（新课标）2020年高考物理一轮总复习 第三章 第二讲 牛顿第二定律 两类动力学问题课件

基础复习课第二讲牛顿第二定律两类动力学问题抓基础·双基夯实研考向·考点探究栏目导航随堂练·知能提升[小题快练]1．判断题(1)物体加速度的方向一定与合外力方向相同．()(2)质量越大的物体，加速度越小．()(3)物体的质量与加速度成反比．()(4)可以利用牛顿第二定律确定自由电子的运动情况．()√×××(5)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．()(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．()(8)物体处于超重或失重状态，完全由物体加速度的方向决定，与速度方向无关．()√√×√2．根据牛顿第二定律，下列叙述正确的是()A．物体加速度的大小跟它的质量和速度大小的乘积成反比B．物体所受合力必须达到某一定值时，才能使物体产生加速度C．物体加速度的大小跟它所受作用力中的任一个的大小成正比D．当物体质量改变但其所受合力的水平分力不变时，物体水平加速度大小与其质量成反比D3．(多选)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．物体的速度为零，则加速度为零，所受的合外力也为零C．物体的速度为零，但加速度可能很大，所受的合外力也可能很大D．物体的速度很大，但加速度可能为零，所受的合外力也可能为零CD考点一牛顿第二定律的理解(自主学习)1．牛顿第二定律的五个特性2．合力、加速度、速度间的决定关系(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．1－1.[对牛顿第二定律的理解](多选)下列对牛顿第二定律的理解，正确的是()A．如果一个物体同时受到两个力的作用，则这两个力各自产生的加速度互不影响B．如果一个物体同时受到几个力的作用，则这个物体的加速度等于所受各力单独作用在物体上时产生加速度的矢量和C．平抛运动中竖直方向的重力不影响水平方向的匀速运动D．物体的质量与物体所受的合力成正比，与物体的加速度成反比答案：ABC1－2.[应用牛顿第二定律定性分析问题](多选)如图所示，一木块在光滑水平面上受一恒力F作用，前方固定一足够长的弹簧，则当木块接触弹簧后()A．木块立即做减速运动B．木块在一段时间内速度仍可增大C．当F等于弹簧弹力时，木块速度最大D．弹簧压缩量最大时，木块加速度为零解析：木块接触弹簧后向右运动，弹力逐渐增大，开始时恒力F大于弹簧弹力，合外力方向水平向右，与木块速度方向相同，木块速度不断增大，A项错，B项正确；当弹力增大到与恒力F相等时，合力为零，速度增大到最大值，C项正确；之后木块由于惯性继续向右运动，但合力方向与速度方向相反，木块速度逐渐减小到零，此时，弹力大于恒力F，加速度大于零，D项错．答案：BC考点二牛顿第二定律的瞬时性(自主学习)1．两种模型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：2．求解瞬时加速度的一般思路2－1.[弹簧模型](多选)(2015·海南卷)如图，物块a、b和c的质量相同，a和b、b和c之间用完全相同的轻弹簧S1和S2相连，通过系在a上的细线悬挂于固定点O.整个系统处于静止状态．现将细线剪断．将物块a的加速度的大小记为a1，S1和S2相对于原长的伸长分别记为Δl1和Δl2，重力加速度大小为g.在剪断的瞬间()A．a1＝3gB．a1＝0C．Δl1＝2Δl2D．Δl1＝Δl2解析：剪断细线前，把a、b、c看成整体，细线上的拉力为T＝3mg.因在剪断瞬间，弹簧弹力未发生突变，因此a、b、c之间的作用力与剪断细线之前相同，则将细线剪断瞬间，对a隔离进行受力分析，由牛顿第二定律得3mg＝ma1得a1＝3g，A正确，B错误；由胡克定律知2mg＝kΔl1，mg＝kΔl2，所以Δl1＝2Δl2，C正确，D错误．