．(2)已知物体的运动情况，推断或求出物体所受的未知力(即知道物体的运动情况，运用运动学公式求出物体的加速度，再运用牛顿第二定律推断或求出物体的受力情况)．第13讲│要点探究2.动力学问题解题思维框图第13讲│要点探究3．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．第13讲│要点探究(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，按代数方法进行运算．(6)求解方程，检验结果，必要时对结果进行讨论第13讲│要点探究第13讲│要点探究例2[2010·四川卷]质量为M的拖拉机拉着耙来耙地，由静止开始做匀加速直线运动，在时间t内前进的距离为s.耙地时，拖拉机受到的牵引力恒为F，受到地面的阻力为自重的k倍，耙所受阻力恒定，连接杆的质量不计且与水平面的夹角θ保持不变．求：(1)拖拉机的加速度大小．(2)拖拉机对连接杆的拉力大小．(3)时间t内拖拉机对耙做的功．(1)2st2(2)1cosθ[F－M(kg＋2st2)](3)F－Mkg＋2st2s[解析](1)由匀变速运动的公式：s＝12at2得：a＝2st2(2)设连接杆对拖拉机的拉力为F1，拖拉机受力如图所示，由牛顿第二定律得：第13讲│要点探究F－kMg－F1cosθ＝Ma根据牛顿第三定律，联立两式，解得拖拉机对连接杆的拉力大小为：F′1＝F1＝1cosθF－Mkg＋2st2(3)拖拉机对耙做的功W＝F′1scosθ＝F－Mkg＋2st2s.第13讲│要点探究[点评]本题作为典型的力学问题，考查了牛顿力学的基本解题方法．第(1)问直接由匀变速直线运动的公式代入求解即可，第(2)问在第(1)问的基础上已知加速度求力，关键是要正确分析受力并运用牛顿第二定律，结合牛顿第三定律求解．如果已知物体的受力情况，也可利用匀变速直线运动的规律和牛顿第二定律求运动情况，请看变式题．第13讲│要点探究[2010·海南模拟]如图13－2甲所示，质量为m的物块叠放在质量为2m的足够长的木板上方右侧，木板放在光滑的水平地面上，物块与木板之间的动摩擦因数为μ＝0.2.在木板上施加一水平向右的拉力F，在0～3s内F的变化如图13－2乙所示，图中F以mg为单位，重力加速度g＝10m/s2.整个系统开始时静止．(1)求1s、1.5s、2s、3s末木板的速度以及2s、3s末物块的速度；(2)画出0～3s内木板和物块的v－t图象，据此求0～3s内物块相对于木板滑过的距离．第13讲│要点探究[解析](1)设木板和物块的加速度分别为a和a′，在t时刻木板和物块的速度分别为vt和vt′，木板和物块之间摩擦力的大小为f，依牛顿第二定律、运动学公式和摩擦定律得f＝ma′f＝μmg，当vt′＜vt时，vt2′＝vt1′＋a′(t2－t1)F－f＝2mavt2＝vt1＋a(t2－t1)第13讲│要点探究(1)4m/s4.5m/s4m/s4m/s4m/s4m/s(2)如图所示2.25m由上述各式与题给条件得v1＝4m/s，v1.5＝4.5m/s，v2＝4m/s，v3＝4m/sv2′＝4m/s，v3′＝4m/s(2)物块与木板运动的图象如图所示．在0～3s内物块相对于木板的距离等于木板和物块图线下的面积之差，即图中阴影部分的四边形面积，该四边形由两个三角形组成，上面的三角形面积为0.25m，下面的三角形面积为2m，因此Δs＝2.25m.第13讲│要点探究►探究点三牛顿定律的瞬间问题1.对牛顿第二定律的瞬时性理解物体运动的加速度a与其所受的合外力F有瞬时对应关系，每一瞬时的加速度只取决于这一瞬时的合外力．若合外力的大小或方向改变，加速度的大小或方向也立即(同时)改变；或合外力变为零，加速度也立即变为零；如果物体的合外力发生突变，则对应加速度也发生突变．2.