2019年高考物理一轮复习专题11牛顿第二定律(讲)(含解析).pdf

2019 年高考物理一轮复习专题 11 牛顿第二定律（讲）（含解析） 1. 理解牛顿第二定律的内容、表达式及性质. 2. 应用牛顿第二定律解决瞬时问题和两类动力学问题 1内容：物体加速度的大小跟它所受到的作用力成正比，跟它的质量成反比加速度的方向与作用力的 方向相同 2表达式：Fma，F与a具有瞬时对应关系 3力学单位制 (1) 单位制由基本单位和导出单位共同组成 (2) 力学单位制中的基本单位有质量(kg) 、长度 (m) 和时间 (s) (3) 导出单位有N、m/s、m/s 2 等 考点一用牛顿第二定律分析瞬时加速度 重点归纳 1. 分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是明确该时刻物体的受力情况及运动状态，再由牛顿第二定 律求出瞬时加速度，此类问题应注意以下几种模型： 特性 模型 受外力时 的形变量 力能 否突变 产生拉力 或支持力 质量 内部 弹力 轻绳微小不计能 只有拉力 没有支持力 不计 处 处 橡皮绳较大不能 只有拉力 没有支持力 相 等 轻弹簧较大不能 既可有拉力 也可有支持力 轻杆微小不计能 既可有拉力 也可有支持力 2. 在求解瞬时加速度问题时应注意： (1) 物体的受力情况和运动情况是时刻对应的，当外界因素发生变化时，需要重新进行受力分析和运动分 析 (2) 加速度可以随着力的突变而突变，而速度的变化需要一个过程的积累，不会发生突变 典型案例如图所示， 弹簧p和细绳q的上端固定在天花板上，下端用小钩钩住质量为m的小球C，弹 簧、细绳和小钩的质量均忽略不计静止时p、q与竖直方向的夹角均为60°. 下列判断正确的有： （） A若p和球突然脱钩，则脱钩后瞬间q对球的拉力大小为mg B若p和球突然脱钩，则脱钩后瞬间球的加速度大小为 3 2 g C若q和球突然脱钩，则脱钩后瞬间p对球的拉力大小为 1 2mg D若q和球突然脱钩，则脱钩后瞬间球的加速度大小为g 【答案】 BD 【解析】原来p、q 对球的拉力大小均为mg p 和球脱钩后，球将开始沿圆弧运动，将q受的力沿法向和 切线正交分解（见图1）， 得 2 600 mv Fmgcos r ，即F 1 2 mg，合力为 mgsin60°=ma ， A错误， B正确； q 和球突然脱钩后瞬 间， p的拉力未来得及改变，仍为mg ，因此合力为mg （见图 2），球的加速度为大小为g故 C错误， D 正确；故选BD 。 【名师点睛】本题考查绳子和弹簧的性质，要注意弹簧的弹力是不能突变的，而绳子的弹力可以在瞬间 发生变化，根据牛顿定律进行讨论。 针对练习1如图所示， 质量为 4kg 的物体 A静止在竖直的轻弹簧上面。质量为 1kg 的物体 B用细线悬 挂起来， A、B紧挨在一起但A. B 之间无压力。某时刻将细线剪断，则细线剪断瞬间，B对 A的压力大小 为（取 g=10m/s 2）： （） A. 0 N B. 8 N C. 10 N D. 50 N 【答案】 B 【名师点睛】本题关键是先采用整体法求解加速度，再隔离物体B并根据牛顿第二定律列式求解；注意 剪断细线的瞬时弹簧的弹力是不能突变的。 针对练习2如图所示， A、B两球质量相同，光滑斜面的倾角为，图甲中，A、B两球用轻弹簧相连， 图乙中 A、B两球用轻质杆相连，系统静止时，挡板C与斜面垂直，轻弹簧、轻杆均与斜面平行，则在突 然撤去挡板的瞬间有：（） A两图中两球的加速度均为sing B两图中A球的加速度均为0 C图乙中轻杆的作用力一定不为0 D图甲中B球的加速度是图乙中B球的加速度的2 倍 【答案】 D 【名师点睛】在应用牛顿第二定律解决瞬时问题时，一定要注意，哪些力不变，（弹簧的的形变量来不 及变化，弹簧的弹力不变），哪些力变化（如绳子断了，则绳子的拉力变为零，或者撤去外力了，则外 力变为零，）然后结合整体隔离法，应用牛顿第二定律分析解题 考点二动力学两类基本问题 1. 求解两类问题的思路，可用下面的框图来表示： 2. 分析解决这两类问题的关键：应抓住受力情况和运动情况之间联系的桥梁加速度 3. 