专题05牛顿第二定律的应用解析版.docx

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专题05牛顿第二定律的应用解析版

2019-2020学年人教版高一物理（必修1）期末备考：

重点、难点、热点突破

专题05牛顿第二定律的应用

1、夯实基础

知识点1、理想实验法的魅力

1、伽利略用“实验+”的方法推翻了亚里士多德的观点。

知识点2、牛顿第一定律

2、内容：

一切物体总保持状态或状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止.

3.对牛顿第一定律的理解

①牛顿第一定律不是实验直接总结出来的,是以伽利略的理想实验为基础,加之高度的抽象思维概括总结出来的.

②揭示了力和运动的关系:

力不是物体运动的原因，而是物体运动状态的原因，即牛顿第一定律确定了力的含义．

③明确了惯性的概念:

物体保持的性质，揭示了物体所具有的一个重要属性——惯性．

知识点3、惯性

4.量度：

质量是物体惯性大小的唯一量度。

2..普遍性：

惯性是物体的固有属性，一切物体都有惯性．与物体的和无关．

知识点4、牛顿第二定律

5.内容：

。

6．表达式：

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：

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

11.完全失重：

定义：

物体对支持我的压力（或对悬挂物的拉力）的现象

产生的条件：

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

【答案】C

【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

【答案】B

【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

易错警示：

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

【答案】B

【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.

易错警示：

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

【答案】A

【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：

v

＝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

【答案】A

【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．

易错警示：

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.

【答案】

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

.