1、牛顿第二定律及应用(一) 牛顿第二定律的理解及动力学两类基本问题一、概念规律题组1下列对牛顿第二定律的表达式Fma及其变形公式的理解，正确的是()A.由Fma可知，物体所受的合力与物体的质量成正比，与物体的加速度成反比B.由m可知，物体的质量与其所受的合力成正比，与其运动的速度成反比C.由a可知，物体的加速度与其所受的合力成正比，与其质量成反比D.由m可知，物体的质量可以通过测量经的加速度和它所受的合力而求出2下列说法正确的是()A物体所受合力为零时，物体的加速度可以不为零B物体所受合力越大，速度越大C速度方向、加速度方向、合力方向总是相同的D速度方向可与加速度方向成任何夹角，但加速度方向总是
2、与合力方向相同图13如图1所示，质量为20 kg的物体，沿水平面向右运动，它与水平面间的动摩擦因数为0.1，同时还受到大小为10 N的水平向右的力的作用，则该物体(g取10 m/s2)()A受到的摩擦力大小为20 N，方向向左B受到的摩擦力大小为20 N，方向向右C运动的加速度大小为1.5 m/s2，方向向左D运动的加速度大小为0.5 m/s2，方向向右4关于国秒单位制，下列说法正确的是()Akg，m/s，N是导出单位Bkg，m，h是基本单位C在国际单位制中，质量的单位可以是kg，也可以是gD只有在国际单位制中，牛顿第二定律的表达式才是Fma二、思想方法题组图25(2011淮南模拟)如图2所示
3、，两个质量相同的物体1和2紧靠在一起，放在光滑水平面上，如果它们分别受到水平推力F1和F2的作用，而且F1F2，则1施于2的作用力大小为()AF1BF2C.(F1F2) D.(F1F2)图36如图3所示，在光滑水平面上，质量分别为m1和m2的木块A和B之下，以加速度a做匀速直线运动，某时刻空然撤去拉力F，此瞬时A和B的加速度a1和a2，则()Aa1a20Ba1a，a20Ca1a，a2aDa1a，a2a一、对牛顿第二定律的理解矢量性公式Fma是矢量式，任一时刻，F与a总同向瞬时性a与F对应同一时刻，即a为某时刻的加速度时，F为该时刻物体所受的合外力因果性F是产生加速度a的原因，加速度a是F作用的
4、结果同一性有三层意思：(1)加速度a是相对同一个惯性系的(一般指地面)；(2)Fma中，F、m、a对应同一个物体或同一个系统；(3)Fma中，各量统一使用国际单位独立性(1)作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都满足Fma(2)物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和(3)力和加速度在各个方向上的分量也满足Fma即Fxmax，Fymay【例1】 (2010上海11)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规范思维【例2】 (2009宁夏理综
5、20)如图4所示，一足够长的木板静止在光滑水平面上，一物块静止在木板上，木板和物块间有摩擦现用水平力向右拉木板，当物块相对木板滑动了一段距离但仍有相对运动时，撤掉拉力，此后木板和物块相对于水平面的运动情况为()图4A物块先向左运动，再向右运动B物块向左运动，速度逐渐增大，直到做匀速运动C木板向右运动，速度逐渐变小，直到做匀速运动D木板和物块的速度都逐渐变小，直到为零规范思维针对训练1 (2009上海综合7)图5如图5所示为蹦极运动的示意图弹性绳的一端固定在O点，另一端和运动员相连运动员从O点自由下落，至B点弹性绳自然伸直，经过合力为零的C点到达最低点D，然后弹起整个过程中忽略空气阻力分析这一过
6、程，下列表述正确的是()经过B点时，运动员的速率最大经过C点时，运动员的速率最大从C点到D点，运动员的加速度增大从C点到D点，运动员的加速度不变A B C D二、动力学两类基本问题1分析流程图2应用牛顿第二定律的解题步骤(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特别提醒(1)物体的运动情况是由所受的力及物体运动的初始状态共同决定
7、的(2)无论是哪种情况，加速度都是联系力和运动的“桥梁”(3)如果只受两个力，可以用平行四边形定则求其合力；如果物体受力较多，一般用正交分解法求其合力如果物体做直线运动，一般把力分解到沿运动方向和垂直于运动方向；当求加速度时，要沿着加速度的方向处理力即一般情况不分解加速度；特殊情况下当求某一个力时，可沿该力的方向分解加速度【例3】 如图6图6所示，一质量为m的物块放在水平地面上现在对物块施加一个大小为F的水平恒力，使物块从静止开始向右移动距离x后立即撤去F，物块与水平地面间的动摩擦因数为，求：(1)撤去F时，物块的速度大小；(2)撤去F后，物块还能滑行多远规范思维【例4】 (2010安徽理综2
8、2)图7质量为2 kg的物体在水平推力F的作用下沿水平面做直线运动，一段时间后撤去F，其运动的vt图象如图7所示g取10 m/s2，求：(1)物体与水平面间的动摩擦因数；(2)水平推力F的大小；(3)010 s内物体运动位移的大小规范思维针对训练2 (2009江苏13)航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器，其质量m2 kg，动力系统提供的恒定升力F28 N试飞时，飞行器从地面由静止开始竖直上升设飞行器飞行时所受的阻力大小不变，g取10 m/s2.(1)第一次试飞，飞行器飞行t18 s时到达高度H64 m，求飞行器所受阻力f的大小(2)第二次试飞，飞行器飞行t26 s时遥控器出现故障，飞行器立即失去
