牛頓第二定律1內(nèi)容：物體加速度的大小跟作用力成跟物體的質(zhì).ppt

第2課時(shí)牛頓第二定律兩類動(dòng)力學(xué)問題考點(diǎn)自清一 牛頓第二定律1 內(nèi)容 物體加速度的大小跟作用力成 跟物體的質(zhì)量成 加速度的方向與相同 2 表達(dá)式 3 適用范圍 1 牛頓第二定律只適用于參考系 相對地面靜止或的參考系 正比 作用力方向 反比 F ma 慣性 勻速直線運(yùn)動(dòng) 2 牛頓第二定律只適用于物體 相對于分子 原子 低速運(yùn)動(dòng) 遠(yuǎn)小于光速 的情況 特別提醒1 牛頓第二定律F ma在確定a與m F的數(shù)量關(guān)系的同時(shí) 也確定了三個(gè)量間的單位關(guān)系及a和F間的方向關(guān)系 2 應(yīng)用牛頓第二定律求a時(shí) 可以先求F合 再求a 或先求各個(gè)力的加速度 再合成求出合加速度 宏觀 二 兩類動(dòng)力學(xué)問題1 已知物體的受力情況 求物體的 2 已知物體的運(yùn)動(dòng)情況 求物體的 名師點(diǎn)撥利用牛頓第二定律解決動(dòng)力學(xué)問題的關(guān)鍵是利用加速度的 橋梁 作用 將運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律和牛頓第二定律相結(jié)合 尋找加速度和未知量的關(guān)系 是解決這類問題的思考方向 受力情況 運(yùn)動(dòng)情況 三 單位制1 單位制由基本單位和導(dǎo)出單位共同組成 2 力學(xué)單位制中的基本單位有 3 導(dǎo)出單位有 等 特別提醒在計(jì)算的時(shí)候 如果所有的已知量都用同一種單位制中的單位來表示 那么 只要正確地應(yīng)用物理公式 計(jì)算的結(jié)果就總是用這個(gè)單位制中的單位來表示 而在計(jì)算過程中不必所有的物理量都帶單位 長度 m 質(zhì)量 kg 時(shí)間 s 力 N 速度 m s 加速度 m s2 熱點(diǎn)一牛頓第二定律的 四性 1 瞬時(shí)性 牛頓第二定律表明了物體的加速度與物體所受合外力的瞬時(shí)對應(yīng)關(guān)系 a為某一瞬時(shí)的加速度 F即為該時(shí)刻物體所受的合外力 對同一物體a與F的關(guān)系為瞬時(shí)對應(yīng) 2 矢量性 牛頓第二定律公式是矢量式 任一瞬間a的方向均與F合的方向相同 當(dāng)F合方向變化時(shí) a的方向同時(shí)變化 且任意時(shí)刻兩者均保持一致 3 同一性 牛頓第二定律公式中的三個(gè)物理量必須是針對同一物體而言的 物體受力運(yùn)動(dòng)時(shí)必然只有一種運(yùn)動(dòng)情形 其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)只能由物體所受的合力決定 而不能是其中的一個(gè)力或幾個(gè)力 熱點(diǎn)聚焦 4 同時(shí)性 牛頓第二定律中F a只有因果關(guān)系而沒有先后之分 F發(fā)生變化時(shí)a同時(shí)變化 包括大小和方向 交流與思考 牛頓第一定律是不受任何外力作用下的規(guī)律 跟合外力為零情況下的牛頓第二定律的結(jié)論是一致的 所以可以將牛頓第一定律看做牛頓第二定律的特例 這種說法是否正確 談?wù)勀愕挠^點(diǎn) 提示 牛頓第一定律是不受任何外力作用下的理想化情況 無法用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證 牛頓第一定律是以伽利略的 理想實(shí)驗(yàn) 為基礎(chǔ) 將實(shí)驗(yàn)結(jié)論經(jīng)過科學(xué)抽象 歸納推理而總結(jié)出來的 因此 牛頓第一定律是一種科學(xué)的抽象思維方法 它并不是實(shí)驗(yàn)定律 而牛頓第二定律表示實(shí)際物體在所受外力作用下遵循的規(guī)律 是實(shí)驗(yàn)定律 牛頓第一定律有著比牛頓第二定律更豐富的內(nèi)涵 