高中物理第四章第五节牛顿第二定律的应用教案1粤教版必修1

第5节牛顿第二定律的应用
教学过程设计
1．已知受力情况求解运动情况
例题1(投影) 一个静止在水平面上的物体，质量是2kg，在水平方向受到5.0N的拉力，物体跟水平面的滑动摩擦力是2.0N．
1)求物体在4.0秒末的速度；
2)若在4秒末撤去拉力，求物体滑行时间．
(1)审题分析
这个题目就是根据已知的受力情况来求物体的运动情况．前4秒内运动情况：物体由静止在恒力作用下做匀加速直线运动，t=4.0s．受力情况：F=5.0N，f=2.0N，G=N；初始条件：v0=0；研究对象：m=2.0kg．求解4秒末的速度v t．4秒后，撤去拉力，物体做匀减速运动，v′t=0．受力情况：G=N、f=2.0N；初始条件：v′0=v t，求解滑行时间．
(2)解题思路
研究对象为物体．已知受力，可得物体所受合外力．根据牛顿第二定律可求出物体的加速度，再依据初始条件和运动学公式就可解出前一段运动的末速度．运用同样的思路也可解答后一段运动的滑行距离．
(3)解题步骤(投影)
解：确定研究对象，分析过程(画过程图)，进行受力分析(画受力图)．
前4秒根据牛顿第二定律列方程：
水平方向
F-f=ma
竖直方向
N-G=0
引导学生总结解题步骤：确定对象、分析过程、受力分析、画图、列方程、求解、检验结果．
(4)讨论：若无第一问如何解？实际第一问的结果是第二问的初始条件，所以解题的过程不变．
(5)引申：这一类题目是运用已知的力学规律，作出明确的预见．它是物理学和技术上进行正确分析和设计的基础，如发射人造地球卫星进入预定轨道，带电粒子在电场中加速后获得速度等都属这一类题目．
2．已知运动情况求解受力情况
例题2(投影) 一辆质量为1.0×103kg的小汽车正以10m/s的速度行驶，现在让它在12.5m的距离内匀减速地停下来，求所需的阻力．
(1)审题分析
这个题目是根据运动情况求解汽车所受的阻力．研究对象：汽车m=1.0×103kg；运动情况：匀减速运动至停止v t=0，s=12.5m；初始条件：v0=10m/s，求阻力f．
(2)解题思路
由运动情况和初始条件，根据运动学公式可求出加速度；再根据牛顿第二定律求出汽车受的合外力，最后由受力分析可知合外力即阻力．
(3)解题步骤(投影)
画图分析
据牛顿第二定律列方程：
竖直方面
N-G=0
水平方面
f=ma=1.0×103×(-4)N=-4.0×103N
f为负值表示力的方向跟速度方向相反．
引导学生总结出解题步骤与第一类问题相同．
(5)引申：这一类题目除了包括求出人们熟知的力的大小和方向，还包括探索性运用，即根据观测到的运动去认识人们还不知道的物体间的相互作用的特点．牛顿发现万有引力定律、卢瑟福发现原子内部有个原子核都属于这类探索．
3．应用牛顿第二定律解题的规律分析(直线运动)
题目类型流程如下
由左向右求解即第一类问题，可将v t、v0、s、t中任何一个物理量作为未知求解．
由右向左求解即第二类问题，可将F、f、m中任一物量作为未知求解．
若阻力为滑动摩擦力，则有F-μmg=ma，还可将μ作为未知求解．
如：将例题2改为一物体正以10m/s的速度沿水平面运动，撤去拉力后匀减速滑行2.5m，求物体与水平面间动摩擦因数．
4．物体在斜向力作用下的运动
例题3(投影) 一木箱质量为m，与水平地面间的动摩擦因数为μ，现用斜向右下方与水平方向成θ角的力F推木箱，求经过t秒时木箱的速度．
解：(投影)
画图分析：
木箱受4个力，将力F沿运动方向和垂直运动方向分解：
水平分力为
Fcosθ
竖直分力为
Fsinθ
据牛顿第二定律列方程，竖直方向
N-Fsinθ-G=0 ①
水平方向
Fcosθ-f=ma ②
二者联系
f=μN ③
由①式得 N=Fsinθ+mg 代入③式有
f=μ(Fsinθ＋mg)
代入②式有 Fcosθ-μ(Fsinθ＋mg)=ma ，得
可见解题方法与受水平力作用时相同．
(三)课堂小结(引导学生总结)
1．应用牛顿第二定律解题可分为两类：一类是已知受力求解运动情况；一类是已知运动情况求解受力．
2．不论哪种类型题目的解决，都遵循基本方法和步骤，即分析过程、建立图景、确定研究对象、进行受力分析、根据定律列方程，进而求解验证效果．在解题过程中，画图是十分重要的，包括运动图和受力图，这对于物体经过多个运动过程的问题更是必不可少的步骤．3．在斜向力作用下，可将该力沿运动方向和垂直运动方向分解，转化为受水平力的情形．解
题方法相同．
五、板书设计：
F=ma的应用：F为合外力
题目类型流程如下
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．如图所示，在竖直面内A点固定有一带电的小球，可视为点电荷。

