专题05牛顿第二定律的应用解析版Word格式文档下载.docx
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7.适用范围
(1)只适用于惯性参考系(相对地面静止或匀速直线运动的参考系).
(2)只适用于宏观物体(相对于分子、原子)、低速运动(远小于光速)的情况.
8.牛顿第二定律的“五”性
知识点5、解决两类动力学基本问题应把握的关键
1.做好两个分析——物体的受力分析和物体的运动过程分析;
根据物体做各种性质运动的条件即可判定物体的运动情况、加速度变化情况及速度变化情况.
2.抓住一个“桥梁”——物体运动的加速度是联系运动和力的桥梁.
知识点6、超重、失重、完全失重
9.超重:
定义:
物体对支持我的压力(或对悬挂物的拉力)物体所受重力的现象。
产生的条件:
物体具有的加速度
10.失重:
11.完全失重:
物体对支持我的压力(或对悬挂物的拉力)的现象
物体的加速度a=,且加速度方向。
1、科学推理
2、匀速直线运动、静止
3、①牛顿②维持、改变③ 匀速直线运动状态或静止状态
4、运动情况、受力情况
5、物体加速度的大小跟作用力成正比,跟物体的质量成反比.加速度的方向与作用力方向相同.
6、F=ma.
9、大于、向上
10、小于、向下
11、等于零、g向下
二、典型例题
典例1.在物理学史上,正确认识运动和力的关系且推翻“力是维持物体运动的原因”这个观点的物理学家及建立惯性定律的物理学家分别是( )
A.亚里士多德、伽利略
B.伽利略、牛顿
C.伽利略、爱因斯坦
D.亚里士多德、牛顿
【答案】B
典例2.如果正在做自由落体运动的物体的重力忽然消失,那么它的运动状态应该是( )
A.悬浮在空中不动
B.运动速度逐渐减小
C.做竖直向下的匀速直线运动
D.以上三种情况都有可能
【答案】C
【解析】由题意可知,正在做自由落体运动的物体一定具有速度,而且仅受重力作用.如果重力忽然消失,则物体就不受外力的作用,根据牛顿第一定律,撤去外力作用的物体应该保持它撤去外力时的运动状态,所以该物体应该做竖直向下的匀速直线运动.做自由落体运动的物体如果是在刚释放的瞬间重力忽然消失,物体还没有开始运动,速度是零;
或者竖直上抛的物体运动到最高点时重力忽然消失,速度也为零,根据牛顿第一定律可分析,物体都会悬浮在空中不动,保持没有重力时的那个瞬间的状态不变.故正确答案为C。
典例3.关于惯性的认识,以下说法正确的是( )
A.在宇宙飞船中的物体没有惯性
B.置于光滑水平面上的物体即使质量很大也能被拉动,说明惯性与物体的质量无关
C.让物体的速度发生改变,无论多快,都需要一定的时间,这是因为物体具有惯性
D.加速运动时,物体有向后的惯性;
减速运动时,物体有向前的惯性
【解析】惯性就是物体保持原来的运动状态的性质,且惯性的大小只与物体的质量有关,与物体的速度及受力情况等其他量无关,无论是加速运动还是减速运动,物体都保持原来运动状态的性质,故A、B、D错误;
让物体的速度发生改变,无论多快,都需要一定的时间,这是因为物体具有惯性,选项C正确
典例4.由牛顿第二定律知,无论怎样小的力都可以使物体产生加速度,可是当我们用一个力推桌子没有推动时是因为( )
A.牛顿第二定律不适用于静止的物体,适用于运动的物体
B.桌子的加速度很小,速度增量很小,眼睛不易觉察到
C.推力小于摩擦力,加速度是负值
D.推力、重力、地面的支持力与摩擦力的合力等于零,物体的加速度为零,所以原来静止的物体仍静止
【答案】D
【解析】由牛顿第二定律F=ma知,无论怎样小的力都可以使物体产生加速度,这里的力指的是合外力,当我们用一个力推桌子时没有推动,因为桌子还受地面的摩擦力,只有当推力大于摩擦力时,桌子才会有加速度,桌子不动,说明合外力为零,即推力等于摩擦力,A、B、C错误,D正确.
