【优化指导】2016-2017学年高中物理第5章研究力和运动的关系5.3牛顿第二定律课件沪科版必修1
2016-2017年高中物理 第5章 研究力和运动的关系 5.1 牛顿第一定律合作与讨论素材 沪科版
牛顿第一定律
合作与讨论
1．通过初中的学习我们知道力的作用效果之一是改变物体的运动状态．你能根据已有的知识和生活经验分析一下力是如何改变物体运动状态的?物体运动状态的标志又是哪个物理量呢?
·冰壶运动是一项新兴的冰上运动．冰壶在冰面上可以在较长的时间内保持运动速度的大小和方向不变，但是以同样的速度在水泥地面上掷出冰壶却在较短的时间内就停了下来，这是为什么?说明了什么问题?
图5—1—1
·如果一个物体由静止变为运动或由运动变为静止，我们说它的运动状态发生了变化．那么在这两种情况下，描述物体运动的哪个参量发生了变化?
·物体做速度大小不变而方向不断变化的运动时，它受到的合外力是否为零?
2．任何物体都具有保持其原来运动状态的特性——惯性，那么你在生活中有没有体会到惯性的存在?
·当汽车启动时车上的乘客会向后倾斜，你能解释这是为什么吗?
·我国公安部规定，在各种小型车辆前排乘坐的人必须系好安全带．为什么这样规定?
图5—1—2
·为什么人从高速行驶的汽车上跳下来是危险的?
3．惯性具有物体保持其原来运动状态的性质，那么它有没有大小呢?我们如何来量度物体惯性的大小呢?
·在路面上高速行驶的汽车和摩托车哪一个更容易停下来?为什么?
图5—1—3
·我国交通部与公安部联合发出通知，严禁超载、超限车辆上路，为什么这样规定?超
载、超限会带来哪些危害?你能简单介绍一下吗?
图5—1—4
·常见的柴油机、电动机等机器的底座非常的沉重，而参加作战任务的战斗机却要抛掉副油箱以减小重量，这是为什么呢?你能解释一下吗?
图5—1—5。
2016-2017学年高中物理-第5章-研究力和运动的关系本章整合课件-沪科版必修1
的压力为 0。
答案:(1)100 N 50 N (2)200 N 0
专题一
专题二
专题三
传送带问题
1.传送带一般做匀速运动,物体与传送带间的滑动摩擦力不影响传送
带的运动状态(这是因为带动传送带的电机在起作用)。
2.分析该类问题的关键
和方向均应相同,根据牛顿第二定律对整体列方程。如果系统内各物体的加
速度仅大小相同,如通过滑轮连接的物体,应采用隔离法根据牛顿第二定律
分别列方程。
专题一
专题二
专题三
【专题训练 1】 如图所示,两个用轻线相连的位于光滑水平面上的物
块,质量分别为 m1 和 m2。拉力 F1 和 F2 方向相反,与轻线沿同一水平直线,
且 F1>F2。试求在两个物块运动过程中轻线的拉力 FT。
解析:以两物块整体为研究对象,根据牛顿第二定律得
F1-F2=(m1+m2)a①
隔离物块 m1,由牛顿第二定律得 F1-FT=m1a②
由①②两式解得 FT=
答案:
m1F2+m2F1
m1+m2
m1F2+m2F1
m1+m2
专题一
专题二
专题三
用牛顿运动定律处理临界和极值问题
专题一
专题二
专题三
3.临界、极值问题的求解方法
(1)极限法:在题目中如出现“最大”“最小”“刚好”等词语时,一般隐含着
临界问题,处理此类问题时,应把物理问题(或过程)推向极端,从而使临界现
象(或状态)暴露出来,达到尽快求解的目的。
(2)假设法:有些物理过程中没有明显出现临界问题的线索,但在变化过
高中物理 第5章 研究力和运动的关系 5.1 牛顿第一律学高一1物理试题
点囤市安抚阳光实验学校5.1 牛顿第一律(建议用时：45分钟)[学业达标]1．伽利略理想揭示了( )【：69370233】A．若物体运动，那么它一受力B．力不是维持物体运动的原因C．只有受力才能使物体处于静止状态D．只有受力才能使物体运动【解析】伽利略理想指出：如果水平面没有摩擦，那么在水平面上的物体一旦获得某一速度，物体将保持这一速度一直运动下去，而不需要外力来维持，故A、D错误；运动和静止都不需要力来维持，故B正确，C错误．【答案】B2．下列关于惯性的说法中正确的是 ( )A．同一物体运动速度大比速度小时难以停下来，所以物体运动速度大时具有较大的惯性B．同一物体受的力越大，停下来就越困难，所以物体受的推力越大，则惯性越大C．不同物体比较，体积越大，惯性越大D．不同物体比较，质量越大，惯性越大【解析】惯性是物体的固有属性，它的大小只由质量大小决，与其他因素无关，质量越大，惯性越大，A、B、C错误，D正确．【答案】D3．关于牛顿第一律，下列说法正确的是 ( )【：69370234】A．牛顿第一律是一条律B．牛顿第一律说明力是维持物体运动状态的原因C．惯性律和惯性的实质是相同的D．物体的运动不需要力来维持【解析】牛顿第一律反映的是物体在不受力的情况下所遵循的运动规律，而自然界中不受力的物体是不存在的，因此它是理想条件下的运动律，但不是律，它来源于大量真实的，但不能用真实的来验证，A错误；由牛顿第一律可知，物体的运动不需要力来维持，力的本质是使物体发生形变的原因、是改变物体运动状态的原因、是使物体产生加速度的原因，B错误，D正确；惯性是物体的固有属性，惯性律是在一条件下物体运动遵循的规律，二者实质不同，C 错误．【答案】D4．(多选)(2016·高一检测)运动着的物体，若所受的一切力突然同时消失，那么它将( )A．立即停止 B. 