2014届高考物理一轮复习课件第三章_第2课时牛顿第二定律_两类动力学问题

牛顿第二定律两类动力学问题导学目标1.理解牛顿第二定律的内容、表达式和适用范围.2.学会分析两类动力学问题．基础再现·深度思考一、牛顿第二定律[基础导引]由牛顿第二定律可知，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度，可是，我们用力提一个很重的箱子，却提不动它．这跟牛顿第二定律有没有矛盾？应该怎样解释这个现象？基础再现·深度思考本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点答案没有矛盾．牛顿第二定律公式F＝ma中的F指的是物体所受的合力，而不是其中的某一个力．我们用力提一个放在地面上的很重的物体时，物体受到的力共有三个：手对物体向上的作用力F1、竖直向下的重力G以及向上的支持力F2，这三个力的合力F＝0，故物体的加速度为零，物体保持不动．基础再现·深度思考本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点[知识梳理]1．内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成、跟它的质量成，加速度的方向跟相同．2．表达式：.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．正比反比作用力的方向F＝ma惯性匀速直线宏观基础再现·深度思考本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点[知识梳理]1．单位制由基本单位和导出单位共同组成．2．力学单位制中的基本单位有、、时间(s)．3．导出单位有、、等．长度(m)质量(kg)力(N)速度(m/s)加速度(m/s2)基础再现·深度思考本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点考点一牛顿第二定律的理解考点解读矢量性公式F＝ma是矢量式，任一时刻，F与a总是同向瞬时性a与F对应同一时刻，即a为某时刻的加速度时，F为该时刻物体所受的合外力因果性F是产生加速度a的原因,加速度a是F作用的结果同一性有三层意思：(1)加速度a是相对同一个惯性系的(一般指地面)；(2)F＝ma中，F、m、a对应同一个物体或同一个系统；(3)F＝ma中，各量统一使用国际单位课堂探究·突破考点本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点独立性(1)作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都满足F＝ma(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)分力和加速度在各个方向上的分量也满足F＝ma，即Fx＝max，Fy＝may课堂探究·突破考点本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点典例剖析例1如图1所示，自由下落的小球下落一段时间后，与弹簧接触，从它接触弹簧开始，到弹簧压缩到最短的过程中，小球的速度、加速度的变化情况如何？图1解析小球接触弹簧上端后受到两个力作用：向下的重力和向上的弹力．在接触后的前一阶段，重力大于弹力，合力向下，因为弹力F＝kx不断增大，所以合力不断减小，故加速度不断减小，由于加速度与速度同向，因此速度不断变大．课堂探究·突破考点本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点方法突破利用牛顿第二定律分析物体运动过程时应注意以下两点：(1)a是联系力和运动的桥梁，根据受力条件，确定加速度，以加速度确定物体速度和位移的变化．(2)速度与位移的变化与力相联系，用联系的眼光看问题，分析出力的变化，从而确定加速度的变化，进而确定速度与位移的变化．课堂探究·突破考点本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点跟踪训练1如图2所示，弹簧左端固定，右端自由伸长到O点并系住物体m.现将弹簧压缩到A点，然后释放，物体可以一直运动到B点，如果物体受到的阻力恒定,则()A．物体从A到O先加速后减速B．物体从A到O加速运动，从O到B减速运动C．物体运动到O点时所受合力为0D．物体从A到O的过程加速度逐渐减小图2课堂探究·突破考点本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点解析首先有两个问题应清楚，物体在A点的弹力大于物体与地面之间的阻力(因为物体能运动)，物体在O点的弹力为0.所以在A、O之间有弹力与阻力相等的位置，故物体在A、O之间的运动应该是先加速后减速，A选项正确，B选项不正确；O点的弹力为0，但摩擦力不是0，所以C选项不正确；从A到O的过程加速度先减小、后增大，故D选项错误．答案A课堂探究·突破考点本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点二、两类动力学问题[基础导引]以15m/s的速度行驶的无轨电车，在关闭电动机后，经过10s停了下来．电车的质量是4.0×103kg，求电车所受的阻力．解析电车的加速度为：a＝v－v0t＝0－1510m/s2＝－1.5m/s2电车所受阻力为：F＝ma＝－6.0×103N，负号表示与电车初速度方向相反．答案6.0×103N，方向与电车初速度方向相反基础再现·深度思考本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点[知识梳理]1．动力学的两类基本问题(1)由受力情况判断物体的．(2)由运动情况判断物体的．