【高考领航】上海市高考物理总复习 3-2 牛顿第二定律及应用课件

F 合＝ma 中，F 合、m、a 对应同一物体 同一性
或同一系统，各量统一使用国际单位 ①作用于物体上的每一个力各自产生 的加速度都遵从牛顿第二定律 独立性 ②物体的实际加速度等于每个力产生 的加速度的矢量和
2.瞬时加速度的问题分析 分析物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是明确该时刻物体的 受力情况及运动状态，再由牛顿第二定律求出瞬时加速度，此类问 题应注意以下几种模型：
2．超重、失重和完全失重比较
超重现象
失重现象
完全失重
概念
物体对支持物的 物体对支持物的 物体对支持物的
压力(或对悬挂 压力(或对悬挂物 压 力 ( 或 对 悬 挂
物的拉力)大于 的拉力)小于物体 物 的 拉 力 ) 等 于
物体所受重力的 所受重力的现象 零的现象
现象
产生 条件
物体的加速度方
物体的加速度方 物体的加速度方
◆特别提醒：(1)发生超、失重现象时，并不是物体的重力发生 了变化，而是视重发生了变化．
(2)物体超重或失重的多少是由发生超、失重现象的物体的质量 和竖直方向的加速度共同决定的，其大小等于 ma.
3．如图所示，A、B 两物体叠放在一起，以 相同的初速度上抛(不计空气阻力)．下列说法正确的是( )
2．在中学阶段国际单位制中的基本物理量和基本单位
物理量名称 物理量符号 单位名称 单位符号
长度
lБайду номын сангаас
米
m
质量
m
千克
kg
时间
t
秒
s
电流
I
安[培]
A
热力学温度
T
开[尔文]
K
物质的量
n
摩[尔]
mol
四、超重和失重 1．视重：当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧 测力计或台秤的示数称为视重，视重大小等于测力计所受物体的拉 力或台秤所受物体的压力．
答案：A
三、对超重、失重问题的理解 1．尽管物体的加速度不是竖直方向，但只要其加速度在竖直方 向上有分量即 ay≠0，物体就会出现超重或失重状态．当 ay 方向竖直 向上时，物体处于超重状态；当 ay 方向竖直向下时，物体处于失重 状态． 2．尽管整体没有竖直方向的加速度，但只要物体的一部分具有 竖直方向的分加速度，整体也会出现超重或失重状态．
第2节 牛顿第二定律及应用
一、牛顿第二定律 1．内容 物体加速度跟受到的作用力成正比，跟物体的质量成反比，加 速度的方向跟作用力的方向相同． 2．公式：F＝ma
3．适用范围 (1)只适用于研究惯性系中运动与力的关系，不能用于非惯性系； (2)只适用于解决宏观物体的低速运动问题，不能用来处理微观 粒子高速运动问题．
向竖直向下，大
向竖直向上
向竖直向下
小 a＝g
列原 F－mg＝ma 理式 F＝m(g＋a) 运动 加速上升或 状态 减速下降
mg－F＝ma mg－F＝ma F＝m(g－a) F＝0 加速下降或 无 阻 力 的 抛 减速上升 体运动情况
②物体向上运动的时候才出现超重，向下运动的时候才出现失 重，这种说法是否正确，为什么？
【点拨】 解答动力学两类问题的关键： (1)做好受力分析，正确画出受力图，求出合力． (2)做好运动过程分析，画出运动过程简图，确定各运动量间的 关系．
三、单位制 1．单位制 由基本单位和导出单位一起构成单位制． (1)基本单位 在力学中，选定长度、时间和质量三个物理量的单位为基本单 位． (2)导出单位 根据物理公式中其他物理量和基本物理量的关系，推导出的物 理量的单位．
3．超重并不是说重力增加了，失重并不是说重力减小了，完全 失重也不是说重力完全消失了．在发生这些现象时，物体的重力依 然存在，且不发生变化，只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉 力)发生变化．
4．在完全失重的状态下，平常一切由重力产生的物理现象都会 完全消失，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再 产生向下的压强等．
