人教版高考物理一轮复习第3章第2讲牛顿第二定律的应用PPT课件

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第一环节　必备知识落实
第二环节　关键能力形成
1.超重(1)定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象。(2)产生条件:物体具有向上的加速度。2.失重(1)定义:物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象。(2)产生条件:物体具有向下的加速度。
3.完全失重(1)定义:物体对支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)等于0的现象称为完全失重现象。(2)产生条件:物体的加速度a= g ,方向竖直向下。4.实重和视重(1)实重:物体实际所受的重力,它与物体的运动状态无关。(2)视重:当物体在竖直方向上有加速度时,物体对弹簧测力计的拉力或对台秤的压力将不等于物体的重力。此时弹簧测力计的示数或台秤的示数即为视重。
追本溯源请仔细分析下面四幅图景中出现相关现象的原因。
(1)图甲中,轻绳被剪断后小球下落过程台秤示数变小。(2)图乙中,小球沿光滑轻杆下滑,台秤示数变小。(3)图丙中,小球沿光滑斜面下滑,台秤示数变小。(4)图丁中,小球在液体中加速上升,台秤示数变大。
提示 甲、乙、丙中,小球有竖直向下的加速度,整个装置处于失重状态,因此台秤示数变小。丁中小球在液体中加速上升,整个装置处于超重状态,因此台秤示数变大。
1.动力学的两类基本问题第一类:已知受力情况求物体的运动情况。第二类:已知运动情况求物体的受力情况。2.解决两类基本问题的方法分析以加速度为“桥梁”,由运动学公式和牛顿第二定律列方程求解,具体逻辑关系如图:
1.单位制由基本单位和导出单位组成。2.基本单位基本量的单位。力学中的基本量有三个,它们分别是质量、时间、长度,它们的国际单位分别是千克、秒、米。3.导出单位由基本量根据物理关系推导出的其他物理量的单位。追本溯源牛顿第二定律的数学表达式为什么写成F=ma,而不是F=kma?提示 当F、m、a都采用国际单位制中的单位时k=1,因此写成F=ma。
1.牛顿第二定律的表达式为F合=ma,加速度由物体所受合外力决定,加速度的方向与物体所受合外力的方向一致。当物体所受合外力发生突变时,加速度也随着发生突变,而物体运动的速度不能发生突变。2.轻绳、轻杆和轻弹簧(橡皮条)的区别。(1)轻绳和轻杆:轻绳或轻杆断开后,原有的弹力将突变为0。(2)轻弹簧和橡皮条:当轻弹簧和橡皮条两端与其他物体连接时,轻弹簧或橡皮条的弹力不能发生突变。
1.思考判断(1)对静止在光滑水平面上的物体施加一个水平力,当力刚作用瞬间,物体立即获得加速度。( )(2)F=ma是矢量式,a的方向与F的方向相同,与速度方向无关。( )(3)物理公式不仅确定了物理量之间的数量关系,同时也确定了物理量间的单位关系。( )(4)物体所受合外力减小,加速度一定减小,速度也一定减小。( )
2.(2020·湖北武汉期末)下列与单位制有关的说法错误的是( )A.1 kg·m/s=1 N·sB.1 N/C=1 V/mC.1 J=1.60×10-19 eVD.库仑不是国际单位制中的基本单位
解析:根据牛顿的定义,1 N=1 kg·m/s2,则1 kg·m/s=1 N·s,故A正确。1 N/C和1 V/m都是电场强度的单位,所以1 N/C=1 V/m,故B正确。电子伏是能量的单位,1 eV=1.60×10-19 J,故C错误。库仑不是国际单位制中的基本单位,1 C=1 A·s,故D正确。
3.(2020·山东泰安四模)如图所示,有一质量为m的物块分别与轻绳P和轻弹簧Q相连,其中轻绳P竖直,轻弹簧Q与竖直方向的夹角为θ,重力加速度大小为g,则下列说法正确的是( )A.轻绳P的弹力大小可能小于mgB.弹簧Q可能处于压缩状态C.剪断轻绳瞬间,物块的加速度大小为gD.剪断轻绳瞬间,物块的加速度大小为gsin θ
