2020届高考物理总复习 3.2 牛顿第二定律 两类动力学问题课件 新人教版

03牛顿运动定律第二节牛顿第二定律两类动力学问题知识架构答案1．合力质量合力ma受力情况运动情况宏观低速2．导出千克基础自测1．判断正误(1)物体的质量与加速度成反比.()(2)物体受到外力作用，立即产生加速度.()(3)可以利用牛顿第二定律确定自由电子的运动情况.()(4)F＝ma是矢量式，a的方向与F的方向相同，与速度方向无关．()(5)物体所受合外力减小，加速度一定减小，而速度不一定减小．()(6)物理公式不仅确定了物理量之间的数量关系，同时也确定了物理量间的单位关系．()答案：(1)×(2)×(3)×(4)√(5)√(6)√2．关于单位制，下列说法中正确的是()A．kg、m/s、N是导出单位B．kg、m、C是基本单位C．在国际单位制中，A是导出单位D．在国际单位制中，力的单位是根据牛顿第二定律定义的解析：在力学中选定m(长度单位)、kg(质量单位)、s(时间单位)作为基本单位，可以导出其他物理量的单位，力的单位(N)是根据牛顿第二定律F＝ma导出的，故A、B错误，D正确；电流的单位A属于国际单位制中的基本单位，C错误．答案：D3．由库仑定律可知，真空中两个静止的点电荷，带电荷量分别为q1和q2，其间距离为r时，它们之间相互作用力的大小为F＝kq1q2r2，式中k为静电力常量．若用国际单位制的基本单位表示，k的单位应为()A．kg·A2·m3B．kg·A－2·m3·s－4C．kg·m2·C－2D．N·m2·A－2解析：由公式F＝kq1q2r2得，k＝Fr2q1q2，故k的单位为N·m2C2，又由公式q＝It得1C＝1A·s，由F＝ma可知1N＝1kg·m·s－2，故1N·m2C2＝1kg·A－2·m3·s－4，选项B正确．答案：B4．(2019年海南三亚一中月考)竖直起飞的火箭在推力F的作用下产生10m/s2的加速度，若推力增大到2F，则火箭的加速度将达到(取g＝10m/s2，不计空气阻力)()A．20m/s2B．25m/s2C．30m/s2D．40m/s2解析：根据牛顿第二定律可知F－mg＝ma1，当推力为2F时，有2F－mg＝ma2，代入数据解得a2＝30m/s2，则C正确．答案：C5．(2019年辽宁沈阳四校月考)如图3－2－1所示，当小车向右加速运动时，物块M相对车厢静止于竖直车厢壁上，当车的加速度增大时()图3－2－1A．M受静摩擦力增大B．M对车厢壁的压力减小C．M仍相对于车厢静止D．M受静摩擦力减小解析：分析M受力情况如图3－2－2所示，因M相对车厢壁静止，有Ff＝Mg，与水平方向的加速度大小无关，A、D错误．水平方向，FN＝Ma，FN随a的增大而增大，由牛顿第三定律知，B错误．因FN增大，物体与车厢壁的最大静摩擦力增大，故M相对于车厢仍静止，C正确．图3－2－2答案：C考点突破牛顿第二定律的“五个性质”：题型1力和运动的定性关系(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)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．【典例1】(2019年山东枣庄质检)有一轻质橡皮筋下端挂一个铁球，手持橡皮筋的上端使铁球竖直向上做匀加速运动，若某时刻手突然停止运动，则下列判断正确的是()A．铁球立即停止上升，随后开始向下运动B．铁球立即开始向上做减速运动，当速度减到零后开始下落C．铁球立即开始向上做减速运动，当速度达到最大值后开始下落D．铁球继续向上做加速运动，当速度达到最大值后才开始做减速运动【解析】铁球匀加速上升，受到拉力和重力的作用，且拉力的大小大于重力，手突然停止运动瞬间，铁球由于惯性继续向上运动，开始阶段橡皮条的拉力还大于重力，合力竖直向上，铁球继续向上加速运动，当拉力等于重力后，速度达到最大值，之后拉力小于重力，铁球开始做减速运动，故A、B、C错误，D正确．【答案】D变式训练1(2019年莆田模拟)一质点受多个力的作用，处于静止状态．现使其中一个力的大小逐渐减小到零，再沿原方向逐渐恢复到原来的大小．