(1)刚性绳(或接触面)：认为是一种不发生明显形变就能产生弹力 的物体，若剪断(或脱离)后，其中弹力立即消失，不需要形变恢复时 间，一般题目中所给细线和接触面在不加特殊说明时，均可按此模 型处理．
(2)弹簧(或橡皮绳)：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不变．
1．如图甲所示，在粗糙的水平面上，质量分别为 m 和 M(m∶M ＝1∶2)的物块 A、B 用轻弹簧相连，两物块与水平面间的动摩擦因 数相同．当用水平力 F 作用于 B 上且两物块共同向右加速运动时， 弹簧的伸长量为 x1.当用同样大小的力 F 竖直加速提升两物块时(如 图乙所示)，弹簧的伸长量为 x2，则 x1∶x2 等于( )
平面上有一个质量为 m＝1 kg 的小球，小球与水平 轻弹簧及与竖直方向成 θ＝45°角的不可伸长的轻绳 一端相连，如图所示．此时小球处于静止平衡状态，且水平面对小 球的弹力恰好为零，取 g＝10 m/s2.求：
(1)此时轻弹簧的弹力大小为多少？ (2)当剪断轻绳的瞬间，小球的加速度大小和方向？ (3)当剪断弹簧的瞬间小球的加速度为多少？
特性
内部 受外力时 力能否 产生拉力或压
质量
模型
弹力 的形变量 突变
力
轻绳
微小不计
可以
只有拉力没有 压力
橡皮绳 轻弹簧
不计
处处 相等
较大 较大
不能 不能
只有拉力 没有压力 既可有拉力 也可有压力
轻杆
微小不计
可以
既可有拉力 也可有支持力
◆特别提醒：在求解瞬时性问题时应注意： (1)物体的受力情况和运动情况是时刻对应的，当外界因素发生 变化时，需要重新进行受力分析和运动分析． (2)加速度可以随着力的突变而突变，而速度的变化需要一个过 程的积累，不会发生突变．
A．1∶1
B．1∶2
C．2∶1
D．2∶3
解析：水平放置时，F－μ(m＋M)g＝(M＋m)a1，kx1－μmg＝ma1， 可得 x1＝Mm＋Fmk，竖直放置时：F－(m＋M)g＝(M＋m)a2，kx2－
mg＝ma2，x2＝Mm＋Fmk，故 x1∶x2＝1∶1，A 正确．
答案：A
二、解决动力学两类问题的基本方法和步骤 1．由受力情况判断物体的运动状态，处理这类问题的基本思路 是：先求出几个力的合力，由牛顿第二定律(F 合＝ma)求出加速度， 再由运动学的有关公式求出速度或位移． 2．由运动情况判断受力情况，处理这类问题的基本思路是：已 知加速度或根据运动规律求出加速度，再由牛顿第二定律求出合力， 从而确定未知力，至于牛顿第二定律中合力的求法可用力的合成和 分解法则(平行四边形定则)或正交分解法．
①F 合＝ma 的变形公式 a＝Fm合与运动学中 a＝ΔΔvt 有什么区别？ 提示：公式 a＝Fm合是加速度的决定式，a 与 F 合和 m 有正反比关 系；而公式 a＝ΔΔvt 是加速度的定义式，a 与 Δv 和 Δt 无关．
二、牛顿定律的应用 1．动力学的两类基本问题 (1)由受力情况判断物体的运动状态． (2)由运动情况判断物体的受力情况． 2．解决两类基本问题的方法 以加速度为桥梁，由运动学公式和牛顿运动定律列方程求解．
解析：最高点速度为零，物体受重力和阻力，合力不可能为零， 加速度不为零，故 B 项错．上升时做匀减速运动，h＝12a1t21，下落时 做匀加速运动，h＝12a2t22，又因为 a1＝mgm＋f，a2＝mgm－f，所以 t1<t2， 故 C、D 错误．根据能量守恒，开始时只有动能，因此开始时动能 最大，速度最大，故 A 项正确．
解析：先选 M 为研究对象，由牛顿第二定律知 2f－Mg＝Ma1① 再选整体为研究对象： F－(M＋m)g＝(M＋m)a2② 要使木块不滑动则 a1＝a2 由①②联立解得 F＝2fMM＋m，故 A 项正确．
答案：A
考向一 应用牛顿第二定律分析瞬时加速度 (2013·郑州模拟)在动摩擦因数 μ＝0.2 的水
提示：这是一种错误的认识．超重与失重跟物体运动速度的方 向无关，只由物体运动的加速度来决定：加速度向上就是处于超重 状态；加速度向下就是处于失重状态．
一、牛顿第二定律的理解 1．“五个”性质
公式 F 合＝ma 是矢量式，任一时刻，F 合与 同向性
