2020年物理高考大一轮复习 第3章 牛顿运动定律 第8讲 牛顿第二定律 两类动力学问题课件

第三章牛顿运动定律高考总复习·物理第8讲牛顿第二定律两类动力学问题高考总复习·物理板块一板块二板块三课时达标目录板块一︿︿[知识梳理]1．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，跟它的质量成，加速度的方向跟作用力的方向．(2)表达式：F＝.正比反比相同ma(3)适用范围①牛顿第二定律只适用于惯性参考系，即相对于地面或的参考系．②牛顿第二定律只适用于物体(相对于分子、原子等)、运动(远小于光速)的情况．2．力学单位制力学基本物理量是、、，对应的单位分别是、、．静止匀速直线运动宏观低速长度质量时间米千克秒[基础小练]判断下列说法是否正确(1)物体加速度的方向一定与合外力方向相同．()(2)一个物体，合外力改变之后，加速度才随之改变．()(3)物体的加速度与物体受的力及物体的质量都有关系，而质量与力及加速度均无关．()(4)物体受到外力作用，立即产生加速度和速度．()√×√×(5)可以利用牛顿第二定律确定自由电子的运动情况．()(6)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．()(7)千克、秒、米、安培均为国际单位制的基本单位．()(8)力的单位牛顿，简称牛，属于导出单位．()×√√√板块二︿︿[考法精讲]考法一对牛顿第二定律的理解1．牛顿第二定律的五个特性2．合力、加速度、速度之间的决定关系(1)不管速度是大是小，或是零，只要合力不为零，物体都有加速度．(2)a＝ΔvΔt是加速度的定义式，a与Δv、Δt无必然联系；a＝Fm是加速度的决定式，a∝F，a∝1m.(3)合力与速度同向时，物体加速运动；合力与速度反向时，物体减速运动．【自主练1】(2019·荆州高三质检)从牛顿第二定律知道，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度，可是，我们用很小的力推很重的桌子时，却推不动，这是因为()A．牛顿第二定律不适用于很重的物体B．桌子加速度很小，肉眼观察不到C．推力太小，速度增量也很小，眼睛观察不到D．桌子所受合力为零，没有加速度D解析静止物体，合力为零，加速度为零，牛顿第二定律同样适用于静止物体，故选项A错误；根据F＝ma可知，物体合力为零，加速度为零，而不是加速度很小，眼睛不易觉察到，故选项B错误；推力等于静摩擦力，加速度为零，故选项C错误；由于水平推力不大于桌子的最大静摩擦力，推不动桌子，桌子的合力等于零，由牛顿第二定律可知，加速度等于零，故选项D正确．【自主练2】(2019·全国统一考试模拟理综物理试题)如图所示，用一辆货车运输一超长木板，先在货车上固定一“┘”形货架．再将木板放置在货架上，货架与水平面的夹角θ＝10°，木板与货架之间的动摩擦因数μ＝0.2，为了保证运输安全，货车在运输过程中刹车时，其加速度的最大值约为(g＝10m/s2，sin10°≈0.17，cos10°≈0.98)()A．2.2m/s2B．3.9m/s2C．4.6m/s2D．5.7m/s2B解析当货车刹车达最大加速度时，木板即将上滑，受力分析如图所示．建立平行于斜面和垂直于斜面的直角坐标系，将力和加速度沿这两个方向分解，可得mgsinθ＋Ff＝macosθ，N－mgcosθ＝masinθ，Ff＝μN，联立以上各式解得a＝3.9m/s2，故选项B正确．考法二牛顿第二定律的瞬时性【自主练3】(2019·百校联盟高考名师猜题保温金卷)如图所示，光滑的斜面上有A、B两个小球，A球的质量为2m，B球的质量为m，两球之间拴接有轻弹簧，A球与挡板接触但没有作用力，B球通过轻质细线与斜面顶端的固定挡板相连，整个装置处于静止状态．斜面的倾角为30°，重力加速度为g，在剪断细线的瞬间，下列说法正确的是()A．弹簧弹力变小B．挡板对A的弹力为1.5mgC．A球一定处于超重状态D．