2019版高考物理大一輪優(yōu)選第三章　牛頓運(yùn)動(dòng)定律 第8講

牛頓運(yùn)動(dòng)定律 第三章 第8講牛頓第二定律兩類動(dòng)力學(xué)問(wèn)題 欄目導(dǎo)航 1 牛頓第二定律 1 內(nèi)容 物體加速度的大小跟它受到的作用力成 跟它的質(zhì)量成 加速度的方向與 相同 2 表達(dá)式 F與a具有瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系 正比 反比 作用力的方向 F ma 3 適用范圍 牛頓第二定律只適用于 相對(duì)地面靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系 牛頓第二定律只適用于 相對(duì)于分子 原子 遠(yuǎn)小于光速 的情況 2 動(dòng)力學(xué)兩類基本問(wèn)題 1 動(dòng)力學(xué)兩類基本問(wèn)題 已知受力情況 求物體的 情況 已知運(yùn)動(dòng)情況 求物體的 情況 慣性參考系 宏觀物體 低速運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng) 受力 2 解決兩類基本問(wèn)題的方法以 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)系如圖所示 加速度 1 請(qǐng)判斷下列表述是否正確 對(duì)不正確的表述 請(qǐng)說(shuō)明原因 1 物體加速度的方向與所受合外力的方向可以不同 解析由F ma可知 加速度a的方向與合外力F的方向一定相同 2 對(duì)靜止在光滑水平面上的物體施加一水平力 當(dāng)力剛開(kāi)始作用瞬間 物體立即獲得加速度 3 物體由于做加速運(yùn)動(dòng) 所以才受合外力作用 解析物體由于受合外力作用才做加速運(yùn)動(dòng) 4 物體所受合外力變小 物體的速度一定變小 解析雖然物體合外力變小 但只要合外力與速度方向相同 物體速度將增加 5 物體所受合外力大 其加速度就一定大 解析物體的加速度由物體所受合外力 物體的質(zhì)量共同決定的 6 牛頓第二定律適用于一切運(yùn)動(dòng)情況 解析牛頓運(yùn)動(dòng)定律只適用于慣性參考系 低速運(yùn)動(dòng)的情況 7 單位 牛頓 是國(guó)際單位制中的基本單位 解析 牛頓 是導(dǎo)出單位 1N 1kg m s2 2 多選 下列說(shuō)法正確的是 A 物體只有在受力的前提下才會(huì)產(chǎn)生加速度 因此 加速度的產(chǎn)生要滯后于力的作用B F ma是矢量式 a的方向與F的方向相同 與速度方向無(wú)關(guān)C 物體所受的合外力減小 加速度一定減小 而速度不一定減小D 物理公式不僅確定了物理量之間的數(shù)量關(guān)系 同時(shí)也確定了物理量間的單位關(guān)系 BCD 解析物體的的加速度與合外力有瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系 加速度與力同時(shí)產(chǎn)生 故選項(xiàng)A錯(cuò)誤 a的方向與F的方向相同 與速度方向無(wú)關(guān) 故選項(xiàng)B正確 合外力減小 加速度一定減小 但如果a與v同向 v變大 故選項(xiàng)C正確 物理公式不僅確定了物理量之間的數(shù)量關(guān)系 同時(shí)也確定了物理量之間的單位關(guān)系 故選項(xiàng)D正確 3 多選 關(guān)于力學(xué)單位制 以下說(shuō)法中正確的是 A kg m s N等單位為導(dǎo)出單位B kg m s都是基本單位C 牛頓第二定律的表達(dá)式F kma 式中各物理量取國(guó)際單位時(shí)k 1D 在國(guó)際單位制中 質(zhì)量的單位可以是kg 也可以是g解析kg為基本單位 故選項(xiàng)A錯(cuò)誤 kg m s是國(guó)際單位制中的基本單位 故選項(xiàng)B正確 F kma 質(zhì)量取 kg a取 m s2 F取 N 時(shí) k 1 選項(xiàng)C正確 國(guó)際單位制中質(zhì)量的單位是kg 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 BC 一牛頓第二定律的瞬時(shí)性 例1 2018 