2018-2019學(xué)年高中物理 專題4.3 牛頓第二定律試題 新人教版必修1.doc

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4.3 牛頓第二定律 一、牛頓第二定律 1．內(nèi)容：物體加速度的大小跟 成正比，跟物體的 成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。 2．關(guān)系式：F= ma，式中F為物體所受的 ，k是比例系數(shù)。 3．對牛頓第一定律的理解 （1）瞬時(shí)性：根據(jù)牛頓第二定律，對于質(zhì)量確定的物體而言，其加速度的大小和方向完全由物體受到的合力的大小和方向所決定。加速度和物體所受的合力是瞬時(shí)對應(yīng)關(guān)系，即同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失，保持 關(guān)系。 （2）矢量性：F=ma是一個(gè)矢量式，力和加速度都是矢量，物體的加速度的方向由物體所受 的方向決定。已知F合的方向，可推知a的方向，反之亦然。 （3）同體性：a=中各量都是屬于同一物體的，即研究對象的統(tǒng)一性。 （4）獨(dú)立性：F產(chǎn)生的a是物體的合加速度，x方向的合力產(chǎn)生x方向的加速度，y方向的合力產(chǎn)生y方向的加速度，牛頓第二定律的分量式為 。 二、力的單位 1．在國際單位制中力的單位是牛頓，符號(hào)為 ，它是根據(jù)牛頓第二定律定義的：使質(zhì)量為1 kg的物體產(chǎn)生1 m/s2的加速度的力，叫做1 N，即 。 2．比例系數(shù)k的意義 （1）在F=kma中，k的選取有一定的任意性。 （2）在國際單位制中k=1，牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： ，式中F、m、a的單位分別為N，kg，m/s2。 作用力 質(zhì)量 合外力 一一對應(yīng) 合力 Fx=max，F(xiàn)y=may N 1 N=kg m/s2 F=ma 一、牛頓第二定律的理解 【例題1】一質(zhì)點(diǎn)受多個(gè)力的作用，處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)使其中一個(gè)力的大小逐漸減小到零，再沿原方向逐漸恢復(fù)到原來的大小。在此過程中，其他力保持不變，則質(zhì)點(diǎn)的加速度大小a和速度大小v的變化情況是 A．a(chǎn)和v都始終增大 B．a(chǎn)和v都先增大后減小 C．a(chǎn)先增大后減小，v始終增大 D．a(chǎn)和v都先減小后增大 參考答案：C 二、力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系 （1）力是產(chǎn)生加速度的原因。 （2）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。 （3）速度的改變需經(jīng)歷一定的時(shí)間，不能突變；有力就一定有加速度，但有力不一定有速度。 【例題2】如圖所示，在水平向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的平板車上有一圓柱體，其質(zhì)量為m且與豎直擋板及斜面間均無摩擦。當(dāng)車的加速度a突然增大時(shí)，斜面對圓柱體的彈力F1和擋板對圓柱體的彈力F2的變化情況是（斜面傾角為θ） A．F1增大，F(xiàn)2不變 B．F1增大，F(xiàn)2增大 C．F1不變，F(xiàn)2增大 D．F1不變，F(xiàn)2減小 參考答案：C 三、牛頓第二定律的瞬時(shí)性 （1）剛性繩（或接觸面）——不發(fā)生明顯形變就能產(chǎn)生彈力的物體，剪斷（或脫離）后，其彈力立即消失，不需要形變恢復(fù)時(shí)間。 （2）彈簧（或橡皮繩）——兩端同時(shí)連接（或附著）有物體的彈簧（或橡皮繩），特點(diǎn)是形變量大，其形變恢復(fù)需要較長時(shí)間，在瞬時(shí)性問題中，其彈力的大小往往可以看成保持不變。 【例題3】（2018吉林省長春外國語學(xué)校高二下學(xué)期期末考試）如圖所示，質(zhì)量為m的球與彈簧Ⅰ和水平細(xì)線Ⅱ相連，Ⅰ、Ⅱ的另一端分別固定于P、Q。球靜止時(shí)，Ⅰ中拉力大小為T1，Ⅱ中拉力大小為T2。當(dāng)僅剪斷Ⅰ、Ⅱ中的一根的瞬間，球的加速度a應(yīng)是 A．若剪斷Ⅰ，則a=g，豎直向下 B．若剪斷Ⅱ，則，方向水平向左 C．若剪斷Ⅰ，則，方向沿Ⅰ的延長線 D．