B球的加速度大小为1.5gD解析开始时，弹簧处于伸长状态，弹簧弹力为mg，剪断细线瞬间，弹簧长度不变，弹簧弹力不变，挡板对A的弹力为零，选项A、B错误；剪断细线瞬间，球A仍处于静止状态，既不超重，也不失重，选项C错误；以B球为研究对象，根据牛顿第二定律可得mgsin30°＋mg＝ma，解得a＝1.5g，选项D正确．【自主练4】(2019·太原模拟)(多选)如图所示，质量为m的小球被一根橡皮筋AC和一根绳BC系住，当小球静止时，橡皮筋处在水平方向上．下列判断正确的是()A．在AC被突然剪断的瞬间，BC对小球的拉力不变B．在AC被突然剪断的瞬间，小球的加速度大小为gsinθC．在BC被突然剪断的瞬间，小球的加速度大小为gcosθD．在BC被突然剪断的瞬间，小球的加速度大小为gsinθBC解析设小球静止时绳BC的拉力为F，橡皮筋AC的拉力为T，由平衡条件可得Fcosθ＝mg，Fsinθ＝T，解得F＝mgcosθ，T＝mgtanθ，在AC被突然剪断的瞬间，绳BC的拉力F发生了突变，小球的加速度方向沿与BC垂直的方向且斜向下，大小为a＝mgsinθm＝gsinθ，选项B正确，A错误；在BC被突然剪断的瞬间，橡皮筋AC的拉力不变，小球的合力大小与BC被剪断前拉力的大小相等，方向沿BC方向斜向下，故加速度a＝Fm＝gcosθ，选项C正确，D错误．归纳总结抓住“两关键”、遵循“四步骤”(1)分析瞬时加速度的“两个关键”①明确绳或线类、弹簧或橡皮条类模型的特点．②分析瞬时前、后的受力情况和运动状态．(2)“四个步骤”第一步：分析原来物体的受力情况．第二步：分析物体在突变时的受力情况．第三步：由牛顿第二定律列方程．第四步：求出瞬时加速度，并讨论其合理性．考法三动力学两类基本问题答题模板动力学两类基本问题的解题思路【例题1】(2019·山西大学附属中学高三模块诊断)如图所示，将小砝码置于桌面上的薄纸板上，用水平向右的拉力将纸板迅速抽出，砝码的移动很小，几乎观察不到，这就是大家熟悉的惯性演示实验．若砝码和纸板的质量分别为m1和m2，各接触面间的动摩擦因数均为μ.重力加速度为g.(1)当纸板相对砝码运动时，求纸板所受摩擦力的大小；(2)要使纸板相对砝码运动，求所需拉力的大小；(3)本实验中，m1＝0.5kg，m2＝0.1kg,μ＝0.2，砝码与纸板左端的距离d＝0.1m，取g＝10m/s2.若砝码移动的距离超过l＝0.002m，人眼就能感知．为确保实验成功，纸板所需的拉力至少多大？[思维导引]纸板受到来自砝码和桌面的摩擦力，相加即可得到总的摩擦力．砝码和纸板初速度都为零，发生相对运动的条件是纸板的加速度大于砝码的加速度，利用牛顿第二定律，可以求得发生相对运动的条件．砝码的运动包括纸板抽出前和抽出后两个过程，都为匀变速直线运动，且连接点处速度相等，二者的位移之差为d.利用匀变速运动的位移公式，以及纸板运动与砝码运动位移的长度关系，可以求得所需最小拉力．解析(1)砝码对纸板的摩擦力Ff1＝μm1g，桌面对纸板的摩擦力Ff2＝μ(m1＋m2)g，所以当纸板相对砝码运动时纸板所受摩擦力的大小Ff＝Ff1＋Ff2＝μ(2m1＋m2)g.(2)设砝码的加速度为a1，纸板的加速度为a2，则Ff1＝m1a1，对纸板由牛顿第二定律可知F－Ff1－Ff2＝m2a2，发生相对运动a2a1，解得F2μ(m1＋m2)g.(3)纸板抽出前，砝码运动的距离x1＝12a1t21，纸板运动的距离d＋x1＝12a2t21，纸板抽出后，砝码在桌面上做匀减速运动，根据对称性可知匀减速的位移为x2＝x1＝12a1t21，根据题意l＝x2＋x1，联立各式可解得a2＝202m/s2，由F＝Ff＋m2a得F＝22.4N.答案(1)μ(2m1＋m2)g(2)2μ(m1＋m2)g(3)22.4N解题技巧解决两类动力学问题的两个关键点(1)把握“两个分析”“一个桥梁”两个分析：物体的受力情况分析和运动过程分析．一个桥梁：加速度是联系物体运动和受力的桥梁．(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，画图找出各过程的位移之间的联系．