(通用版)2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第三章 第14課時(shí) 牛頓第二定律(雙基落實(shí)課)講義(含解析)
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1、(通用版)2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第三章 第14課時(shí) 牛頓第二定律(雙基落實(shí)課)講義(含解析) 點(diǎn)點(diǎn)通(一) 牛頓第二定律的理解 1.牛頓第二定律 物體加速度的大小跟它受到的作用力成正比、跟它的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟作用力的方向相同。表達(dá)式為:F=ma。 2.適用范圍 (1)只適用于慣性參考系(相對地面靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系)。 (2)只適用于宏觀物體(相對于分子、原子)、低速運(yùn)動(dòng)(遠(yuǎn)小于光速)的情況。 3.牛頓第二定律的五個(gè)特性 矢量性 F=ma是矢量式,a與F同向 瞬時(shí)性 a與F對應(yīng)同一時(shí)刻 因果性 F是產(chǎn)生a的原因 同一性 F、m、a對應(yīng)同一個(gè)
2、物體,統(tǒng)一使用國際單位 獨(dú)立性 每一個(gè)力都產(chǎn)生各自的加速度 4.合力、加速度、速度間的決定關(guān)系 (1)不管速度是大是小,或是零,只要合力不為零,物體就有加速度。 (2)a=是加速度的定義式,a與Δv、Δt無必然聯(lián)系;a=是加速度的決定式,a∝F,a∝。 (3)合力與速度同向時(shí),物體做加速運(yùn)動(dòng);合力與速度反向時(shí),物體做減速運(yùn)動(dòng)。 [小題練通] 1.(魯科教材原題)在粗糙的水平面上,物體在水平推力作用下由靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。作用一段時(shí)間后,將水平推力逐漸減小到零(物體還在運(yùn)動(dòng)),則在水平推力逐漸減小到零的過程中( ) A.物體速度逐漸減小,加速度逐漸減小 B.物體速度
3、逐漸增大,加速度逐漸減小 C.物體速度先增大后減小,加速度先增大后減小 D.物體速度先增大后減小,加速度先減小后增大 解析:選D 由題意得推力F未減小之前物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng),則可判定推力F>摩擦力f,且 ma=F-f;當(dāng)推力F逐漸減小時(shí),加速度逐漸減小,但加速度方向與速度方向同向,物體仍加速即速度增大;當(dāng)推力F<摩擦力f后,此時(shí)ma=f-F,推力F減小,加速度又增大,且加速度與速度方向相反,物體減速即速度減小,綜上所述,選項(xiàng)D正確。 2.(2018·全國卷Ⅰ)如圖,輕彈簧的下端固定在水平桌面上,上端放有物塊P,系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)?,F(xiàn)用一豎直向上的力F作用在P上,使其向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)
4、。以x表示P離開靜止位置的位移,在彈簧恢復(fù)原長前,下列表示F和x之間關(guān)系的圖像可能正確的是( ) 解析:選A 設(shè)P靜止時(shí),彈簧的壓縮量為x0,則有kx0=mg,在彈簧恢復(fù)原長前,P受力如圖所示,根據(jù)牛頓第二定律得F+k(x0-x)-mg=ma,整理得F=kx+ma,即F是x的一次函數(shù),選項(xiàng)A正確。 3.(多選)(2019·清遠(yuǎn)實(shí)驗(yàn)中學(xué)模擬)一質(zhì)量為2 kg的物體,在5個(gè)共點(diǎn)力作用下處于平衡狀態(tài)?,F(xiàn)同時(shí)撤去大小分別為15 N和10 N的兩個(gè)力,其余的力保持不變,關(guān)于此后該物體運(yùn)動(dòng)的說法中正確的是( ) A.一定做勻變速直線運(yùn)動(dòng),加速度大小可能是5 m/s2 B.一定做勻變速運(yùn)動(dòng),