解析:由于物块处于静止状态,所以物块只受到竖直向下的重力和竖直向上的轻绳的弹力,而弹簧对物块的弹力为零,所以弹簧处于原长状态,根据平衡条件可知,轻绳的弹力大小等于mg,故A、B错误。剪断轻绳瞬间,由于弹簧的弹力不能突变,所以物块只受重力,根据牛顿第二定律可知,物块的加速度大小为g,故C正确,D错误。
整合构建1.对超重和失重的理解(1)不论超重、失重或完全失重,物体的重力都不变,只是“视重”改变。(2)在完全失重的状态下,一切由重力产生的物理现象都会完全消失。(3)尽管物体的加速度不是竖直方向,但只要其加速度在竖直方向上有分量,物体就会处于超重或失重状态。
2.判断超重和失重的方法
训练突破1.人站在自动扶梯的水平踏板上,随扶梯斜向上匀减速运动,如图所示。以下说法正确的是( )A.人受到的摩擦力水平向左B.人对扶梯的压力等于扶梯对人的支持力C.人处于超重状态D.扶梯对人的作用力竖直向上
解析:设人的加速度大小为a,人的加速度斜向下,设扶梯与水平方向的夹角为θ,将加速度按水平和竖直方向分解得ax=acs θ,方向水平向右;ay=asin θ,方向竖直向下,水平方向受静摩擦力作用,Ff=max=macs θ,方向水平向右,故人受到重力、支持力和静摩擦力三个力作用。由于人有竖直向下的分加速度,所以人处于失重状态,选项A、C错误。根据牛顿第三定律可知,人对扶梯的压力等于扶梯对人的支持力,选项B正确。人受到扶梯向右的摩擦力和向上的支持力,其合力方向不是竖直方向,选项D错误。
2.(2020·黑龙江大庆期末)某人在地面上最多可举起50 kg 的物体,当他在竖直向上运动的电梯中最多举起60 kg的物体时,电梯加速度的大小和方向为(g取10 m/s2)( )
整合构建1.两种模型加速度与合外力具有瞬时对应关系,二者总是同时产生、同时变化、同时消失,具体可简化为以下两种模型:
3.两个易混问题(1)图甲、乙中小球B、C原来均静止,现如果均从图中A处剪断,则剪断绳子瞬间图甲中的轻质弹簧的弹力来不及变化,图乙中的下段绳子的拉力将变为0。(2)由(1)的分析可以得出:绳的弹力可以突变而弹簧的弹力不能突变。
【典例1】 如图所示,小球A置于固定在水平面上的光滑半圆柱体上,小球B用水平轻弹簧拉着,弹簧固定在竖直板上。两小球A、B通过光滑滑轮O用轻质细绳相连,两球均处于静止状态。已知B球质量为m,O在半圆柱体圆心O1的正上方,OA与竖直方向成30°角,OA长度与半圆柱体半径相等,OB与竖直方向成45°角,重力加速度为g。现将轻质细绳剪断的瞬间,下列说法正确的是( )
思维点拨解瞬时加速度的一般思路:
归纳总结抓住“两关键”、遵循“四步骤”(1)分析瞬时加速度的“两个关键”:①明确绳或线类、弹簧或橡皮条类模型的特点。②分析瞬时前、后的受力情况和运动状态。(2)“四个步骤”:第一步:分析原来物体的受力情况。第二步:分析物体在突变时的受力情况。第三步:由牛顿第二定律列方程。第四步:求出瞬时加速度,并讨论其合理性。
训练突破3.(2020·山东淄博模拟)如图所示,物块a、b和c的质量相同,a和b、b和c之间用完全相同的轻弹簧S1和S2相连,通过系在a上的细线悬挂于固定点O;整个系统处于静止状态;现将细绳剪断,将物块a的加速度记为a1,S1和S2相对原长的伸长量分别为Δl1和Δl2,重力加速度大小为g,在剪断瞬间( )A.a1=2gB.a1=gC.Δl1=2Δl2D.Δl1=Δl2
整合构建1.解决两类动力学基本问题应把握的关键(1)两类分析——物体的受力分析和物体的运动过程分析;(2)一个“桥梁”——物体运动的加速度是联系运动和力的桥梁。2.解决动力学基本问题时对力的处理方法(1)合成法:在物体受力个数较少(2个或3个)时一般采用“合成法”。(2)正交分解法:若物体的受力个数较多(3个或3个以上),则采用“正交分解法”。
3.两类动力学问题的解题步骤
思维点拨(1)飞机刚要离开跑道时,受几个力?(2)飞机在水平跑道上匀加速滑行时,受哪些力?