在带电小球形成的电场中，有一带电粒子在水平面内绕O点做匀速圆周运动，下列说法正确的是
A．粒子运动的水平面为等势面
B．粒子运动的轨迹在一条等势线上
C．粒子运动过程中所受的电场力不变
D．粒子的重力可以忽略不计
2．用水平力F拉着一物体在水平面上做匀速运动，某时刻将力F随时间均匀减小，物体所受的摩擦力随时间的变化如图中实线所示，下列说法中正确的是（）
A．F做功的功率是从t1时刻开始减小的，t2时刻F做功的功率刚好变为零
B．F做功的功率是从t1时刻开始减小的，t3时刻F做功的功率刚好变为零
C．F做功的功率是从t2时刻开始减小的，t2时刻F做功的功率刚好变为零
D．F做功的功率是从t2时刻开始减小的，t3时刻F做功的功率刚好变为零
3．如图所示，半圆槽 MABCN在竖直面内，M点、N点是半圆的水平直径的两个端点，O点是半圆圆心，OB 为竖直半径，A、C为半圆周上的两点，两点连线AC垂直平分OB。

现有三个小球a、b、c，先从M点水平向右先后抛出a、b两小球，两球依次落在A、B两点；再从P点水平向右抛出c球(P是直径MN上的某一点)，c球恰好垂直圆周击中C点，则下列说法中正确的是
A．a、b、c三球的下落时间之比为1︰2︰1
B．c球抛出点P有可能与M点重合
C．a、b、c三球的平抛初速度之比为(2－)︰︰2
D．a、b、c三球的机械能之比为(7－4)：2：12
4．一含有理想自耦变压器的电路如图所示，变压器副线圈匝数可调，原线圈串联定值电阻r后接在有效值为220 V的正弦式交流电源上，定值电阻R = 4r。

当副线圈匝数调至某位置时，R和r的功率恰好相等。

则此时原副线圈匝数比为（）
A．2:1
B．4:1
C．1:2
D．1:4
5．真空中质量为m的带正电小球由A点无初速自由下落t秒，在t秒末加上竖直向上、范围足够大的匀强电场，再经过t秒小球又回到A点。

