2014屆高三物理一輪3.2牛頓第二定律兩類動(dòng)力學(xué)問題匯總

1、三維設(shè)計(jì)20142014 屆高三物理一輪教學(xué)案（1414 年預(yù)測(cè)+ +目標(biāo)定位必備SHR要知年D I BE I Z HIS H I Y AO D A L A O牛頓第二定律想一想如圖 3-2- 1 所示為一張?jiān)谡婵罩信臄z的羽毛與蘋果自由下落的頻閃照片。請(qǐng)思考蘋果與羽毛重力相差很大，為什么它們總在同一相同的高度呢？圖 3- 2- 1提示：物體的加速度與力成正比，與物體的質(zhì)量成反比，物體在真空中僅受重力作用，F(xiàn) mg故a= m=m=g,可知羽毛和蘋果在真空中下落的加速度相同。故它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)刻相同，它們能時(shí)刻處在同一高度。記一記1 內(nèi)容物體加速度的大小跟它受到的作用力成正比、跟它的質(zhì)量成反比，加

2、速度的方向跟作用力的方向相同。2.表達(dá)式F=ma3.“五個(gè)”性質(zhì)同向性公式F合一ma疋矢量式，任 時(shí)刻，F(xiàn)合與a冋向瞬時(shí)性a與F合對(duì)應(yīng)同一時(shí)刻，即a為某時(shí)刻的加速度時(shí)，F(xiàn)合為該時(shí)刻物體所受合外 力因果性F合是產(chǎn)生a的原因，物體具有加速度是因?yàn)槲矬w受到了力同一性F合一ma中，F(xiàn)合、m a對(duì)應(yīng)冋一物體或冋一系統(tǒng)，各量統(tǒng)一使用國際單位+ +規(guī)律總結(jié)）3.23.2 牛頓第二定律兩類動(dòng)力學(xué)問題抑.雙墾固本源得基礎(chǔ)分2獨(dú)立性1作用于物體上的每一個(gè)力各自產(chǎn)生的加速度都遵從牛頓第二定律2物體的實(shí)際加速度等于每個(gè)力產(chǎn)生的加速度的矢量和4.適用范圍（1）牛頓第二定律只適用于慣性參考系（相對(duì)地面靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)

3、的參考系）。（2）牛頓第二定律只適用于宏觀物體（相對(duì)于分子、 原子）、低速運(yùn)動(dòng)（遠(yuǎn)小于光速）的情況。試一試1.關(guān)于牛頓第二定律的下列說法中，正確的是（）A. 物體加速度的大小由物體的質(zhì)量和物體所受合外力的大小決定，與物體的速度無關(guān)B. 物體加速度的方向只由它所受合外力的方向決定，與速度方向無關(guān)C. 物體所受合外力的方向和加速度的方向及速度方向總是相同的D. 旦物體所受合外力為零，則物體的加速度立即為零，其運(yùn)動(dòng)也就逐漸停止了解析：選 AB 對(duì)于某個(gè)物體，合外力的大小決定了加速度的大小，合外力的方向決定了加速度的方向，而速度的方向與加速度方向無關(guān)。根據(jù)牛頓第二定律的瞬時(shí)性特征，合外力一旦為零，加速

4、度立即為零，則速度不再發(fā)生變化，以后以此時(shí)的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)。兩類動(dòng)力學(xué)問題記一記1. 兩類動(dòng)力學(xué)問題（1）已知受力情況求物體的運(yùn)動(dòng)情況。已知運(yùn)動(dòng)情況求物體的受力情況。2. 解決兩類基本問題的方法以加速度為“橋梁”，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和牛頓運(yùn)動(dòng)定律列方程求解，具體邏輯關(guān)系如圖:由力求運(yùn)動(dòng)由運(yùn)動(dòng)求力試一試2.用 40 N 的水平力F拉一個(gè)靜止2在光滑水平面上、質(zhì)量為20 kg 的物體，力F作用 3s 后撤去，則第 5 s 末物體的速度和加速度的大小分別是（）A.v= 6 m/s，a= 0B.v= 10 m/s，a= 2 m/s2C.v= 6 m/s ,a= 2 m/sD.v= 10 m/s ,a=