作匀速直线运动C．惯性改变D．惯性不变【解析】因为物体在运动，当物体所受的一切外力都消失时，物体将保持原来的速度做匀速直线运动，故A错误，B正确；惯性只与质量有关，质量不变，惯性不变，与受力情况无关，故C错误，D正确．【答案】BD5．(2016·白银高一期末)关于惯性和牛顿第一律，下列说法中正确的是( )【：69370235】A．静止的物体可能没有惯性B．速度越大的物体惯性越大C．同一物体在地球上和月球上惯性不同D．伽利略的斜槽以可靠的事实为基础并把探究和逻辑推理和谐地结合在一起【解析】惯性是物体的固有属性，与运动状态无关，故A错误；质量是惯性大小的唯一量度，与速度、环境因素无关，故B、C错误；伽利略的斜槽以可靠的事实为基础并把探究和逻辑推理和谐地结合在一起，故D正确．【答案】D6.如图514，冰壶在冰面运动时受到的阻力很小，可以在较长时间内保持运动速度的大小和方向不变，我们可以说冰壶有较强的抵抗运动状态变化的“本领”．这里所指的“本领”是冰壶的惯性，则惯性的大小取决于( )图514A．冰壶的速度B．冰壶的质量C．冰壶受到的推力D．冰壶受到的阻力【解析】质量是物体惯性大小的唯一量度，故冰壶的惯性大小取决于冰壶的质量，B正确．【答案】B7．2013年1月1日起实施的交通法规中规，坐在小前排的司机和乘客都在胸前系上安全带，这主要是为了减轻在下列哪种情况出现时可能对人造成的伤害( )【：69370236】图515A．车速太快B．车速太慢C．紧急刹车D．突然启动【解析】小车速无论快慢，若车速不变，则车、人相对静止，所以不会使人受伤，故A、B选项不合题意；当紧急刹车时，车停止而人由于惯性向前冲，安全带可以防止人冲向前而受伤，故C选项符合题意；突然启动时，人会向后仰，有靠背支撑，安全带不起作用，故D不合题意．【答案】C8．在足球场上，为了不使足球停下来，运动员带球必须不断用脚轻轻地踢拨足球(如图516甲)．又如为了不使自行车减速，总要不断地用力蹬脚踏板(如图516乙)．这些现象不正说明了运动需要力来维持吗？那为什么又说“力不是维持物体运动的原因”？甲乙图516【解析】对于这一问题，我们可以这样思考：如果足球不是在草地上滚动，而是以相同的初速度在水平的水泥地板上滚动，它将会滚出比草地上远得多的距离，这说明了由于阻力的存在才导致足球的运动状态发生了改变，足球在草地上滚动时所受阻力大，运动状态很快发生改变；足球在水泥地面上滚动时所受阻力小，运动状态改变得慢，但终究还是要停下来．在盘带足球时，人对足球施加力的作用，是克服摩擦阻力对足球产生的效果．自行车的例子也是同样的道理．【答案】见解析[能力提升]9．如图517所示，一个劈形物体M，各面均光滑，放在固的斜面上，上表面水平，在上表面放一个光滑小球m.劈形物体由静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是( )【：69370238】图517A．沿斜面向下的直线B．竖直向下的直线C．无规则的曲线D．抛物线【解析】由于小球处在物体M上，接触面光滑，在M滑下过程中，由于小球水平方向上不受外力作用，该方向上运动状态不会改变，原来静止，则下滑过程中，小球在水平方向上没有位移，故B正确．【答案】B10．(多选)如图518所示，一个盛水的容器固在一个小车上，在容器中分别悬挂和拴住一个铁球和一个乒乓球．容器中的水、铁球和乒乓球都处于静止状态．当容器随小车突然向右运动时，两球的运动状况是(以小车为参考系)( )图518A．铁球向左B．铁球向右C．乒乓球向左D．乒乓球向右【解析】因为小车突然向右运动，铁球和乒乓球都有向右运动的趋势，但由于与同体积的“水球”相比，铁球质量大、惯性大，铁球的运动状态难改变，即速度变化慢，而同体积的水球的运动状态容易改变，即速度变化快，而且水和车一起加速运动，所以小车加速运动时，铁球相对小车向左运动，A正确；同理，由于乒乓球与同体积的“水球”相比，质量小，惯性小，乒乓球相对小车向右运动，D正确．【答案】AD11．如图519所示，重球系于DC绳下端，重球下再系一根同样的BA绳，回答下列问题：【：69370239】图519(1)在绳的A端慢慢增加拉力时，哪根绳先断？为什么？(2)在绳的A端突然用力一拉时，哪根绳先断？为什么？【解析】(1)当拉力缓慢增大时，AB绳的张力于拉力，而DC绳的张力于AB绳的拉力与重球重力的合力，DC绳承受的拉力大，故DC绳先断．(2)瞬间用力拉A端，由于重球具有保持原来静止状态的性质，对DC绳的拉力来不及变化时，AB绳由于不能承受巨大的拉力而先断裂．【答案】见解析12．在做匀速直线运动的小车上水平放置一密闭的装有水的瓶子，瓶内有一气泡，如图5110所示，当小车突然停止运动时，气泡相对于瓶子怎样运动？图5110【解析】首先确本题该用惯性知识来分析，但此题涉及的不仅仅是气泡，还有水，由于惯性的大小与质量有关，而水的质量远大于同体积气泡质量，因此水的惯性远大于气泡的惯性，当小车突然停止时，水保持向前运动的趋势远大于气泡向前运动的趋势，当水相对于瓶子向前运动时，水将挤压气泡，使气泡相对于瓶子向后运动．【答案】见解析。
2016-2017年(沪科版)物理必修一学案 第5章 研究力和运动的关系 学案5