小球电荷量不变且小球从未落地，重力加速度为g。

则
A．整个过程中小球电势能变化了mg2t2
B．整个过程中小球速度增量的大小为2gt
C．从加电场开始到小球运动到最低点时小球动能变化了mg2t2
D．从A点到最低点小球重力势能变化了
6．如图所示，轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆M、N上的a、b两点，悬挂衣服的衣架钩是光滑的，挂于绳上处于静止状态．如果只人为改变一个条件，当衣架静止时，下列说法正确的是
A．绳的右端上移到b′，绳子拉力越大
B．将杆N向右移一些，绳子拉力变大
C．绳的两端高度差越小，绳子拉力越小
D．若换挂质量更大的衣服，则衣服架悬挂点右移
二、多项选择题
7．下列说法正确的是___________
A．在一定条件下，热量可能从低温物体传递到高温物体
B．“油膜法估测分子大小”的实验中，估算油酸分子直径用的是油酸酒精溶液的体积除以油膜的面积C．不浸润现象说明固体分子对液体分子的吸引力大于液体分子之间的吸引力
D．雨后叶子表面上的小水珠接近球形主要是液体表面张力作用的结果
E. 第二类永动机违背了热力学第二定律
8．下列说法正确的是_____
A．空气中大量PM2.5的运动也是分子热运动
B．温度相同的氧气和氢气，分子的平均动能相同
C．温度相同的氧气和氢气，氢气的内能一定大
D．气体等压压缩过程一定放出热量，且放出的热量大于内能的减少
E. 晶体熔化过程分子势能增加
9．A、B为电场中一直线上的两个点，带正电的点电荷只受电场力的作用，从A点以某一初速度做直线运动到B点，其电势能Ep随位移x的变化关系如图所示．则从A到B过程中，下列说法正确的是( )
A．点电荷的速度先增大后减小
B．空间电场是某负点电荷形成的
C．电荷所受电场力先减小后增大
D．空间各点的电势先升高后降低
10．如图所示，一个内壁光滑的圆锥筒的轴线垂直于水平面，圆锥筒固定不动，有两个质量相同的小球A 和B紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动，则下列说法不正确
．．．的是( )
A．球A的线速度必定大于球B的线速度
B．球A的角速度必定等于球B的角速度
C．球A的运动周期必定小于球B的运动周期
D．球A对筒壁的压力必定大于球B对筒壁的压力
三、实验题
11．某架战斗机在水平跑道上加速滑跑的过程可视为匀加速直线运动，若该战斗机速度由40m/s加速至速度为50m/s的过程需要滑跑100m。

已知飞机质量m＝7.0×104kg，滑跑时受到的阻力为自身重力的0.1倍，重力加速度g取10m/s2．求：
（1）飞机滑跑过程中加速度a的大小；
（2）飞机滑跑过程中牵引力的平均功率P.
12．如图所示电路，电源电动势为1.5V，内阻为0.12Ω，外电路的电阻为1.38Ω，求电路中的电流和路端电压．
四、解答题
13．如图甲所示，在直角坐标系中的0≤x≤L区域内有沿y轴正方向的匀强电场，右侧有以点（2L，0）为圆心、半径为L的圆形区域，与x轴的交点分别为M、N，在xOy平面内，从电离室产生的质量为m、带电荷量为e的电子以几乎为零的初速度从P点飘入电势差为U的加速电场中，加速后经过右侧极板上的小
孔Q点沿x轴正方向进入匀强电场，已知O、Q两点之间的距离为，飞出电场后从M点进入圆形区域，
不考虑电子所受的重力。

（1）求0≤x≤L区域内电场强度E的大小和电子从M点进入圆形区域时的速度v M；
（2）若圆形区域内加一个垂直于纸面向外的匀强磁场，使电子穿出圆形区域时速度方向垂直于x轴，求所加磁场磁感应强度B的大小和电子在圆形区域内运动的时间t；
（3）若在电子从M点进入磁场区域时，取t＝0，在圆形区域内加如图乙所示变化的磁场（以垂直于纸面向外为正方向），最后电子从N点飞出，速度方向与进入圆形磁场时方向相同，请写出磁场变化周期T满足的关系表达式。

14．如图所示：在x轴和边界AB间有方向垂直于平面向里的匀强磁场，宽度为L1=m，磁感应强
度的大小为B=0.5T。

在边界AB和CD间有沿x轴正方向的匀强电场，宽度为L2=m。

电磁场的边界线与
y轴垂直。

一带正电的粒子以v=1×107m/s的速度从O点沿与x轴正方向成θ=30°方向射入磁场，经过M 点（边界线AB与y轴的交点）进入电场，最后恰好垂直边界CD射出电场。