5、0解析：選 A 由牛頓第二定律得：F=ma a= 2 m/s2。3 s 末物體速度為v=at= 6 m/s,此后F撤去，a= 0，物體做勻速運(yùn)動(dòng)，故 A 正確。力學(xué)單位制想一想如圖 3-2-2 為甲、乙、丙三人百米比賽沖刺時(shí)的速度大小。??；由此看出應(yīng)怎樣比較物理量的大小?11 m/s7 200 fim/niin36 km/h圖 3- 2-2提示：v甲=11 m/s,v乙=7 200 dm/min = 12 m/s,v丙=36 km/h = 10 m/s，故v乙v甲v丙。由此可以看出，要比較同一物理量的大小，必須統(tǒng)一單位。記一記1. 單位制由基本單位和導(dǎo)出單位組成。2. 基本單位基本量的單位。力

6、學(xué)中的基本量有三個(gè)，它們分別是質(zhì)量、時(shí)間、長度，它們的國際單 位分別是千克、秒、米。3. 導(dǎo)出單位由基本量根據(jù)物理關(guān)系推導(dǎo)出的其他物理量的單位。4. 國際單位制中的七個(gè)基本物理量和基本單位物理量名稱物理量符號(hào)單位名稱單位符號(hào)長度l米m質(zhì)量m千克kg時(shí)間t秒s電流I安培A熱力學(xué)溫度T開爾文K試比較三人沖刺速度的大丙羅物質(zhì)的量n摩爾mol發(fā)光強(qiáng)度IV坎德拉cd試一試3.關(guān)于單位制，下列說法中正確的是（）A. kg、m/s、N 是導(dǎo)出單位B. kg、m C 是基本單位C.在國際單位制中，時(shí)間的基本單位是sD. 在國際單位制中，力的單位是根據(jù)牛頓第二定律定義的解析：選 CD 在力學(xué)中選定 m（長度單位

7、）、kg（質(zhì)量單位）、s（時(shí)間單位）作為基本單位,可以導(dǎo)出其他物理量的單位，力的單位（N）是根據(jù)牛頓第二定律F=ma導(dǎo)出的，故 C D 正確。1. 一般思路分析物體該時(shí)的受力情況- 由牛頓第二定律列方程- 瞬時(shí)加速度2.兩種模型（1）剛性繩（或接觸面）：一種不發(fā)生明顯形變就能產(chǎn)生彈力的物體，剪斷（或脫離）后，彈力立即改變或消失， 不需要形變恢復(fù)時(shí)間， 一般題目中所給的細(xì)線、 輕桿和接觸面在不加 特殊說明時(shí)，均可按此模型處理。（2）彈簧（或橡皮繩）：當(dāng)彈簧的兩端與物體相連（即兩端為固定端）時(shí)，由于物體有慣性， 彈簧的長度不會(huì)發(fā)生突變， 所以在瞬時(shí)問題中， 其彈力的大小認(rèn)為是不變的， 即此時(shí)彈簧的

8、 彈力不突變。例 1 （2013 吉林模擬）在動(dòng)摩擦因數(shù) 卩=0.2 的水平面上有一個(gè)質(zhì)量為 m= 2 kg 的 小球，小球與水平輕彈簧及與豎直方向成0= 45角的不可伸長的輕繩一端相連，如圖3-2-3 所示，此時(shí)小球處于靜止平衡狀態(tài)，且水平面對(duì)小球的彈力恰好為零。當(dāng)剪斷輕繩 的瞬間，取g=10 m/s2，以下說法正確的是（）A.此時(shí)輕彈簧的彈力大小為20 NB. 小球的加速度大小為 8 m/s2,方向向左C.若剪斷彈簧，則剪斷的瞬間小球的加速度大小為10 m/s2,方向向右園.美m(xù)i抑.考帝I玫苣點(diǎn)得按離分瞬時(shí)加速度問題D.若剪斷彈簧，則剪斷的瞬間小球的加速度為0審題指導(dǎo)剪斷輕繩時(shí)，彈簧的彈