学案5习题课：用牛顿运动定律解决几类典型问题[学习目标定位] 1.学会分析含有弹簧的瞬时问题.2.掌握临界问题的分析方法.3.会分析多过程问题．1.牛顿第二定律的表达式F＝ma，其中加速度a与合力F存在着瞬时对应关系，a与F同时产生、同时变化、同时消失；a的方向始终与合力F的方向相同．2．解决动力学问题的关键是做好两个分析：受力情况分析和运动情况分析，同时抓住联系受力情况和运动情况的桥梁：加速度.一、瞬时加速度问题根据牛顿第二定律，加速度a与合力F存在着瞬时对应关系：合力恒定，加速度恒定；合力变化，加速度变化；合力等于零，加速度等于零．所以分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是分析该时刻物体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．应注意两类基本模型的区别：(1)刚性绳(或接触面)模型：这种不发生明显形变就能产生弹力的物体，剪断(或脱离)后，弹力立即改变或消失，形变恢复几乎不需要时间．(2)弹簧(或橡皮绳)模型：此种物体的特点是形变量大，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是不变的．例1如图1中小球质量为m，处于静止状态，弹簧与竖直方向的夹角为θ.则：图1(1)绳OB和弹簧的拉力各是多少？(2)若烧断绳OB瞬间，物体受几个力作用？这些力的大小是多少？(3)烧断绳OB瞬间，求小球m的加速度的大小和方向．解析(1)对小球受力分析如图甲所示其中弹簧弹力与重力的合力F′与绳的拉力F等大反向则知F＝mg tan θ；F弹＝mgcos θ(2)烧断绳OB的瞬间，绳的拉力消失，而弹簧还是保持原来的长度，弹力与烧断前相同．此时，小球受到的作用力是弹力和重力，大小分别是G＝mg，F弹＝mgcos θ.(3)烧断绳OB的瞬间，重力和弹簧弹力的合力方向水平向右，与烧断绳OB前OB绳的拉力大小相等，方向相反，(如图乙所示)即F合＝mg tan θ，由牛顿第二定律得小球的加速度a ＝F 合m ＝g tan θ，方向水平向右． 答案 (1)mg tan θ mg cos θ(2)两个 重力为mg 弹簧的弹力为mg cos θ(3)g tan θ 水平向右针对训练1 如图2所示，轻弹簧上端与一质量为m 的木块1相连，下端与另一质量为M 的木块2相连，整个系统置于水平放置的光滑木板上，并处于静止状态．现将木板沿水平方向突然抽出，设抽出后的瞬间，木块1、2的加速度大小分别为a 1、a 2.重力加速度大小为g .则 有( )图2A ．a 1＝0，a 2＝gB ．a 1＝g ，a 2＝gC ．a 1＝0，a 2＝m ＋M Mg D ．a 1＝g ，a 2＝m ＋M Mg 答案 C解析 在抽出木板后的瞬间，弹簧对木块1的支持力和对木块2的压力并未改变．木块1受重力和支持力，mg ＝N ，a 1＝0，木块2受重力和压力，根据牛顿第二定律a 2＝N ′＋Mg M ＝m ＋M Mg ，故选C.二、动力学中的临界问题分析若题目中出现“最大”、“最小”、“刚好”等词语时，一般都有临界状态出现．分析时，可用极限法，即把问题(物理过程)推到极端，分析在极端情况下可能出现的状态和满足的条件．在某些物理情景中，由于条件的变化，会出现两种不同状态的衔接，在这两种状态的分界处，某个(或某些)物理量可以取特定的值，例如具有最大值或最小值．常见类型有：(1)隐含弹力发生突变的临界条件弹力发生在两物体的接触面之间，是一种被动力，其大小由物体所处的状态决定，运动状态达到临界状态时，弹力发生突变．(2)隐含摩擦力发生突变的临界条件摩擦力是被动力，由物体间的相对运动趋势决定，静摩擦力为零是状态方向发生变化的临界状态；静摩擦力最大是物体恰好保持相对静止的临界状态．例2 如图3所示，细线的一端固定在倾角为45°的光滑楔形滑块A 的顶端P 处，细线的另一端拴一质量为m 的小球．图3(1)当滑块至少以多大的加速度a 向左运动时，小球对滑块的压力等于零？(2)当滑块以a ′＝2g 的加速度向左运动时，线中拉力为多大？解析 (1)假设滑块具有向左的加速度a 时，小球受重力mg 、线的拉力F 和斜面的支持力N 作用，如图甲所示．由牛顿第二定律得水平方向：F cos 45°－N cos 45°＝ma ，竖直方向：F sin 45°＋N sin 45°－mg ＝0.由上述两式解得N ＝m (g －a )2sin 45°，F ＝m (g ＋a )2cos 45°. 由此两式可以看出，当加速度a 增大时，球所受的支持力N 减小，线的拉力F 增大．当a ＝g 时，N ＝0，此时小球虽与斜面接触但无压力，处于临界状态，这时绳的拉力为F ＝mg cos 45°＝2mg .所以滑块至少以a ＝g 的加速度向左运动时小球对滑块的压力等于零．(2)当滑块加速度a >g 时，小球将“飘”离斜面而只受线的拉力和重力的作用，如图乙所示，此时细线与水平方向间的夹角α<45°.由牛顿第二定律得F ′cos α＝ma ′，F ′sin α＝mg ，解得F ′＝m a ′2＋g 2＝5mg .答案 (1)g (2)5mg针对训练2 在例2中，当滑块加速度多大时，线的拉力为零？此时滑块运动状态可能是怎样的？答案 见解析解析 当线的拉力恰好为零时，小球受力情况如图所示：小球受重力mg 、弹力N ′，两个力的合力方向水平向右．合力大小为mg tan 45°.