高考物理总复习牛顿第二定律及其应用 知识讲解 提高.doc

物理总复习：牛顿第二定律及其应用编稿：李传安 审稿：张金虎【考纲要求】1、理解牛顿第二定律，掌握解决动力学两大基本问题的基本方法；2、了解力学单位制；3、掌握验证牛顿第二定律的基本方法，掌握实验中图像法的处理方法知识网络】牛顿第二定律内容：物体运动的加速度与所受的合外力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力相同解决动力学两大基本问题（1）已知受力情况求运动情况2）已知物体的运动情况，求物体的受力情况 运动力 加速度是运动和力之间联系的纽带和桥梁【考点梳理】要点一、牛顿第二定律1、牛顿第二定律　　牛顿第二定律内容：物体运动的加速度与所受的合外力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力相同　要点诠释：牛顿第二定律的比例式为；表达式为1 N力的物理意义是使质量为m=1kg的物体产生的加速度的力几点特性：（1）瞬时性：牛顿第二定律是力的瞬时作用规律，力是加速度产生的根本原因，加速度与力同时存在、同时变化、同时消失2）矢量性： 是一个矢量方程，加速度与力F方向相同3）独立性：物体受到几个力的作用，一个力产生的加速度只与此力有关，与其他力无关。

4）同体性：指作用于物体上的力使该物体产生加速度要点二、力学单位制1、基本物理量与基本单位　　力学中的基本物理量共有三个，分别是质量、时间、长度；其单位分别是千克、秒、米；其表示的符号分别是kg、s、m在物理学中，以质量、长度、时间、电流、热力学温度、发光强度、物质的量共七个物理量作为基本物理量以它们的单位千克（kg）、米（m）、秒（s）、安培（A）、开尔文（K）、坎德拉（cd）、摩尔（mol）为基本单位2、 基本单位的选定原则（1）基本单位必须具有较高的精确度，并且具有长期的稳定性与重复性2）必须满足由最少的基本单位构成最多的导出单位3）必须具备相互的独立性在力学单位制中选取米、千克、秒作为基本单位，其原因在于“米”是一个空间概念；“千克”是一个表述质量的单位；而“秒”是一个时间概念三者各自独立，不可替代例、关于力学单位制，下列说法正确的是（　 ）　　 A．kg、m/s、N是导出单位　　 B．kg、m、s是基本单位　　 C．在国际单位制中，质量的单位可以是kg，也可以是g　　 D．只有在国际单位制中，牛顿第二定律的表达式才是 【答案】BD【解析】所谓导出单位，是利用物理公式和基本单位推导出来的。

力学中的基本单位只有三个，即kg、m、s，其他单位都是由这三个基本单位衍生（推导）出来的如“牛顿”（N）是导出单位，即1 N=1 kgm/s（)，所以题中A项错误，B项正确在国际单位制中，质量的单位只能是kg，C项错误在牛顿第二定律的表达式中，（k=1）只有在所有物理量都采用国际单位制时才能成立，D项正确要点三、验证牛顿运动定律实验原理：采用控制变量法，在所研究的问题中，有两个以上的参量在发生牵连变化时，可以控制某个或某些量不变，只研究其中两个量之间的变化关系的方法，这也是物理学中研究问题经常采用的方法　本实验中，研究的参量有、、，在验证牛顿第二定律的实验中，可以控制参量一定，研究与的关系；控制参量一定，研究与的关系要点诠释：1、求某点瞬时速度：如图求C点的瞬时速度：根据匀变速直线运动的规律,某段时间内的平均速度等于该段时间中间时刻的瞬时速度2、求加速度：任意两个连续相等的时间内的位移之差是一恒量即：（1）求图2物体的加速度：只有三段，直接求，（2）求图1物体的加速度：给出了四段，为后两段之和减去前两段之和，时间为, 如果纸带给出了六段，为后三段之和减去前三段之和，时间为,计算式中就是除以了。

