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1、2020屆高三新課標(biāo)物理一輪原創(chuàng)精品學(xué)案 專(zhuān)題08 牛頓第二定律
課時(shí)安排:2課時(shí)
教學(xué)目標(biāo):1.理解牛頓第二定律
2.理解力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,會(huì)進(jìn)行相關(guān)的判斷
3.掌握應(yīng)用牛頓第二定律分析問(wèn)題的基本方法和基本技能
本講重點(diǎn):1.牛頓第二定律的矢量性、瞬時(shí)性、獨(dú)立性
2.由受力情況定性分析物體的運(yùn)動(dòng)情況
本講難點(diǎn):對(duì)牛頓第二定律的理解
考點(diǎn)點(diǎn)撥:1.牛頓第二定律的矢量性、瞬時(shí)性、獨(dú)立性
2.力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的定性分析
3.正交分解法在牛頓第二定律解題中的應(yīng)用
4.合成法與分解法在牛頓第二定律解題中的應(yīng)用
5.臨界問(wèn)題的分析與求解
第一課時(shí)
二、高考要點(diǎn)精析
(一)牛
2、頓第二定律的矢量性、瞬時(shí)性、獨(dú)立性
☆考點(diǎn)點(diǎn)撥
(1)牛頓第二定律的矢量性、瞬時(shí)性
牛頓第二定律公式是矢量式。加速度的方向與合外力的方向始終一致。加速度的大小和方向與合外力是瞬時(shí)對(duì)應(yīng)的,當(dāng)力發(fā)生變化時(shí),加速度瞬時(shí)變化。
【例1】如圖(1)所示,一質(zhì)量為m的物體系于長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1 、L2的兩根細(xì)線(xiàn)上,L1的一端懸掛在天花板上,與豎直方向夾角為θ,L2水平拉直,物體處于平衡狀態(tài)?,F(xiàn)將L2線(xiàn)剪斷,求剪斷瞬時(shí)物體的加速度。
(2)這個(gè)結(jié)果是正確的。當(dāng)L2被剪斷時(shí),T2突然消失,而彈簧還來(lái)不及形變(變化要有一個(gè)過(guò)程,不能突變),因而彈簧的彈力T1不變,它與重力的合力與T2是一對(duì)平衡力,等值反向
3、,所以L(fǎng)2剪斷時(shí)的瞬時(shí)加速度為a=gtanθ,方向在T2的反方向上。
點(diǎn)評(píng):牛頓第二定律F合=ma反映了物體的加速度a跟它所受合外力的瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系.物體受到外力作用,同時(shí)產(chǎn)生了相應(yīng)的加速度,外力恒定不變,物體的加速度也恒定不變;外力隨著時(shí)間改變時(shí),加速度也隨著時(shí)間改變;某一時(shí)刻,外力停止作用,其加速度也同時(shí)消失.
☆考點(diǎn)精煉
☆考點(diǎn)精煉
2.力F1單獨(dú)作用于一物體時(shí),使物體產(chǎn)生的加速度大小為a1=2m/s2,力F2單獨(dú)作用于同一物體時(shí),使物體產(chǎn)生的加速度大小為a2=4m/s2。當(dāng)F1和F2共同作用于該物體時(shí),物體具有的加速度大小可能是 ( )
A.2m/s2
4、 B.4m/s2
C.6m/s2 D.8m/s2
(二)力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的定性分析
☆考點(diǎn)點(diǎn)撥
力和物體的運(yùn)動(dòng)之間沒(méi)有直接關(guān)系。當(dāng)力的方向(加速度方向)與運(yùn)動(dòng)方向相同時(shí),物體加速運(yùn)動(dòng),與力的大小變化無(wú)關(guān);當(dāng)力的方向(加速度方向)與運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí),物體減速運(yùn)動(dòng),與力的大小變化無(wú)關(guān)。加速度的大小和方向與合力是瞬時(shí)對(duì)應(yīng)的。
點(diǎn)評(píng):(1)解答此題容易犯的錯(cuò)誤就是認(rèn)為彈簧無(wú)形變時(shí)物體的速度最大,加速度為零.這顯然是沒(méi)對(duì)物理過(guò)程認(rèn)真分析,靠定勢(shì)思維得出的結(jié)論.要學(xué)會(huì)分析動(dòng)態(tài)變化過(guò)程,分析時(shí)要先在腦子里建立起一幅較為清晰的動(dòng)態(tài)圖景,再運(yùn)用概念和規(guī)律進(jìn)行推理和
5、判斷.
(2)通過(guò)此題,可加深對(duì)牛頓第二定律中合外力與加速度間的瞬時(shí)關(guān)系的理解,加深對(duì)速度和加速度間關(guān)系的理解.譬如,本題中物體在初始階段,盡管加速度在逐漸減小,但由于它與速度同向,所以速度仍繼續(xù)增大.