根据牛顿第二定律：mg tan 45°＝ma得：a ＝g tan 45°＝g滑块的加速度方向水平向右，可能的运动状态有：向右做加速度大小为g 的匀加速直线运动；向左做加速度大小为g 的匀减速直线运动．三、多过程问题分析1．当题目给出的物理过程较复杂，由多个过程组成时，要明确整个过程由几个子过程组成，将过程合理分段，找到相邻过程的联系点并逐一分析每个过程．(联系点：前一过程的末速度是后一过程的初速度，另外还有位移关系等．)2．注意：由于不同过程中力发生了变化，所以加速度也会发生变化，所以对每一过程都要分别进行受力分析，分别求加速度．例3 质量为m ＝2 kg 的物体静止在水平面上，物体与水平面之间的动摩擦因数μ＝，现在对物体施加如图4所示的力F ，F ＝10 N ，θ＝37°(sin 37°＝)，经t 1＝10 s 后撤去力F ，再经一段时间，物体又静止，(g 取10 m/s 2)则：图4(1)说明物体在整个运动过程中经历的运动状态．(2)物体运动过程中最大速度是多少？(3)物体运动的总位移是多少？解析 (1)当力F 作用时，物体做匀加速直线运动，撤去F 的瞬间物体的速度达到最大值，撤去F 后物体做匀减速直线运动直至速度为零．(2)撤去F 前对物体受力分析如图，有：F sin θ＋N 1＝mgF cos θ－f ＝ma 1f ＝μN 1s 1＝12a 1t 21v t ＝a 1t 1，联立各式并代入数据解得s 1＝25 m ，v t ＝5 m/s(3)撤去F 后对物体受力分析如图，有：f ′＝μN 2＝ma 2，N 2＝mg2a 2s 2＝v 2t ，代入数据得s 2＝ m物体运动的总位移：s ＝s 1＋s 2得s ＝ m答案 (1)见解析 (2)5 m/s (3) m1．(瞬时加速度问题)如图5所示，质量分别为m 和2m 的A 和B 两球用轻弹簧连接，A 球用细线悬挂起来，两球均处于静止状态，如果将悬挂A 球的细线剪断，此时A 和B 两球的瞬时加速度a A 、a B 的大小分别是( )图5A ．a A ＝0，aB ＝0B ．a A ＝g ，a B ＝gC ．a A ＝3g ，a B ＝gD ．a A ＝3g ，a B ＝0答案 D解析 分析B 球原来受力如图甲所示F ′＝2mg剪断细线后弹簧形变瞬间不会恢复，故B 球受力不变，a B ＝0.分析A 球原来受力如图乙所示T ＝F ＋mg ，F ′＝F ，故T ＝3mg .剪断细线，T 变为0，F 大小不变，物体A 受力如图丙所示由牛顿第二定律得：F ＋mg ＝ma A ，解得a A ＝3g .2．(动力学中的临界问题)如图6所示，质量为4 kg 的小球用细绳拴着吊在行驶的汽车后壁上，绳与竖直方向夹角为θ＝37°.已知g ＝10 m/s 2，sin 37°＝，cos 37°＝，求：图6(1)当汽车以a ＝2 m/s 2向右匀减速行驶时，细线对小球的拉力和车后壁对小球的支持力的大小．(2)当汽车以a ＝10 m/s 2向右匀减速行驶时，细线对小球的拉力和车后壁对小球的支持力的大小．答案(1)50 N22 N(2)40 2 N0解析(1)当汽车以a＝2 m/s2向右匀减速行驶时，小球受力分析如图．由牛顿第二定律得：T1cos θ＝mg，T1sin θ－N＝ma代入数据得：T1＝50 N，N＝22 N(2)当汽车向右匀减速行驶时，设车后壁弹力为0时(临界条件)的加速度为a0，受力分析如图所示．由牛顿第二定律得：T2sin θ＝ma0，T2cos θ＝mg代入数据得：a0＝g tan θ＝10×32＝/s24m/s因为a＝10 m/s2>a0所以小球飞起来，N′＝0设此时绳与竖直方向的夹角为α，由牛顿第二定律得：T2′＝(mg)2＋(ma)2＝40 2 N3．(多过程问题)冬奥会四金得主王濛于2014年1月13日亮相全国短道速滑联赛总决赛．她领衔的中国女队在混合3 000米接力比赛中表现抢眼．如图7所示，ACD是一滑雪场示意图，其中AC是长L＝8 m、倾角θ＝37°的斜坡，CD段是与斜坡平滑连接的水平面．人从A点由静止下滑，经过C点时速度大小不变，又在水平面上滑行一段距离后停下．人与接触面间的动摩擦因数均为μ＝，不计空气阻力，(取g＝10 m/s2，sin 37°＝，cos 37°＝)求：图7(1)人从斜坡顶端A滑至底端C所用的时间；(2)人在离C点多远处停下？答案(1)2 s(2) m解析(1)人在斜坡上下滑时，受力如图所示．设人沿斜坡下滑的加速度为a，沿斜坡方向，由牛顿第二定律得mg sin θ－f＝maf＝μN垂直于斜坡方向有N－mg cos θ＝0由匀变速运动规律得L＝122at联立以上各式得a＝g sin θ－μg cos θ＝4 m/s2t＝2 s(2)人在水平面上滑行时，水平方向只受到地面的摩擦力作用．设在水平面上人减速运动的加速度为a′，由牛顿第二定律得μmg＝ma′设人到达C处的速度为v，则由匀变速直线运动规律得人在斜面上下滑的过程：v2＝2aL人在水平面上滑行时：0－v2＝－2a′s联立以上各式解得s＝m题组一瞬时加速度问题1.质量均为m的A、B两球之间系着一个质量不计的轻弹簧并放在光滑水平台面上，A球紧靠墙壁，如图1所示，今用水平力F推B球使其向左压弹簧，平衡后，突然将力F撤去的瞬间()图1A．A的加速度大小为F2m B．A的加速度大小为零C．