9、力不能瞬間發(fā)生變化。剪斷彈簧時(shí)，繩上的拉力在瞬間發(fā)生變化。嘗試解題因?yàn)槲醇魯噍p繩時(shí)水平面對(duì)小球的彈力為零，小球在繩沒有斷時(shí)受到輕繩的拉力FT和彈簧的彈力F作用而處于平衡狀態(tài)。依據(jù)平衡條件得：豎直方向有FTCOS0=mg水平方向有Frsin0=F。解得輕彈簧的彈力為F=mgan0= 20 N，故選項(xiàng) A 正確。剪斷輕繩后小球在豎直方向仍平衡， 水平面支持力與小球所受重力平衡，即FN=mg由牛頓第二定律得小F卩FN20-0.2X20球的加速度為a=m =2 m/s1 2 3 4 5= 8 m/s6,方向向左，選項(xiàng) B 正確。當(dāng)剪斷彈簧的瞬間，小球立即受地面支持力和重力作用，且二力平衡，加速度為0，

10、選項(xiàng) C 錯(cuò)誤、D正確。答案ABD規(guī)律總結(jié)】在求解瞬時(shí)性問題時(shí)應(yīng)注意：(1) 物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況是時(shí)刻對(duì)應(yīng)的，當(dāng)外界因素發(fā)生變化時(shí)，需要重新進(jìn)行 受力分析和運(yùn)動(dòng)分析。(2) 加速度可以隨著力的突變而突變，而速度的變化需要一個(gè)過程的積累，不會(huì)發(fā)生突 變。fc*7*1動(dòng)力學(xué)的兩類基本問題分析1 物體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的判斷方法(1) 明確物體的初始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(Vo)。(2) 明確物體的受力情況(F合)。(3) 根據(jù)物體做各種性質(zhì)運(yùn)動(dòng)的條件即可判定物體的運(yùn)動(dòng)情況、加速度變化情況及速度 變化情況。2兩類動(dòng)力學(xué)問題的解題步驟(1)明確研究對(duì)象。根據(jù)問題的需要和解題的方便，選出被研究的物體。研究對(duì)象可以是某個(gè)物

11、體，也可以是幾個(gè)物體構(gòu)成的系統(tǒng)。(2) 進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析，畫好受力分析圖、情景示意圖，明確物體的運(yùn)動(dòng)性 質(zhì)和運(yùn)動(dòng)過程。(3) 選取正方向或建立坐標(biāo)系，通常以加速度的方向?yàn)檎较蚧蛞约铀俣确较驗(yàn)槟骋蛔?標(biāo)軸的正方向。(4) 確定合外力F合，注意F合與a同向。若物體只受兩個(gè)共點(diǎn)力作用，常用合成法；若運(yùn)動(dòng)并能到達(dá)B處，求該力作用的最短時(shí)間審題指導(dǎo)2umg2a111.5 m/s,a2mug5 m/s由于勻加速階段末速度即為勻減速階段的初速度，撤去外力時(shí)的速度1 1又因?yàn)長= 2a1t2+ ?a2t2聯(lián)立解得t疋1.03 s。答案(1)0.5(2)1.03 s規(guī)律總結(jié)】物體受到 3 個(gè)或 3

12、個(gè)以上不在同一直線上的力的作用，一般用正交分解法。(5)根據(jù)牛頓第二定律F合=ma或Fx=maR=ma列方程求解，必要時(shí)還要對(duì)結(jié)果進(jìn)行討論。例 2如圖 3- 2 4 所示，質(zhì)量 m= 2 kg 的物體靜止于水平地面的A處，A、B間距L=20 m=0.8 ,用大小為 30 N,沿水平方向的外力拉此物體，經(jīng)to= 2 s 拉至B處。(已知 eos 37sin 37 = 0.6，取g= 10 m/s2)(1)求物體用大小為 30 N,與水平方向成 37的力斜向上拉此物體，使物體從A處由靜止開始物體在拉力作用下做勻加速直線運(yùn)動(dòng),撤去拉力后做當(dāng)物體到B點(diǎn)速度恰好為零，則拉力的作用時(shí)間最短。嘗試解題(1)