不计重力。

（1）定性画出该粒子在电磁场中运动的轨迹；
（2）求该粒子的比荷以及在磁场中运动的时间；
（3）求匀强电场的场强E。

【参考答案】
一、单项选择题
题号 1 2 3 4 5 6
答案 B A C C B B
二、多项选择题
7．ADE
8．BDE
9．CD
10．BCD
三、实验题
11．（1）4.5m/s2（2）1.73×107W
12．1A； 1.38V
四、解答题
13．（1），，设v M的方向与x轴的夹角为θ，θ＝45°；（2），；（3）T的表达式为（n＝1，2，3，…）
14．（1）（2），（3）
高考理综物理模拟试卷
注意事项：
1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。

3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。

4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。

一、单项选择题
1．用水平力F拉着一物体在水平面上做匀速运动，某时刻将力F随时间均匀减小，物体所受的摩擦力随时间的变化如图中实线所示，下列说法中正确的是（）
A．F做功的功率是从t1时刻开始减小的，t2时刻F做功的功率刚好变为零
B．F做功的功率是从t1时刻开始减小的，t3时刻F做功的功率刚好变为零
C．F做功的功率是从t2时刻开始减小的，t2时刻F做功的功率刚好变为零
D．F做功的功率是从t2时刻开始减小的，t3时刻F做功的功率刚好变为零
2．如图甲所示，abcd为边长为L=1m的正方形金属线框，电阻为R=2Ω，虚线为正方形的对称轴，虚线上方线框内有按图乙变化的匀强磁场，虚线下方线框内有按图丙变化的匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里为正，则线框中的感应电流大小为
A． A B． A C． A D． A
3．甲、乙两种金属发生光电效应时，光电子的最大初动能与入射光频率间的函数关系分别如图中的Ⅰ、Ⅱ所示．下列判断正确的是( )
A．Ⅰ与Ⅱ不一定平行
B．甲金属的极限频率大
C．图象纵轴截距由入射光强度判定
D．Ⅰ、Ⅱ的斜率是定值，与入射光和金属材料均无关系
4．如图所示，M、N为平行板电容器的两个金属极板，G为静电计，开始时闭合开关S，静电计张开一定角度。

则下列说法正确的是
A．开关S保持闭合状态，将R的滑片向右移动，静电计指针张开角度增大
B．开关S保持闭合状态，将两极板间距增大，静电计指针张开角度增大
C．断开开关S后，将两极板间距增大，板间电压不变
D．断开开关S后，紧贴下极板插入金属板，板间场强不变
5．如图所示，两等量同种正点电荷固定在真空中，在它们连线的中垂线上有A、B两点，O为连线中点，C为连线上一点，下列结论正确的是（）
A．B点场强一定大于A点场强
B．B点电势一定低于A点电势
C．若把一正电荷从A沿直线移到C，电势能增加
D．若一负电荷仅在电场力下从C沿直线运动到O，加速度将变大
6．如图所示为某电场中x轴上电势φ随x变化的图象，一个带电粒子仅受电场力作用在x=0处由静止释放沿x轴正向运动，且以一定的速度通过x=x2处，则下列说法正确的是( )
A．x1和x2处的电场强度均为零
B．x1和x2之间的场强方向不变
C．粒子从x=0到x=x2过程中，电势能先增大后减小
D．粒子从x=0到x=x2过程中，加速度先减小后增大
二、多项选择题
7．下列说法中正确的是______
A.温度相同的氢气和氮气，氢气分子比氨气分子的平均速率大
B.由阿伏加德罗常数、气体的摩尔质量和气体的密度，可以估算出理想气体分子间的平均距离
C.当理想气体的体积增加时，气体的内能一定增大
D.将碳素墨水滴入清水中，观察到布朗运动是碳分子的无规则运动
E.容器内一定质量的理想气体体积不变，温度升高，则单位时间内撞击容器壁的分子数增加．
8．热学中有很多图像，对下列一定质量的理想气体图像的分析，正确的是_______。