【跟踪训练1­1】(2019·三台实验学校月考)(多选)如图所示，小车向右运动的过程中，某段时间内车中悬挂的小球A和车水平底板上的物块B都相对车厢静止，悬挂小球A的悬线与竖直线有一定夹角θ，B与车底板之间的动摩擦因数为0.75，假设B所受最大静摩擦力等于滑动摩擦力．在这段时间内，下列判断正确的是()A．物块B不受摩擦力作用B．物块B受摩擦力作用，大小恒定，方向向左C．要使A、B和车保持相对静止，θ最大为37°D．要使A、B和车保持相对静止，θ最大为53°BC解析根据小球所处的状态可知，小车正在向右做匀减速直线运动，故车厢内的物块B跟随小车一起向右做匀减速直线运动，加速度水平向左保持不变，根据牛顿第二定律可知，物块B一定受水平向左的恒定摩擦力作用，选项A错误，B正确；设能使A、B和车厢保持相对静止的最大加速度大小为am，则此时B受到的摩擦力为最大静摩擦力，根据牛顿第二定律可知μmg＝mam，得am＝μg；以小球A为研究对象进行受力分析，根据牛顿第二定律可知mgtanθ＝mam，得am＝gtanθ，联立两个加速度表达式得tanθ＝μ＝0.75，则此时的θ角为37°，故要使A、B和车保持相对静止，θ最大为37°，选项C正确，D错误．【跟踪训练1­2】(2019·华中师范大学第一附属中学高三模拟)(多选)如图所示，斜劈B固定在弹簧上，斜劈A扣放在B上，A、B相对静止，待系统平衡后用竖直向下的变力F作用于A，使A、B缓慢压缩弹簧，弹簧一直在弹性限度内，则下列说法正确的是()A．压缩弹簧的过程中，B对A的摩擦力逐渐增大B．压缩弹簧的过程中，A可能相对B滑动C．当弹簧压缩量为某值时，撤去力F，在A、B上升的过程中，B对A的作用力一直减小D．当弹簧压缩量为某值时，撤去力F，在A、B上升的过程中，A、B分离时，弹簧恢复原长ACD解析因开始A相对于B静止，则A在沿斜面方向的分力小于等于最大静摩擦力，设斜劈的倾角为θ，有mgsinθ≤μmgcosθ，所以(mg＋F)sinθ≤μ(mg＋F)cosθ，所以A、B在缓慢压缩弹簧的过程中，仍然能保持相对静止，A所受的摩擦力Ff＝(mg＋F)sinθ，对整体分析，F逐渐增大，可知摩擦力逐渐增大，故选项A正确，B错误；撤去F后，在弹簧恢复原长前，整体的加速度逐渐减小，隔离对A分析，有F－mg＝ma，则B对A的作用力逐渐减小，当弹簧恢复原长后，B受到重力和弹簧的弹力作用，加速度大于g，将与A发生分离，故选项C、D正确．【跟踪训练1­3】(2019·东海中学高考适应性考试)如图所示，斜面AD和BD与水平方向的夹角分别为60°和30°，两斜面的A端和B端在同一竖直面上，现让两个可视为质点的物块分别从两斜面的顶端同时由静止下滑，结果两物块同时滑到斜面底端D，设两物块与AD、BD面间的动摩擦因数分别为μ1和μ2，则μ1μ2为()A.3∶1B．1∶3C．1∶3D．3∶1D解析根据牛顿第二定律，物块由AD下滑时有mgsin60°－μ1mgcos60°＝ma1，得a1＝gsin60°－μ1gcos60°，由BD下滑时有mgsin30°－μ2mgcos30°＝ma2，得a2＝gsin30°－μ2gcos30°，设底边CD＝d，由运动学公式有dcos60°＝12a1t2，dcos30°＝12a2t2，联立以上四式解得μ1μ2＝31，故选项D正确．考法四应用整体法和隔离法分析连接体问题归纳总结涉及整体法和隔离法的具体类型(1)通过滑轮和绳的连接体问题：若要求绳的拉力，一般都必须采用隔离法．绳跨过定滑轮，连接的两物体虽然加速度大小相同但方向不同，故采用隔离法．(2)水平面上的连接体问题：这类问题一般多是连接体(系统)中各物体保持相对静止，即具有相同的加速度．解题时，一般整体法、隔离法交替应用．(3)斜面体与上面物体组成的系统的问题：当物体具有沿斜面方向的加速度，而斜面体相对于地面静止时，解题时一般采用隔离法分析．【例题2】(2019·抚州七校高三联考)如图所示，质量为M的小车放在光滑的水平面上，小车上有一水平支架，一质量为m的小球用轻绳悬挂于支架上．現用一水平向右的力拉小球，