2023年高三物理一轮复习教学案13牛顿第二定律doc高中物理.docx

2023高三物理一轮复习教学案（13）--牛顿第二定律 【学习目标】 1.理解牛顿第二定律的内容，知道牛顿第二定律表达式确实切含义 2.会用牛顿第二定律处理两类动力学问题 【自主学习】 一、牛顿第二定律 1.牛顿第二定律的内容，物体的加速度跟 成正比，跟 成反比，加速度的方向跟 方向相同。 2.公式： 3.理解要点： （1）F=ma这种形式只是在国际单位制中才适用 一般地说F＝kma，k是比例常数，它的数值与F、m、a各量的单位有关。在国际单位制中，即F、m、a分别用N、kg、m/s2作单位，k=1，才能写为F=ma. （2）牛顿第二定律具有“四性〞 ①矢量性：物体加速度的方向与物体所受　　　　　　　　的方向始终相同。 ②瞬时性：牛顿第二定律说明力的瞬时效应能产生加速度，物体的加速度和物体所受的合外力总是同生、同灭、同时变化，所以它适合解决物体在某一时刻或某一位置时的力和加速度的关系问题。 ③独立性：作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛顿第二定律，而物体的实际加速度那么是每个力产生的加速度的矢量和，分力和加速度的各个方向上的分量关系 　　　　　　　　　　　　 Fx=max 也遵从牛顿第二定律，即： Fy=may ④相对性：物体的加速度必须是对相对于地球静止或匀速直线运动的参考系而言的。 4.牛顿第二定律的适用范围 （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直线运动的参考系。） （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、两类动力学问题 1.物体的受力情况求物体的运动情况 根据物体的受力情况求出物体受到的合外力，然后应用牛顿第二定律F=ma求出物体的加速度，再根据初始条件由运动学公式就可以求出物体的运动情况––物体的速度、位移或运动时间。 2.物体的运动情况求物体的受力情况 根据物体的运动情况，应用运动学公式求出物体的加速度，然后再应用牛顿第二定律求出物体所受的合外力，进而求出某些未知力。 求解以上两类动力学问题的思路，可用如下所示的框图来表示： 第一类　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第二类 物体的加速度a 物体的运动情况 物体的受力情况 　在匀变速直线运动的公式中有五个物理量，其中有四个矢量v0、v1、a、s，一个标量t。在动力学公式中有三个物理量，其中有两个矢量F、a，一个标量m。运动学和动力学中公共的物理量是加速度a。在处理力和运动的两类根本问题时，不管由力确定运动还是由运动确定力，关键在于加速度a，a是联结运动学公式和牛顿第二定律的桥梁。 【典型例题】 例1.质量为m的物体放在倾角为α的斜面上，物体和斜面间的动摩擦系数为μ，如沿水平方向加一个力F，使物体沿斜面向上以加速度a做匀加速直线运动，如以下列图甲，那么F多大？ F FN x Ff mg y a αx αx a F 例1　［解析］（1）受力分析：物体受四个力作用：重力mg、弹力FN、推力F、摩擦力Ff，（2）建立坐标：以加速度方向即沿斜面向 上为x轴正向，分解F和mg如图乙所示； （3）建立方程并求解 乙 x方向：Fcosα-mgsinα-Ff=ma ① y方向：FN-mgcosα-Fsinα=0 ② f=μFN　　　③ 三式联立求解得： v a θ F＝ ［答案］ 例2.如下列图，质量为m的人站在自动扶梯上，扶梯正以加速度a向上减速运动，a与水平方向的夹角为θ，求人受的支持力和摩擦力。 