13、沿水平方向施加外力后，物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有1L=ato代入數(shù)據(jù)解得a= 10 m/s2由牛頓第二定律知F-Ff=ma解得Ff= 10 NFf10所以卩=mg=2x10 = 0.5設(shè)外力F作用的最短時(shí)間為t，物體先以大小為ai的加速度勻加速運(yùn)動(dòng)，所用時(shí)間為t，受力分析如圖所示。撤去外力后，以大小為a2的加速度勻減速運(yùn)動(dòng)，所用時(shí)間為t到達(dá)B處速度恰為零。由牛頓第二定律知Feos 37 -R=ma其中Ff=uFN=u(mg- Fsin 37 )聯(lián)立解得v=ait=a2t圖 3- 2-4解決兩類動(dòng)力學(xué)問題兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)(1) 把握“兩個(gè)分析” “一個(gè)橋梁”兩個(gè)分析：物體的受力分析和物體的

14、運(yùn)動(dòng)過程分析。一個(gè)橋梁：物體運(yùn)動(dòng)的加速度是聯(lián)系運(yùn)動(dòng)和力的橋梁。(2) 尋找多過程運(yùn)動(dòng)問題中各過程間的相互聯(lián)系。如第一個(gè)過程的末速度就是下一個(gè)過 程的初速度，畫圖找出各過程間的位移聯(lián)系。|牛頓第二定律與圖象的綜合問題1.常見的兩類動(dòng)力學(xué)圖象問題(1) 已知物體在某一過程中所受的合力(或某個(gè)力)隨時(shí)間的變化圖線，要求分析物體的運(yùn)動(dòng)情況。(2) 已知物體在某一過程中速度、加速度隨時(shí)間的變化圖線，要求分析物體的受力情況。2 解決圖象綜合問題的關(guān)鍵(1) 分清圖象的類別：即分清橫、縱坐標(biāo)所代表的物理量，明確其物理意義，掌握物理 圖象所反映的物理過程，會(huì)分析臨界點(diǎn)。(2) 注意圖線中的一些特殊點(diǎn)所表示的物

15、理意義：圖線與橫、縱坐標(biāo)的交點(diǎn)，圖線的轉(zhuǎn) 折點(diǎn)，兩圖線的交點(diǎn)等。(3) 明確能從圖象中獲得哪些信息： 把圖象與具體的題意、 情境結(jié)合起來，再結(jié)合斜率、 特殊點(diǎn)、面積等的物理意義， 確定從圖象中反饋出來的有用信息， 這些信息往往是解題的突 破口或關(guān)鍵點(diǎn)。例 3如圖 3-2-5 甲所示，水平地面上輕彈簧左端固定，右端通過滑塊壓縮0.4 m鎖定。t= 0 時(shí)解除鎖定釋放滑塊。計(jì)算機(jī)通過滑塊上的速度傳感器描繪出滑塊的速度圖象如圖乙所示，其中Oab段為曲線，be段為直線，傾斜直線Od是t= 0 時(shí)的速度圖線的切線,圖 3- 2-5(1) 滑塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)；(2) 彈簧的勁度系數(shù)。審題指導(dǎo)第一步：

16、抓關(guān)鍵點(diǎn)已知滑塊質(zhì)量 m= 2.0 kg關(guān)鍵點(diǎn)獲取信息Od是t= 0 時(shí)的速度圖線的切線Od的斜率表示t= 0 時(shí)滑塊的加速度be段為直線be段滑塊受滑動(dòng)摩擦力作用做勻減速運(yùn)動(dòng)第二步：找突破口要求滑塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)，只要由圖象求出滑塊勻減速運(yùn)動(dòng)的加速度，再由牛頓第二定律列方程即可。要求彈簧的勁度系數(shù)，則應(yīng)利用牛頓第二定律對(duì)滑塊在t= 0 時(shí)刻列方程求解。嘗試解題(1)從題中圖象知，滑塊脫離彈簧后的加速度大小由牛頓第二定律得：卩mg= ma解得：卩=0.5(2)剛釋放時(shí)滑塊的加速度 V23 cca2= t2= 0.1 m/s2= 30 m/s2由牛頓第二定律得：kx卩mg= ma解得：k=

