牛顿第二定律两类动力学问题及答案解析

牛顿第二定律两类动力学问题

知识点、两类动力学问题

1．动力学的两类基本问题

第一类：已知受力情况求物体的运动情况。

第二类：已知运动情况求物体的受力情况。

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第二定律列方程求解，具体逻辑关系如图：

对牛顿第二定律的理解

1．牛顿第二定律的“五个性质”

2．合力、加速度、速度的关系

(1)物体的加速度由所受合力决定，与速度无必然联系。

(2)合力与速度夹角为锐角，物体加速；合力与速度夹角为钝角，物体减速。

(3)a＝Δv

Δt

是加速度的定义式，a与v、Δv无直接关系；a＝

F

m

是加速度的决定式。

3．[应用牛顿第二定律定性分析]如图1所示，弹簧左端固定，右端自由伸长到O点并系住质量为m的物体，现将弹簧压缩到A点，然后释放，物体可以一直运动到B点。如果物体受到的阻力恒定，则( )

图1

A．物体从A到O先加速后减速

B．物体从A到O做加速运动，从O到B做减速运动

C．物体运动到O点时，所受合力为零

D．物体从A到O的过程中，加速度逐渐减小

解析物体从A到O，初始阶段受到的向右的弹力大于阻力，合力向右。随着物体向右运动，弹力逐渐减小，合力逐渐减小，由牛顿第二定律可知，加速度向右且逐渐减小，由于加速度与速度同向，物体的速度逐渐增大。当物体向右运动至AO间某点(设为点O′)时，弹力减小到与阻力相等，物体所受合力为零，加速度为零，速度达到最大。此后，随着物体继续向右运动，弹力继续减小，阻力大于弹力，合力方向变为向左。至O点时弹力减为零，此后弹力向左且逐渐增大。所以物体越过O′点后，合力(加速度)方向向左且逐渐增大，由于加速度与速度反

向，故物体做加速度逐渐增大的减速运动。综合以上分析，只有选项A正确。答案A

牛顿第二定律的瞬时性

【典例】(2016·安徽合肥一中二模)两个质量均为m的小球，用两条轻绳连接，处于平衡状态，如图2所示。现突然迅速剪断轻绳OA，让小球下落，在剪断轻绳的瞬间，设小球A、B的加速度分别用a1和a2表示，则( )

图2

A．a1＝g，a2＝g B．a1＝0，a2＝2g

C．a1＝g，a2＝0 D．a1＝2g，a2＝0

解析由于绳子张力可以突变，故剪断OA后小球A、B只受重力，其加速度a1＝a2＝g。故选项A正确。

答案A

【拓展延伸1】把“轻绳”换成“轻弹簧”

在【典例】中只将A、B间的轻绳换成轻质弹簧，其他不变，如图3所示，则典例选项中正确的是( )

图3

解析剪断轻绳OA后，由于弹簧弹力不能突变，故小球A所受合力为2mg，小球B所受合力为零，所以小球A、B的加速度分别为a1＝2g，a2＝0。故选项D正确。

答案D

【拓展延伸2】改变平衡状态的呈现方式

把【拓展延伸1】的题图放置在倾角为θ＝30°的光滑斜面上，如图4所示系统静止时，弹簧与细线均平行于斜面，在细线被烧断的瞬间，则下列说法正确的是( )

图4

A．a A＝0 a B＝1 2 g

B．a A＝g a B＝0

C．a A＝g a B＝g

D．a A＝0 a B＝g

解析细线被烧断的瞬间，小球B的受力情况不变，加速度为零。烧断前，分析整体受力可知线的拉力为T＝2mg sin θ，烧断瞬间，A受的合力沿斜面向下，大

小为2mg sin θ，所以A球的瞬时加速度为a A＝2g sin 30°＝g，故选项B正确。答案B

方法技巧

抓住“两关键”、遵循“四步骤”

(1)分析瞬时加速度的“两个关键”：

①明确绳或线类、弹簧或橡皮条类模型的特点。

②分析瞬时前、后的受力情况和运动状态。

(2)“四个步骤”：

第一步：分析原来物体的受力情况。

第二步：分析物体在突变时的受力情况。

第三步：由牛顿第二定律列方程。

第四步：求出瞬时加速度，并讨论其合理性。

1．[静态瞬时问题]如图5所示，A、B两球质量相等，光滑斜面的倾角为θ，图甲中，A、B两球用轻弹簧相连，图乙中A、B两球用轻质杆相连，系统静止时，挡板C与斜面垂直，轻弹簧、轻杆均与斜面平行，则在突然撤去挡板的瞬间有( )

图5

A．两图中两球加速度均为g sin θ

B．两图中A球的加速度均为零

C．图乙中轻杆的作用力一定不为零

D．图甲中B球的加速度是图乙中B球加速度的2倍

解析撤去挡板前，挡板对B球的弹力大小为2mg sin θ，因弹簧弹力不能突变，而杆的弹力会突变，所以撤去挡板瞬间，图甲中A球所受合力为零，加速度为零，B球所受合力为2mg sin θ，加速度为2g sin θ；图乙中杆的弹力突变为零，A、B球所受合力均为mg sin θ，加速度均为g sin θ，可知只有D正确。

答案D

2．[动态瞬时问题](2017·芜湖模拟)如图6所示，光滑水平面上，A、B两物体用轻弹簧连接在一起，A、B的质量分别为m1、m2，在拉力F作用下，A、B共同做匀加速直线运动，加速度大小为a，某时刻突然撤去拉力F，此瞬时A和B的加速度大小为a1和a2，则( )

图6

A．a1＝0，a2＝0

B．a1＝a，a2＝

m

2

m

1

＋m2

a

C．a1＝

m

1

m

1

＋m2

a，a

2

＝

m

2

m

1

＋m2

a

D．a1＝a，a2＝m 1 m 2 a

解析撤去拉力F的瞬间，物体A的受力不变，所以a1＝a，对物体A受力分析得：F弹＝m1a；撤去拉力F的瞬间，物体B受到的合力大小为F弹′＝m2a2，所以