《【三維設(shè)計(jì)】2014屆高三物理一輪 （14年預(yù)測 目標(biāo)定位 規(guī)律總結(jié)） 3.2牛頓第二定律 兩類動力學(xué)問題教學(xué)案 新人教版》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《【三維設(shè)計(jì)】2014屆高三物理一輪 （14年預(yù)測 目標(biāo)定位 規(guī)律總結(jié)） 3.2牛頓第二定律 兩類動力學(xué)問題教學(xué)案 新人教版（11頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、三維設(shè)計(jì)2014屆高三物理一輪教學(xué)案（14年預(yù)測+目標(biāo)定位+規(guī)律總結(jié)）：3.2牛頓第二定律 兩類動力學(xué)問題牛頓第二定律想一想如圖321所示為一張?jiān)谡婵罩信臄z的羽毛與蘋果自由下落的頻閃照片。請思考蘋果與羽毛重力相差很大，為什么它們總在同一相同的高度呢？圖321提示：物體的加速度與力成正比，與物體的質(zhì)量成反比，物體在真空中僅受重力作用，故ag，可知羽毛和蘋果在真空中下落的加速度相同。故它們的運(yùn)動狀態(tài)時(shí)刻相同，它們能時(shí)刻處在同一高度。記一記1內(nèi)容物體加速度的大小跟它受到的作用力成正比、跟它的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。2表達(dá)式Fma。3“五個(gè)”性質(zhì)同向性公式F合ma是矢量式，任一時(shí)刻
2、，F(xiàn)合與a同向瞬時(shí)性a與F合對應(yīng)同一時(shí)刻，即a為某時(shí)刻的加速度時(shí)，F(xiàn)合為該時(shí)刻物體所受合外力因果性F合是產(chǎn)生a的原因，物體具有加速度是因?yàn)槲矬w受到了力同一性F合ma中，F(xiàn)合、m、a對應(yīng)同一物體或同一系統(tǒng)，各量統(tǒng)一使用國際單位獨(dú)立性作用于物體上的每一個(gè)力各自產(chǎn)生的加速度都遵從牛頓第二定律物體的實(shí)際加速度等于每個(gè)力產(chǎn)生的加速度的矢量和4適用范圍(1)牛頓第二定律只適用于慣性參考系(相對地面靜止或做勻速直線運(yùn)動的參考系)。(2)牛頓第二定律只適用于宏觀物體(相對于分子、原子)、低速運(yùn)動(遠(yuǎn)小于光速)的情況。試一試1關(guān)于牛頓第二定律的下列說法中，正確的是()A物體加速度的大小由物體的質(zhì)量和物體所受合外
3、力的大小決定，與物體的速度無關(guān)B物體加速度的方向只由它所受合外力的方向決定，與速度方向無關(guān)C物體所受合外力的方向和加速度的方向及速度方向總是相同的D一旦物體所受合外力為零，則物體的加速度立即為零，其運(yùn)動也就逐漸停止了解析：選AB對于某個(gè)物體，合外力的大小決定了加速度的大小，合外力的方向決定了加速度的方向，而速度的方向與加速度方向無關(guān)。根據(jù)牛頓第二定律的瞬時(shí)性特征，合外力一旦為零，加速度立即為零，則速度不再發(fā)生變化，以后以此時(shí)的速度做勻速直線運(yùn)動。兩類動力學(xué)問題記一記1兩類動力學(xué)問題(1)已知受力情況求物體的運(yùn)動情況。(2)已知運(yùn)動情況求物體的受力情況。2解決兩類基本問題的方法以加速度為“橋梁”