3、对图像的分析： 图2：加速度为零时，横截距（力）为0.1牛，意思是所加砝码重力小于0.1牛，小车没有加速度，只有当所加砝码重力大于等于0.1牛时才开始就做匀加速运动，显然直线没有过原点的原因是没有平衡摩擦力或平衡的不够图1：纵截距表示力为零（没有加砝码）时就有加速度，是什么原因使小车做加速运动呢，显然直线没有过原点的原因是砝码盘的重力造成的砝码盘的重力多大呢，横截距是力，交点就是砝码盘的重力约0.08牛 图3：表示不是匀加速了，加速度变小了，原因是没有满足砝码的质量远小于小车的质量典型例题】类型一、力、加速度、速度的关系　　合外力和加速度之间的关系是瞬时关系，但速度和加速度不是瞬时关系同时要注意是加速还是减速只取决于加速度与速度的方向，加速度与速度同向时，速度增加，加速度与速度反向时，速度减小高清课堂：牛顿第二定律及其应用2例1】例1、用平行于斜面的力F拉着质量为m的物体以速度在光滑斜面上做匀速直线运动若拉力逐渐减小，则在此过程中，物体的运动可能是（　 ）A．加速度和速度都逐渐减小　　B．加速度越来越大，速度先变小后变大C．加速度越来越大，速度越来越小　D．加速度和速度都越来越大【答案】BCD【解析】物体匀速运动，F一定沿斜面向上，根据牛顿第二定律 F逐渐减小，加速度越来越大，沿斜面向下，A错。

分析物体的初始条件，有两种情况： 1、若沿斜面向下，、同向，越来越大，越来越大，D正确 2、若沿斜面向上，沿斜面向下，越来越大，越来越小，C正确 当之后，F减小，越来越大，反向增大，B正确 当时，，题目中“在此过程中”，即拉力减为零的过程中，以后的运动不是本题讨论的范围了正确的选项是BCD总结升华】　D选项比较隐蔽，不能总认为物体一定沿斜面向上（沿拉力方向）匀速运动当多个物理量发生变化时，要关注减小的物理量，一旦减为零，就会有一些变化发生　举一反三【变式】受水平外力F作用的物体，在粗糙水平面上作直线运动，其图线如图所示，则（　 ）　A.在秒内，外力大小不断增大B.在时刻，外力为零C.在秒内，外力大小可能不断减小D.在秒内，外力大小可能先减小后增大【答案】 CD【解析】在秒内，物体加速运动，，从图像斜率看，这段时间内的加速度减小，所以，内，F不断减小，A错误；从图像斜率看在时刻，加速度为零，B错误；在秒内减速运动，若开始时F的方向与一致，则，从图像斜率看加速度逐渐增大，因此F不断减小，C正确，当F减小到零，反向之后，，当F增大时，角速度逐渐增大，D正确类型二、牛顿运动定律分析瞬时加速度问题分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是分析瞬时前后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。

弹性绳（或弹簧）：其特点是形变量大，形变恢复需要较长时间，在瞬时问题中，其弹力的大小往往可以看成没来得及发生变化通常说轻绳的拉力发生突变，而弹簧的弹力不发生突变 例2、A、B两小球的质量分别为m和2m，用轻质弹簧相连，并用细绳悬挂起来，如图 （a）所示　　（1）在用火将细线烧断的瞬间，A、B球的加速度各多大？方向如何？　　（2）若A、B球用细线相连，按图 （b）所示方法，用轻质弹簧把A、B球悬挂起来，在用火烧断连接两球的细线瞬间，A、B球的瞬时加速度各多大？方向如何？　　　　　　　　　　　　　　　　　【答案】（1） 竖直向下，（2） 竖直向上， 竖直向下解析】（1）A、B球用轻质弹簧相连，按图（a）悬挂时，A、B球的受力情况如图 （a），细线被火烧断的瞬间，A、B球所受重力没有变，弹簧对A、B球的拉力、（由于弹簧的形变未变）也没有变，变化的只是细线对A球的拉力F=3mg消失，故A、B球的瞬时加速度：　　　　，竖直向下 　　 　　（2）A、B球用细线相连，按图（b）悬挂时，A、B球的受力情况如图（b），连接A、B球的细线被烧断的瞬间，细线作用于A、B球的拉力、突然消失，其他力未变。