2．解决两类基本问题的方法：以为桥梁，由运动学公式和列方程求解．运动情况受力情况加速度牛顿第二定律思考：解决两类动力学问题的关键是什么？答案解答动力学两类问题的关键：(1)做好受力分析，正确画出受力图，求出合力．(2)做好运动过程分析，画出运动过程简图，确定各物理量间的关系．基础再现·深度思考本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点解答动力学的两类基本问题的方法和步骤1．动力学两类基本问题的分析流程图2．基本方法(1)明确题目中给出的物理现象和物理过程的特点，如果是比较复杂的问题，应该明确整个物理现象是由哪几个物理过程组成的，找出相邻过程的联系点，再分别研究每一个物理过程．(2)根据问题的要求和计算方法，确定研究对象进行分析，并画出示意图．图中应注明力、速度、加速度的符号和方向．对每一个力都明确施力物体和受力物体，以免分析力时有所遗漏或无中生有．(3)应用牛顿运动定律和运动学公式求解，通常先用表示物理量的符号运算，解出所求物理量的表达式，然后将已知物理量的数值及单位代入，通过运算求结果．3．应用牛顿第二定律的解题步骤(1)明确研究对象．根据问题的需要和解题的方便，选出被研究的物体．(2)分析物体的受力情况和运动情况．画好受力分析图，明确物体的运动性质和运动过程．(3)选取正方向或建立坐标系．通常以加速度的方向为正方向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向．(4)求合外力F合．(5)根据牛顿第二定律F合＝ma列方程求解，必要时还要对结果进行讨论．(1)物体的运动情况是由所受的力及物体运动的初始状态共同决定的．(2)无论是哪种情况，加速度都是联系力和运动的“桥梁”．[例2]质量为2kg的物体在水平推力F的作用下沿水平面做直线运动，一段时间后撤去F，其运动的v－t图象如图所示．g取10m/s2，求：(1)物体与水平面间的动摩擦因数μ；(2)水平推力F的大小；(3)0～10s内物体运动位移的大小．[思路点拨]解答本题时可按以下思路分析：由图象信息→求加速度→用牛顿第二定律和运动学公式解答[自主解答](1)由题中图象知，t＝6s时撤去外力F，此后6～10s内物体做匀减速直线运动直至静止，其加速度为a1＝Δv1Δt1＝－2m/s2又因为a1＝－μmgm＝－μg联立得μ＝0.2.(2)由题中图象知0～6s内物体做匀加速直线运动其加速度大小为a2＝Δv2Δt2＝1m/s2由牛顿第二定律得F－μmg＝ma2联立得，水平推力F＝6N.(3)设0～10s内物体的位移为x，则x＝x1＋x2＝12×(2＋8)×6m＋12×8×4m＝46m.[答案](1)0.2(2)6N(3)46m跟踪训练2．A、B两物体以相同的初速度滑到同一粗糙水平面上，若两物体的质量mA＞mB，两物体与粗糙水平面间的动摩擦因数相同，则两物体能滑行的最大距离xA与xB相比为()A．xA＝xBB．xA＞xBC．xA＜xBD．不能确定解析：物体在粗糙水平面上滑行时的合外力F合＝Ff＝μmg，则a＝F合m＝μg。由运动学公式有x＝v022a，则xA＝xB，A项正确。答案：A跟踪训练3．一物体在水平面上由静止开始在水平恒力F作用下运动ts，ts末撤去该力，物体又经过2ts停止运动，在此过程中，物体受到的摩擦力大小为________。解析：设ts末速度为v，则前ts内的加速度a＝vt，后2ts内的加速度a′＝v2t＝a2由牛顿第二定律有：F－Ff＝maFf＝ma′＝m·a2联立解得Ff＝F3。答案：F3(2011·上海高考)如图3－2－3所示，质量m＝2kg的物体静止于图3－2－3水平地面的A处，A、B间距L＝20m，用大小为30N，沿水平方向的外力拉此物体，经t0＝2s拉至B处。(已知cos37°＝0.8，sin37°＝0.6，取g＝10m/s2)(1)求物体与地面间的动摩擦因数μ；(2)用大小为30N，与水平方向成37°的力斜向上拉此物体,使物体从A处由静止开始运动并能到达B处，求该力作用的最短时间t。[思路点拨]因物体在拉力作用下先做匀加速直线运动，撤掉外力后物体做匀减速直线运动，所以当物体到达B处速度为零时，对应施加拉力的时间最短。[解析](1)物体做匀加速运动L＝12at02∴a＝2Lt02＝2×2022m/s2＝10m/s2由牛顿第二定律F－f＝maf＝30N－2×10N＝10N∴μ＝fmg＝102×10＝0.5(2)设F作用的最短时间为t，小车先以大小为a的加速度匀加速时间t，撤去外力后，以大小为a′的加速度匀减速时间t′到达B处，速度恰为0，由牛顿定律Fcos37°－μ(mg－Fsin37°)＝ma∴a＝Fcos37°＋μsin37°m－μg＝30×0.8＋0.5×0.62m/s2－0.5×10m/s2＝11.5m/s2a′＝fm＝μg＝5m/s2由于匀加速阶段的末速度即为匀减速阶段的初速度，因此有at＝a′t′∴t′＝aa′t＝11.55t＝2.3tL＝12at2＋12a′t′2∴t＝2La＋2.32a′＝2×2011.5＋2.32×5s＝1.03s[答案](1)0.5(2)1.03s跟踪训练4．如图3－2－4所示，小车运动时，看到摆球悬线与竖直方向成θ角并与小车保持相对静止，则下列说法中正确的是()A．小车可能向右加速运动，加速度为gsinθ图3－2－4B．小车可能向右减速运动，加速度为gtanθC．小车可能向左加速运动，加速度为gtanθD．小车可能向左减速运动，加速度为gtanθ方法突破动力学问题的求解方法1.物体运动性质的判断方法(1)明确物体的初始运动状态(v0)；(2)明确物体的受力情况(F合)；(3)根据物体做各种性质运动的条件即可判定物体的运动情况、加速度变化情况及速度变化情况．2.求解两类动力学问题的方法(1)抓住物理量——加速度课堂探究·突破考点本课栏目开关基础再现·深度思考课堂探究·突破考点