B的加速度大小为F2m D．B的加速度大小为Fm答案BD解析在将力F撤去的瞬间A球受力情况不变，仍静止，A的加速度为零，选项A错，B对；而B球在撤去力F的瞬间，弹簧的弹力还没来得及发生变化，故B的加速度大小为Fm，选项C 错，D对．2．如图2所示，A、B两球的质量相等，弹簧的质量不计，倾角为θ的斜面光滑．系统静止时，弹簧与细线均平行于斜面，已知重力加速度为g.在细线被烧断的瞬间，下列说法正确的是()图2A．两个小球的瞬时加速度均沿斜面向下，大小均为g sin θB．B球的受力情况未变，瞬时加速度为零C．A球的瞬时加速度沿斜面向下，大小为g sin θD．弹簧有收缩趋势，B球的瞬时加速度向上，A球的瞬时加速度向下，瞬时加速度都不为零答案 B解析因为细线被烧断的瞬间，弹簧的弹力不能突变，所以B的瞬时加速度为0，A的瞬时加速度为2g sin θ，所以选项B正确，A、C、D错误．3．如图3所示，A、B两木块间连一轻杆，A、B质量相等，一起静止地放在一块光滑木板上，若将此木板突然抽出，在此瞬间，A、B两木块的加速度分别是()图3A．a A＝0，a B＝2g B．a A＝g，a B＝gC．a A＝0，a B＝0 D．a A＝g，a B＝2g答案 B解析当刚抽去木板时，A、B和杆将作为一个整体一起下落，下落过程中只受重力，根据牛顿第二定律得a A＝a B＝g，故选项B正确．4．如图4所示，在光滑的水平面上，质量分别为m1和m2的木块A和B之间用轻弹簧相连，在拉力F 作用下，以加速度a 做匀加速直线运动，某时刻突然撤去拉力F ，此瞬间A 和B 的加速度的大小为a 1和a 2，则( )图4A ．a 1＝a 2＝0B ．a 1＝a ，a 2＝0C ．a 1＝m 1m 1＋m 2a ，a 2＝m 2m 1＋m 2a D ．a 1＝a ，a 2＝－m 1m 2a 答案 D解析 两木块在光滑的水平面上一起以加速度a 向右做匀加速运动时，弹簧的弹力F 弹＝m 1a ，在力F 撤去的瞬间，弹簧的弹力来不及改变，大小仍为m 1a ，因此木块A 的加速度此时仍为a ，以木块B 为研究对象，取向右为正方向，－m 1a ＝m 2a 2，a 2＝－m 1m 2a ，所以D 项正确． 题组三 动力学中的临界问题5．如图5所示，质量为M 的木板，上表面水平，放在水平桌面上，木板上面有一质量为m 的物块，物块与木板及木板与桌面间的动摩擦因数均为μ，若要以水平外力F 将木板抽出，则力F 的大小至少为( )图5A ．μmgB ．μ(M ＋m )gC ．μ(m ＋2M )gD ．2μ(M ＋m )g 答案 D解析 将木板抽出的过程中，物块与木板间的摩擦力为滑动摩擦力，物块的加速度大小为a m ＝μg ，要想抽出木板，必须使木板的加速度大于物块的加速度，即a M >a m ＝μg ，对木板受力分析如图．根据牛顿第二定律，得：F －μ(M ＋m )g －μmg ＝Ma M得F ＝μ(M ＋m )g ＋μmg ＋Ma M >μ(M ＋m )g ＋μmg ＋μMg ＝2μ(M ＋m )g ，选项D 正确．6．如图6所示，质量为m 1＝2 kg 、m 2＝3 kg 的物体用细绳连接放在水平面上，细绳仅能承受1 N 的拉力，水平面光滑，为了使细绳不断而又使它们能一起获得最大加速度，则在向左水平施力和向右水平施力两种情况下，F 的最大值是( )图6A ．向右，作用在m 2上，F ＝53N B ．向右，作用在m 2上，F ＝ NC ．向左，作用在m 1上，F ＝53N D ．向左，作用在m 1上，F ＝ N答案 BC解析若水平力F 1的方向向左，如图．设最大加速度为a 1，根据牛顿第二定律，对整体有：F 1＝(m 1＋m 2)a 1对m 2有：T ＝m 2a 1所以F 1＝m 1＋m 2m 2T ＝2＋33×1 N ＝53N ，C 对，D 错． 若水平力F 2的方向向右，如图．设最大加速度为a 2，根据牛顿第二定律，对整体有：F 2＝(m 1＋m 2)a 2对m 1有：T ＝m 1a 2所以F 2＝m 1＋m 2m 1T ＝2＋32×1 N ．A 错，B 对． 7.如图7所示，质量为M 的木箱置于水平地面上，在其内部顶壁固定一轻质弹簧，弹簧下端与质量为m 的小球连接．当小球上下振动的某个时刻，木箱恰好不离开地面，求此时小球的加速度．图7答案 a ＝M ＋m mg ，方向向下 解析 如图所示，对木箱受力分析有：F ＝Mg对小球受力分析有：mg ＋F ′＝ma又F ＝F ′解得：a ＝M ＋m mg ，方向向下． 8．如图8所示，一辆卡车后面用轻绳拖着质量为m 的物体A ，绳与水平面之间的夹角α＝53°，A 与地面间的摩擦不计，求(sin 53°＝)：图8(1)当卡车以加速度a 1＝g 2加速运动时，绳的拉力为56mg ，则A 对地面的压力为多大？ (2)当卡车的加速度a 2＝g 时，绳的拉力多大？方向如何？答案 (1)13mg (2) 2mg ，方向与水平面成45°角斜向上 解析 (1)设物体刚离开地面时，具有的加速度为a 0对物体A 进行受力分析，可得：ma 0＝mg tan α，则a 0＝34g 因为a 1<a 0，所以物体没有离开地面．由牛顿第二定律得F cos α＝ma 1F sin α＋N ＝mg 得N ＝13mg由牛顿第三定律得，A 对地面的压力的大小为13mg . (2)因为a 2>a 0，所以物体已离开地面．