5、加速度大小可能等于重力加速度的大小 C.可能做勻減速直線運(yùn)動(dòng),加速度大小是2.5 m/s2 D.可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng),向心加速度大小是5 m/s2 解析:選BC 根據(jù)平衡條件知,其余力的合力與撤去的兩個(gè)力的合力大小相等、方向相反,則撤去大小分別為15 N和10 N的兩個(gè)力后,物體的合力大小范圍為5 N≤F合≤25 N,根據(jù)牛頓第二定律a=得,物體的加速度大小范圍為:2.5 m/s2≤a≤12.5 m/s2,若物體原來做勻速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)撤去的兩個(gè)力的合力方向與速度方向不在同一直線上時(shí),物體做勻變速曲線運(yùn)動(dòng),加速度大小可能為5 m/s2,當(dāng)撤去的兩個(gè)力方向相反,但合力方向與速度方向相同時(shí),物體
6、做勻減速直線運(yùn)動(dòng),加速度大小是2.5 m/s2,故A錯(cuò)誤,C正確;由于撤去兩個(gè)力后其余力保持不變,則物體所受的合力不變,一定做勻變速運(yùn)動(dòng),加速度大小可能等于重力加速度的大小,故B正確;由于撤去兩個(gè)力后其余力保持不變,在恒力作用下不可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng),故D錯(cuò)誤。 [融會(huì)貫通] (1)分析物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì),要從受力分析入手,先求合力,然后根據(jù)牛頓第二定律分析加速度的變化。 (2)速度增大或減小取決于加速度和速度方向間的關(guān)系,和加速度的大小沒有關(guān)系。 (3)加速度如何變化取決于物體的質(zhì)量和合外力,與物體的速度沒有關(guān)系。 點(diǎn)點(diǎn)通(二) 瞬時(shí)性問題 1.兩類模型 (1)剛性繩(或接觸面)—
7、—不發(fā)生明顯形變就能產(chǎn)生彈力,剪斷(或脫離)后,其彈力立即消失,不需要形變恢復(fù)時(shí)間。 (2)彈簧(或橡皮繩)——兩端同時(shí)連接(或附著)有物體,特點(diǎn)是形變量大,其形變恢復(fù)需要較長時(shí)間,在瞬時(shí)性問題中,認(rèn)為彈力保持不變。 2.解題思路 [小題練通] 1.如圖所示,A、B、C三個(gè)小球質(zhì)量均為m,A、B之間用一根沒有彈性的輕質(zhì)細(xì)線連在一起,B、C之間用輕彈簧拴接,整個(gè)系統(tǒng)用細(xì)線懸掛在天花板上并且處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)將A上面的細(xì)線剪斷,使A的上端失去拉力,則在剪斷細(xì)線的瞬間,A、B、C三個(gè)小球的加速度分別是( ) A.1.5g,1.5g,0 B.g,2g,0 C.g,g,g
8、 D.g,g,0 解析:選A 剪斷細(xì)線前,由平衡條件可知,A上端細(xì)線的拉力為3mg,A、B之間細(xì)線的拉力為2mg,輕彈簧的拉力為mg。在剪斷細(xì)線的瞬間,輕彈簧中拉力不變,C所受合外力為零,所以C的加速度為0;A、B被細(xì)線拴在一起,對A、B整體受力分析知,受二者重力和輕彈簧向下的拉力,由牛頓第二定律得,3mg=2ma,解得a=1.5g,選項(xiàng)A正確。 2.如圖所示,A、B兩球質(zhì)量相等,光滑斜面的傾角為θ。圖甲中,A、B兩球用輕彈簧相連,圖乙中A、B兩球用輕質(zhì)桿相連。系統(tǒng)靜止時(shí),擋板C與斜面垂直,輕彈簧、輕桿均與斜面平行,在突然撤去擋板的瞬間,則( ) A.兩圖中兩球加速度均為gsi
