（名师导学）2020版高考物理总复习 第三章 第2节 牛顿第二定律课件 新人教版

第2节牛顿第二定律考点1对牛顿第二定律的理解1．牛顿第二定律(1)定律内容：物体的加速度跟物体____________成正比，跟____________成反比，加速度的方向跟合外力的方向________．(2)表达式：F合＝____．该表达式只能在国际单位制中成立．因为F合＝k·____，只有在国际单位制中才有k＝1.所受的合外力物体的质量相同mama力的单位的定义：使质量为1kg的物体，获得1m/s2的加速度的力，叫做1N，即1N＝________．(3)适用范围①牛顿第二定律只适用于______参考系(相对地面静止或_________运动的参考系)．②牛顿第二定律只适用于_______物体(相对于分子、原子)、低速运动(远小于光速)的情况.1kg·m/s2惯性匀速直线宏观2．对牛顿第二定律的理解牛顿第二定律是动力学的核心内容，我们要从不同的角度，多层次、系统化地理解其内涵：F量化了迫使物体运动状态发生变化的外部作用，m量化了物体“不愿改变运动状态”的基本特性(惯性)，而a则描述了物体的运动状态(v)变化的快慢．明确了上述三个量的物理意义，就不难理解如下的关系了：a∝Fa∝1m另外，牛顿第二定律给出的F、m、a三者之间的瞬时关系，也是由力的作用效果的瞬时性特征所决定的．(1)矢量性：加速度a与合外力F合都是_______，且方向总是_______．(2)瞬时性：加速度a与合外力F合同时_______、同时________、同时_______，是瞬时对应的．(3)同一性：加速度a与合外力F合是对同一物体而言的两个物理量．(4)独立性：作用于物体上的每个力各自产生的加速度都遵循牛顿第二定律，而物体的合加速度则是每个力产生的加速度的_________，合加速度总是与合外力相对应．(5)相对性：物体的加速度是对相对地面静止或相对地面做匀速运动的物体而言的．矢量相同产生变化消失矢量和(6)局限性：只适用于宏观、低速运动的物体，不适用于微观、高速运动的粒子．3．单位制(1)单位制：______单位和______单位共同组成了单位制．①基本单位：基本物理量的单位．力学中的基本物理量有_______、______、_______，它们的国际单位分别是______、_______、_____．②导出单位是由基本单位根据_________推导出来的其他物理量的单位．有力(N)、速度(m/s)、加速度(m/s2)等．基本导出长度质量时间米千克秒物理关系(2)国际单位制中的基本物理量和基本单位物理量名称物理量符号单位名称单位符号长度l米m质量m千克kg时间t秒s电流I安(培)A热力学温度T开(尔文)K物质的量n摩(尔)mol发光强度I坎(德拉)cd特别提醒：①有些物理单位属于基本单位，但不是国际单位，如厘米、克、小时等．②有些单位属于国际单位，但不是基本单位，如米/秒(m/s)、帕斯卡(Pa)、牛(顿)(N)等．例1如图所示，一根轻质弹簧上端固定，下端挂一质量为m0的平盘，盘中有一物体质量为m.当盘静止时，弹簧伸长了L，今向下拉盘使弹簧再伸长ΔL后停止，然后松手放开，设弹簧总处在弹性限度内，则刚松手时盘对物体的支持力等于()A.1＋ΔLLmgB.ΔLLmgC.1＋ΔLLm＋m0gD.ΔLLm＋m0g【解析】当盘静止时，由胡克定律得(m＋m0)g＝kL①设使弹簧再伸长Δl时手的拉力大小为F，再由胡克定律得(mg＋m0g＋F)＝k(L＋ΔL)②由①②联立得F＝ΔLL(m＋m0)g刚松手瞬时弹簧的弹力没有变化，则以盘和物体整体为研究对象，所受合力大小等于F，方向竖直向上．设刚松手时，加速度大小为a，根据牛顿第二定律得a＝Fm＋m0＝ΔLLg对物体研究：FN－mg＝ma解得FN＝1＋ΔLLmg，故选A.【答案】A【小结】根据牛顿第二定律知，加速度与合外力存在瞬时对应关系．