A．甲图中理想气体的体积一定不变
B．乙图中理想气体的温度一定不变
C．丙图中理想气体的温度一定不变
D．丁图中理想气体从P到Q，可能经过了温度先降低后升高的过程
E．戊图中实线对应的气体温度一定高于虚线对应的气体温度
9．下列说法正确的是___________
A．弹簧振子的回复力，由弹簧的弹力提供
B．单摆振动的周期，一定等于它固有周期
C．机械波从一种介质进入另一种介质，如果波速变大，那么波长一定变大
D．在干涉现象中，振动加强点的位移有时可能比振动减弱的点的位移小
E. 发生多普勒效应时，波源发出的波的频率并没有发生变化
10．下表是一些有关火星和地球的数据，利用万有引力常量G和表中选择的一些信息可以完成的估算是
A．选择②⑤可以估算地球质量
B．选择①④可以估算太阳的密度
C．选择①③④可以估算火星公转的线速度
D．选择①②④可以估算太阳对地球的吸引力
三、实验题
11．如图所示，线圈内有理想边界的磁场，当磁场以B=（2-2t）T的规律变化时，有一带质量为10-5kg的带电的粒子静置于平行板（两板水平放置）电容器中间，设线圈的面积为0.1m2．则：
（1）求线圈产生的感应电动势的大小和方向（顺时针或逆时针）；
（2）求带电粒子的电量．（重力加速度为g=10m/s2，电容器两板间的距离为0.02m）
12．古代战场上人们设计了如图所示的自动投石装置，其左端固定一弹簧，A为放入石块口，BC是一长为1.5R的竖直细管，上半部CD是半径为R的四分之一圆弧弯管，管口沿水平方向。

投石时，每次总将弹簧长度压缩到相同位置后锁定，在弹簧右端放置一块石头，解除锁定，弹簧可将石头向右弹射出去。

在某次投放时，将质量为m的石块放入该装置中，解除锁定后石块到达管口D时，对管壁的作用力恰好为零。

不计石块在运动过程中的机械能损失，且锁定和解除锁定时，均不改变弹簧的弹性势能。

已知重力加速度为g。

求：
(1)该石块到达管口D时的速度大小v1；
(2)弹簧被锁定时的弹性势能E p；
(3)已知山坡与水平地面相距2R，若使该投石管绕中轴线OO′在角的范围内来回缓慢转动，每次弹射时只放置一块石头，石块的质量在m到m之间变化，持续投放足够长时间后，石块能够落到水平地面的最大面积S是多少？
四、解答题
13．如图所示，质量为2m的小滑块P和质量为m的小滑块Q都视作质点，与轻质弹簧相连的Q静止在光滑水平面上．P以某一初速度v向Q运动并与弹簧发生碰撞，问：
（1）弹簧的弹性势能最大时，P，Q的速度各为多大？
（2）弹簧的最大弹性势能是多少？
14．如图所示A、B质量分别为mA=1kg，mB=2kg，AB间用弹簧连接着，弹簧弹性系数k=100N/m，轻绳一端系在A上，另一端跨过定滑轮，B为套在轻绳上的光滑圆环，另一圆环C固定在桌边，B被C挡住而静止在C上，若开始时作用在绳子另一端的拉力F为零，此时A处于静止且刚没接触地面。

现用恒定拉力F=15N拉绳子，恰能使B离开C但不能继续上升，不计摩擦且弹簧没超过弹性限度，g=10m/s2求:
（1）B刚要离开C时A的加速度,
（2）若把拉力F改为F/=30N，则B刚要离开C时，A的速度大小。

【参考答案】
一、单项选择题
题号 1 2 3 4 5 6
答案 A C D D C D
二、多项选择题
7．ABE
8．ACE
9．CDE
10．AC
三、实验题
11．（1）0.2V，方向顺时针（2）
12．(1) (2)3mgR (3)
四、解答题
13．（1）P、Q的速度相同，为（2）14．(1)竖直向下（2）。