答案：AC2－2.[弹簧、轻杆模型]如图所示，A、B两球质量相等，光滑斜面的倾角为θ，图甲中，A、B两球用轻弹簧相连，图乙中A、B两球用轻质杆相连，系统静止时，挡板C与斜面垂直，轻弹簧、轻杆均与斜面平行，则在突然撤去挡板的瞬间，有()A．两图中两球加速度均为gsinθB．两图中A球的加速度均为零C．图乙中轻杆的作用力一定不为零D．图甲中B球的加速度是图乙中B球加速度的2倍解析：撤去挡板前，挡板对B球的弹力大小为2mgsinθ，因弹簧弹力不能突变，而杆的弹力会突变，所以撤去挡板瞬间，图甲中A球所受合力为零，加速度为零，B球所受合力为2mgsinθ，加速度为2gsinθ；图乙中杆的弹力突变为零，A、B球所受合力均为mgsinθ，加速度均为gsinθ，可知只有D对．答案：D2－3.[轻绳模型]“儿童蹦极”中，拴在腰间左右两侧的是悬点等高、完全相同的两根橡皮绳．质量为m的小明如图所示静止悬挂时，两橡皮绳的夹角为60°，则()A．每根橡皮绳的拉力为12mgB．若将悬点间距离变小，则每根橡皮绳所受拉力将变小C．若此时小明左侧橡皮绳在腰间断裂，则小明此时加速度a＝gD．若拴在腰间左右两侧的是悬点等高、完全相同的两根轻绳，则小明左侧轻绳在腰间断裂时，小明的加速度a＝g解析：根据平行四边形定则知，2Fcos30°＝mg，解得F＝33mg.故A错误；根据共点力平衡得，2Fcosθ＝mg，当悬点间的距离变小时，θ变小，cosθ变大，可知橡皮绳的拉力变小，故B正确；当左侧橡皮绳断裂，断裂的瞬间，右侧弹性绳的拉力不变，则重力和右侧橡皮绳拉力的合力与左侧橡皮绳初始时的拉力大小相等，方向相反，合力大小为33mg，加速度为33g，故C错误；当两侧为轻绳时，左侧绳断裂瞬间，右侧绳上拉力发生突变，将重力沿绳方向和垂直于绳方向正交分解，合力为mgsin30°，加速度为12g，故D错误．答案：B考点三两类动力学问题(师生共研)1．解决两类基本问题的思路2．两类动力学问题的解题步骤[典例1]如图所示，在倾角θ＝37°的足够长的固定斜面上，有一质量m＝1kg的物体，物体与斜面间的动摩擦因数μ＝0.2，物体受到沿平行于斜面方向向上的轻绳的拉力F＝9.6N的作用，从静止开始运动，经2s绳子突然断了，求绳断后经多长时间物体速度的大小达到22m/s.(sin37°＝0.6，取g＝10m/s2)[审题指导](1)物体在最初2s内做匀加速直线运动(第一个过程)．(2)绳子断了以后，物体做匀减速直线运动(第二个过程)．(3)从最高点开始物体沿斜面向下做匀加速直线运动(第三个过程)．解析：第一过程：在最初2s内，物体在F＝9.6N的拉力作用下，从静止开始沿斜面做匀加速直线运动，受力分析如图甲所示．沿斜面方向有F－mgsin37°－Ff＝ma1①沿垂直斜面方向有FN＝mgcos37°②且Ff＝μFN③由①②③式得a1＝F－mgsin37°－μmgcos37°m＝2m/s22s末绳断时，物体的瞬时速度v1＝a1t1＝4m/s第二过程：从撤去F到物体继续沿斜面向上运动达到速度为零的过程，设此过程物体运动时间为t2，加速度大小为a2，受力分析如图乙所示．沿斜面方向有mgsin37°＋Ff＝ma2④根据运动学公式得v1＝a2t2⑤由②③④⑤得t2＝0.53s第三过程：物体从运动的最高点沿斜面下滑，设第三阶段物体加速度大小为a3，所需时间为t3，受力分析如图丙所示．沿斜面方向有mgsin37°－Ff＝ma3⑥由运动学公式得v3＝a3t3⑦由②③⑥⑦得t3＝5s综上所述，从绳断到物体速度达到22m/s所经历的总时间t＝t2＋t3＝0.53s＋5s＝5.53s.答案：5.53s[反思总结]解决两类动力学问题的两个关键点3－1.[由受力判断运动]某人以一定的初速度从P点竖直向上抛出一个小球，1s后小球运动到最高点，若小球运动时受到的空气阻力大小不变(不为零)，则又经过1s后()A．小球恰好经过P点B．小球的位置在P点下方C．