17、 175 N/m。答案(1)0.5(2)175 N/m規(guī)律總結(jié)】數(shù)圖結(jié)合解決物理問題物理公式與物理圖象的結(jié)合是中學(xué)物理的重要題型，也是近年高考的熱點(diǎn)， 特別是vt圖象在考題中出現(xiàn)率極高。 對(duì)于已知圖象求解相關(guān)物理量的問題，往往是結(jié)合物理過程從分析圖象的橫、縱軸所對(duì)應(yīng)的物理量的函數(shù)入手，分析圖線的斜率、 截距所代表的物理意義得出所求結(jié)果。解決這類問題的核心是分析圖象，我們應(yīng)特別關(guān)注vt圖中的斜率(加速度)和力的圖線與運(yùn)動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。補(bǔ)短板弼不足得滿廿:同類問題模型化”系列之(三)傳送帯模型模型概述物體在傳送帶上運(yùn)動(dòng)的情形統(tǒng)稱為傳送帶 模型。，因物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)、斜面 傾角、傳送帶速度、

18、傳送方向、滑塊初速度的 大小和方向的不同，傳送帶問題往往存在多vi1.5ai=T=m/s2= 5 m/s種 可能，因此對(duì)傳送帶問題做出準(zhǔn)確的動(dòng)力學(xué)過 程分析，是解決此類問題的關(guān)鍵。F面介紹兩種常見的傳送帶模型。1 水平傳送帶模型項(xiàng)目圖示滑塊可能的運(yùn)動(dòng)情況情景 1wO0 T)(1) 可能一直加速(2) 可能先加速后勻速情景 2衲 1(1)VoV時(shí)，可能一直減速，也可能先減速再勻速VOV返回時(shí)速度為V,當(dāng)V0V返回時(shí)速度為Vo2傾斜傳送帶模型項(xiàng)目圖示滑塊可能的運(yùn)動(dòng)情況情景 1(1) 可能一直加速(2) 可能先加速后勻速情景 2(1) 可能一直加速(2) 可能先加速后勻速(3) 可能先以a1加速后以

19、a2加速情景 3(1) 可能一直加速(2) 可能先加速后勻速(3) 可能一直勻速(4) 可能先以 a 加速后以 a2加速心 2 右(1)可能一直加速情景 4(2)可能一直勻速(3)可能先減速后反向加速典例如圖 3- 2 6 所示，繃緊的傳送帶，始終以 2 m/s 的速度勻速斜向上運(yùn)行，傳 送帶與水平方向間的夾角0= 30?，F(xiàn)把質(zhì)量為 10 kg 的工件輕輕地放在傳送帶底端P處,由傳送帶傳送至頂端Q處。已知P、Q之間的距離為 4 m,工件與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為工2= 2，取g= 10 m/s。圖 3 2 6(1) 通過計(jì)算說明工件在傳送帶上做什么運(yùn)動(dòng)；(2) 求工件從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)所用的時(shí)間。解析(1)工件受重力、摩擦力、支持力共同作用，摩擦力為動(dòng)力由牛頓第二定律得：imgcos0mcpin0=ma代入數(shù)值得：a= 2.5 m/s2則其速度達(dá)到傳送帶速度時(shí)發(fā)生的位移為2 2v2X1=2a=2X2.5 m=0.8 m4m可見工件先勻加速運(yùn)動(dòng)0.8 m，然后勻速運(yùn)動(dòng) 3.2 mv(2)勻加速時(shí)，由X1= 2t1得t1= 0.8 sX23.2勻速上升時(shí)12=v= 2 s = 1.6 s所以工件從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)所用的時(shí)間為t=11+12= 2.4 s。答案(1)先勻加速運(yùn)動(dòng) 0.8 m，然后勻速運(yùn)動(dòng) 3.2 m(2)2.4 s題后悟道對(duì)于傳送帶問題，一定要全面