牛頓第一定律和牛頓第二定律是地位相同的兩個(gè)規(guī)律 兩者沒有從屬關(guān)系 因此 牛頓第一定律并不是牛頓第二定律的特例 熱點(diǎn)二解答兩類動(dòng)力學(xué)問題的基本方法及步驟1 分析流程圖2 應(yīng)用牛頓第二定律的解題步驟 1 明確研究對象 根據(jù)問題的需要和解題的方便 選出被研究的物體 2 分析物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況 畫好受力分析圖 明確物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)過程 受力情況 F合 ma 加速度a 運(yùn)動(dòng)學(xué)公式 運(yùn)動(dòng)情況v0 v x t 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)槟骋蛔鴺?biāo)軸的正方向 4 求合外力F合 5 根據(jù)牛頓第二定律F合 ma列方程求解 必要時(shí)還要對結(jié)果進(jìn)行討論 特別提醒1 物體的運(yùn)動(dòng)情況是由所受的力及物體運(yùn)動(dòng)的初始狀態(tài)共同決定的 2 無論是哪種情況 聯(lián)系力和運(yùn)動(dòng)的 橋梁 是加速度 題型1涉及牛頓第二定律的過程分析如圖1所示 自由下落的小球下落一段時(shí)間后 與彈簧接觸 從它接觸彈簧開始 到彈簧壓縮到最短的過程中 小球的速度 加速度的變化情況如何 速度的變化取決于速度方向與加速度方向的關(guān)系 當(dāng)a與v同向時(shí) v變大 當(dāng)a與v反向時(shí) v變小 而加速度由合力決定 所以要分析v a的變化 必須先分析物體受到的合力的變化 題型探究 圖1 思維點(diǎn)撥 解析小球接觸彈簧上端后受到兩個(gè)力作用 向下的重力和向上的彈力 在接觸后的前一階段 重力大于彈力 合力向下 因?yàn)閺椓 kx不斷增大 所以合外力不斷減小 故加速度不斷減小 由于加速度與速度同向 因此速度不斷變大 當(dāng)彈力逐步增大到與重力大小相等時(shí) 合外力為零 加速度為零 速度達(dá)到最大 后一階段 即小球達(dá)到上述位置之后 由于慣性小球仍繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng) 但彈力大于重力 合外力豎直向上 且逐漸變大 因而加速度逐漸變大 方向豎直向上 小球做減速運(yùn)動(dòng) 當(dāng)速度減小到零時(shí) 達(dá)到最低點(diǎn) 彈簧的壓縮量最大 答案小球的加速度方向是先向下后向上 大小是先變小后變大 速度方向始終豎直向下 大小是先變大后變小 規(guī)律總結(jié)很多非勻變速過程都要涉及應(yīng)用牛頓第二定律進(jìn)行過程分析 如 電磁感應(yīng)部分導(dǎo)體棒獲得收尾速度前的過程 機(jī)車起動(dòng)獲得最大速度之前的過程 等都屬于這一問題 分析此類問題應(yīng)注意以下幾方面 1 準(zhǔn)確分析研究對象的受力情況 明確哪些力是恒力 哪些力是變力 如何變化 2 依據(jù)牛頓第二定律列方程 找到運(yùn)動(dòng)情況和受力情況的相互制約關(guān)系 發(fā)現(xiàn)潛在狀態(tài) 如平衡狀態(tài) 收尾速度等 找到解題突破口 變式練習(xí)1如圖2所示 彈簧左端固定 右端自由伸長到O點(diǎn)并系住物體m 現(xiàn)將彈簧壓縮到A點(diǎn) 然后釋放 物體一直可以運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn) 如果物體受到的阻力恒定 則 A 物體從A到O先加速后減速B 物體從A到O加速運(yùn)動(dòng) 從O到B減速運(yùn)動(dòng)C 物體運(yùn)動(dòng)到O點(diǎn)時(shí)所受合力為0D 物體從A到O的過程加速度逐漸減小解析首先有兩個(gè)問題應(yīng)清楚 物體在A點(diǎn)的彈力大于物體與地面之間的阻力 因?yàn)槲矬w能運(yùn)動(dòng) 