典例5.如图所示,倾角为30°
的光滑斜面与粗糙平面的平滑连接.现将一滑块(可视为质点)从斜面上的A点由静止释放,最终停在水平面上的C点.已知A点距水平面的高度h=0.8m,B点距C点的距离L=2.0m.(滑块经过B点时没有能量损失,g=10m/s2),求:
(1)滑块在运动过程中的最大速度;
(2)滑块与水平面间的动摩擦因数μ;
(3)滑块从A点释放后,经过时间t=1.0s时速度的大小.
图3-3-2
教你审题
第一步:
读题→抓关键词→获取信息
关键词
获取信息
滑块在斜面上不受摩擦力,水平面受摩擦力
滑块的初速度v0=0
滑块的末速度为零
斜面上的末速度和水平面上的初速度大小相等
第二步:
分析理清思路→抓突破口做好两分析→受力分析、运动分析
①滑块在斜面上:
滑块做初速度为零的匀加速直线运动.
②滑块在水平面上:
滑块做匀减速运动.
第三步:
选择合适的方法及公式→利用正交分解法、牛顿运动定律及运动学公式列式求解.
解析
(1)滑块先在斜面上做匀加速运动,然后在水平面上做匀减速运动,故滑块运动到B点时速度最大为vm,设滑块在斜面上运动的加速度大小为a1,则有
mgsin30°
=ma1,v
=2a1
,解得:
vm=4m/s
(2)滑块在水平面上运动的加速度大小为a2,μmg=ma2
v
=2a2L,解得:
μ=0.4
(3)滑块在斜面上运动的时间为t1,vm=a1t1
得t1=0.8s
由于t>
t1,滑块已经经过B点,做匀减速运动的时间为
t-t1=0.2s
设t=1.0s时速度大小为v=vm-a2(t-t1)
解得:
v=3.2m/s
答案
(1)4m/s
(2)0.4 (3)3.2m/s
典例6:
一质量为m的人站在电梯中,电梯减速上升,加速大小为
g,g为重力加速度.人对电梯底部的压力为( )
A.
mgB.2mgC.
mgD.
mg
【答案】A
【解析】由于电梯减速上升,故加速度向下,对人受力分析,受到重力mg,地板支持力FN,
由牛顿第二定律:
mg-FN=ma,即:
mg-FN=
mg,解得:
FN=
mg,根据牛顿第三定律,则人对电梯底部的压力为
mg,A正确
典例7:
一个质量是50kg的人站在升降机的地板上,升降机的顶部悬挂了一个弹簧测力计,弹簧测力计下面挂着一个质量为mA=5kg的物体A,当升降机向上运动时,人看到弹簧测力计的示数为40N,如下图所示,g取10m/s2,求此时人对地板的压力.
【答案】400N,方向竖直向下
【解析】以A为研究对象,对A进行受力分析如下图所示.
选向下的方向为正方向,由牛顿第二定律可得mAg-F=mAa,
所以a=
=
m/s2=2m/s2
再以人为研究对象,他受到向下的重力m人g和地板的支持力FN.
仍选向下的方向为正方向,同样由牛顿第二定律可得m人g-FN=m人a
所以FN=m人g-m人a=50×
(10-2)N=400N
则由牛顿第三定律可知,人对地板的压力大小为400N,方向竖直向下
三、模拟预测训练
易错一:
对受力分析不清导致牛顿第二定律计算错误
1.如图所示,质量为10kg的物体,在水平地面上向左运动,物体与水平地面间的动摩擦因数为0.2,与此同时,物体受到一个水平向右的拉力F=20N的作用,则物体的加速度为(g取10m/s2)( )
A.0
B.2m/s2,水平向右
C.4m/s2,水平向右
D.2m/s2,水平向左
【答案】C
【解析】物体受到地面的摩擦力大小为F1=μmg=0.2×
10×
10N=20N,方向水平向右,物体的加速度a=
=4m/s2,方向水平向右
易错警示:
有些同学误以为拉力F向右,所以摩擦力一定向左,导致求合力时出现错误,在判断摩擦力时要注意摩擦力的定义,与相对运动方向相反
2..如图所示,两个人同时用大小分别为F1=120N、F2=80N的水平力拉放在水平光滑地面的小车,如果小车的质量m=20kg,则小车的加速度( )
A.方向向左,大小为10m/s2
B.方向向左,大小为2m/s2
C.方向向右,大小为10m/s2
D.方向向右,大小为2m/s2
【解析】小车受到的合力为:
F=F1-F2=120N-80N=40N,方向向左,由牛顿第二定律得:
F=ma,解得小车的加速度为:
a=
=2m/s2,方向与合力方向相同
求合力的方法不对,或者没有考虑到力的矢量性,所以导致错误的合力求解。
易错二对概念理解不透彻导致错误
3.质量为5kg的木箱以大小为2m/s2的加速度水平向右做匀减速运动,在箱内有一轻弹簧,其一端被固定在箱子的右侧壁,另一端拴接一个质量为3kg的滑块,木箱与滑块相对静止,如图所示.若不计滑块与木箱之间的摩擦,下列判断正确的是( )
A.弹簧被压缩,弹簧的弹力大小为10N
B.弹簧被压缩,弹簧的弹力大小为6N
C.弹簧被拉伸,弹簧的弹力大小为10N
D.弹簧被拉伸,弹簧的弹力大小为6N
【解析】因为木箱与滑块相对静止,所以滑块的加速度与木箱加速度相同,根据牛顿第二定律可知,滑块所受合外力水平向左,所以弹簧被压缩,弹力大小F=ma=3kg×
2m/s2=6N.
