2019版高考物理大一輪優(yōu)選第三章　牛頓運動定律 第8講

牛頓運動定律 第三章 第8講牛頓第二定律兩類動力學(xué)問題 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具有瞬時對應(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 相對地面靜止或做勻速直線運動的參考系 牛頓第二定律只適用于 相對于分子 原子 遠(yuǎn)小于光速 的情況 2 動力學(xué)兩類基本問題 1 動力學(xué)兩類基本問題 已知受力情況 求物體的 情況 已知運動情況 求物體的 情況 慣性參考系 宏觀物體 低速運動 運動 受力 2 解決兩類基本問題的方法以 為 橋梁 由運動學(xué)公式和牛頓運動定律列方程求解 具體邏輯關(guān)系如圖所示 加速度 1 請判斷下列表述是否正確 對不正確的表述 請說明原因 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 對靜止在光滑水平面上的物體施加一水平力 當(dāng)力剛開始作用瞬間 物體立即獲得加速度 3 物體由于做加速運動 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動 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動情況 解析牛頓運動定律只適用于慣性參考系 低速運動的情況 7 單位 牛頓 是國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 下列說法正確的是 A 物體只有在受力的前提下才會產(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對應(yīng)關(guān)系 加速度與力同時產(chǎn)生 故選項A錯誤 a的方向與F的方向相同 與速度方向無關(guān) 故選項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 同時也確定了物理量之間的單位關(guān)系 故選項D正確 3 多選 關(guān)于力學(xué)單位制 以下說法中正確的是 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 式中各物理量取國際單位時k 1D 在國際單位制中 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A錯誤 kg m s是國際單位制中的基本單位 故選項B正確 F kma 質(zhì)量取 kg a取 m s2 F取 N 時 k 1 選項C正確 國際單位制中質(zhì)量的單位是kg 選項D錯誤 BC 一牛頓第二定律的瞬時性 例1 2018 廣西南寧模擬 兩個質(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的瞬時加速度為aA 2gsin30 g 故選項B正確 抓住 兩關(guān)鍵 遵循 四步驟 1 分析瞬時加速度的 兩個關(guān)鍵 明確繩或線類 彈簧或橡皮條類模型的特點 分析瞬時前 后的受力情況和運動狀態(tài) 2 四個步驟 第一步 分析原來物體的受力情況 第二步 分析物體在突變時的受力情況 第三步 由牛頓第二定律列方程 第四步 求出瞬時加速度 并討論其合理性 二動力學(xué)兩類基本問題 動力學(xué)兩類基本問題的解題思路 例2 2018 廣東深圳模擬 如圖所示為四旋翼無人機 它是一種能夠垂直起降的小型遙控飛行器 目前得到越來越廣泛的應(yīng)用 一架質(zhì)量m 2kg的無人機 其動力系統(tǒng)所能提供的最大升力F 36N 運動過程中所受空氣阻力大小恒為Ff 4N g取10m s2 1 無人機在地面上從靜止開始 以最大升力豎直向上起飛 求在t 5s時離地面的高度h 2 無人機懸停在距離地面高度H 100m處 由于動力設(shè)備故障 無人機突然失去升力而墜落 求無人機墜落地面時的速度v 3 在無人機墜落過程中 在遙控設(shè)備的干預(yù)下 動力設(shè)備重新啟動提供向上最大升力 為保證安全著地 求飛行器從開始下落到恢復(fù)升力的最長時間t1 解決兩類動力學(xué)問題的兩個關(guān)鍵點 1 把握 兩個分析 一個橋梁 兩個分析 物體的受力情況分析和運動過程分析 一個橋梁 加速度是聯(lián)系物體運動和受力的橋梁 2 尋找多過程運動問題中各過程間的相互聯(lián)系 如第一個過程的末速度就是下一個過程的初速度 畫圖找出各過程的位移之間的聯(lián)系 1 模型特征 三等時圓模型及其應(yīng)用 1 質(zhì)點從豎直圓環(huán)上沿不同的光滑弦上端由靜止開始滑到環(huán)的最低點所用時間相等 如圖乙所示 2 質(zhì)點從豎直圓環(huán)上最高點沿不同的光滑弦由靜止開始滑到下端所用時間相等 如圖乙所示 3 兩個豎直圓環(huán)相切且兩環(huán)的豎直直徑均過切點 質(zhì)點沿不同的光滑弦上端由靜止開始滑到下端所用時間相等 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 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與滑動摩擦力大小相等 則 A t2 t5時間內(nèi)物塊A的加速度逐漸減小B t2時刻物塊A的加速度最大C t3和t5時刻物塊A的速度相等D 0 t5時間內(nèi)物塊A一直做加速運動 BC 解析開始物塊A靜止 到t1后拉力F大于摩擦阻力 物塊A開始加速運動 到t4時加速度為0 加速運動結(jié)束 之后摩擦阻力大于拉力F 物塊A做減速運動 選項D錯誤 從t1到t2 拉力F越來越大 加速度越來越大 從t2到t4 拉力F越來越小 加速度越來越小 從t4到t5 拉力F小于摩擦阻力且越來越小 加速度反向越來越大 由圖可知 在t2時刻加速度最大 選項A錯誤 B正確 根據(jù)拉力和摩擦阻力的大小關(guān)系 應(yīng)用對稱性可知 t3和t5兩個時刻的加速度等大反向 同理從t3到t4和從t5到t4關(guān)于t4時刻對稱各時刻的加速度都等大反向 可知物塊A先加速后減速 t3和t5兩時刻速度相等 選項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 右端自由伸長到O點并系住物體 現(xiàn)將彈簧壓縮到A點 然后釋放 物體一直可以運動到B點 如果物體受到的阻力恒定 則 A 物體從A到O先加速運動后減速運動B 物體從A到O加速運動 從O到B減速運動C 物體運動到O點時所受合力為零D 物體從A到O的運動過程中加速度逐漸減小 答題送檢 來自閱卷名師報告 規(guī)范答題 解析 物體從A到O的運動過程中 彈力方向向右 初始階段彈力大于阻力 合力方向向右 隨著物體向右運動 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動 當(dāng)物體向右運動至AO間某點 設(shè)為O 時 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)向右運動 彈力逐漸減小 阻力大于彈力 合力方向變?yōu)橄蜃?至O點時彈力減小到零 此后彈力向左且逐漸增大 所以物體離開O 點 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動 故選項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