9、n θ B.兩圖中A球的加速度均為零 C.圖乙中輕桿的作用力一定不為零 D.圖甲中B球的加速度大小是圖乙中B球加速度大小的2倍 解析:選D 撤去擋板前,題圖甲和題圖乙中的A、B兩球的受力情況一樣,A球受輕彈簧(或輕桿)的彈力沿斜面向上,大小為mgsin θ,B球受到輕彈簧(或輕桿)的彈力沿斜面向下,大小為mgsin θ,B球受擋板的彈力沿斜面向上,大小為2mgsin θ,撤去擋板瞬間,輕桿受力可突變,而輕彈簧因?yàn)闆]有來得及改變形變量而不能改變彈力,所以題圖甲中A球的加速度為零,B球的加速度大小為2gsin θ,題圖乙中輕桿的存在使A、B兩球的加速度相同,由2mgsin θ=2ma,可得
10、A、B兩球的加速度大小a=gsin θ,方向沿斜面向下,D正確,A、B錯(cuò)誤;由上可知,題圖乙中輕桿的作用力為零,C錯(cuò)誤。 3.(多選)(2019·太原模擬)如圖所示,質(zhì)量為m的小球被一根橡皮筋A(yù)C和一根繩BC系住,當(dāng)小球靜止時(shí),橡皮筋處在水平方向上。下列判斷中正確的是( ) A.在AC被突然剪斷的瞬間,BC對小球的拉力不變 B.在AC被突然剪斷的瞬間,小球的加速度大小為gsin θ C.在BC被突然剪斷的瞬間,小球的加速度大小為 D.在BC被突然剪斷的瞬間,小球的加速度大小為gsin θ 解析:選BC 設(shè)小球靜止時(shí)BC繩的拉力為F,AC橡皮筋的拉力為T,由平衡條件可得:Fco
11、s θ=mg,F(xiàn)sin θ=T,解得:F=,T=mgtan θ,在AC被突然剪斷的瞬間,BC上的拉力F也發(fā)生了突變,小球的加速度方向沿與BC垂直的方向且斜向下,大小為a==gsin θ,B正確,A錯(cuò)誤;在BC被突然剪斷的瞬間,橡皮筋A(yù)C的拉力不變,小球的合力大小與BC被剪斷前拉力的大小相等,方向沿BC方向斜向下,故加速度大小為a==,C正確,D錯(cuò)誤。 [融會(huì)貫通] (1)物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況是時(shí)刻對應(yīng)的,當(dāng)外界因素發(fā)生變化時(shí),需要重新進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)分析。 (2)加速度可以隨著力的突變而突變,而速度的變化需要一個(gè)積累的過程,不會(huì)發(fā)生突變。 點(diǎn)點(diǎn)通(三) 超重和失重問題 1.超
12、重和失重的概念 視重 當(dāng)物體掛在彈簧測力計(jì)下或放在水平臺(tái)秤上時(shí),彈簧測力計(jì)或臺(tái)秤的示數(shù)稱為視重。視重大小等于彈簧測力計(jì)所受物體的拉力或臺(tái)秤所受物體的壓力 超重 物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體所受重力的現(xiàn)象稱為超重。超重的條件是:物體具有向上的加速度 失重 物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的現(xiàn)象稱為失重。失重的條件是:物體具有向下的加速度 完全失重 物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?等于零的現(xiàn)象稱為完全失重。完全失重的條件是:物體的加速度為重力加速度 2.對超重和失重現(xiàn)象的理解 (1)發(fā)生超重或失重現(xiàn)象時(shí),物體所受的重力沒有變化,只是