☆考點(diǎn)精煉
3.如圖所示,輕彈簧下端固定在水平面上。一個(gè)小球從彈簧正上方某一高度處由靜止開(kāi)始自由下落,接觸彈簧后把彈簧壓縮到一定程度后停止下落。在小球下落的這一全過(guò)程中,下列說(shuō)法中正確的是
A.小球剛接觸彈簧瞬間速度最大
B.從小球接觸彈簧起加速度變?yōu)樨Q直向上
C.從小球接觸彈簧到到達(dá)最低點(diǎn),小球的速度先增大后減小
D.從小球接觸彈簧到到達(dá)最低點(diǎn),小球的加速度先減小后增大
6、第二課時(shí)
(三)正交分解法在牛頓第二定律解題中的應(yīng)用
☆考點(diǎn)點(diǎn)撥
當(dāng)物體的受力情況較復(fù)雜時(shí),可根據(jù)物體所受力的具體情況和運(yùn)動(dòng)情況建立合適的直角坐標(biāo)系,利用正交分解法來(lái)解.
【例4】如圖所示,質(zhì)量為4 kg的物體靜止于水平面上,物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5,物體受到大小為20N,與水平方向成30°角斜向上的拉力F作用時(shí)沿水平面做勻加速運(yùn)動(dòng),求物體的加速度是多大?(g取10 m/s2)
☆考點(diǎn)精煉
4.一物體放置在傾角為θ的斜面上,斜面固定于加速上升的電梯中,加速度為a,如圖所示。在物體始終相對(duì)于斜面靜止的條件下,下列說(shuō)法中正確的是
7、 ( )
θ
a
A.當(dāng)θ一定時(shí),a越大,斜面對(duì)物體的正壓力越小
B.當(dāng)θ一定時(shí),a越大,斜面對(duì)物體的摩擦力越小
C.當(dāng)a一定時(shí),θ越大,斜面對(duì)物體的正壓力越小
D.當(dāng)a一定時(shí),θ越大,斜面對(duì)物體的摩擦力越小
(四)合成法與分解法在牛頓第二定律解題中的應(yīng)用
☆考點(diǎn)點(diǎn)撥
如果知道物體的加速度方向,就可以判斷出物體所受合外力的方向,然后畫(huà)出平行四邊形,解其中的三角形就可求得物體所受的某一個(gè)力。
【例5】如圖所示,沿水平方向做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的車(chē)廂中,懸掛小球的懸線(xiàn)偏離豎直方向37°角,球和車(chē)廂相對(duì)靜止,球的質(zhì)量為1kg.(g=10m/s2,sin37°=0.6,co
8、s37°=0.8)
(1)求車(chē)廂運(yùn)動(dòng)的加速度并說(shuō)明車(chē)廂的運(yùn)動(dòng)情況.
(2)求懸線(xiàn)對(duì)球的拉力.
【例6】如圖所示,在箱內(nèi)傾角為α的固定光滑斜面上用平行于斜面的細(xì)線(xiàn)固定一質(zhì)量為m的木塊。求:(1)箱以加速度a勻加速上升,(2)箱以加速度a向左勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí),線(xiàn)對(duì)木塊的拉力F1和斜面對(duì)箱的壓力F2各多大?
解:(1)a向上時(shí),由于箱受的合外力豎直向上,重力豎直向下,所以F1、F2的合力F必然豎直向上??上惹驠,再由F1=Fsinα和F2=Fcosα求解,得到: F1=m(g+a)sinα,F(xiàn)2=m(g+a)cosα
顯然這種方法比正交分解法簡(jiǎn)單。
9、
☆考點(diǎn)精煉
5.如圖所示, 質(zhì)量m =4kg的小球掛在小車(chē)后壁上,細(xì)線(xiàn)與豎直方向成37°角。當(dāng)小車(chē)以a=g向右勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí),求細(xì)線(xiàn)對(duì)小球的拉力F1和后壁對(duì)小球的壓力F2各多大?
(五)臨界問(wèn)題的分析與求解
☆考點(diǎn)點(diǎn)撥
在某些物理情境中,物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的過(guò)程中,由于條件的變化,會(huì)出現(xiàn)兩種狀態(tài)的銜接,兩種現(xiàn)象的分界,同時(shí)使某個(gè)物理量在特定狀態(tài)時(shí),具有最大值或最小值。這類(lèi)問(wèn)題稱(chēng)為臨界問(wèn)題。在解決臨界問(wèn)題時(shí),進(jìn)行正確的受力分析和運(yùn)動(dòng)分析,找出臨界狀態(tài)是解題的關(guān)鍵。
在【例6】的第(2)問(wèn)中已經(jīng)存在著臨界問(wèn)題,下面再舉一例。
因?yàn)閍=10 m/s2>a0
所以小球離開(kāi)斜面N
10、=0,小球受力情況如圖,則
Tcosα=ma, Tsinα=mg
所以T==2.83 N,N=0.