a 同向 a 与 F 合对应同一时刻，即 a 为某时刻的加 瞬时性 速度时，F 合为该时刻物体所受合外力 F 合是产生 a 的原因，物体具有加速度是因 因果性 为物体受到了力
3．解题步骤 (1)明确研究对象．根据问题的需要和解题的方便，选出被研究 的物体． (2)分析物体的受力情况和运动情况．画好受力分析图，明确物 体的运动性质和运动过程． (3)选取正方向或建立坐标系．通常以加速度的方向为正方向或 以加速度方向为某一坐标轴的正方向． (4)求合外力 F 合．
(5)根据牛顿第二定律 F 合＝ma 列方程求解，必要时还要对结果 进行讨论．
4．(2012·高考江苏卷)如图所示，一夹子夹住木 块，在力 F 作用下向上提升．夹子和木块的质量分 别为 m、M，夹子与木块两侧间的最大静摩擦力均为 f. 若木块不滑动，力 F 的最大值是( )
2fm＋M A. M
2fm＋M B. m C.2fmM＋M－(m＋M)g D.2fmm＋M＋(m＋M)g
4．涉及隔离法与整体法的具体问题 (1)涉及滑轮的问题，若要求绳的拉力，一般都必须采用隔离 法．若绳跨过定滑轮，连接的两物体虽然加速度方向不同，但大小 相同． (2)固定斜面上的连接体问题．这类问题一般多是连接体(系统) 各物体保持相对静止，即具有相同的加速度．解题时，一般采用先 整体、后隔离的方法．建立坐标系时也要考虑矢量正交分解越少越 好的原则，或者正交分解力，或者正交分解加速度． (3)斜面体(或称为劈形物体、楔形物体)与在斜面体上物体组成的 连接体(系统)的问题．当物体具有加速度，而斜面体静止的情况，解 题时一般采用隔离法分析．
(6)分析流程图
◆特别提醒：(1)物体的运动情况是由所受的拉力和物体运动的 初始状态共同决定的．
(2)无论是哪种情况，联系力和运动的“桥梁”是加速度．
2．将一个物体以某一速度从地面竖直向上抛出，设物体在运动 过程中所受空气阻力大小不变，则物体( )
A．刚抛出时的速度最大 B．在最高点的加速度为零 C．上升时间大于下落时间 D．上升时的加速度等于下落时的加速度
【思路点拨】 正确分析物体在这一瞬间时前后的受力及运动 状态，注意轻绳和轻弹簧两种模型的特点及牛顿第二定律的瞬时性．
【解析】 (1)因此时水平面对小球的弹力为零，小球在绳没有 断时受到绳的拉力 T 和弹簧的弹力 F 作用而处于平衡状态，依据平 衡条件得
竖直方向有：Tcos θ＝mg， 水平方向有：Tsin θ＝F， 解得弹簧的弹力为：N＝mgtan θ＝10 N (2)剪断绳后小球在竖直方向仍平衡，水平面支持力平衡重力 N′＝mg，
A．在上升和下降过程中 A 对 B 的压力一定为零 B．上升过程中 A 对 B 的压力大于 A 物体受到的重力 C．下降过程中 A 对 B 的压力大于 A 物体受到的重力 D．在上升和下降过程中 A 对 B 的压力等于 A 物体受到的重力 解析：对于 A、B 整体只受重力作用，做竖直上抛运动，处于完 全失重状态，不论上升还是下降过程，A 对 B 均无压力，只有 A 项 正确． 答案：A
由牛顿第二定律得小球的加速度为： a＝F－mμN′＝8 m/s2，方向向左． (3)当剪断弹簧的瞬间，小球立即受地面支持力和重力，且二力 平衡，加速度为 0. 【答案】 (1)10 N (2)8 m/s2 方向向左 (3)0
【方法指引】 分析物体的瞬时问题，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，此类问 题应注意两种基本模型的建立．
四、整体法与隔离法的选取原则 1．隔离法的选取原则：若连接体或关联体内各物体的加速度不 相同，或者要求出系统内两物体之间的作用力时，就需要把物体从 系统中隔离出来，应用牛顿第二定律列方程求解． 2．整体法的选取原则：若连接体内各物体具有相同的加速度， 且不需要求物体之间的作用力，可以把它们看成一个整体来分析整 体受到的外力，应用牛顿第二定律求出加速度(或其他未知量)． 3．整体法、隔离法交替运用原则：若连接体内各物体具有相同 的加速度，且要求物体之间的作用力时，可以先用整体法求出加速 度，然后再用隔离法选取合适的研究对象，应用牛顿第二定律求作 用力．即“先整体求加速度，后隔离求内力”．