4、，由運(yùn)動學(xué)公式和牛頓運(yùn)動定律列方程求解，具體邏輯關(guān)系如圖：試一試2用40 N的水平力F拉一個(gè)靜止在光滑水平面上、質(zhì)量為20 kg的物體，力F作用3 s后撤去，則第5 s末物體的速度和加速度的大小分別是()Av6 m/s，a0Bv10 m/s，a2 m/s2Cv6 m/s，a2 m/s2 Dv10 m/s，a0解析：選A由牛頓第二定律得：Fma，a2 m/s2。3 s末物體速度為vat6 m/s，此后F撤去，a0，物體做勻速運(yùn)動，故A正確。力學(xué)單位制想一想如圖322為甲、乙、丙三人百米比賽沖刺時(shí)的速度大小。試比較三人沖刺速度的大小；由此看出應(yīng)怎樣比較物理量的大?。繄D322提示：v甲11 m/s，
5、v乙7 200 dm/min12 m/s，v丙36 km/h10 m/s，故v乙v甲v丙。由此可以看出，要比較同一物理量的大小，必須統(tǒng)一單位。記一記1單位制由基本單位和導(dǎo)出單位組成。2基本單位基本量的單位。力學(xué)中的基本量有三個(gè)，它們分別是質(zhì)量、時(shí)間、長度，它們的國際單位分別是千克、秒、米。3導(dǎo)出單位由基本量根據(jù)物理關(guān)系推導(dǎo)出的其他物理量的單位。4國際單位制中的七個(gè)基本物理量和基本單位物理量名稱物理量符號單位名稱單位符號長度l米m質(zhì)量m千克kg時(shí)間t秒s電流I安培A熱力學(xué)溫度T開爾文K物質(zhì)的量n摩爾mol發(fā)光強(qiáng)度IV坎德拉cd試一試3關(guān)于單位制，下列說法中正確的是()Akg、m/s、N是導(dǎo)出單位
6、Bkg、m、C是基本單位C在國際單位制中，時(shí)間的基本單位是sD在國際單位制中，力的單位是根據(jù)牛頓第二定律定義的解析：選CD在力學(xué)中選定m(長度單位)、kg(質(zhì)量單位)、s(時(shí)間單位)作為基本單位，可以導(dǎo)出其他物理量的單位，力的單位(N)是根據(jù)牛頓第二定律Fma導(dǎo)出的，故C、D正確。瞬時(shí)加速度問題1.一般思路2兩種模型(1)剛性繩(或接觸面)：一種不發(fā)生明顯形變就能產(chǎn)生彈力的物體，剪斷(或脫離)后，彈力立即改變或消失，不需要形變恢復(fù)時(shí)間，一般題目中所給的細(xì)線、輕桿和接觸面在不加特殊說明時(shí)，均可按此模型處理。(2)彈簧(或橡皮繩)：當(dāng)彈簧的兩端與物體相連(即兩端為固定端)時(shí)，由于物體有慣性，彈簧的
7、長度不會發(fā)生突變，所以在瞬時(shí)問題中，其彈力的大小認(rèn)為是不變的，即此時(shí)彈簧的彈力不突變。例1(2013吉林模擬)在動摩擦因數(shù)0.2的水平面上有一個(gè)質(zhì)量為m2 kg的小球，小球與水平輕彈簧及與豎直方向成45角的不可伸長的輕繩一端相連，如圖323所示，此時(shí)小球處于靜止平衡狀態(tài)，且水平面對小球的彈力恰好為零。當(dāng)剪斷輕繩的瞬間，取g10 m/s2，以下說法正確的是()圖323A此時(shí)輕彈簧的彈力大小為20 NB小球的加速度大小為8 m/s2，方向向左C若剪斷彈簧，則剪斷的瞬間小球的加速度大小為10 m/s2，方向向右D若剪斷彈簧，則剪斷的瞬間小球的加速度為0審題指導(dǎo)剪斷輕繩時(shí)，彈簧的彈力不能瞬間發(fā)生變化。
8、剪斷彈簧時(shí)，繩上的拉力在瞬間發(fā)生變化。嘗試解題因?yàn)槲醇魯噍p繩時(shí)水平面對小球的彈力為零，小球在繩沒有斷時(shí)受到輕繩的拉力FT和彈簧的彈力F作用而處于平衡狀態(tài)。依據(jù)平衡條件得：豎直方向有FTcos mg，水平方向有FTsin F。解得輕彈簧的彈力為Fmgtan 20 N，故選項(xiàng)A正確。剪斷輕繩后小球在豎直方向仍平衡，水平面支持力與小球所受重力平衡，即FNmg；由牛頓第二定律得小球的加速度為a m/s28 m/s2，方向向左，選項(xiàng)B正確。當(dāng)剪斷彈簧的瞬間，小球立即受地面支持力和重力作用，且二力平衡，加速度為0，選項(xiàng)C錯誤、D正確。答案ABD在求解瞬時(shí)性問題時(shí)應(yīng)注意：(1)物體的受力情況和運(yùn)動情況是時(shí)刻