若剪斷Ⅱ，則a=g，豎直向上 參考答案：A 名師點(diǎn)睛：根據(jù)剪斷Ⅰ，球繞Q做圓周運(yùn)動(dòng)，對徑向合外力做向心力求得繩子拉力，即可求得合外力，進(jìn)而求得加速度；根據(jù)剪斷Ⅱ，彈簧形變不能瞬變，故彈簧彈力不變求得合外力，進(jìn)而求得加速度。 1．（2018云南省昭通市五校高三下學(xué)期聯(lián)考測試卷）由牛頓第二定律表達(dá)式F=ma可知 A．質(zhì)量m與合外力F成正比，與加速度a成反比 B．合外力F與質(zhì)量m和加速度a都成正比 C．物體的加速度的方向總是跟它所受合外力的方向一致 D．物體的加速度a跟其所受的合外力F成正比，跟它的質(zhì)量m成反比 2．下列說法中正確的是 A．物體的速度越大，表明物體受到的合外力越大 B．物體的速度變化越大，表明物體受到的合外力越大 C．物體的速度變化越快，表明物體受到的合外力越大 D．由牛頓第二定律可得m=，所以物體的質(zhì)量跟它受的合外力成正比，跟加速度成反比 3．（2018廣東省惠州市高一上學(xué)期期末考試）牛頓運(yùn)動(dòng)定律適用于 A．一切運(yùn)動(dòng)的物體 B．宏觀物體遠(yuǎn)小于光速的運(yùn)動(dòng) C．微觀粒子稍小于光速的運(yùn)動(dòng) D．宏觀物體稍小于光速的運(yùn)動(dòng) 4．（2018湖北荊州市高三第一次質(zhì)量檢查）從牛頓第二定律知道，無論怎樣小的力都可以使物體產(chǎn)生加速度，可是，我們用很小的力推很重的桌子時(shí)，卻推不動(dòng)，這是因?yàn)? A．牛頓第二定律不適用于很重的物體 B．桌子加速度很小，肉眼觀察不到 C．推力太小，速度增量也很小，眼睛觀察不到 D．桌子所受合力為零，沒有加速度 5．關(guān)于力和物體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，下列說法正確的是 A．一個(gè)物體受到的合外力越大，它的速度就越大 B．一個(gè)物體受到的合外力越大，它的速度的變化量就越大 C．一個(gè)物體受到的合外力越大，它的速度的變化就越快 D．一定質(zhì)量的物體受到的合外力越大，它的加速度就越大 6．如圖所示，兩個(gè)質(zhì)量相同的物體A和B緊靠在一起放在光滑水平桌面上，如果它們分別受到水平推力F1、F2，且F1＞F2，則A施于B的作用力的大小為 A．F1 B．F2 C．（F1–F2）/2 D．（F1+F2）/2 7．（2018河北省大名縣第一中學(xué)高三（普通班）上學(xué)期第一次月考）一質(zhì)點(diǎn)做勻速直線運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)對其施加一恒力，且原來作用在質(zhì)點(diǎn)上的力不發(fā)生改變，則 A．質(zhì)點(diǎn)單位時(shí)間內(nèi)速率的變化量總是不變 B．質(zhì)點(diǎn)速度的方向總是與該恒力的方向垂直 C．質(zhì)點(diǎn)加速度的方向總是與該恒力的方向相同 D．質(zhì)點(diǎn)速度的方向總是與該恒力的方向相同 8．在光滑水平面上，一個(gè)質(zhì)量為m的物體受到一個(gè)與水平面成θ角的拉力F的作用，以加速度a做勻加速運(yùn)動(dòng)．若將此力大小改為2F、方向不變，物體仍能在水平面上做勻加速運(yùn)動(dòng)，加速度為a。則 A．a(chǎn)=2a B．a(chǎn)2a 9．（2018江蘇省蘇州新區(qū)一中高一下學(xué)期期末復(fù)習(xí)）如圖，物塊a、b和c的質(zhì)量相同，a和b、b和c之間用完全相同的輕彈簧和相連，通過系在a上的細(xì)線懸掛于固定點(diǎn)整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)將細(xì)線剪斷，將物塊a的加速度的大小記為，和相對于原長的伸長分別記為和，重力加速度大小為。在剪斷的瞬間 A． B． C． D． 10．如圖所示，小車上固定著一硬桿，桿的端點(diǎn)固定著一個(gè)質(zhì)量為m的小球。當(dāng)小車水平向右加速且加速度逐漸增大時(shí)，桿對小球的作用力的變化（用至表示變化）可能是下圖中的（OO沿桿方向） 11．如圖所示，質(zhì)量為4 kg的物體A靜止在豎直的輕彈簧上，質(zhì)量為1 kg的物體B用細(xì)線懸掛在天花板上，B與A剛好接觸但不擠壓，現(xiàn)將細(xì)線剪斷，則剪斷后瞬間，下列結(jié)果正確的是（g?。? A．A加速度的大小為零 B．B加速度的大小為 C．彈簧的彈力大小為40 N D．A、B間相互作用力的大小為8 N 12．質(zhì)量為m的木塊置于粗糙的水平面上，若用大小為F的水平恒力拉木塊，其加速度為a。當(dāng)拉力方向不變，大小變?yōu)?F，木塊的加速度為a，則 A．