在分析瞬时对应关系时应注意两个基本模型特点的区别：(1)轻绳、轻杆模型：①轻绳、轻杆产生弹力时的形变量很小；②轻绳、轻杆的拉力可突变；(2)轻弹簧模型：①弹力的大小为F＝kx，其中k是弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量；②弹力突变的特点：若释放端未连接物体，则轻弹簧的弹力可突变为零；若释放端仍连接物体，则轻弹簧的弹力不发生突变，释放的瞬间仍为原值．1．放在光滑水平面上的物块1、2用轻质弹簧测力计相连，如图所示．今对物块1、2分别施加方向相反的水平力F1、F2，且F1大于F2，则弹簧测力计的示数()A．一定大于F2小于F1B．一定等于F1－F2C．一定等于F1＋F2D．一定等于F1＋F22A【解析】因为F1F2，所以物块1和2都具有水平向左的加速度，设弹簧测力计的示数为T，对m2，有T－F2＝m2a，对m1有F1－T＝m1a，a＝F1－F2m1＋m2.∴T＝F2＋m2·F1－F2m1＋m2，只有当m1＝m2时，T才等于F1＋F22，∴T＝F2＋m2aF2，T＝F1－m1aF1.2．如图所示，质量为M的框架放在水平地面上，一轻弹簧下端固定一个质量为m的小球，小球上下振动时，框架始终没有跳起．当框架对地面压力为零的瞬间，小球的加速度大小为(已知重力加速度为g)()A．gB.M－mmgC．0D.M＋mmgD【解析】当框架对地面压力为零时，地面对框架无作用力，弹簧被压缩，弹力大小为Mg，框架受弹力向上，小球受弹力向下，以小球为研究对象，由牛顿第二定律有(M＋m)g＝ma，因此可得小球的加速度大小为a＝M＋mmg，选项D正确．考点2动力学中的两类基本问题用牛顿第二定律解题的两大类型1．已知受力情况求物体的运动情况．2．已知运动情况求物体的受力情况．其中加速度是联系运动和受力的重要“桥梁”，将运动学规律和牛顿第二定律相结合是解决问题的基本思路．1．已知物体的运动情况求物体的受力情况例2一游客在峨眉山滑雪时，由静止开始沿倾角为37°的山坡匀加速滑下．下滑过程中从A点开始给游客抓拍一张连续曝光的照片如图所示．经测量游客从起点到本次曝光的中间时刻的位移恰好是40m．已知本次摄影的曝光时间是0.2s，照片中虚影的长度L相当于实际长度4m，则下列选项不正确的是(g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)()A．运动员在曝光的中间时刻的速度为v0＝20m/sB．运动员下滑的加速度为5.0m/s2C．滑雪板与坡道间的动摩擦因数为18D．滑雪板与坡道间的动摩擦因数为38【解析】用s表示题中的位移，θ表示斜面倾角，Δt表示曝光时间，μ表示滑雪板与坡道间的动摩擦因数，m表示滑雪运动员的质量．设运动员下滑的加速度为a，曝光的中间时刻的速度为v0，则有v0＝LΔt，代入数据得v0＝20m/s，故A选项正确；由v20＝2as可求得：a＝5.0m/s2，故B选项正确；又根据牛顿第二定律有mgsinθ－μmgcosθ＝ma，可求得动摩擦因数为μ＝18，故C选项正确而D选项错误．【答案】D3．在水平地面上有一质量为4.0kg的物体，物体在水平拉力F的作用下由静止开始运动.10s后水平拉力减为13F.该物体的v－t图象如图所示．求：(1)物体受到的水平拉力F的大小；(2)物体与地面间的动摩擦因数．(g取10m/s2)【解析】(1)物体的运动分为两个过程，由图可知两个过程加速度分别为：a1＝1m/s2，a2＝－0.5m/s2，受力图如下对于两个过程，由牛顿第二定律得：F－Ff＝ma1F3－Ff＝ma2联立以上二式解得：F＝9NFf＝5N，方向与运动方向相反(2)由滑动摩擦力公式得：Ff＝μFN＝μmg解得：μ＝0.1254．据报道，某航空公司的一架客机，在正常航线上做水平飞行时，由于突然受到强大垂直气流作用，使飞机在10s内下降高度1700m，造成众多乘客和机组人员的伤害事故，如果只研究飞机在竖直方向上的运动，且假设这一运动为匀变速运动(g取10m/s2)．试计算：(1)飞机在竖直方向上产生的加速度；(2)乘客所系安全带的拉力与乘客体重的比值为多少时，才能使乘客不脱离座椅；(3)未系安全带的乘客，相对于机舱将向什么方向运动，最可能受到伤害的是人体的什么部位．