物体所受合外力能否突变的决定因素物体所受合外力能否发生突变，决定于施力物体的性质，具体可以简化为以下几种模型：(1)钢性绳(或接触面)——认为是一种不发生明显形变就能第13讲│要点探究产生弹力的物体，若剪断(或脱离)后，其中弹力立即消失，不需要形变恢复时间，一般题目中所给细线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)——此种物体的特点是形变量大．两端同时连接(或附着)有物体的弹簧(或橡皮绳)，其形变恢复需要较长时间，在瞬时问题中，其弹力的大小往往可以看成不变．第13讲│要点探究3.与弹簧相关的瞬时问题常见情景图例项目图示说明情景1物体1、2分别连在轻弹簧的上、下两端，并置于一木板上，分析木板突然抽出的瞬间情景2在推力F作用下，A、B共同以加速度a做匀加速直线运动，分析某时刻突然撤去拉力F的瞬时情景3两小球A、B用轻弹簧连接，通过细线悬挂于天花板处于静止状态，分析剪断细线的瞬时第13讲│要点探究项目图示说明情景4用手提一根轻弹簧，弹簧下端挂一个金属球，在将整个装置匀加速上提的过程中，分析手突然停止不动的瞬时情景5小球用水平弹簧系住，并由倾角为θ的光滑板AB托着，分析当板AB突然向下撤离的瞬间第13讲│要点探究例3如图13－3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，设抽出后的瞬间，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＝m＋MMgD．a1＝g，a2＝m＋MMg第13讲│要点探究C[解析]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．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a2＝F＋MgM＝M＋mMg[点评]弹簧的弹力不能在瞬间发生突变，所以木块1所受支持力和木块2所受压力不变，我们可以分别分析木板抽出前后木块1、2的受力情况，再根据牛顿第二定律分析加速度．请分析下面的变式题，注意绳所受的弹力可以突变.第13讲│要点探究如图13－4所示，将质量均为m的小球A、B用绳(不可伸长)和弹簧(轻质)连结后，悬挂在天花板上．若分别剪断绳上的P处或剪断弹簧上的Q处，下列对A、B加速度的判断正确的是()图13－4A.剪断P处瞬间，A的加速度为零，B的加速度为gB.剪断P处瞬间，A的加速度为g，B的加速度为零C.剪断Q处瞬间，A的加速度为零，B的加速度为零D.剪断Q处瞬间，A的加速度为2g，B的加速度为g第13讲│要点探究[解析]当剪断P的瞬间，由于弹簧还来不及缩短，弹簧弹力不变，球A受重力和弹簧弹力均向下，合力为2mg，A的加速度为2g，球B的受力不变，仍处于平衡状态，加速度为零．剪断Q之前，球A受重力、绳的拉力和弹簧弹力，三力平衡；剪断瞬间，弹簧弹力消失，球A只受重力和绳的拉力，此时绳的拉力发生突变，与球的重力平衡，所以球A的加速度为零．当剪断Q的瞬间，由于弹簧还来不及缩短，弹簧弹力不变，球B的受力不变，仍处于平衡状态，其加速度仍为零．第13讲│要点探究C►探究点四涉及传送带的动力学问题传送带问题为高中动力学问题中的难点，主要表现在两方面：其一，传送带问题往往存在多种可能结论的判定，即需要分析确定到底哪一种可能情况会发生；其二，决定因素多，包括滑块与传送带动摩擦因数大小、斜面倾角、滑块初速度、传送带速度、传送方向、滑块初速度方向等．这就需要考生对传送带问题能做出准确的动力学过程分析．下面是最常见的几种传送带问题模型，供同学们参考．第13讲│要点探究1.水平传送带动力学问题图解项目情景1情景2情景3图示情景思考：滑块可能的运动情况有哪些？(1)可能滑块一直加速；(2)可能滑块先加速后匀速；(3)还有其他结论吗？(1)v0v时，可能一直减速，也可能先减速再匀速；(2)v0v时，可能一直加速，也可能先加速再匀速．(1)传送带较短时，滑块一直减速达到左端．(2)传送带较长时，滑块还要被传送带传回右端．其中v0v和v0v两种情况下滑块回到