木箱以大小为2m/s2的加速度水平向右做匀减速运动,即木箱的加速度向左,在对物体受力分析可求出弹力的大小。
易错三.不能把牛顿第二定律与运动学公式合理结合起来导致错误
4..A、B两物体以相同的初速度滑上同一粗糙水平面,若两物体的质量为mA>
mB,两物体与粗糙水平面间的动摩擦因数相同,则两物体能滑行的最大距离xA与xB相比为( )
A.xA=xB B.xA>
xB
C.xA<
xBD.不能确定
【解析】通过分析物体在水平面上滑行时的受力情况可以知道,物体滑行时受到的滑动摩擦力μmg为合外力,由牛顿第二定律知:
μmg=ma得:
a=μg,可见:
aA=aB.
物体减速到零时滑行的距离最大,由运动学公式可得:
=2aAxA,v
=2aBxB,
又因为vA=vB,aA=aB.
所以xA=xB,A正确
易错四对惯性概念的错误理解
5.下列说法中正确的是( )
A.汽车以更高速度行驶时,并不改变其惯性大小
B.汽车以更高速度行驶时具有更大的惯性
C.物体静止时有惯性,一旦运动起来,物体也就失去了惯性
D.物体做匀速直线运动时具有惯性,但合力不为零时惯性将消失
【解析】一切物体,任何情况下都有惯性,且惯性大小只与质量有关,与运动状态无关,故A正确,B、C、D错误
易错五对图像把握不准导致计算错误
6.在电梯中,把一重物置于台秤上,台秤与力的传感器相连,当电梯从静止起加速上升,然后又匀速运动一段时间,最后停止运动时,传感器的荧屏上显示出其受的压力与时间的关系图象如图所示.试由此图回答问题:
(g取10m/s2)
(1)该物体的重力是多少?
电梯在超重和失重时物体的重力是否变化?
(2)算出电梯在超重和失重时的最大加速度分别是多大?
【答案】
(1)30N 不变
(2)6.67m/s2 6.67m/s2
【解析】
(1)根据题意4s到18s物体随电梯一起匀速运动,有共点力平衡的条件知:
压力和重力相等,即G=30N;
根据超重和失重的本质得:
物体的重力不变
(2)超重时:
支持力最大为50N,由牛顿第二定律得a1=
m/s2≈6.67m/s2,方向向上
失重时:
支持力最小为10N,由牛顿第二定律得a2=
m/s2≈6.67m/s2,方向向下.
图中4s到18s的过程中力不变,且做匀速直线运动,即此过程不超重也不失重,当力大于重力时处于超重状态,当力小于重力时处于失重状态,把握好概念并结合图像中所给的信息是正确解本题的关键。
易错点六选取研究对象不明确导致错误解题
7.倾角
质量
的粗糙斜面位于水平地面上,质量
的木块置于斜面顶端,从静止开始匀加速下滑,经
到达底端,运动路程
在此过程中斜面保持静止
取
求:
(1)斜面对木块的摩擦力大小.
(2)地面对斜面的支持力大小.
解:
(1)设木块下滑的加速度为a,由
可得:
木块受力如图1所示,由牛顿第二定律有:
所以:
(2)斜面受力如图2所示,由竖直方向受力平衡可得地面对鞋面的支持力为:
答:
(1)斜面对木块的摩擦力大小为
.
(2)地面对斜面的支持力大小为
.