a(chǎn)>2a B．a(chǎn)=a C．a(chǎn)F3 C．F1>F3 D．F1=F3 39．（2016上海卷）如圖，頂端固定著小球的直桿固定在小車上，當(dāng)小車向右做勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，球所受合外力的方向沿圖中的 A．OA方向 B．OB方向 C．OC方向 D．OD方向 40．（2015上海卷）如圖，鳥沿虛線斜向上加速飛行，空氣對其作用力可能是 A． B． C． D． 41．（2014安徽卷）如圖，滑塊以初速度v0沿表面粗糙且足夠長的固定斜面，從頂端下滑，直至速度為零。對于該運(yùn)動(dòng)過程，若用h、s、v、a分別表示滑塊的下降高度、位移、速度和加速度的大小，t表示時(shí)間，則下列圖象最能正確描述這一運(yùn)動(dòng)規(guī)律的是 42．（2014重慶卷）以不同初速度將兩個(gè)物體同時(shí)豎直向上拋出并開始計(jì)時(shí)，一個(gè)物體所受空氣阻力可忽略，另一物體所受空氣阻力大小與物體速率成正比，下列用虛線和實(shí)線描述兩物體運(yùn)動(dòng)的v–t圖象可能正確的是 43．（2015全國新課標(biāo)Ⅱ卷）在一東西向的水平直鐵軌上，停放著一列已用掛鉤鏈接好的車廂。當(dāng)機(jī)車在東邊拉著這列車廂一大小為a的加速度向東行駛時(shí)，鏈接某兩相鄰車廂的掛鉤P和Q間的拉力大小為F；當(dāng)機(jī)車在西邊拉著這列車廂一大小為的加速度向東行駛時(shí)，鏈接某兩相鄰車廂的掛鉤P和Q間的拉力大小仍為F。不計(jì)車廂與鐵軌間的摩擦，每節(jié)車廂質(zhì)量相同，則這列車廂的節(jié)數(shù)可能為 A．8 B．10 C．15 D．18 44．（2015海南卷）如圖所示，物塊a、b和c的質(zhì)量相同，a和b、b和c之間用完全相同的輕彈簧S1和S2相連，通過系在a上的細(xì)線懸掛于固定點(diǎn)O；整個(gè)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)；現(xiàn)將細(xì)繩剪斷，將物塊a的加速度記為a1，S1和S2相對原長的伸長分別為△l1和△l2，重力加速度大小為g，在剪斷瞬間 A．a(chǎn)1=3g B．a(chǎn)1=0 C．△l1=2△l2 D．△l1=△l2 45．（2017新課標(biāo)全國Ⅱ卷）為提高冰球運(yùn)動(dòng)員的加速能力，教練員在冰面上與起跑線距離s0和s1（s1g，所以小球會(huì)飄起來，假設(shè)T與水平面夾角為θ，根據(jù)牛頓第二定律，有：F合=Tcosθ=ma，Tsinθ=mg，解得：T=10 N，所以A正確，BCD錯(cuò)誤；故選A。 【名師點(diǎn)睛】利用牛頓第二定律答題時(shí)的一般步驟是：確定研究對象、進(jìn)行受力分析、進(jìn)行正交分解、在坐標(biāo)軸上利用牛頓第二定律建立方程進(jìn)行解答。 34．C【解析】未加F時(shí)，物體受重力、支持力和摩擦力，根據(jù)牛頓第二定律有：。 當(dāng)施加F后，加速度。，因?yàn)?，所以，可見，即加速度增大，C正確，ABD錯(cuò)誤。 36．（1）a． b．1 m/s （2） 【解析】（1）a．滑塊在木板上做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，初速度為v0=3.0 m/s，位移為L=2.0 m。滑塊在滑行的過程中受重力、支持力、和摩擦力的作用，其中重力等于支持力。根據(jù)牛頓第二定律有，滑塊加速度的大小為m/s2 設(shè)滑塊在木板上滑行的時(shí)間為t，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有 所以s 或 s（舍） 之所以要舍去s，是因?yàn)槿绻景遄銐蜷L，當(dāng)時(shí)，滑塊就靜止了。 b．m/s （2）①設(shè)當(dāng)F=F1時(shí)，滑塊恰好運(yùn)動(dòng)到木板的右端，然后與木板一起運(yùn)動(dòng)。在滑塊與木板有相對滑動(dòng)的這段時(shí)間內(nèi)，滑塊做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，木板做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。