在此过程中，其他力保持不变，则质点的加速度大小a和速度大小v的变化情况是()A．a和v都始终增大B．a和v都先增大后减小C．a先增大后减小，v始终增大D．a和v都先减小后增大解析：质点受多个力的作用，处于静止状态，则多个力的合力为零，其中任意一个力与剩余所有力的合力大小相等、方向相反，使其中一个力的大小逐渐减小到零再恢复到原来大小的过程中，则所有力的合力先变大后变小，但合力的方向不变，根据牛顿第二定律知，a先增大后减小，v始终增大，C正确．答案：C题型2牛顿第二定律的矢量性由于加速度的方向与合力的方向总相同，若已知合力的方向，即可确定加速度的方向；反之，若已知加速度的方向，即可确定合力的方向．【典例2】(2019右甘肃模拟)如图3－2－3，顶端固定着小球的直杆固定在小车上，当小车向右做匀加速运动时，球所受合外力的方向沿图中的()图3－2－3A．OA方向B．OB方向C．OC方向D．OD方向【解析】据题意可知，小车向右做匀加速直线运动，由于球固定在杆上，而杆固定在小车上，则三者属于同一整体，根据整体法和隔离法的关系分析可知，球和小车的加速度相同，所以球的加速度也应该向右，即沿OD方向，故选项D正确．【答案】D变式训练2(2016年高考·课标全国卷Ⅰ)(多选)一质点做匀速直线运动．现对其施加一恒力，且原来作用在质点上的力不发生改变，则()A．质点速度的方向总是与该恒力的方向相同B．质点速度的方向不可能总是与该恒力的方向垂直C．质点加速度的方向总是与该恒力的方向相同D．质点单位时间内速率的变化量总是不变解析：质点原来做匀速直线运动，说明所受合外力为0，当对其施加一恒力后，恒力的方向与原来运动的速度方向关系不确定，则质点可能做直线运动，也可能做曲线运动，但加速度的方向一定与该恒力的方向相同，质点单位时间内速度的变化量Δv总是不变的，但速率的变化量不确定，选项B、C正确.答案：BC题型3牛顿第二定律的瞬时性加速度与合外力具有瞬时对应关系，二者总是同时产生、同时变化、同时消失，具体可简化为以下两种模型：【典例3】如图3－2－4甲所示，一质量为m的物体系于长度分别为L1、L2的两根细线上，L1的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为θ，L2水平拉直，物体处于平衡状态．图3－2－4(1)现将线L2剪断，求剪断L2的瞬间物体的加速度；(2)若将图甲中的细线L1换成长度相同(接m后)，质量不计的轻弹簧，如图3－2－4乙所示，其他条件不变，求剪断L2的瞬间物体的加速度．【解析】(1)细线L2被剪断的瞬间，因细线L2对物体的弹力突然消失，而引起L1上的张力发生突变，使物体的受力情况改变，瞬时加速度垂直L1斜向下方，大小为a＝gsinθ.(2)当细线L2被剪断时，细线L2对物体的弹力突然消失，而弹簧的形变还来不及变化(变化要有一个过程，不能突变)，因而弹簧的弹力不变，它与重力的合力与细线L2对物体的弹力是一对平衡力，等大反向，所以细线L2被剪断的瞬间，物体加速度的大小为a＝gtanθ，方向水平向右．【答案】(1)gsinθ，方向垂直于L1斜向下方(2)gtanθ，方向水平向右变式训练3(2019年吉林模拟)(多选)在动摩擦因数μ＝0.2的水平面上有一个质量为m＝2kg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3－2－5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＝10m/s2，下列说法正确的是()图3－2－5A．此时轻弹簧的弹力大小为20NB．小球的加速度大小为8m/s2，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10m/s2，方向向右D．若剪断弹簧，则剪断的瞬间小球的加速度为零解析：未剪断轻绳时，水平面对小球的弹力为零，小球受到重力mg、轻绳的拉力FT和弹簧的弹力F作用而处于平衡状态．