物體在O點(diǎn)的彈力為0 所以在A O之間有彈力與阻 圖2 力相等的位置 故物體在A O之間的運(yùn)動(dòng)應(yīng)該是先加速后減速 A選項(xiàng)正確 B選項(xiàng)不正確 O點(diǎn)的彈力為0 但摩擦力不是0 所以C選項(xiàng)不正確 從A到O的過程加速度先減小 后增大 故D選項(xiàng)錯(cuò)誤 答案A 題型2牛頓第二定律的基本應(yīng)用 2008 海南 15 科研人員乘氣球進(jìn)行科學(xué)考察 氣球 座艙 壓艙物和科研人員的總質(zhì)量為990kg 氣球在空中停留一段時(shí)間后 發(fā)現(xiàn)氣球漏氣而下降 及時(shí)堵住 堵住時(shí)氣球下降速度為1m s 且做勻加速運(yùn)動(dòng) 4s內(nèi)下降了12m 為使氣球安全著陸 向艙外緩慢拋出一定的壓艙物 此后發(fā)現(xiàn)氣球做勻減速運(yùn)動(dòng) 下降速度在5分鐘內(nèi)減少了3m s 若空氣阻力和泄漏氣體的質(zhì)量均可忽略 重力加速度g 9 89m s2 求拋掉的壓艙物的質(zhì)量 思路導(dǎo)圖解析設(shè)堵住漏洞后 氣球的初速度為v0 所受的空氣浮力為F 氣球 座艙 壓艙物和科研人員的總質(zhì)量為m 由牛頓第二定律得mg F ma 式中a是氣球下降的加速度 以此加速度在時(shí)間t內(nèi)下降了h 則h v0t 當(dāng)向艙外拋掉質(zhì)量為m 的壓艙物后 有F m m g m m a 式中a 是拋掉壓艙物后氣球的加速度 由題意 此時(shí)a 方向向上 v a t 式中 v是拋掉壓艙物后氣球在 t時(shí)間內(nèi)下降速度的減少量 由 得m m 將題設(shè)數(shù)據(jù)m 990kg v0 1m s t 4s h 12m t 300s v 3m s g 9 89m s2代入 式得m 101kg 答案101kg 規(guī)律總結(jié)動(dòng)力學(xué)問題不外乎兩大類 一類是已知力求運(yùn)動(dòng) 對這類問題首先要求出合外力 而后根據(jù)牛頓第二定律求加速度 再求其他運(yùn)動(dòng)學(xué)量 另一類是已知運(yùn)動(dòng)求力 這類問題要首先求出加速度 再根據(jù)牛頓第二定律求合外力 最后再運(yùn)用力的合成與分解知識求解某些具體的作用力 這兩類問題都要遵從以下解題步驟 1 明確研究對象 2 對研究對象進(jìn)行受力分析 畫出受力分析圖 同時(shí)還應(yīng)該分析研究對象的運(yùn)動(dòng)情況 包括速度 加速度 并把速度 加速度的方向在受力圖旁邊畫出來 變式練習(xí)2如圖3所示 質(zhì)量為m的人站在自動(dòng)扶梯上 扶梯正以加速度a向上減速運(yùn)動(dòng) a與水平方向的夾角為 求人所受到的支持力和摩擦力 解析解法一以人為研究對象 他站在減速上升的電梯上 受到豎直向下的重力mg和豎直向上的支持力FN 還受到水平方向的靜摩擦力F靜 由于物體斜向下的加速度有一個(gè)水平向左的分量 故可判斷靜摩擦力的方向水平向左 人受力如圖 a 所示 建立如圖所示的坐標(biāo)系 并將加速度分解為水平方向加速度ax和豎直方向加速度ay 如圖 b 所示 則 圖3 ax acos ay asin 由牛頓第二定律得F靜 max mg FN may解得F靜 macos FN m g asin 解法二以人為研究對象 受力分析如圖所示 因摩擦力F為待求 且必沿水平方向 設(shè)為水平向右 建立圖示坐標(biāo) 并規(guī)定正方向 根據(jù)牛頓第二定律得x方向 mgsin FNsin Fcos ma y方向 mgcos Fsin FNcos 0 由 兩式可解得FN m g asin F macos F為負(fù)值 說明摩擦力的實(shí)際方向與假設(shè)方向相反 為水平向左 答案F靜 macos FN m g asin 題型3用動(dòng)力學(xué)方法分析多過程問題如圖4所示 在光滑水平面AB上 水平恒力F推動(dòng)質(zhì)量為m 