【三維設(shè)計(jì)】2014屆高三物理一輪 （14年預(yù)測(cè) 目標(biāo)定位 規(guī)律總結(jié)） 3.2牛頓第二定律 兩類動(dòng)力學(xué)問題教學(xué)案 新人教版

《【三維設(shè)計(jì)】2014屆高三物理一輪 （14年預(yù)測(cè) 目標(biāo)定位 規(guī)律總結(jié)） 3.2牛頓第二定律 兩類動(dòng)力學(xué)問題教學(xué)案 新人教版》由會(huì)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(cè) 目標(biāo)定位 規(guī)律總結(jié)） 3.2牛頓第二定律 兩類動(dòng)力學(xué)問題教學(xué)案 新人教版（11頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?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(cè)+目標(biāo)定位+規(guī)律總結(jié)）：3.2牛頓第二定律 兩類動(dòng)力學(xué)問題 牛頓第二定律 [想一想] 如圖3－2－1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(qǐng)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3－2－1 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a＝＝＝g，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(dòng)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

2、向跟作用力的方向相同。 2．表達(dá)式 F＝ma。 3．“五個(gè)”性質(zhì) 同向性 公式F合＝ma是矢量式，任一時(shí)刻，F(xiàn)合與a同向[ 瞬時(shí)性 a與F合對(duì)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(duì)應(yīng)同一物體或同一系統(tǒng)，各量統(tǒng)一使用國(guó)際單位 獨(dú)立性 ①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 ②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(duì)地面靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系)。 (

3、2)牛頓第二定律只適用于宏觀物體(相對(duì)于分子、原子)、低速運(yùn)動(dòng)(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(shuō)法中，正確的是(　　) A．物體加速度的大小由物體的質(zhì)量和物體所受合外力的大小決定，與物體的速度無(wú)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(wú)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(dòng)也就逐漸停止了 解析：選AB　對(duì)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(wú)關(guān)。根據(jù)牛頓第二定律的瞬時(shí)性特征，合外力一

4、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(dòng)。 兩類動(dòng)力學(xué)問題 [記一記] 1．兩類動(dòng)力學(xué)問題 (1)已知受力情況求物體的運(yùn)動(dòng)情況。 (2)已知運(yùn)動(dòng)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”，由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和牛頓運(yùn)動(dòng)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(　　) A．v＝6 m/s，a＝0　　　　 B．v＝10 m/s，a＝2 m/s2 C．v＝6 m/s，a

5、＝2 m/s2 D．v＝10 m/s，a＝0 解析：選A　由牛頓第二定律得：F＝ma，a＝2 m/s2。3 s末物體速度為v＝at＝6 m/s，此后F撤去，a＝0，物體做勻速運(yùn)動(dòng)，故A正確。 力學(xué)單位制 [想一想] 如圖3－2－2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?。挥纱丝闯鰬?yīng)怎樣比較物理量的大?。? 圖3－2－2 提示：v甲＝11 m/s，v乙＝7 200 dm/min＝12 m/s，v丙＝36 km/h＝10 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

6、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(zhǎng)度，它們的國(guó)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(guó)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(hào) 單位名稱 單位符號(hào) 長(zhǎng)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(shuō)法中正確的是(　　)

7、A．kg、m/s、N是導(dǎo)出單位 B．kg、m、C是基本單位 C．在國(guó)際單位制中，時(shí)間的基本單位是s D．在國(guó)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(zhǎng)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F＝ma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(shuō)明時(shí)，均可按此模

8、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，彈簧的長(zhǎng)度不會(huì)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(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.2的水平面上有一個(gè)質(zhì)量為m＝2 kg的小球，小球與水平輕彈簧及與豎直方向成θ＝45°角的不可伸長(zhǎng)的輕繩一端相連，如圖3－2－3所示，此時(shí)小球處于靜止平衡狀態(tài)，且水平面對(duì)小球的彈力恰好為零。當(dāng)剪斷輕繩的瞬間，取g＝10 m/s2，以下說(shuō)法正確的是(　　) 圖3－2－3 A．此時(shí)輕彈簧的彈力大小為20 N B．小球的加速度大小為8 m/s2，方向向