廣西南寧模擬 兩個(gè)質(zhì)量均為m的小球 用兩條輕繩連接 處于平衡狀態(tài) 如圖所示 現(xiàn)突然迅速剪斷輕繩OA 讓小球下落 在剪斷輕繩的瞬間 設(shè)小球A B的加速度分別用a1和a2表示 則 A a1 ga2 gB a1 0a2 2gC a1 ga2 0D a1 2ga2 0解析由于繩子張力可以突變 故剪斷OA后小球A B只受重力 其加速度a1 a2 g 故選項(xiàng)A正確 A 拓展延伸1 把 輕繩 換成 輕彈簧 在 例1 中只將A B間的輕繩換成輕質(zhì)彈簧 其他不變 如圖所示 則典例選項(xiàng)中正確的是 解析剪短輕繩OA后 由于彈簧彈力不能突變 故小球A所受合力為2mg 小球B所受合力為零 所以小球A B的加速度分別為a1 2g a2 0 故選項(xiàng)D正確 D B 解析輕繩被剪斷的瞬間 小球B的受力情況不變 加速度為零 剪斷前 分析整體受力可知輕繩的拉力為T 2mgsin 剪斷瞬間 A受的合力沿斜面向下 大小為2mgsin 所以A的瞬時(shí)加速度為aA 2gsin30 g 故選項(xiàng)B正確 抓住 兩關(guān)鍵 遵循 四步驟 1 分析瞬時(shí)加速度的 兩個(gè)關(guān)鍵 明確繩或線類 彈簧或橡皮條類模型的特點(diǎn) 分析瞬時(shí)前 后的受力情況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 2 四個(gè)步驟 第一步 分析原來(lái)物體的受力情況 第二步 分析物體在突變時(shí)的受力情況 第三步 由牛頓第二定律列方程 第四步 求出瞬時(shí)加速度 并討論其合理性 二動(dòng)力學(xué)兩類基本問(wèn)題 動(dòng)力學(xué)兩類基本問(wèn)題的解題思路 例2 2018 廣東深圳模擬 如圖所示為四旋翼無(wú)人機(jī) 它是一種能夠垂直起降的小型遙控飛行器 目前得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用 一架質(zhì)量m 2kg的無(wú)人機(jī) 其動(dòng)力系統(tǒng)所能提供的最大升力F 36N 運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受空氣阻力大小恒為Ff 4N g取10m s2 1 無(wú)人機(jī)在地面上從靜止開(kāi)始 以最大升力豎直向上起飛 求在t 5s時(shí)離地面的高度h 2 無(wú)人機(jī)懸停在距離地面高度H 100m處 由于動(dòng)力設(shè)備故障 無(wú)人機(jī)突然失去升力而墜落 求無(wú)人機(jī)墜落地面時(shí)的速度v 3 在無(wú)人機(jī)墜落過(guò)程中 在遙控設(shè)備的干預(yù)下 動(dòng)力設(shè)備重新啟動(dòng)提供向上最大升力 為保證安全著地 求飛行器從開(kāi)始下落到恢復(fù)升力的最長(zhǎng)時(shí)間t1 解決兩類動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn) 1 把握 兩個(gè)分析 一個(gè)橋梁 兩個(gè)分析 物體的受力情況分析和運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析 一個(gè)橋梁 加速度是聯(lián)系物體運(yùn)動(dòng)和受力的橋梁 2 尋找多過(guò)程運(yùn)動(dòng)問(wèn)題中各過(guò)程間的相互聯(lián)系 如第一個(gè)過(guò)程的末速度就是下一個(gè)過(guò)程的初速度 畫(huà)圖找出各過(guò)程的位移之間的聯(lián)系 1 模型特征 三等時(shí)圓模型及其應(yīng)用 1 質(zhì)點(diǎn)從豎直圓環(huán)上沿不同的光滑弦上端由靜止開(kāi)始滑到環(huán)的最低點(diǎn)所用時(shí)間相等 如圖乙所示 2 質(zhì)點(diǎn)從豎直圓環(huán)上最高點(diǎn)沿不同的光滑弦由靜止開(kāi)始滑到下端所用時(shí)間相等 如圖乙所示 3 兩個(gè)豎直圓環(huán)相切且兩環(huán)的豎直直徑均過(guò)切點(diǎn) 質(zhì)點(diǎn)沿不同的光滑弦上端由靜止開(kāi)始滑到下端所用時(shí)間相等 如圖丙所示 2 思維模板 B 1 如圖所示 物塊1 