故A、B球的瞬时加速度分别为：　　　，竖直向上 　　，竖直向下总结升华】解题时要注意力的瞬时性，加速度与力同时变化，力变了，加速度就变了绳的拉力可以突变，而弹簧的弹力不能突变，因为弹簧形变恢复需要较长时间，所以瞬时弹簧的弹力不变举一反三【高清课堂：牛顿第二定律及其应用1例1】【变式】如图所示，两个质量相等的物体用轻弹簧和轻绳连接起来，当剪断A绳的瞬间1、2两个物体的加速度分别为________、________；用轻绳连接起来，当剪断A绳的瞬间两个物体的加速度分别为 ________、________12A12A 【答案】 2g（竖直向下），0；g（向下），g（向下） 例3、如图甲所示，一质量为m的物体系于长度分别为、的两根细线上，的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为， 水平拉直，物体处于平衡状态现将线剪断，求剪断瞬时物体的加速度　　（1）下面是某同学对该题的一种解法：　　解：设线上拉力为， 线上拉力为，重力为mg，物体在三力作用下平衡　　 剪断线的瞬间， 突然消失，物体即在反方向获得加速度因为，所以加速度 ，方向在反方向，你认为这个结果正确吗？请对该解法作出评价并说明理由。

　　（2）若将图甲中的细线改为长度相同、质量不计的轻弹簧，如图乙所示，其他条件不变，求解的步骤和结果与（1）完全相同，即，你认为这个结果正确吗？请说明理由　　　　　　　　　　　　【解析】本题主要考查弹力变化和牛顿第二定律的应用物体的加速度与物体所受的合外力是瞬时对应关系，当剪断的瞬间，判断线和弹簧的弹力是否变化，从而求解加速度的大小和方向　（1）结果不正确因为被剪断的瞬间，上张力的大小发生了突变，此瞬间小球受力如图1所示，，小球所受合外力根据牛顿第二定律，小球加速度，则 方向与合外力方向相同，如图1所示　（2）结果正确因为被剪断的瞬间，弹簧的弹力不能发生突变，的大小和方向都不变如图2所示类型三、解决动力学的两大基本问题(1)已知受力情况求运动情况 　　根据牛顿第二定律，已知物体的受力情况，可以求出物体的加速度；再知道物体的初始条件 ( 即初位置和初速度)，根据运动学公式，就可以求出物体在任一时刻的速度和位置，也就求解出物体的运动情况 　 (2)已知物体的运动情况，求物体的受力情况 　　根据物体的运动情况，由运动学公式可以求出加速度，再根据牛顿第二定律可确定物体受的合外力，从而求出未知的力，或与力相关的某些物理量。

如：动摩擦因数、劲度系数、力的角度等 　　无论是哪种情况，联系力和运动的“桥梁”是加速度，解题思路可表示如下： 　　受力情况合力运动情况()　例4、（2015新课标Ⅱ卷）在一东西向的水平直铁轨上，停放着一列已用挂钩链接好的车厢当机车在东边拉着这列车厢一大小为a的加速度向东行驶时，链接某两相邻车厢的挂钩P和Q间的拉力大小为F；当机车在西边拉着这列车厢一大小为a的加速度向东行驶时，链接某两相邻车厢的挂钩P和Q间的拉力大小仍为F不计车厢与铁轨间的摩擦，每节车厢质量相同，则这列车厢的节数可能为A. 8 B. 10 C. 15 D. 18【答案】BC【解析】由设这列车厢的节数为n，P、Q挂钩东边有m节车厢，每节车厢的质量为m，由牛顿第二定律可知：，解得：，。