13、物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?變大或變小了(即“視重”變大或變小了)。 (2)只要物體有向上或向下的加速度,物體就處于超重或失重狀態(tài),與物體向上運(yùn)動(dòng)還是向下運(yùn)動(dòng)無關(guān)。 (3)即使物體的加速度不沿豎直方向,但只要在豎直方向上有分量,物體就會(huì)處于超重或失重狀態(tài)。 (4)物體超重或失重多少由物體的質(zhì)量m和豎直加速度a共同決定,其大小等于ma。 (5)在完全失重的狀態(tài)下,一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會(huì)完全消失,如天平失效、浸在水中的物體不再受浮力作用、液體柱不再產(chǎn)生壓強(qiáng)等。 [小題練通] 1.應(yīng)用物理知識(shí)分析生活中的常見現(xiàn)象,可以使物理學(xué)習(xí)更加有趣和深入。例如平伸手掌托起物體,由靜止
14、開始豎直向上運(yùn)動(dòng),直至將物體拋出。對此現(xiàn)象分析正確的是( ) A.手托物體向上運(yùn)動(dòng)的過程中,物體始終處于超重狀態(tài) B.手托物體向上運(yùn)動(dòng)的過程中,物體始終處于失重狀態(tài) C.在物體離開手的瞬間,物體的加速度大于重力加速度 D.在物體離開手的瞬間,手的加速度大于重力加速度 解析:選D 手托物體由靜止開始向上運(yùn)動(dòng),一定先做加速運(yùn)動(dòng),物體處于超重狀態(tài);然后可能勻速上升,物體既不超重也不失重;也可能減速上升,物體處于失重狀態(tài),選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;在物體離開手的瞬間,二者分離,不計(jì)空氣阻力,物體只受重力,物體的加速度一定等于重力加速度;要使手和物體分離,手向下的加速度一定大于物體向下的加速度,即手的
15、加速度大于重力加速度,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。 2.廣州塔,昵稱小蠻腰,總高度達(dá)600米,游客乘坐觀光電梯大約1 min就可以到達(dá)觀光平臺(tái)。若電梯簡化成只受重力與繩索拉力,已知電梯在t=0時(shí)由靜止開始上升,at圖像如圖所示。則下列說法正確的是( ) A.t=4.5 s時(shí),電梯處于失重狀態(tài) B.5~55 s時(shí)間內(nèi),繩索拉力最小 C.t=59.5 s時(shí),電梯處于超重狀態(tài) D.t=60 s時(shí),電梯速度恰好為零 解析:選D 由題圖可判斷:t=4.5 s時(shí),電梯有向上的加速度,電梯處于超重狀態(tài),A錯(cuò)誤;0~5 s時(shí)間內(nèi),電梯處于超重狀態(tài),拉力>重力,5~55 s時(shí)間內(nèi),電梯處于勻速上升過
16、程,拉力=重力,55~60 s時(shí)間內(nèi),電梯處于失重狀態(tài),拉力<重力,綜上所述,B、C錯(cuò)誤;因at圖線與t軸所圍的“面積”表示速度改變量,而題圖中橫軸上方的“面積”與橫軸下方的“面積”相等,則電梯的速度在t=60 s時(shí)為零,D正確。 3.為了讓乘客乘車更為舒適,某探究小組設(shè)計(jì)了一種新的交通工具,乘客的座椅能隨著坡度的變化而自動(dòng)調(diào)整,使座椅始終保持水平,如圖所示。當(dāng)此車減速上坡時(shí),則乘客(僅考慮乘客與水平面之間的作用)( ) A.處于超重狀態(tài) B.不受摩擦力的作用 C.受到向后(水平向左)的摩擦力作用 D.所受合力豎直向上 解析:選C 當(dāng)車減速上坡時(shí),加速度方向沿斜坡向下,人的加速