小球的位置在P点上方D．阻力大小不确定，无法判断小球的位置是在P点的上方还是下方解析：设空气阻力大小为f，由牛顿第二定律得：上升过程有mg＋f＝ma上，下落过程有mg－f＝ma下，可得a上＞a下，即上升的加速度比下落的加速度大，根据位移公式x＝12at2可知下落1s的位移小于上升1s的位移，所以又经过1s后小球的位置在P点上方，故C正确．答案：C3－2.[由运动判断受力]趣味运动会上运动员手持网球拍托球沿水平面匀加速向前跑，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()A．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：网球受力如图甲所示，根据牛顿第二定律得FNsinθ＝ma，又FNcosθ＝mg，解得a＝gtanθ，FN＝mgcosθ，故A正确，B错误；以球拍和球整体为研究对象，受力如图乙所示，根据平衡条件，在竖直方向上有F·cosθ＝(M＋m)g，则运动员对球拍的作用力为F＝M＋mgcosθ，故C错误；当a＞gtanθ时，网球才向上运动，由于gsinθ＜gtanθ，故球不一定沿球拍向上运动，故D错误．答案：A3－3.[由受力判断运动](多选)(2016·全国卷Ⅰ)两实心小球甲和乙由同一种材料制成，甲球质量大于乙球质量．两球在空气中由静止下落，假设它们运动时受到的阻力与球的半径成正比，与球的速率无关．若它们下落相同的距离，则()A．甲球用的时间比乙球长B．甲球末速度的大小大于乙球末速度的大小C．甲球加速度的大小小于乙球加速度的大小D．甲球克服阻力做的功大于乙球克服阻力做的功解析：设小球在下落过程中所受阻力F阻＝kR，k为常数，R为小球半径，由牛顿第二定律可知：mg－F阻＝ma，由m＝ρV＝43ρπR3知：43ρπR3g－kR＝43ρπR3a，即a＝g－3k4ρπ·1R2，故知：R越大，a越大，即下落过程中a甲a乙，C错误；下落相同的距离，由h＝12at2知，a越大，t越小，A错误；又由2ah＝v2－v20知，v0＝0，a越大，v越大，B正确；由W阻＝－F阻h知，甲球克服阻力做的功更大一些，D正确．答案：BD考点四对超重和失重的理解与应用(师生共研)1．超重、失重和完全失重比较比较超重失重完全失重产生条件加速度方向向上加速度方向向下加速度方向向下，且大小a＝g动力学原理F－mg＝maF＝m(g＋a)mg－F＝maF＝m(g－a)mg－F＝mgF＝0可能状态①加速上升②减速下降①加速下降②减速上升①自由落体运动和所有的抛体运动②绕地球做匀速圆周运动的卫星、飞船等2.对超重和失重的进一步理解(1)超重并不是重力增加了，失重并不是重力减小了，完全失重也不是重力完全消失了．在发生这些现象时，物体的重力依然存在，且不发生变化，只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)发生了变化(即“视重”发生变化)．(2)只要物体有向上或向下的加速度，物体就处于超重或失重状态，与物体向上运动还是向下运动无关．(3)尽管物体的加速度不是在竖直方向，但只要其加速度在竖直方向上有分量，物体就会处于超重或失重状态．[典例2]“蹦极”是一项刺激的极限运动，运动员将一端固定的长弹性绳绑在踝关节处，从几十米高处跳下．在某次蹦极中，弹性绳弹力F的大小随时间t的变化图象如图所示，其中t2、t4时刻图线的斜率最大．将蹦极过程近似为在竖直方向的运动，弹性绳中弹力与伸长量的关系遵循胡克定律，空气阻力不计．下列说法正确的是()A．t1～t2时间内运动员处于超重状态B．t2～t3时间内运动员处于超重状态C．t3时刻运动员的加速度为零D．t4时刻运动员具有向下的最大速度解析：在t1～t2时间内，运动员合力向下，加速下降，失重，故A项错误；在t2、t4时刻图线的斜率最大，说明弹力变化最快，由于弹力与长度成正比，说明长度变化最快，即速度最大，而速度最大