9、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。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(duì)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 θ＝mg，水平方向有FTsin θ＝F。解得輕彈簧的彈力為F＝mgtan θ＝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FN＝mg；由牛頓第二定律得小球的加速度

10、為a＝＝ m/s2＝8 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(cuò)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(dòng)情況是時(shí)刻對(duì)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(dòng)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(guò)程的積累，不會(huì)發(fā)生突變。 動(dòng)力學(xué)的兩類基本問題分析 1.物體運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的判斷方法 (1)明確物體的初始運(yùn)動(dòng)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(dòng)的條件即可判定物體的運(yùn)動(dòng)情

11、況、加速度變化情況及速度變化情況。 2．兩類動(dòng)力學(xué)問題的解題步驟 (1)明確研究對(duì)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(duì)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(dòng)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(dòng)性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)過(guò)程。 (3)選取正方向或建立坐標(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(duì)結(jié)果進(jìn)行

12、討論。 [例2]　如圖3－2－4所示，質(zhì)量m＝2 kg的物體靜止于水平地面的A處，A、B間距L＝20 m，用大小為30 N，沿水平方向的外力拉此物體，經(jīng)t0＝2 s拉至B處。(已知cos 37°＝0.8，sin 37°＝0.6，取g＝10 m/s2) 圖3－2－4 (1)求物體與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)； (2)用大小為30 N，與水平方向成37°的力斜向上拉此物體，使物體從A處由靜止開始運(yùn)動(dòng)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(dòng)，撤去拉力后做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，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)

13、沿水平方向施加外力后，物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有L＝at 代入數(shù)據(jù)解得a＝10 m/s2 由牛頓第二定律知F－Ff＝ma 解得Ff＝10 N 所以μ＝＝＝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(dòng)，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(dòng)，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 37°－Ff＝ma1 其中Ff＝μFN＝μ(mg－Fsin 37°) 聯(lián)立解得a1＝11.5 m/s2，a2＝＝μg＝5 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v＝a1

14、t＝a2t′ 又因?yàn)長(zhǎng)＝a1t2＋a2t′2 聯(lián)立解得t ≈1.03 s。 [答案]　(1)0.5　(2)1.03 s 解決兩類動(dòng)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(dòng)過(guò)程分析。 一個(gè)橋梁：物體運(yùn)動(dòng)的加速度是聯(lián)系運(yùn)動(dòng)和力的橋梁。 (2)尋找多過(guò)程運(yùn)動(dòng)問題中各過(guò)程間的相互聯(lián)系。如第一個(gè)過(guò)程的末速度就是下一個(gè)過(guò)程的初速度，畫圖找出各過(guò)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(dòng)力學(xué)圖象問題 (1)已知物體在某一過(guò)程中所受的合力(或某個(gè)力)隨時(shí)間的變化圖線，要求分析物體的運(yùn)動(dòng)情況。 (2)已

15、知物體在某一過(guò)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(guò)程，會(huì)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(lái)，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(lái)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3－2－5甲所示，水平地面上輕彈簧左端固定，右端通過(guò)滑塊壓縮0.4 m鎖定。t＝

16、0時(shí)解除鎖定釋放滑塊。計(jì)算機(jī)通過(guò)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t＝0時(shí)的速度圖線的切線，已知滑塊質(zhì)量m＝2.0 kg，取g＝10 m/s2。求： 圖3－2－5 (1)滑塊與地面間的動(dòng)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t＝0時(shí)的速度圖線的切線 Od的斜率表示t＝0時(shí)滑塊的加速度 bc段為直線 bc段滑塊受滑動(dòng)摩擦力作用做勻減速運(yùn)動(dòng) 第二步：找突破口 要求滑塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)，只要由圖象求出滑塊勻減速運(yùn)動(dòng)的加速度，再由牛頓第二定律列方