解答动力学两类问题的基本程序 (1) 明确题目中给出的物理现象和物理过程的特点，如果是比较复杂的问题，应该明确整个物理现象是由 哪几个物理过程组成的，找出相邻过程的联系点，再分别研究每一个物理过程 (2) 根据问题的要求和计算方法，确定研究对象，进行分析，并画出示意图，图中应注明力、速度、加速 度的符号和方向，对每一个力都明确其施力物体和受力物体，以免分析受力时有所遗漏或无中生有 (3) 应用牛顿运动定律和运动学公式求解，通常先用表示相应物理量的符号进行运算，解出所求物理量的 表达式，然后将已知物理量的数值及单位代入，通过运算求结果 重点归纳 1用整体法、隔离法巧解动力学问题 （ 1）整体法、隔离法 当问题涉及几个物体时，我们常常将这几个物体“隔离”开来，对它们分别进行受力分析，根据其运动 状态，应用牛顿第二定律或平衡条件列式求解特别是问题涉及物体间的相互作用时，隔离法是一种有 效的解题方法而将相互作用的两个或两个以上的物体看成一个整体( 系统 ) 作为研究对象，去寻找未知 量与已知量之间的关系的方法称为整体法 （ 2）选用整体法和隔离法的策略 当各物体的运动状态相同时，宜选用整体法；当各物体的运动状态不同时，宜选用隔离法；对较复 杂的问题，通常需要多次选取研究对象，交替应用整体法与隔离法才能求解 (3) 整体法与隔离法常涉及的问题类型 涉及滑轮的问题：若要求绳的拉力，一般都采用隔离法 水平面上的连接体问题：这类问题一般是连接体( 系统 ) 各物体保持相对静止，即具有相同的加速度解 题时，一般采用先整体、后隔离的方法；建立直角坐标系时也要考虑矢量正交分解越少越好的原则，或 者正交分解力，或者正交分解加速度 斜面体与物体组成的连接体的问题：当物体具有沿斜面方向的加速度，而斜面体相对于地面静止时， 解题时一般采用隔离法分析 （ 4）解决这类问题的关键 正确地选取研究对象是解题的首要环节，弄清各物体之间哪些属于连接体，哪些物体应该单独分析，并 分别确定出它们的加速度，然后根据牛顿运动定律列方程求解 2用分解加速度法巧解动力学问题 因牛顿第二定律中Fma指出力和加速度永远存在瞬间对应关系，所以在用牛顿第二定律求解动力学问 题时，有时不去分解力，而是分解加速度，尤其是当存在斜面体这一物理模型且斜面体又处于加速状态 时，往往此方法能起到事半功倍的效果 典型案例如图甲所示，在倾角为30 0 的足够长的光滑斜面上，有一质量为m的物体，受到沿斜面方向 的力 F作用，力F 按图乙所示的规律变化, 图中纵坐标是F与mg的比值，规定力沿斜面向上为正向，则 物体运动的速度v 随时间 t 变化的规律用可图中的哪一个图象表示（物体的初速度为零） ：（） A B C D 【答案】 D 在 2-3s 内由牛顿第二定律得：-F-mgsin30 °=ma3 解得： a3=-1 5g=15m/s 3s 末获得速度为：v3=a3t3=-15m/s 故 D正确；故选D 【名师点睛】本题主要考查了牛顿第二定律和运动学公式，关键是分阶段分别处理问题，求出1s、2s、 3s 末的速度即可； 针对练习1（多选） 将一质量为1kg 的物体以一定的初速度竖直向上抛出，假设物体在运动过程中所 受空气阻力的大小恒定不变，其速度时间图像如图所示，取重力加速度 2 10/gm s， 则：（） A、物体下降过程中的加速度大小为为 2 9/m s B、物体受到的阻力为1N C、图中 1 10/vm s D、图中 1 22/vm s 【答案】 ABD 【名师点睛】在速度时间图像中，需要掌握三点，一、速度的正负表示运动方向，看运动方向是否发生 变化，只要考虑速度的正负是否发生变化，二、图像的斜率表示物体运动的加速度，三、图像与坐标轴 围成的面积表示位移，在坐标轴上方表示正方向位移，在坐标轴下方表示负方向位移 针对练习2如图所示，在倾角37°的足够长的固定的斜面上，有一质量为m 1 kg 的物体，物 体与斜面间动摩擦因数0.2 ，物体受到沿平行于斜面向上的轻细绳的拉力F9.6 N 的作用，从静止 开始运动，经2 s 绳子突然断了，求绳断后多长时间物体速度大小达到22 m/s ？（sin 37 ° 0.6 ，g 取 10 m/s 2） 【答案】 5.53s 【名师点睛】解决本题的关键理清物体的运动的情况，知道在各个阶段物体做什么运动以及知道加速 度是联系力学和运动学的桥梁