1kg的物體從A點(diǎn)由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 物體到達(dá)B點(diǎn)時(shí)撤去F 接著又沖上光滑斜面 設(shè)經(jīng)過B點(diǎn)前后速度大小不變 最高能到達(dá)C點(diǎn) 用速度傳感器測量物體的瞬時(shí)速度 表中記錄了部分測量數(shù)據(jù) 求 圖4 1 恒力F的大小 2 斜面的傾角 3 t 2 1s時(shí)物體的速度 解析 1 物體從A到B過程中 a1 2m s2 則F ma1 2N 2 物體從B到C過程中a2 5m s 由牛頓第二定律可知mgsin ma2 代入數(shù)據(jù)解得sin 1 2 30 3 設(shè)B點(diǎn)的速度為vB 從v 0 8m s到B點(diǎn)過程中vB 0 8 a1t1 從B點(diǎn)到v 3m s過程vB 3 a2t2 t1 t2 1 8s 解得t1 1 6st2 0 2svB 4m s 所以 當(dāng)t 2s時(shí)物體剛好達(dá)到B點(diǎn)當(dāng)t 2 1s時(shí)v vB a2 t 2 v 3 5m s 答案 1 2N 2 30 3 3 5m s 本題共20分 其中 式各2分 式各1分 為了考查學(xué)生的各方面能力 題目中的已知條件和數(shù)據(jù)以多種形式提供 列表提供已知數(shù)據(jù)是最近幾年高考試題中出現(xiàn)的一種新的形式 要求同學(xué)們能從表中的數(shù)據(jù)獲取有用的信息進(jìn)行求解 自我批閱 11分 在消防演習(xí)中 消防隊(duì)員從一根豎直的長直輕繩上由靜止滑下 經(jīng)一段時(shí)間落地 為了獲得演習(xí)中的一些數(shù)據(jù) 以提高訓(xùn)練質(zhì)量 研究人員在輕繩上端安裝一個(gè)力傳感器并與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連接 用來記錄消防隊(duì)員下滑過程中輕繩受到的拉力與消防隊(duì)員重力的比值隨時(shí)間變化的情況如圖5所示 已知某隊(duì)員在一次演習(xí)中的數(shù)據(jù)如圖所示 經(jīng)2 5s時(shí)間落地 g取10m s2 求 圖5 1 該消防隊(duì)員下滑過程中 在0 1s內(nèi)的加速度是多少 2 該消防隊(duì)員在下滑過程中的最大速度是多少 3 該消防隊(duì)員在落地時(shí)速度是多少 解析 1 該隊(duì)員在0 1s時(shí)間內(nèi)以a1勻加速下滑由牛頓第二定律得 mg F1 ma1 2分 所以a1 g 4m s2 1分 2 該隊(duì)員在0 1s內(nèi)加速下滑 1s 2 5s內(nèi)減速下滑 在t 1s時(shí)速度達(dá)到最大 則最大速度vm a1t1 2分 代入數(shù)據(jù)解得 vm 4m s 1分 3 設(shè)該隊(duì)員減速下滑的加速度為a2 由牛頓第二定律得 F2 mg ma2 2分 a2 g 2m s2隊(duì)員落地時(shí)的速度v vm a2t2 2分 t2 1 5s代入數(shù)據(jù)解得 v 1m s 1分 答案 1 4m s2 2 4m s 3 1m s 素能提升1 在交通事故的分析中 剎車線的長度是很重要的依據(jù) 剎車線是汽車剎車后 停止轉(zhuǎn)動(dòng)的輪胎在地面上滑動(dòng)時(shí)留下的痕跡 在某次交通故事中 汽車的剎車線的長度是14m 假設(shè)汽車輪胎與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)為0 7 g 10m s2 則汽車開始剎車時(shí)的速度為 A 7m sB 10m sC 14m sD 20m s解析由牛頓第二定律得汽車剎車時(shí)的加速度a g 7m s2 則v02 2ax v0 14m s C正確 考查牛頓第二定律及勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律 C 2 如圖6所示 三個(gè)完全相同的物塊1 2 3放在水平桌面上 