17、度與車的加速度相同,根據(jù)牛頓第二定律知人所受的合力方向沿斜坡向下,合力的大小不變,則人受重力、支持力和水平向左的靜摩擦力,如圖所示。將加速度沿豎直方向和水平方向分解,則有豎直向下的加速度,所以乘客處于失重狀態(tài),故A、B、D錯(cuò)誤,C正確。 [融會(huì)貫通] 判斷超重和失重現(xiàn)象的三個(gè)角度和技巧 (1)從受力的角度判斷。當(dāng)物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力時(shí),物體處于超重狀態(tài),小于重力時(shí)處于失重狀態(tài),等于零時(shí)處于完全失重狀態(tài)。 (2)從加速度的角度判斷。當(dāng)物體具有向上的加速度時(shí)處于超重狀態(tài),具有向下的加速度時(shí)處于失重狀態(tài),向下的加速度為重力加速度時(shí)處于完全失重狀態(tài)。 (3)從速度變化的角度
18、判斷。 ①物體向上加速或向下減速時(shí),超重。 ②物體向下加速或向上減速時(shí),失重。 點(diǎn)點(diǎn)通(四) 單位制 1.單位制:由基本單位和導(dǎo)出單位組成。 2.基本單位:基本量的單位。力學(xué)中的基本量有三個(gè),它們分別是質(zhì)量、時(shí)間、長度,它們的國際單位分別是千克、秒、米。 3.導(dǎo)出單位:由基本量根據(jù)物理關(guān)系推導(dǎo)出來的其他物理量的單位。 4.國際單位制中的七個(gè)基本物理量和基本單位 物理量名稱 物理量符號(hào) 單位名稱 單位符號(hào) 長度 l 米 m 質(zhì)量 m 千克 kg 時(shí)間 t 秒 s 電流 I 安[培] A 熱力學(xué)溫度 T 開[爾文] K 物質(zhì)的量 n
19、 摩[爾] mol 發(fā)光強(qiáng)度 IV 坎[德拉] cd [小題練通] 1.在國際單位制中,力學(xué)和電學(xué)的基本單位有:m(米)、kg(千克)、s(秒)、A(安培)。導(dǎo)出單位V(伏特),用上述基本單位可表示為( ) A.m2·kg·s-4·A-1 B.m2·kg·s-3·A-1 C.m2·kg·s-2·A-1 D.m2·kg·s-1·A-1 解析:選B 由物理公式U===,得1 V= 1 =1 kg·m2·s-3·A-1,選項(xiàng)B正確。 2.關(guān)于單位制,下列說法中正確的是( ) A.kg、m/s、N是導(dǎo)出單位 B.kg、m、C是基本單位 C.在國際單位制中,電
20、流的單位A是導(dǎo)出單位 D.在國際單位制中,力的單位N是根據(jù)牛頓第二定律定義的 解析:選D 在力學(xué)中m(長度單位)、kg(質(zhì)量單位)、s(時(shí)間單位)作為基本單位,可以導(dǎo)出其他物理量的單位,力的單位N是根據(jù)牛頓第二定律F=ma導(dǎo)出的,D正確,A錯(cuò)誤;電荷量的單位C屬于國際單位制中的導(dǎo)出單位,B錯(cuò)誤;電流的單位A屬于國際單位制中的基本單位,C錯(cuò)誤。 3.由庫侖定律可知,真空中兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷,帶電荷量分別為q1和q2,其間距離為r時(shí),它們之間相互作用力的大小為F=k,式中k為靜電力常量。若用國際單位制的基本單位表示,k的單位應(yīng)為( ) A.kg·A2·m3 B.kg·A-2·m3·s-
21、4 C.kg·m2·C-2 D.N·m2·A-2 解析:選B 由公式F=k得,k=,故k的單位為,又由公式q=It得1 C=1 A·s,由F=ma可知 1 N=1 kg·m·s-2,故1 =1 kg·A-2·m3·s-4,選項(xiàng)B正確。 1.加速度的方向由合外力的方向決定,與物體運(yùn)動(dòng)速度方向無關(guān)。 2.牛頓第二定律是矢量式,列方程時(shí)常以加速度的方向?yàn)檎较颍眠\(yùn)動(dòng)學(xué)公式列方程時(shí)常以初速度方向?yàn)檎较?,注意兩種情況下加速度的符號(hào)關(guān)系。 3.解題中常用到的二級(jí)結(jié)論 (1)沿粗糙水平面自由滑行的物體:a=μg。 (2)沿光滑斜面自由滑行的物體:a=gsin θ。 (3)沿粗