2間用剛性輕質(zhì)桿連接 物塊3 4間用輕質(zhì)彈簧相連 物塊1 3質(zhì)量為m 2 4質(zhì)量為M 兩個(gè)系統(tǒng)均置于水平放置的光滑木板上 并處于靜止?fàn)顟B(tài) 現(xiàn)將兩木板沿水平方向突然抽出 設(shè)抽出后的瞬間 物塊1 2 3 4的加速度大小分別為a1 a2 a3 a4 重力加速度大小為g 則有 A a1 a2 a3 a4 0B a1 a2 a3 a4 g C 2 2017 河南鄭州預(yù)測(cè) 多選 如圖甲所示 靜止在水平地面上的物塊A 受到水平向右的拉力F作用 F與時(shí)間t的關(guān)系如圖乙所示 設(shè)物塊與地面間的最大靜摩擦力Ffm與滑動(dòng)摩擦力大小相等 則 A t2 t5時(shí)間內(nèi)物塊A的加速度逐漸減小B t2時(shí)刻物塊A的加速度最大C t3和t5時(shí)刻物塊A的速度相等D 0 t5時(shí)間內(nèi)物塊A一直做加速運(yùn)動(dòng) BC 解析開(kāi)始物塊A靜止 到t1后拉力F大于摩擦阻力 物塊A開(kāi)始加速運(yùn)動(dòng) 到t4時(shí)加速度為0 加速運(yùn)動(dòng)結(jié)束 之后摩擦阻力大于拉力F 物塊A做減速運(yùn)動(dòng) 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 從t1到t2 拉力F越來(lái)越大 加速度越來(lái)越大 從t2到t4 拉力F越來(lái)越小 加速度越來(lái)越小 從t4到t5 拉力F小于摩擦阻力且越來(lái)越小 加速度反向越來(lái)越大 由圖可知 在t2時(shí)刻加速度最大 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 B正確 根據(jù)拉力和摩擦阻力的大小關(guān)系 應(yīng)用對(duì)稱性可知 t3和t5兩個(gè)時(shí)刻的加速度等大反向 同理從t3到t4和從t5到t4關(guān)于t4時(shí)刻對(duì)稱各時(shí)刻的加速度都等大反向 可知物塊A先加速后減速 t3和t5兩時(shí)刻速度相等 選項(xiàng)C正確 B 例1 2017 浙江寧波一模 6分 如圖所示 彈簧左端固定 右端自由伸長(zhǎng)到O點(diǎn)并系住物體 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先加速運(yùn)動(dòng)后減速運(yùn)動(dòng)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)所受合力為零D 物體從A到O的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中加速度逐漸減小 答題送檢 來(lái)自閱卷名師報(bào)告 規(guī)范答題 解析 物體從A到O的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 彈力方向向右 初始階段彈力大于阻力 合力方向向右 隨著物體向右運(yùn)動(dòng) 彈力逐漸減小 合力逐漸減小 由牛頓第二定律可知 此階段物體的加速度向右且逐漸減小 由于加速度與速度的方向相同 物體的速度逐漸增大 所以初始階段物體向右做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng) 當(dāng)物體向右運(yùn)動(dòng)至AO間某點(diǎn) 設(shè)為O 時(shí) 彈力減小到與阻力大小相等 物體所受合力為零 加速度為零 速度達(dá)到最大 此后 隨著物體繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng) 彈力逐漸減小 阻力大于彈力 合力方向變?yōu)橄蜃?至O點(diǎn)時(shí)彈力減小到零 此后彈力向左且逐漸增大 所以物體離開(kāi)O 點(diǎn) 加速度為零 速度最大 后的合力方向向左且合力逐漸增大 由牛頓第二定律可知 此階段的物體的加速度向左且逐漸增大 由于加速度與速度的方向相反 物體做加速度逐漸增大的減速運(yùn)動(dòng) 故選項(xiàng)A正確 答案 A 1 2018 安徽蕪湖模擬 如圖所示 光滑水平面上 A B兩物體用輕彈簧連接在一起 A B的質(zhì)量分別為m1 m2 在拉力F作用下 A B