设此时绳与地面成θ角F ′＝ma 2＋g 2＝2mg所以tan θ＝1，θ＝45°，即绳的拉力与水平面成45°角斜向上题组三 多过程问题9．一辆汽车在恒定牵引力作用下由静止开始沿直线运动，4 s 内通过8 m 的距离，此后关闭发动机，汽车又运动了2 s 停止，已知汽车的质量m ＝2×103 kg ，汽车运动过程中所受阻力大小不变，求：(1)关闭发动机时汽车的速度大小；(2)汽车运动过程中所受到的阻力大小；(3)汽车牵引力的大小．答案 (1)4 m/s (2)4×103 N (3)6×103 N解析 (1)汽车开始做匀加速直线运动s 0＝v 0＋02t 1解得v 0＝2s 0t 1＝4 m/s (2)关闭发动机后汽车减速过程的加速度a 2＝0－v 0t 2＝－2 m/s 2 由牛顿第二定律有－f ＝ma 2解得f ＝4×103 N(3)设开始加速过程中汽车的加速度为a 1s 0＝12a 1t 21 由牛顿第二定律有：F －f ＝ma 1解得F ＝f ＋ma 1＝6×103 N10．物体以 m/s 的初速度从斜面底端冲上倾角为θ＝37°的斜坡，到最高点后再滑下，如图9所示．，求：图9(1)物体沿斜面上滑的最大位移；(2)物体沿斜面下滑的时间．(已知sin 37°＝，cos 37°＝)答案 (1) m (2) s解析 (1)上升时加速度大小设为a 1，由牛顿第二定律得：mg sin 37°＋μmg cos 37°＝ma 1解得a 1＝ m/s 2上滑最大位移为s ＝v 202a 1 代入数据得s ＝ m(2)下滑时加速度大小设为a2，由牛顿第二定律得：mg sin 37°－μmg cos 37°＝ma2解得a2＝m/s2由s＝12a2t2得下滑时间t＝2sa2＝ 6 s≈ s11．如图10所示，在海滨游乐场里有一场滑沙运动．某人坐在滑板上从斜坡的高处A点由静止开始滑下，滑到斜坡底端B点后，沿水平的滑道再滑行一段距离到C点停下来．如果人和滑板的总质量m＝60 kg，滑板与斜坡滑道和水平滑道间的动摩擦因数均为μ＝，斜坡的倾角θ＝37°(已知sin 37°＝，cos 37°＝)，斜坡与水平滑道间是平滑连接的，整个运动过程中空气阻力忽略不计，人从斜坡滑上水平滑道时没有速度损失，重力加速度g取10 m/s2.图10(1)人从斜坡上滑下的加速度为多大？(2)若由于场地的限制，水平滑道的最大距离BC为L＝20 m，则人从斜坡上滑下的距离AB应不超过多少？答案(1)2 m/s2(2)50 m解析(1)人在斜坡上受力如图所示，建立直角坐标系，设人在斜坡上滑下的加速度为a1，由牛顿第二定律得：mg sin θ－f1＝ma1N1－mg cos θ＝0又f1＝μN1联立解得a1＝g(sin θ－μcos θ)＝10×(×) m/s2＝2 m/s2.(2)人在水平滑道上受力如图所示，由牛顿第二定律得：f2＝ma2，N2－mg＝0又f2＝μN2联立解得a2＝μg＝5 m/s2设人从斜坡上滑下的距离为L AB，对AB段和BC段分别由匀变速直线运动公式得：v2－0＝2a1L AB,0－v2＝－2a2L联立解得L AB＝50 m.12．如图11所示，质量m＝2 kg的物体静止于水平地面的A处，A、B间距L＝20 m．物体与地面间的动摩擦因数μ＝，现用大小为20 N，与水平方向成53°的力斜向上拉此物体，使物体从A处由静止开始运动并能到达B处，求该力作用的最短时间t(已知sin 53°＝，cos 53°＝，g取10 m/s2)．图11答案 2 s解析 物体先以大小为a 1的加速度匀加速运动，撤去外力后，再以大小为a 2的加速度减速到B ，且到B 时速度恰好为零．力F 作用时：F cos 53°－μ(mg －F sin 53°)＝ma 1t 时刻：s 1＝12a 1t 2 v t ＝a 1t撤去力F 后：μmg ＝ma 2v 2t ＝2a 2s 2由于s 1＋s 2＝L解得t ＝2 s。
【优化指导】2016-2017学年高中物理 第5章 研究力和运动的关系 5.3牛顿第二定律课件 沪科版必修1
探究一
探究二
探究三
解析:分别以 A、B 为研究对象,分析剪断细绳前和 剪断细绳瞬间的受力。剪断前 A、 B 静止,A 球受三个力 : 绳子的拉力 T、重力 mg 和弹簧弹力 F,B 球受两个力 : 重力 mg 和弹簧弹力 F'。 A 球:T-mg-F=0 B 球:F'-mg=0, F=F' 解得 T=2mg, F=mg。 剪断瞬间,因为绳无弹性,拉力不存在,而弹簧瞬间形状不可改变,弹力 不变。A 球受重力 mg 、弹簧弹力 F。同理 B 球受重力 mg 和弹力 F'。 A 球:mg+F=maA B 球:mg-F'=maB 解得 aA=2g,aB=0。 答案: C
⇩
列方程→根据牛顿第二定律列出动力学方程,必要时再列运动学方程 或在跟加速度垂直方向上列平衡方程
探究一
探究二
探究三
⇩
解方程→一般先进行字母运算,之后将各已知量统一单位,再代入数值 进行计算
⇩
检验和讨论→必要时对结果进行检验,判断结果是否符合物理事实,还可 以对解题结果进行分析、讨论,进一步扩大解题收获
探究一
探究二
探究三
对牛顿第二定律的理解
●问题导引●
如图所示的赛车,为什么它的质量比一般的小汽车质量小得多,而且还 安装一个功率很大的发动机?