17、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(duì)滑塊在t＝0時(shí)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/s2＝5 m/s2 由牛頓第二定律得：μmg＝ma1 解得：μ＝0.5 (2)剛釋放時(shí)滑塊的加速度 a2＝＝ m/s2＝30 m/s2 由牛頓第二定律得：kx－μmg＝ma2 解得：k＝175 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v—t圖象在考題中出現(xiàn)率極高。對(duì)于已知圖象求解相關(guān)物理量的問題，往

18、往是結(jié)合物理過(guò)程從分析圖象的橫、縱軸所對(duì)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v—t圖中的斜率(加速度)和力的圖線與運(yùn)動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 [模型概述] 物體在傳送帶上運(yùn)動(dòng)的情形統(tǒng)稱為傳送帶模型。,因物體與傳送帶間的動(dòng)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(duì)傳送帶問題做出準(zhǔn)確的動(dòng)力學(xué)過(guò)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(dòng)情況 情景1 (1)可能

19、一直加速 (2)可能先加速后勻速 情景2 (1)v0>v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)v0

20、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3－2－6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θ＝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(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝，取g＝10 m/s2。 圖3－2－6 (1)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明工件在傳送帶上做什么運(yùn)動(dòng)； (2)求工件從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)所用的時(shí)間。 [解析]　(1)工件受重力、摩擦力、支持力共同

21、作用，摩擦力為動(dòng)力 由牛頓第二定律得：μmgcos θ－mgsin θ＝ma 代入數(shù)值得：a＝2.5 m/s2 則其速度達(dá)到傳送帶速度時(shí)發(fā)生的位移為 x1＝＝ m＝0.8 m<4m 可見工件先勻加速運(yùn)動(dòng)0.8 m，然后勻速運(yùn)動(dòng)3.2 m (2)勻加速時(shí)，由x1＝t1得t1＝0.8 s 勻速上升時(shí)t2＝＝ s＝1.6 s 所以工件從P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到Q點(diǎn)所用的時(shí)間為 t＝t1＋t2＝2.4 s。 [答案]　(1)先勻加速運(yùn)動(dòng)0.8 m，然后勻速運(yùn)動(dòng)3.2 m (2)2.4 s [題后悟道]　對(duì)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

22、，看一看有沒有轉(zhuǎn)折點(diǎn)、突變點(diǎn)，做好運(yùn)動(dòng)階段的劃分及相應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析。 現(xiàn)在傳送帶傳送貨物已被廣泛地應(yīng)用，如圖3－2－7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v＝1 m/s運(yùn)行，一質(zhì)量為m＝4 kg的物體被無(wú)初速度地放在A處，傳送帶對(duì)物體的滑動(dòng)摩擦力使物體開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，隨后物體又以與傳送帶相等的速率做勻速直線運(yùn)動(dòng)。設(shè)物體與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.1，A、B間的距離L＝2 m，g取10 m/s2。 圖3－2－7 (1)求物體剛開始運(yùn)動(dòng)時(shí)所受滑動(dòng)摩擦力的大小與加速度的大??； (2)求物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的時(shí)間； (3)如果提高傳送帶的運(yùn)行速率，

23、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(duì)應(yīng)的最小運(yùn)行速率。 解析：(1)滑動(dòng)摩擦力Ff＝μmg＝0.1×4×10 N＝4 N， 加速度a＝μg＝0.1×10 m/s2＝1 m/s2。 (2)物體達(dá)到與傳送帶相同速率后不再加速，則 v＝at1，t1＝＝ s＝1 s。 (3)物體始終勻加速運(yùn)行時(shí)間最短，加速度仍為a＝1 m/s2，當(dāng)物體到達(dá)右端時(shí)，有 v＝2aL，vmin＝＝ m/s＝2 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vmin＝atmin， 得tmin＝＝ s＝2 s。 答案：(1)4 N　1 m/s2　(2)1 s　(3)2 s　2 m/s 11