9、對應(yīng)的，當(dāng)外界因素發(fā)生變化時(shí)，需要重新進(jìn)行受力分析和運(yùn)動分析。(2)加速度可以隨著力的突變而突變，而速度的變化需要一個(gè)過程的積累，不會發(fā)生突變。動力學(xué)的兩類基本問題分析1.物體運(yùn)動性質(zhì)的判斷方法(1)明確物體的初始運(yùn)動狀態(tài)(v0)。(2)明確物體的受力情況(F合)。(3)根據(jù)物體做各種性質(zhì)運(yùn)動的條件即可判定物體的運(yùn)動情況、加速度變化情況及速度變化情況。2兩類動力學(xué)問題的解題步驟(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。研究對象可以是某個(gè)物體，也可以是幾個(gè)物體構(gòu)成的系統(tǒng)。(2)進(jìn)行受力分析和運(yùn)動狀態(tài)分析，畫好受力分析圖、情景示意圖，明確物體的運(yùn)動性質(zhì)和運(yùn)動過程。(3)選取
10、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)確定合外力F合，注意F合與a同向。若物體只受兩個(gè)共點(diǎn)力作用，常用合成法；若物體受到3個(gè)或3個(gè)以上不在同一直線上的力的作用，一般用正交分解法。(5)根據(jù)牛頓第二定律F合ma或列方程求解，必要時(shí)還要對結(jié)果進(jìn)行討論。例2如圖324所示，質(zhì)量m2 kg的物體靜止于水平地面的A處，A、B間距L20 m，用大小為30 N，沿水平方向的外力拉此物體，經(jīng)t02 s拉至B處。(已知cos 370.8，sin 370.6，取g10 m/s2)圖324(1)求物體與地面間的動摩擦因數(shù)；(2)用大小為30 N，與水平方向成37的力
11、斜向上拉此物體，使物體從A處由靜止開始運(yùn)動并能到達(dá)B處，求該力作用的最短時(shí)間t。審題指導(dǎo)物體在拉力作用下做勻加速直線運(yùn)動，撤去拉力后做勻減速直線運(yùn)動，當(dāng)物體到B點(diǎn)速度恰好為零，則拉力的作用時(shí)間最短。嘗試解題(1)沿水平方向施加外力后，物體做勻加速直線運(yùn)動。根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式有Lat代入數(shù)據(jù)解得a10 m/s2由牛頓第二定律知FFfma解得Ff10 N所以0.5(2)設(shè)外力F作用的最短時(shí)間為t，物體先以大小為a1的加速度勻加速運(yùn)動，所用時(shí)間為t，受力分析如圖所示。撤去外力后，以大小為a2的加速度勻減速運(yùn)動，所用時(shí)間為t，到達(dá)B處速度恰為零。由牛頓第二定律知Fcos 37Ffma1其中FfFN(mgF
12、sin 37)聯(lián)立解得a111.5 m/s2，a2g5 m/s2由于勻加速階段末速度即為勻減速階段的初速度，撤去外力時(shí)的速度va1ta2t又因?yàn)長a1t2a2t2聯(lián)立解得t 1.03 s。答案(1)0.5(2)1.03 s解決兩類動力學(xué)問題兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)(1)把握“兩個(gè)分析”“一個(gè)橋梁”兩個(gè)分析：物體的受力分析和物體的運(yùn)動過程分析。一個(gè)橋梁：物體運(yùn)動的加速度是聯(lián)系運(yùn)動和力的橋梁。(2)尋找多過程運(yùn)動問題中各過程間的相互聯(lián)系。如第一個(gè)過程的末速度就是下一個(gè)過程的初速度，畫圖找出各過程間的位移聯(lián)系。牛頓第二定律與圖象的綜合問題1.常見的兩類動力學(xué)圖象問題(1)已知物體在某一過程中所受的合力(或某個(gè)力)