設(shè)這段時(shí)間為t1，滑塊與木板共同運(yùn)動(dòng)的速度為v1，則有，， 所以s，m/s 所以m/s2 根據(jù)牛頓第二定律有 所以N 所以，當(dāng)N時(shí)，滑塊不會(huì)從木板的右端滑出 ②當(dāng)滑塊與木板共速后，只要不發(fā)生相對滑動(dòng)，滑塊就不會(huì)從木板的左端滑出，根據(jù)牛頓第二定律：滑塊與木板共同運(yùn)動(dòng)的加速度，而滑塊在靜摩擦力的作用下，能達(dá)到的最大加速度。因此，滑塊不從木板左端滑出需滿足的條件是，即N 所以滑塊不從木板掉下的條件是。 37．A【解析】本題考查牛頓運(yùn)動(dòng)定律、勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律、力隨位移變化的圖線及其相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。由牛頓運(yùn)動(dòng)定律，F(xiàn)–mg+F彈=ma，F(xiàn)彈=k(x0–x),kx0=mg，聯(lián)立解得F=ma+kx，對比題給的四個(gè)圖象，可能正確的是A。 【名師點(diǎn)睛】本題考查了牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式的基本運(yùn)用，知道加速度是聯(lián)系力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的橋梁，屬于基礎(chǔ)題。 39．D【解析】據(jù)題意可知，小車向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由于球固定在桿上，而桿固定在小車上，則三者屬于同一整體，根據(jù)整體法和隔離法的關(guān)系分析可知，球和小車的加速度相同，所以球的加速度也應(yīng)該向右，故選項(xiàng)D正確。 【方法技巧】本題通過整體法和隔離法可以判斷出做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體局部加速度和整體加速度相同。 40．B【解析】小鳥沿虛線斜向上加速飛行，說明合外力方向沿虛線斜向上，小鳥受兩個(gè)力的作用，空氣的作用力和重力，如下圖所示。故B正確。 【名師點(diǎn)睛】本題以實(shí)際情境為命題背景，考查力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系、合力與分力的關(guān)系等知識(shí)點(diǎn)，意在考查考生對物理基本規(guī)律的理解能力和靈活運(yùn)用物理規(guī)律解決實(shí)際問題的能力。本題的要點(diǎn)是理解合力和分力的關(guān)系，對小鳥進(jìn)行受力分析可以較快解決問題。 41．B【解析】由題意知，在下滑的過程中，根據(jù)牛頓第二定律可得：，故加速度保持不變，物塊做勻減速運(yùn)動(dòng)，所以CD錯(cuò)誤；根據(jù)勻變速運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，可得B正確；下降的高度 ，所以A錯(cuò)誤。 【方法技巧】對運(yùn)動(dòng)圖象的判斷，關(guān)鍵是根據(jù)牛頓第二定律或勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律得出兩物理量的函數(shù)關(guān)系。 【方法技巧】要清晰的了解豎直上拋的過程，以判斷所受阻力的情況；v–t圖象的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)（斜率代表加速度和面積代表位移）要用好。 43．BC【解析】設(shè)這列車廂的節(jié)數(shù)為n，P、Q掛鉤東邊有k節(jié)車廂，每節(jié)車廂的質(zhì)量為m，由牛頓第二定律可知：，解得：，k是正整數(shù)，n只能是5的倍數(shù)，故BC正確，AD錯(cuò)誤。 44．AC【解析】設(shè)物體的質(zhì)量為m，剪斷細(xì)繩的瞬間，繩子的拉力消失，彈簧還沒有來得及改變，所以剪斷細(xì)繩的瞬間a受到重力和彈簧的拉力，剪斷前對bc和彈簧組成的整體分析可知，故a受到的合力，故加速度，A正確，B錯(cuò)誤；設(shè)彈簧的拉力為，則，根據(jù)胡克定律可得，C正確，D錯(cuò)誤。 【名師點(diǎn)睛】做本類型題目時(shí)，需要知道剪斷細(xì)線的瞬間，彈簧來不及發(fā)生變化，即細(xì)線的拉力變?yōu)榱?，彈簧的彈力吧不變，然后根?jù)整體和隔離法分析。 45．（1） （2） 【解析】（1）設(shè)冰球與冰面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，則冰球在冰面上滑行的加速度a1=μg① 由速度與位移的關(guān)系知–2a1s0=v12–v02② 聯(lián)立①②得③