22、糙斜面自由下滑的物體:a=g(sin θ-μcos θ)。 (4)沿粗糙斜面自由上滑的物體:a=g(sin θ+μcos θ)。 [課堂綜合訓(xùn)練] 1.(多選)一人乘電梯上樓,在豎直上升過程中加速度a隨時(shí)間t變化的圖線如圖所示,以豎直向上為a的正方向,則人對地板的壓力( ) A.t=2 s時(shí)最大 B.t=2 s時(shí)最小 C.t=8.5 s時(shí)最大 D.t=8.5 s時(shí)最小 解析:選AD 對人受力分析,受重力mg和支持力FN,由牛頓第二定律得FN-mg=ma。由牛頓第三定律得人對地板的壓力FN′=FN=mg+ma。當(dāng)t=2 s時(shí)a有最大值,F(xiàn)N′最大;當(dāng)t=8.5
23、 s時(shí),a有最小值,F(xiàn)N′最小,選項(xiàng)A、D正確。 2.如圖所示,質(zhì)量為1.5 kg的物體A靜止在豎直的輕彈簧上,質(zhì)量為0.5 kg的物體B由細(xì)線懸掛在天花板上,B與A剛好接觸但不擠壓?,F(xiàn)突然將細(xì)線剪斷,則剪斷后瞬間A、B間的作用力大小為(g取10 m/s2)( ) A.0 B.2.5 N C.5 N D.3.75 N 解析:選D 當(dāng)細(xì)線剪斷瞬間,細(xì)線的彈力突然變?yōu)?,則B與A突然有了相互作用的彈力,此時(shí)彈簧形變?nèi)圆蛔儯瑢、B整體受力分析可知,整體受重力G=(mA+mB)g=20 N,彈簧彈力為F=mAg=15 N,由牛頓第二定律G-F=(mA+mB)a,解得a=2.5 m/
24、s2,對B受力分析,B受重力和A對B的彈力F1,對B有mBg-F1=mBa,解得F1=3.75 N,選項(xiàng)D正確。 3.質(zhì)量為M的皮帶輪工件放置在水平桌面上,一細(xì)繩繞過皮帶輪的皮帶槽,一端系一質(zhì)量為m的重物,另一端固定在桌面上。如圖所示,皮帶輪與桌面、細(xì)繩之間以及細(xì)繩與桌子邊緣之間的摩擦都忽略不計(jì),則重物下落過程中,皮帶輪的加速度大小為( ) A. B. C. D. 解析:選C 相等時(shí)間內(nèi)重物下落的距離是皮帶輪運(yùn)動(dòng)距離的2倍,因此,重物的加速度大小也是皮帶輪加速度大小的2倍,設(shè)細(xì)繩上的拉力為F,根據(jù)牛頓第二定律=2·,解得F=,皮帶輪加速度大小為a==,所以C正確。 4.(2
25、019·泰安模擬)如圖所示,小球A置于固定在水平面上的光滑半圓柱體上,小球B用水平輕彈簧拉著,彈簧固定在豎直板上。兩小球A、B通過光滑滑輪O用輕質(zhì)細(xì)繩相連,兩球均處于靜止?fàn)顟B(tài)。已知小球B質(zhì)量為m,O在半圓柱體圓心O1的正上方,OA與豎直方向成30°角,OA長度與半圓柱體半徑相等,OB與豎直方向成45°角?,F(xiàn)將細(xì)繩剪斷的瞬間(重力加速度為g),下列說法正確的是( ) A.彈簧彈力大小為mg B.小球B的加速度為g C.小球A受到的支持力為mg D.小球A的加速度為g 解析:選D 剪斷細(xì)繩前對小球B受力分析如圖所示,由平衡條件可得F繩==mg,F(xiàn)彈=mgtan 45°=mg;剪斷細(xì)繩瞬間,細(xì)繩上彈力立即消失,而彈簧彈力F彈和小球B受到的重力的大小和方向均沒有改變,則F合==mg,aB==g,A、B項(xiàng)錯(cuò)誤;剪斷細(xì)繩前,小球A受到的重力大小mAg=2F繩cos 30°=mg,剪斷細(xì)繩瞬間,小球A受到的支持力FNA=mAgcos 30°=mg,C項(xiàng)錯(cuò)誤;剪斷細(xì)繩瞬間,對小球A由牛頓第二定律有mAgsin 30°=mAaA,得小球A的加速度aA=gsin 30°=g,D項(xiàng)正確。
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