13、隨時(shí)間的變化圖線，要求分析物體的運(yùn)動情況。(2)已知物體在某一過程中速度、加速度隨時(shí)間的變化圖線，要求分析物體的受力情況。2解決圖象綜合問題的關(guān)鍵(1)分清圖象的類別：即分清橫、縱坐標(biāo)所代表的物理量，明確其物理意義，掌握物理圖象所反映的物理過程，會分析臨界點(diǎn)。(2)注意圖線中的一些特殊點(diǎn)所表示的物理意義：圖線與橫、縱坐標(biāo)的交點(diǎn)，圖線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，兩圖線的交點(diǎn)等。(3)明確能從圖象中獲得哪些信息：把圖象與具體的題意、情境結(jié)合起來，再結(jié)合斜率、特殊點(diǎn)、面積等的物理意義，確定從圖象中反饋出來的有用信息，這些信息往往是解題的突破口或關(guān)鍵點(diǎn)。例3如圖325甲所示，水平地面上輕彈簧左端固定，右端通過滑塊壓縮0
14、.4 m鎖定。t0時(shí)解除鎖定釋放滑塊。計(jì)算機(jī)通過滑塊上的速度傳感器描繪出滑塊的速度圖象如圖乙所示，其中Oab段為曲線，bc段為直線，傾斜直線Od是t0時(shí)的速度圖線的切線，已知滑塊質(zhì)量m2.0 kg，取g10 m/s2。求：圖325(1)滑塊與地面間的動摩擦因數(shù)；(2)彈簧的勁度系數(shù)。審題指導(dǎo)第一步：抓關(guān)鍵點(diǎn)關(guān)鍵點(diǎn)獲取信息Od是t0時(shí)的速度圖線的切線Od的斜率表示t0時(shí)滑塊的加速度bc段為直線 bc段滑塊受滑動摩擦力作用做勻減速運(yùn)動第二步：找突破口要求滑塊與地面間的動摩擦因數(shù)，只要由圖象求出滑塊勻減速運(yùn)動的加速度，再由牛頓第二定律列方程即可。要求彈簧的勁度系數(shù)，則應(yīng)利用牛頓第二定律對滑塊在t0時(shí)
15、刻列方程求解。嘗試解題(1)從題中圖象知，滑塊脫離彈簧后的加速度大小a1 m/s25 m/s2由牛頓第二定律得：mgma1解得：0.5(2)剛釋放時(shí)滑塊的加速度a2 m/s230 m/s2由牛頓第二定律得：kxmgma2解得：k175 N/m。答案(1)0.5(2)175 N/m數(shù)圖結(jié)合解決物理問題物理公式與物理圖象的結(jié)合是中學(xué)物理的重要題型，也是近年高考的熱點(diǎn)，特別是vt圖象在考題中出現(xiàn)率極高。對于已知圖象求解相關(guān)物理量的問題，往往是結(jié)合物理過程從分析圖象的橫、縱軸所對應(yīng)的物理量的函數(shù)入手，分析圖線的斜率、截距所代表的物理意義得出所求結(jié)果。解決這類問題的核心是分析圖象，我們應(yīng)特別關(guān)注vt圖中
16、的斜率(加速度)和力的圖線與運(yùn)動的對應(yīng)關(guān)系。模型概述物體在傳送帶上運(yùn)動的情形統(tǒng)稱為傳送帶模型。,因物體與傳送帶間的動摩擦因數(shù)、斜面傾角、傳送帶速度、傳送方向、滑塊初速度的大小和方向的不同，傳送帶問題往往存在多種可能，因此對傳送帶問題做出準(zhǔn)確的動力學(xué)過程分析，是解決此類問題的關(guān)鍵。下面介紹兩種常見的傳送帶模型。1水平傳送帶模型項(xiàng)目圖示滑塊可能的運(yùn)動情況情景1(1)可能一直加速(2)可能先加速后勻速情景2(1)v0v時(shí)，可能一直減速，也可能先減速再勻速(2)v0v返回時(shí)速度為v，當(dāng)v0v返回時(shí)速度為v02.傾斜傳送帶模型項(xiàng)目圖示滑塊可能的運(yùn)動情況情景1(1)可能一直加速(2)可能先加速后勻速情景2