依据平衡条件得竖直方向上有FTcosθ＝mg，水平方向上有FTsinθ＝F，解得弹簧弹力F＝mgtanθ＝20N，A正确；剪断轻绳后小球在竖直方向仍平衡，即水平面支持力FN＝mg，水平方向上弹簧的弹力保持不变，由牛顿第二定律得小球的加速度a＝F－μFNm＝20－0.2×202m/s2＝8m/s2，方向向左，B正确；当剪断弹簧的瞬间，小球立即只受地面支持力和重力作用，且二力平衡，加速度为零，C错误，D正确．答案：ABD变式训练4(2019年黄冈中学模拟)(多选)如图3－2－6所示，三个质量均为m的物块a、b、c，用两个轻弹簧和一根轻绳相连，挂在天花板上，处于静止状态．现将b、c之间的轻绳剪断，下列说法正确的是()图3－2－6A．在刚剪断轻绳的瞬间，b的加速度大小为gB．在刚剪断轻绳的瞬间，c的加速度大小为2gC．剪断轻绳后，a、b下落过程中，两者一直保持相对静止D．剪断轻绳后，a、b下落过程中加速度相等的瞬间，两者之间的轻弹簧一定处于原长状态解析：剪断轻绳的瞬间，绳的弹力立即消失，而弹簧弹力瞬间不变；对b根据牛顿第二定律可得mab＝2mg，解得ab＝2g，方向向下；c上面的弹簧在绳子剪断前的弹力等于三个物块的总重力，即3mg，剪断轻绳后，对c根据牛顿第二定律可得3mg－mg＝mac，解得ac＝2g，方向向上，所以A错误，B正确；剪断轻绳后，a、b下落过程中，二者在开始的一段时间内加速度不同，所以两者不会保持相对静止，两者之间的轻弹簧长度一定会发生变化，C错误；剪断轻绳后，a、b下落过程中，a、b加速度相等的瞬间，两者之间的轻弹簧一定处于原长状态，此时二者的加速度都为g，D正确．答案：BD题型4牛顿第二定律的独立性(1)作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵循牛顿第二定律．(2)物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和．(3)力和加速度在各个方向上的分量也遵循牛顿第二定律，即ax＝Fxm，ay＝Fym.【典例4】(2019年广西南宁模拟)如图3－2－7所示，车内轻绳AB与BC拴住一小球，BC水平，开始车在水平面上向右匀速直线运动，现突然刹车做匀减速直线运动，小球仍处于图中所示的位置，则()图3－2－7A．AB绳、BC绳拉力都变小B．AB绳拉力变大，BC绳拉力不变C．AB绳拉力不变，BC绳拉力变小D．AB绳拉力不变，BC绳拉力变大【解析】对球B受力分析，受重力、BC绳子的拉力FT2、AB绳子的拉力FT1，如图3－2－8所示，根据牛顿第二定律，水平方向：FT2－FT1sinθ＝ma图3－2－8竖直方向：FT1cosθ－mg＝0解得FT1＝mgcosθ，AB绳子的拉力不变FT2＝mgtanθ＋ma匀速时加速度为零，刹车后，加速度向左，取负值，所以，BC绳子的拉力变小，故C正确，A、B、D错误．【答案】C变式训练5(2019年浙江模拟)趣味运动会上运动员手持网球拍托球沿水平面匀加速跑，设球拍和球质量分别为M、m，球拍平面和水平面之间夹角为θ，球拍与球保持相对静止，它们间摩擦力及空气阻力不计，则()图3－2－9A．运动员的加速度为gtanθB．球拍对球的作用力为mgC．运动员对球拍的作用力为(M＋m)gcosθD．若加速度大于gsinθ，球一定沿球拍向上运动解析：对球进行受力分析，受到重力mg和球拍对它的支持力N，作出受力分析图如图3－2－10所示，图3－2－10图3－2－11根据牛顿第二定律得Nsinθ＝ma，Ncosθ＝mg，解得a＝gtanθ，N＝mgcosθ，故A正确，B错误；以球拍和球整体为研究对象进行受力分析，如图3－2－11所示，根据牛顿第二定律得，运动员对球拍的作用力为F＝（M＋m）gcosθ，故C错误；当agtanθ时，球将沿球拍向上运动，由于gsinθ与gtanθ的大小关系未知，故D错误．答案：A1．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第二定律列方程求解，具体逻辑关系如图3－2－12所示．图3－2－122．两类动力学问题的解题步骤题型1已知受力求运动问题【典例5】(2019年黑龙江哈六中月考)如图3－2－13所示，m＝1.0kg的小滑块以v0＝4m/s的初速度从倾角为37°