探究一
探究二
探究三
提示:为了提高赛车的灵活性,由牛顿第二定律可知,要使物体有较大的 加速度,需减小其质量或增大其所受到的作用力,赛车就是通过增加发动机 动力,减小车身质量来增大启动、刹车时的加速度,从而提高赛车的机动灵 活性的,这样有益于提高比赛成绩。
探究三
(2)当木块沿斜面下滑时,木块受力如图乙所示,由题意知,木块加速度 方向沿斜面向下。
高中物理第5章研究力和运动的关系5.3牛顿第二定律课件沪科版必修1
解析
答案
例4 如图2所示，质量为1 kg的物体静止在水平面上，物体与水平面间 的动摩擦因数μ＝0.5，物体受到大小为20 N、与水平方向成37°角斜向 右下的推力F作用时，沿水平方向做匀加速直线运动，求物体加速度的大 小.(g取10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)
[延伸思考] 在地面上，停着一辆卡车，你使出全部力气也不能使卡车做加速运动， 这与牛顿第二定律矛盾吗？为什么？ 答案 不矛盾，牛顿第二定律公式中的F指的是物体受到的合力，大卡 车在水平方向上不只受到推力，还同时受到地面摩擦力的作用，它们相 互平衡，即卡车受到的合力为零，加速度为零，故卡车不做加速运动.
答案 8 m/s2
解析 水平面光滑时物体的受力情况如图甲所示
由牛顿第二定律：Fcos 37°＝ma1
图3
解得a1＝8 m/s2源自1234解析答案
(2)若物体与水平面间的动摩擦因数为0.5，物体的加速度是多大？
答案 6 m/s2 解析 水平面不光滑时，物体的受力情况如图乙所示 Fcos 37°－f＝ma2 N′＋Fsin 37°＝mg f＝μN′ 联立解得：a2＝6 m/s2
此外还有功、功率、压强等.
3.单位制的应用 (1)单位制可以简化计算过程 计算时首先将各物理量的单位统一到国际单位制中，这样就可以省去计 算过程中单位的代入，只在数字后面写上相应待求量的单位即可，从而 使计算简便. (2)单位制可检查物理量关系式的正误 根据物理量的单位，如果发现某公式在单位上有问题，或者所求结果的 单位与采用的单位制中该量的单位不一致，那么该公式或计算结果肯定 是错误的.
④ 紧跟老师的推导过程抓住老师的思路。老师在课堂上讲解某一结论时，一般有一个推导过程，如数学问题的来龙去脉、物理概念的抽象归纳、语 文课的分析等。感悟和理解推导过程是一个投入思维、感悟方法的过程，这有助于理解记忆结论，也有助于提高分析问题和运用知识的能力。
高中物理第5章研究力和运动的关系5.4牛顿运动定律的案例分析学案沪科版必修1(2021年整理)
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5．4 牛顿运动定律的案例分析［目标定位］ 1.掌握应用牛顿运动定律解决动力学问题的基本思路和方法.2.学会处理动力学的两类基本问题．一、从受力确定运动情况受力情况→F合错误!求a，错误!→求得s、v0、v t、t。
例1如图1所示，质量m＝2 kg的物体静止在水平地面上,物体与水平面间的动摩擦因数为0.25,现对物体施加一个大小F＝8 N、与水平方向成θ＝37°角斜向上的拉力，已知sin 37°＝0。
6，cos 37°＝0。
8，g取10 m/s2。
求：图1(1）画出物体的受力图，并求出物体的加速度；（2)物体在拉力作用下5 s末的速度大小；（3）物体在拉力作用下5 s内通过的位移大小．解析（1)对物体受力分析如图：由图可得：⎩⎨⎧F cos θ－μN ＝maF sin θ＋N ＝mg解得：a ＝1.3 m/s 2，方向水平向右 (2)v t ＝at ＝1.3×5 m/s＝6.5 m/s（3)s ＝错误!at 2＝错误!×1。
3×52 m ＝16。
25 m 答案 （1)见解析图 1。
高中物理第5章研究力和运动的关系3牛顿第二定律课件必修1高中必修1物理课件
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一物体在 2 N 的外力作用下，产生 10 cm/s2 的加速度， 求该物体的质量．下面有几种不同的求法，其中单位运用正确， 简洁而又规范的是( ) A．m＝Fa＝120 kg＝0.2 kg B．m＝Fa＝0.12mN/s2＝20kg·mm/s2＝20 kg
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第二页，共三十九页。
一、牛顿第二定律
1．内容：物体的加速度跟受到的__作__用__力__成正比，跟物体的 _质__量___成反比． 2．表达式：__F__合_＝__m_a____． 3．力的单位：使质量为 1 kg 的物体产生__1__m_/_s_2_加速度的力， 称为 1 N，即 1 N＝1 _k_g_·__m__/_s2__．
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2．两个物体的长度分别是 1.70 和 150，你能说明哪个物体更 长吗？ 提示：很难说明．要想比较必须加上单位．我们对物理量进行 描述时，除了数字外，还必须有单位．
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对牛顿第二定律的理解 1．对牛顿第二定律公式的认识 (1)牛顿第二定律的比例式 a∝mF的意义： m 不变时，a∝F；F 不变时，a∝m1 ，即 a 与 m 成反比，改写 成乘积形式为 F∝ma.