提示 (1)两个,重力和升力。(2)竖直方向:重力与升力;水平方向:推力、空气阻力、摩擦阻力。
解析:(1)根据题意,飞机刚要离开跑道时,地面支持力为零,飞机的升力与重力平衡,故有k1v2=mg (2分)
(2)对飞机受力分析,飞机水平方向受推力、摩擦力和空气阻力,合力使飞机产生加速度,根据牛顿第二定律有F推-F阻-Ff=ma (2分)代入数据可得:F推-k2v2-μ(mg-k1v2)=ma (1分)要使飞机做匀加速运动,则μk1v2-k2v2=0 (1分)
考向2 动力学多过程综合问题【典例3】 (16分)如图所示,倾角θ=30°足够长的光滑斜面上有一两端开口的矩形管道,管道内部最下侧有一活塞,活塞受到沿斜面向上的拉力F作用。已知管道质量m'=0.1 kg,长l=0.3 m,活塞质量m=0.2 kg,两者间的最大静摩擦力Ffm=1 N(最大静摩擦力等于滑动摩擦力),重力加速度g取10 m/s2。(1)若两者一起沿斜面向上匀速运动,求两者间的摩擦力Ff。(2)若使两者间没有相对滑动,求F应满足的条件。(3)若F=4 N作用一段时间后撤去,此后运动过程中活塞恰好未脱离管道,求拉力F做的功W。
思维点拨(1)两者相对静止一起沿斜面向上匀速运动,受到静摩擦力作用,处于受力平衡状态;(2)整体分析管道和活塞的受力,隔离分析管道的受力,根据临界条件求解;(3)要注意活塞恰好没有脱离管道的条件是两者位移差恰好等于管长。
解析:(1)若两者一起沿斜面向上匀速运动,两者间为静摩擦力,对管道受力分析,如图所示。 Ff=m'gsin 30°=0.5 N。(3分)
(2)设管道向上运动的最大加速度为am,最大拉力为Fm,对管道受力分析,根据牛顿第二定律可知,Ffm-m'gsin 30°=m'am(1分)即am=5 m/s2(1分)对整体受力分析如图所示。 Fm-(m'+m)gsin θ=(m'+m)am(1分)解得Fm=3 N(1分)若使两者间没有相对滑动,则F≤3 N。
(3)F=4 N>Fm=3 N,即两者间有相对运动。可以对管道受力分析,由牛顿第二定律可得,Ffm-m'gsin 30°=m'a2得a2=5 m/s2,方向沿斜面向上。(1分)对活塞受力分析如图所示。F-mgsin θ-Ffm=ma1 (1分)得a1=10 m/s2,方向沿斜面向上。(1分)撤去F后的运动过程中,对管道受力分析,管道受力情况不变,加速度不变,仍为a2=5 m/s2,方向沿斜面向上。(1分)对活塞受力分析,由牛顿第二定律可知,mgsin θ+Ffm=ma1' (1分)得a1'=10 m/s2 ,方向沿斜面向下。(1分)由活塞恰好未脱离管道知:v共=a1t1-a1't2=a2(t1+t2)(1分)
注意:(1)问中若不画出受力分析图,不扣分;(2)问中,加速度未给出,结果正确,不扣分;(3)问中,中间结果未给出,但结果正确,不扣分。答案:(1)0.5 N　(2)F≤3 N　(3)1.8 J
方法技巧多过程问题的分析方法(1)将“多过程”分解为许多“子过程”,各“子过程”间由“衔接点”连接。(2)对各“衔接点”进行受力分析和运动分析,必要时画出受力图和过程示意图。(3)根据“子过程”和“衔接点”的模型特点选择合理的物理规律列方程。(4)分析“衔接点”速度、加速度等的关联,确定各段间的时间关联,并列出相关的辅助方程。(5)联立方程组,分析求解,对结果进行必要的验证或讨论。
训练突破4.(2020·山东等级考模拟卷)(8分)如图甲所示,在高速公路的连续下坡路段通常会设置避险车道,供发生紧急情况的车辆避险使用,本题中避险车道是主车道旁的一段上坡路面。一辆货车在行驶过程中刹车失灵,以v0=90 km/h的速度驶入避险车道,如图乙所示。设货车进入避险车道后牵引力为零,货车与路面间的动摩擦因数μ=0.30,重力加速度大小g取10 m/s2。
(1)为了防止货车在避险车道上停下后发生溜滑现象,该避险车道上坡路面的倾角θ应该满足什么条件?设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,结果用θ的正切值表示。(2)若避险车道路面倾角为15°,求货车在避险车道上行驶的最大距离。(已知sin 15°=0.26,cs 15°=0.97,结果保留两位有效数字)