17、(1)可能一直加速(2)可能先加速后勻速(3)可能先以a1加速后以a2加速情景3(1)可能一直加速(2)可能先加速后勻速(3)可能一直勻速(4)可能先以a1加速后以a2加速情景4(1)可能一直加速(2)可能一直勻速(3)可能先減速后反向加速典例如圖326所示，繃緊的傳送帶，始終以2 m/s的速度勻速斜向上運(yùn)行，傳送帶與水平方向間的夾角30?，F(xiàn)把質(zhì)量為10 kg的工件輕輕地放在傳送帶底端P處，由傳送帶傳送至頂端Q處。已知P、Q之間的距離為4 m，工件與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為，取g10 m/s2。圖326(1)通過計(jì)算說明工件在傳送帶上做什么運(yùn)動；(2)求工件從P點(diǎn)運(yùn)動到Q點(diǎn)所用的時(shí)間。解析(1)
18、工件受重力、摩擦力、支持力共同作用，摩擦力為動力由牛頓第二定律得：mgcos mgsin ma代入數(shù)值得：a2.5 m/s2則其速度達(dá)到傳送帶速度時(shí)發(fā)生的位移為x1 m0.8 m4m可見工件先勻加速運(yùn)動0.8 m，然后勻速運(yùn)動3.2 m(2)勻加速時(shí)，由x1t1得t10.8 s勻速上升時(shí)t2 s1.6 s所以工件從P點(diǎn)運(yùn)動到Q點(diǎn)所用的時(shí)間為tt1t22.4 s。答案(1)先勻加速運(yùn)動0.8 m，然后勻速運(yùn)動3.2 m(2)2.4 s題后悟道對于傳送帶問題，一定要全面掌握上面提到的幾類傳送帶模型，尤其注意要根據(jù)具體情況適時(shí)進(jìn)行討論，看一看有沒有轉(zhuǎn)折點(diǎn)、突變點(diǎn)，做好運(yùn)動階段的劃分及相應(yīng)動力學(xué)分析。
19、現(xiàn)在傳送帶傳送貨物已被廣泛地應(yīng)用，如圖327所示為一水平傳送帶裝置示意圖。緊繃的傳送帶AB始終保持恒定的速率v1 m/s運(yùn)行，一質(zhì)量為m4 kg的物體被無初速度地放在A處，傳送帶對物體的滑動摩擦力使物體開始做勻加速直線運(yùn)動，隨后物體又以與傳送帶相等的速率做勻速直線運(yùn)動。設(shè)物體與傳送帶之間的動摩擦因數(shù)0.1，A、B間的距離L2 m，g取10 m/s2。圖327(1)求物體剛開始運(yùn)動時(shí)所受滑動摩擦力的大小與加速度的大小；(2)求物體做勻加速直線運(yùn)動的時(shí)間；(3)如果提高傳送帶的運(yùn)行速率，物體就能被較快地傳送到B處，求物體從A處傳送到B處的最短時(shí)間和傳送帶對應(yīng)的最小運(yùn)行速率。解析：(1)滑動摩擦力Ffmg0.1410 N4 N，加速度ag0.110 m/s21 m/s2。(2)物體達(dá)到與傳送帶相同速率后不再加速，則vat1，t1 s1 s。(3)物體始終勻加速運(yùn)行時(shí)間最短，加速度仍為a1 m/s2，當(dāng)物體到達(dá)右端時(shí)，有v2aL，vmin m/s2 m/s，所以傳送帶的最小運(yùn)行速率為2 m/s。物體最短運(yùn)行時(shí)間由vminatmin，得tmin s2 s。答案：(1)4 N1 m/s2(2)1 s(3)2 s2 m/s11
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