3.如图所示，电梯与水平面夹角为 30°，当电 梯加速向上运动时，人对梯面压力是其重力的65，则人与梯面 间的摩擦力是其重力的多少倍？
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解析：本题分解加速度比分解力更显方便． 对人进行受力分析：重力 mg、支持力 FN、摩擦力 F(摩擦力的 方向一定与接触面平行，由加速度的方向可推知 F 水平向右)． 建立直角坐标系：取水平向右(即 F 方向)为 x 轴正方向，此时 只需分解加速度，其中 ax＝acos 30°，ay＝asin 30°(如图所示)．
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【例题 1】 下列关于力和运动的关系的几种说法中,正确的是( A.物体所受合力的方向,就是物体运动的方向 B.物体所受合力不为零时,其速度不可能为零 C.物体所受合力不为零,其加速度一定不为零 D.物体所受合力变小时,物体一定做减速运动
)
解析:由牛顿第二定律 F=ma 可知,物体所受合力的方向与加速度的方 向是一致的,但不能说就是物体的运动方向,可以与物体的运动方向相同 (匀加速直线运动),也可以与物体的运动方向相反(匀减速直线运动),还可 以和物体的运动方向不在一条直线上(曲线运动),故 A 错;物体所受的合力 不为零时,其加速度一定不为零,但其速度可能为零,如竖直上抛运动中,加 速度大小为 g,物体受重力作用,但最高点处速度为零,故 B 错,C 正确; 当物体 所受的合力变小时,其加速度也变小。 但如果此时合力的方向仍与物体的运 动方向相同,物体做加速运动,具体说是做加速度逐渐减小的加速运动,故 D 入
课程目标 1.掌握牛顿第二定律 的文字内容和数学公 式。 2.理解公式各物理量 的含义及相互关系。 3.知道在国际单位制 中力的单位“ 牛顿”的 定义。 4.会用牛顿第二定律 进行有关的计算和处 理简单的力和运动的 关系。
一
二
三
牛顿第二定律
1.内容 物体的加速度跟物体所受作用力成正比,跟物体的质量成反比,加速度 方向跟所受作用力方向相同。 2.表达式 :F=kma 。 式中的 k 是比例系数,在国际单位制中,k=1,则表达式 可写为 F=ma。 3.力的单位 使质量为 1 kg 的物体产生 1 m/s 加速度的力,规定为 1 N。
瞬时性
探究一
探究二
探究三
同体 性 独立 性 相对 性
有两层意思:一是指加速度 a 相对于同一惯性系 (一般指地球);二是指 F=ma 中 F、m、a 必须对应于同一物体或同一个系统 作用在物体上的每个力都将独立地产生各自的加速度,与物体是否受 其他力的作用无关。合力的加速度即是这些加速度的矢量和。根据力 的独立作用原理,合力在 x 方向产生 x 方向的加速度,合力在 y 方向产 生 y 方向的加速度。牛顿第二定律的分量式为 Fx=max,Fy=may 物体的加速度必须是相对静止的或匀速直线运动的参考系而言的 ,对 加速运动的参考系不适用
探究一
探究二
探究三
●名师精讲● 1.牛顿第二定律揭示了加速度与力和质量的定量关系,指明了加速度 大小和方向的决定因素,对牛顿第二定律,还应从以下几个方面深刻理解 :
特性 因果性 理解 只要物体所受合力不为零(无论合力多么小),物体就获得加速度,即 力是产生加速度的原因。力决定加速度,力与速度、速度的变化没 有直接的关系 矢量性 F=ma 是一个矢量式,任一瞬时,a 的方向均与 F 的方向相同,当 F 的 方向变化时,a 的方向同时变化 牛顿第二定律表示的是力的瞬时作用规律。当物体所受的合力发 生变化时,它的加速度随即也要发生变化,F=ma 对运动过程的每一 瞬时都成立。加速度与力是同一时刻的对应量,即总是同时产生、 同时存在、同时消失
探究一
探究二
探究三
警示 (1)力与加速度为因果关系,力是因,加速度是果,力与加速度
无先后关系。 (2)关系式 m= 可以计算物体的质量,但物体的质量与合力及加速度无 关。
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探究一
探究二
探究三
2.力、加速度、速度和速度变化量之间的关系 (1)由牛顿第二定律知 a= ,即加速度只取决于合力与物体的质量,而与 速度、速度变化量无关。 (2)根据加速度定义式 a= ,变形后可得 Δv=aΔt,该式说明速度变化量 Δv 取决于加速度 a 与速度变化所用的时间 Δ t,而与速度 v 没有直接关系。
探究一
探究二
探究三
对牛顿第二定律的理解
●问题导引●
如图所示的赛车,为什么它的质量比一般的小汽车质量小得多,而且还 安装一个功率很大的发动机?
探究一
探究二
探究三
提示:为了提高赛车的灵活性,由牛顿第二定律可知,要使物体有较大的 加速度,需减小其质量或增大其所受到的作用力,赛车就是通过增加发动机 动力,减小车身质量来增大启动、刹车时的加速度,从而提高赛车的机动灵 活性的,这样有益于提高比赛成绩。
2
一
二
三
4.如果一个物体同时受到几个力的作用,则公式 F=ma 中的 F 应为物体 所受力的合力。公式
可写为 F 合=ma 。
一
二
三
思考如图是在真空中自由下落的苹果和羽毛的照片,它们具有
相同的加速度。 牛顿第二定律说物体的加速度与质量成反比,为什么质量不 同的物体有相同的加速度呢? 提示:当物体受力一定时,加速度才与物体的质量成反比。
一
二
三
物理量与单位制
1.基本单位、导出单位 (1)基本单位 :基本单位是根据物理量运算的需要而选定的少数几个物 理量单位。在力学中选定长度、质量、时间这三个物理量的单位作为基本 单位。 (2)导出单位 :由物理公式和基本单位确立的其他物理量的单位叫做导 出单位。 2.单位制 :基本单位和导出单位构成了单位制。 3.单位制分为常用单位制和国际单位制。 4.在国际单位制中,力学基本量长度、质量、时间对应的基本单位是米 (m)、千克(kg) 、秒(s)。由它们和物理公式导出的单位叫导出单位,比如力 的单位是 kg· m/s (或称为牛顿)。
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警示 加速度的定义式与决定式 :
a= 是加速度的定义式,它给出了测量物体加速度的方法;a= 是加速 度的决定式,它揭示了物体产生加速度的原因及决定物体加速度的因素。
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探究一
探究二
探究三
2
一
二
三
思考两个物体的长度分别是 1.70 和 150,你能说明哪个物体更
长吗? 提示:很难说明。要想比较必须加上单位。我们对物理量进行描述时, 除了数字外,还必须加上单位。
一
二
三
牛顿第二定律的矢量性
1.当作用在物体上的几个力不在同一直线上时,通常选取两个互相正 ������������ 合 = m������������ 交的方向,分别列出牛顿第二定律的分量形式,即 。 ������������ 合 = m������������ 2.物体在合力方向上有加速度,在与合力垂直的另一个方向上处于平 衡状态,没有加速度。