【解析】(1)由运动学公式得：h＝12at2a＝34m/s2(2)由牛顿第二定律：F＋mg＝ma拉力与体重比值k为：k＝Fmg＝2.4(3)向上运动，头部2．已知物体的受力情况求物体的运动情况例3地震发生后，需要向灾区运送大量救灾物资，在物资转运过程中大量使用了如图所示的传送带．已知某传送带与水平面成θ＝37°角，皮带的AB部分长L＝5.8m，皮带以恒定的速率v＝4m/s按图示方向运动，若在B端无初速度地放置救灾物资P(可视为质点)，P与皮带之间的动摩擦因数μ＝0.5(g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8)，求：(1)物资P从B端开始运动时的加速度；(2)物资P到达A端时的速度．【解析】(1)物资P刚放在B点时，受沿传送带向下的滑动摩擦力的作用，mgsinθ＋F＝ma1FN＝mgcosθF＝μFN其加速度为a1＝gsinθ＋μgcosθ＝10m/s2，方向沿传送带向下．(2)物资P加速到与传送带速度相同时的位移s＝v22a1＝0.8m∵mgsin37°＝0.6mg，而μcos37°·mg＝0.4mg，∴物资P会以v＝4m/s为初速度，以a2＝gsin37°－μgcos37°＝2m/s2，继续向下加速度运动(L－s)才到A端，依v2A－v2＝2a2(L－s)，代入数据解得vA＝6m/s.【小结】应用牛顿第二定律解答动力学问题时，首先要对物体的受力情况及运动情况进行分析，确定题目属于动力学中的哪类问题，不论是由受力情况求运动情况，还是由运动情况求受力情况，都需用牛顿第二定律列方程．应用牛顿第二定律的解题步骤(1)通过审题灵活地选取研究对象，明确物理过程．(2)分析研究对象的受力情况和运动情况，必要时画好受力示意图和运动过程示意图，规定正方向．(3)根据牛顿第二定律和运动公式列方程求解．(列牛顿第二定律方程时可把力进行分解或合成处理，再列方程)(4)检查答案是否完整、合理，必要时需进行讨论．5．频闪照相是研究物理过程的重要手段，如图所示是某同学研究小滑块从光滑水平面滑上粗糙斜面并向上滑动时的频闪照片，已知斜面足够长，倾角为α＝37°，闪光频率为10Hz.经测量换算获得实景数据：x1＝x2＝40cm，x3＝35cm，x4＝25cm，x5＝15cm.取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，5＝2.24，设滑块通过平面与斜面连接处时速度大小不变．求：(1)滑块沿斜面上滑时的初速度v0；(2)滑块与斜面间的动摩擦因数μ；(3)滑块从滑上斜面到返回斜面底端所用的时间．【解析】(1)由题意可知，滑块在水平面上匀速运动，则：v0＝x1T＝0.40.1m/s＝4m/s.(2)在斜面上滑块做匀减速直线运动，且x3－x4＝x4－x5，设加速度大小为a1，根据公式：x3－x4＝a1T2由牛顿第二定律：mgsinα＋μmgcosα＝ma1，解得：μ＝0.5.(3)设滑块向上滑行所用的时间为t1，上滑的最大距离为s，返回斜面底端的时间为t2，加速度为a2，v0＝a1t1，s＝12v0t1，解得：t1＝0.4smgsinα－μmgcosα＝ma2，s＝12a2t22，解得：t2＝255s所以：t＝t1＋t2＝0.4s＋255s＝1.3s.6．如图甲所示为一倾角θ＝37°足够长的斜面，将一质量为m＝1kg的物体在斜面上由静止释放，同时施加一沿斜面向上的拉力，拉力随时间变化关系图象如图乙所示，物体与斜面间动摩擦因数μ＝0.25.取g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，求：(1)2s末物体的速度大小；(2)前16s内物体发生的位移．【解析】(1)mgsin37°＝6N，μmgcos37°＝2N＝fm，0～2s内，F＝1.5N，a1＝mgsin37°－F－μmgcos37°m＝2.5m/s2，2s末速度v2＝a1t1＝2.5×2m/s＝5m/s