☆考點(diǎn)精煉
6.在考點(diǎn)精煉第5題中,其他條件不變,當(dāng)小車(chē)以a=g向右勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí),求細(xì)線(xiàn)對(duì)小球的拉力F1和后壁對(duì)小球的壓力F2各多大?
考點(diǎn)精煉參考答案
1.D
2.ACD
解析 設(shè)物體的質(zhì)量為m,根據(jù)牛頓第二定律有:
F1=ma1
F2=ma2
當(dāng)F1和F2共同作用于該物體時(shí),F(xiàn)1和F2的合力| F1-F2|≤F≤F1+F2,根據(jù)牛頓第二定律有:
F=ma
故有:| a1-a2|≤a≤a1+a2,即2m/s2≤a≤6m/s2。
三、
11、考點(diǎn)落實(shí)訓(xùn)練
1.下列關(guān)于力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的幾種說(shuō)法中,正確的是 ( )
A.物體所受合外力的方向,就是物體運(yùn)動(dòng)的方向
B.物體所受合外力不為零時(shí),其速度不可能為零
C.物體所受合外力不為零,其加速度一定不為零
D.合外力變小的,物體一定做減速運(yùn)動(dòng)
3.在牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式F=kma中,有關(guān)比例系數(shù)k的說(shuō)法正確的是 ( )
A.在任何情況下k都等于1
B.因?yàn)閗=1,所以k可有可無(wú)
C.k的數(shù)值由質(zhì)量、加速度和力的大小決定
D.k的數(shù)值由質(zhì)量、加速度和力的單位決定
4.對(duì)靜止在光滑水平面上的物體施加一水平拉力,當(dāng)力剛開(kāi)始作用的瞬間 ( )
12、
A.物體立即獲得速度
B.物體立即獲得加速度
C.物體同時(shí)獲得速度和加速度
D.由于物體未來(lái)得及運(yùn)動(dòng),所以速度和加速度都為零
5.質(zhì)量為1kg的物體受到兩個(gè)大小分別為2N和2N的共點(diǎn)力作用,則物體的加速度大小可能是 ( )
A.5 m/s2 B.3 m/s 2 C.2 m/s 2 D.0.5 m/s 2
9.如圖所示,將質(zhì)量為m=0.1kg的物體用兩個(gè)完全一樣的豎直彈簧固定在升降機(jī)內(nèi),當(dāng)升降機(jī)以4m/s2的加速度加速向上運(yùn)動(dòng)時(shí),上面彈簧對(duì)物體的拉力為0.4N;當(dāng)升降機(jī)和物體都以8m/s2的加速度向上運(yùn)動(dòng)時(shí),上面彈簧的拉力為 ( )
13、
m
a
A.0.6N
B.0.8N
C.1.0N
D.1.2N
12.用如圖所示的裝置可以測(cè)量汽車(chē)在水平路面上做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的加速度.該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個(gè)壓力傳感器.用兩根相同的輕彈簧夾著一個(gè)質(zhì)量為2.0 kg可無(wú)摩擦滑動(dòng)的滑塊,兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上,其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出.現(xiàn)將裝置沿運(yùn)動(dòng)方向固定在汽車(chē)上,傳感器b在前,傳感器a在后.汽車(chē)靜止時(shí),傳感器a、b的示數(shù)均為 10 N(取g=10 m/s2).
(1)若某次測(cè)量時(shí),傳感器a的示數(shù)為 14 N、b的示數(shù)為6.0 N,則汽車(chē)做_______運(yùn)動(dòng)(填“加速”或“
14、減速”),加速度大小為_(kāi)________m/s2。
(2)若某次測(cè)量時(shí),傳感器a的示數(shù)為零,則汽車(chē)做_______運(yùn)動(dòng)(填“加速”或“減速”),加速度大小為_(kāi)________m/s2。
13.設(shè)雨滴下落過(guò)程中受到的空氣阻力與雨滴的橫截面積S成正比,與雨滴下落速度v的平方成正比,即f=kSv2(其中k為比例系數(shù))。雨滴接近地面時(shí)近似看做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),重力加速位g 。把雨滴看做球形,其半徑為r,球的體積為,設(shè)雨滴的體積為ρ,求:
(1)每個(gè)雨滴最終下落的速度vm(用ρ r g k表示)
(2)雨滴的速度達(dá)到時(shí),雨滴的加速度a為多大?
10.AD 小車(chē)向右做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),物塊M貼在小車(chē)左壁上,且相對(duì)于左壁靜止,物塊受到的摩擦力與物塊的重力平衡,所以保持不變。物塊受到的水平方向的彈力產(chǎn)生物塊的加速度。當(dāng)小車(chē)的加速度增大時(shí),物塊的加速度也增大。根據(jù)牛頓第二定律,物塊受到的彈力和合外力增大。