例2　［解析］以人为研究对象，他站在减速上升的电梯上，受到竖直向下的重力mg和竖直向上的支持力FN，还受到水平方向的静摩擦力Ff，由于物体斜向下的加速度有一个水平向左的分量，故可判断静摩擦力的方向水平向左。人受力如图的示，建立如下列图的坐标系，并将加速度分解为水平加速度ax和竖直加速度ay，如下列图，那么： · FN Ff x y mg ax=acosθ　　 ay=asinθ 由牛顿第二定律得： Ff=max　　　 mg-FN=may 求得Ff＝ FN＝ 例3.风洞实验室中可产生水平方向的、大小可调节的风力，现将一套有小球的细直杆放入风洞实验室，小球孔径略大于细杆直径。（如图） （1）当杆在水平方向上固定时，调节风力的大小，使小球在杆上匀速运动。这时小球所受的风力为小球所受重力的0.5倍，求小球与杆间的动摩擦因数。 （2）保持小球所受风力不变，使杆与水平方向间夹角为37°并固定，那么小球从静止出发在细杆上滑下距离s所需时间为多少？（sin37°＝0.6，cos37°=0.8） 例3　［解析］（1）设小球受的风力为F，小球质量为m，因小球做匀速运动，那么 F＝μmg，F＝0.5mg，所以μ＝0.5 37° （2）如下列图，设杆对小球的支持力为FN，摩擦力为Ff，小球受力产生加速度，沿杆方向有Fcosθ+mgsinθ-Ff=ma θ FN F mg Ff 垂直杆方向有FN+Fsinθ-mgcosθ=0 又Ff＝μFN。 可解得a=g 由s=at2得 t＝ ［答案］（1）0.5　　（2） 例4.如下列图，物体从斜坡上的A点由静止开始滑到斜坡底部B处，又沿水平地面滑行到C处停下，斜坡倾角为θ，A点高为h，物体与斜坡和地面间的动摩擦因数都是μ，物体由斜坡底部转到水平地面运动时速度大小不变，求B、C间的距离。 θ A C B h 例4　［解析］物体在斜坡上下滑时受力情况如下列图，根据牛顿运动定律，物体沿斜面方向和垂直斜面方向分别有 mgsinθ-Ff=ma1 FN-mgcosθ=0 Ff=μFN 解得：a1=g(sinθ-μcosθ) θ Ff FN mg 由图中几何关系可知斜坡长度为Lsinθ=h，那么L＝ 物体滑至斜坡底端B点时速度为v，根据运动学公式v2=2as,那么 v= 解得 物体在水平面上滑动时，在滑动摩擦力作用下，做匀减速直线运动，根据牛顿运动定律有 μmg=ma2 那么a2=μg 物体滑至C点停止，即vC=0，应用运动学公式vt2=v02+2as得 v2=2a2sBC 那么sBC= 【针对训练】 1.一个木块沿倾角为α的斜面刚好能匀速下滑，假设这个斜面倾角增大到β （α＜β＜90°），那么木块下滑加速度大小为（　　　） A．gsinβ B．gsin（β-α） C．g(sinβ-tanαcosβ) D．g(sinβ-tanα) θ A v 2.一支架固定于放于水平地面上的小车上，细线上一端系着质量为m的小球，另一端系在支架上，当小车向左做直线运动时，细线与竖直方向的夹角为θ，此时放在小车上质量M的A物体跟小车相对静止，如下列图，那么A受到的摩擦力大小和方向是（ ） A．Mgsinθ，向左 B．Mgtanθ，向右 C．Mgcosθ，向右 D．Mgtanθ，向左 3.重物A和小车B的重分别为GA和GB，用跨过定滑轮 A B 的细线将它们连接起来，如下列图。GA＞GB，不计一切摩擦，那么细线对小车B的拉力F的大小是（　　　） A．F＝GA B．GA＞F≥GB C．F＜GB D．GA、GB的大小未知，F不好确定 A θ 4.以24.5m/s的速度沿水平面行驶的汽车上固定 一个光滑的斜面，如下列图，汽车刹车后，经2.5s 停下来，欲使在刹车过程中物体A与斜面保持相对 静止，那么此斜面的倾角应为 ，车的行 驶方向应向 。（g取9.8m/s2） 1 θ 2 3 5.