它們與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)都相同 現(xiàn)用大小相同的外力F沿圖示方向分別作用在1和2上 用的外力沿水平方向作用在3上 使三者都做加速運(yùn)動(dòng) 令a1 a2 a3分別表示物塊1 2 3的加速度 則 A a1 a2 a3B a1 a2 a2 a3C a1 a2 a2 a3D a1 a2 a2 a3 圖6 解析對物塊進(jìn)行受力分析 根據(jù)牛頓第二定律可得 比較大小可得C選項(xiàng)正確 答案C 3 如圖7甲所示 在粗糙水平面上 物塊A在水平向右的外力F的作用下做直線運(yùn)動(dòng) 其速度 時(shí)間圖象如圖乙所示 下列判斷正確的是 A 在0 1s內(nèi) 外力F不斷增大B 在1s 3s內(nèi) 外力F的大小恒定C 在3s 4s內(nèi) 外力F不斷減小D 在3s 4s內(nèi) 外力F的大小恒定 圖7 解析在0 1s內(nèi) 物塊做勻加速直線運(yùn)動(dòng) 外力F恒定 故A錯(cuò) 在1s 3s內(nèi) 物塊做勻速運(yùn)動(dòng) 外力F也恒定 B正確 在3s 4s內(nèi) 物塊做加速度增大的減速運(yùn)動(dòng) 所以外力F不斷減小 C對 D錯(cuò) 答案BC 4 如圖8所示 物體P以一定的初速度v沿光滑水平面向右運(yùn)動(dòng) 與一個(gè)右端固定的輕質(zhì)彈簧相撞 并被彈簧反向彈回 若彈簧在被壓縮過程中始終遵守胡克定律 那么在P與彈簧發(fā)生相互作用的整個(gè)過程中 A P的加速度大小不斷變化 方向也不斷變化B P的加速度大小不斷變化 但方向只改變一次C P的加速度大小不斷改變 當(dāng)加速度數(shù)值最大時(shí) 速度最小D 有一段過程 P的加速度逐漸增大 速度也逐漸增大 圖8 解析P的加速度由彈簧彈力產(chǎn)生 當(dāng)P壓縮彈簧時(shí)彈力增大 然后彈簧將P向左彈開 彈力減小 因此加速度先增大后減小 方向始終向左 A B兩項(xiàng)錯(cuò) 加速度最大時(shí)彈簧的壓縮量最大 P的速度為零 C對 向右運(yùn)動(dòng)時(shí) 加速度增大 但加速度與速度方向相反 速度減小 向左運(yùn)動(dòng)時(shí)加速度減小但與速度同向 速度增大 D項(xiàng)錯(cuò) 答案C 5 在某一旅游景區(qū) 建有一山坡滑草運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目 該山坡可看成傾角 30 的斜面 一名游客連同滑草裝置總質(zhì)量m 80kg 他從靜止開始勻加速下滑 在時(shí)間t 5s內(nèi)沿斜面滑下的位移x 50m 不計(jì)空氣阻力 取g 10m s2 問 1 游客連同滑草裝置在下滑過程中受到的摩擦力Ff為多大 2 滑草裝置與草皮之間的動(dòng)摩擦因數(shù) 為多大 3 設(shè)游客滑下50m后進(jìn)入水平草坪 試求游客在水平面上滑動(dòng)的最大距離 解析 1 由x at2得a 4m s2由mgsin Ff ma 得Ff mgsin ma 80N 2 由Ff mgcos 可求得 3 在水平面上 mg ma 得a g m s2由v at v2 2a x 可得x 100m答案 1 80N 2 3 100m 6 質(zhì)量為10kg的物體在F 200N的水平推力作用下 從粗糙斜面的底端由靜止開始沿斜面運(yùn)動(dòng) 斜面固定不動(dòng) 與水平地面的夾角 37 如圖9所示 力F作用2秒鐘后撤去 物體在斜面上繼續(xù)上滑了1 25秒鐘后 速度減為零 求 物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù) 和物體的總位移x 已知sin37 0 6 cos37 0 8 g 10m s2 解析設(shè)力F作用時(shí)物體沿斜面上升的加速度為a1 撤去力F后其加速度變?yōu)閍2 則 a1t1 a2t2 圖9 有力F作用時(shí) 物體受力為 重力mg 推力F 支持力FN1 摩擦力Ff1在沿斜面方向上 由牛頓第二定律可得Fcos mgsin F