如下列图，一倾角为θ的斜面上放着一小车，小车上吊着小球m，小车在斜面上下滑时，小球与车相对静止共同运动，当悬线处于以下状态时，分别求出小车下滑的加速度及悬线的拉力。 （1）悬线沿竖直方向。 （2）悬线与斜面方向垂直。 （3）悬线沿水平方向。 5．［解析］作出小球受力图如图（a）所示为绳子拉力F1与重力mg，不可能有沿斜面方向的合力，因此，小球与小车相对静止沿斜面做匀速运动，其加速度a1=0,绳子的拉力 F1＝mg. （2）作出小球受力图如图（b）所示，绳子的拉力F2与重力mg的合力沿斜面向下，小球的加速度a2=,绳子拉力F2＝mgcosθ （3）作出受力图如图（c）所示，小球的加速度, 绳子拉力　F3＝mgcotθ ［答案］（1）0，g （2）gsinθ，mgcosθ　　　（3）g/sinθ　　mgcotθ 【能力训练】 一、选择题 1.A、B、C三球大小相同，A为实心木球，B为实心铁球，C是质量与A一样的空心铁球，三球同时从同一高度由静止落下，假设受到的阻力相同，那么（　　　） A．B球下落的加速度最大 B．C球下落的加速度最大 F α C．A球下落的加速度最大 D．B球落地时间最短，A、C球同落地 2.如下列图，物体m原以加速度a沿斜面匀加速下滑，现在物体上方施一竖直向下的恒力F，那么以下说法正确的选项是（　　　）　　 A．物体m受到的摩擦力不变 B．物体m下滑的加速度增大 C．物体m下滑的加速度变小 D．物体m下滑的加速度不变 1 2 F1 F2 3.如下列图，两个质量相同的物体1和2，紧靠在一起放在光滑的水平面上，如果它们分别受到水平推力F1和F2的作用，而且F1＞F2，那么1施于2的作用力的大小为（　　　） A．F1 B．F2 B F O C．（F1+F2）/2 D．（F1-F2）/2 a A 4.如下列图，A、B两条直线是在A、B两地分别用竖直向上的力F拉质量分别为mA、mB的物体得出的两个加速度a与力F的 关系图线，由图线分析可知（　　　） A．两地的重力加速度gA＞gB B．mA＜mB C．两地的重力加速度gA＜gB D．mA＞mB v F 5.如下列图，质量m=10kg的物体在水平面上向左运动，物体与水平面间的动摩擦因数为0.2，与此同时物体受到一个水平向右的推力F＝20N的作用，那么物体产生的加速度是（g取为10m/s2） A．0 B．4m/s2,水平向右 C．2m/s2，水平向左 D．2m/s2，水平向右 6.如下列图，质量为60kg的运发动的两脚各用750N的水平力蹬着两竖直墙壁匀速下滑，假设他从离地12m高处无初速匀加速下滑2s可落地，那么此过程中他的两脚蹬墙的水平力均应等于（g=10m/s2） A．150N B．300N C．450N D．600N 7.如下列图，传送带保持1m/s的速度运动，现将一质量为0.5kg的小物体从传送带左端放上，设物体与皮带间动摩擦因数为0.1，传送带两端水平距离为2.5m，那么物体从左端运动到右端所经历的时间为（　　　） · · A． B． C．3s D．5s θ Aθ Bθ 8.如下列图，一物体从竖直平面内圆环的最高点A处由静止开始沿光滑弦轨道AB下滑至B点，那么（　　　） ①只要知道弦长，就能求出运动时间 ②只要知道圆半径，就能求出运动时间 ③只要知道倾角θ，就能求出运动时间④只要知道弦长和倾角就能求出运动时间 t/s v/(m·s-1) 0 11 -9 1 2 A．只有① B．只有② C．①③ D．②④ 9.将物体竖直上抛，假设运动过程中空气阻力不变，其 速度–时间图象如下列图，那么物体所受的重力和空气阻 力之比为（　　　） A．1:10 B．10:1 C．9:1 D．8:1 10.如下列图，带斜面的小车各面都光滑，车上放一均匀球，当小车向右匀速运动时，斜面对球的支持力为F