9、升力求飞行器能达到的最大高度h.(3)为了使飞行器不致坠落到地面，求飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间t3.【基础演练】1(2011海南华侨中学月考)在交通事故的分析中，刹车线的长度是很重要的依据，刹车线是汽车刹车后，停止转动的轮胎在地面上发生滑动时留下来的痕迹在某次交通事故中，汽车的刹车线的长度是14 m，假设汽车轮胎与地面间的动摩擦因数恒为0.7，g取10 m/s2，则汽车开始刹车时的速度为()A7 m/s B10 m/s C14 m/s D20 m/s2(2011吉林长春调研)竖直向上飞行的子弹，达到最高点后又返回原处，假设整个运动过程中，子弹受到的阻力与速度的大小成正比，则子弹在整个
10、运动过程中，加速度大小的变化是()A始终变大 B始终变小C先变大后变小 D先变小后变大3如图8甲所示，在粗糙水平面上，物体A在水平向右的外力F的作用下做直线运动，其速度时间图象如图乙所示，下列判断正确的是()图8A在01 s内，外力F不断增大B在13 s内，外力F的大小恒定C在34 s内，外力F不断增大D在34 s内，外力F的大小恒定图94(2009广东理基4)建筑工人用图9所示的定滑轮装置运送建筑材料，质量为70.0 kg的工人站在地面上，通过定滑轮将20.0 kg的建筑材料以0.500 m/s2的加速度拉升，忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦，则工人对地面的压力大小为(g取10 m/s2
11、)()A510 N B490 NC890 N D910 N图105如图10所示，足够长的传送带与水平面间夹角为，以速度v0逆时针匀速转动在传送带的上端轻轻放置一个质量为m的小木块，小木块与传送带间的动摩擦因数tan .则图中能客观地反映小木块的速度随时间变化关系的是()图116 (2011福建福州质检)商场搬运工要把一箱苹果沿倾角为的光滑斜面推上水平台，如图11所示他由斜面底端以初速度v0开始将箱推出(箱与手分离)，这箱苹果刚好能滑上平台箱子的正中间是一个质量为m的苹果，在上滑过程中其他苹果对它的作用力大小是()Amg Bmgsin Cmgcos D0题号123456答案7.在某一旅游景区，建
12、有一山坡滑草运动项目该山坡可看成倾角30的斜面，一名游客连同滑草装置总质量m80 kg，他从静止开始匀加速下滑，在时间t5 s内沿斜面滑下的位移x50 m(不计空气阻力，取g10 m/s2)问：(1)游客连同滑草装置在下滑过程中受到的摩擦力Ff为多大？(2)滑草装置与草皮之间的动摩擦因数为多大？(3)设游客滑下50 m后进入水平草坪，试求游客在水平面上滑动的最大距离【能力提升】图128如图12所示，有一长度x1 m、质量M10 kg的平板小车静止在光滑的水平面上，在小车一端放置一质量m4 kg的小物块，物块与小车间的动摩擦因数0.25，要使物块在2 s内运动到小车的另一端，求作用在物块上的水平
13、力F是多少？(g取10 m/s2)图139质量为10 kg的物体在F200 N的水平推力作用下，从粗糙斜面的底端由静止开始沿斜面运动，斜面固定不动，与水平地面的夹角37，如图13所示力F作用2 s后撤去，物体在斜面上继续上滑了1.25 s后，速度减为零求：物体与斜面间的动摩擦因数和物体的总位移x.(已知sin 370.6，cos 370.8，g10 m/s2)10.(2010.天星调研)图14如图14所示，长为L的薄木板放在长为L的正方形水平桌面上，木板的两端与桌面的两端对齐，一小木块放在木板的中点，木块、木板质量均为m，木块与木板之间、木板与桌面之间的动摩擦因数都为.现突然施加水平外力F在薄
14、木板上将薄木板抽出，最后小木块恰好停在桌面边上，没从桌面上掉下假设薄木板在被抽出的过程中始终保持水平，且在竖直方向上的压力全部作用在水平桌面上求水平外力F的大小一轮特训12牛顿第二定律及应用(一)牛顿第二定律的理解及动力学两类基本问题【课前双基回扣】1CD牛顿第二定律的表达式Fma表明了各物理量之间的数量关系，即已知两个量，可求第三个量，但物体的质量是由物体本身决定的，与受力无关；作用在物体上的合力，是由和它相互作用的物体作用产生的，与物体的质量和加速度无关故排除A、B，选C、D.2D由牛顿第二定律Fma知，F合为零，加速度为零，由惯性定律知速度不一定为零；对某一物体，F合越大，a越大，由a知
15、，a大只能说明速度变化率大，速度不一定大，故A、B项错误；F合、a、v三者方向一定相同，而速度方向与这三者方向不一定相同，故C项错误，D项正确3AD4BD所谓导出单位，是利用物理公式和基本单位推导出来的，力学中的基本单位只有三个，即kg、m、s，其他单位都是由这三个基本单位衍生(推导)出来的，如“牛顿”(N)是导出单位，即1 N1 kgm/s2(Fma)，所以题中A项错误，B项正确在国际单位制中，质量的单位只能是kg，C错误在牛顿第二定律的表达式中，Fma(k1)只有在所有物理量都采用国际单位制时才能成立，D项正确5C将物体1、2看做一个整体，其所受合力为：F合F1F2，设质量均为m，由第二定
16、律得F1F22ma，所以a以物体2为研究对象，受力情况如右图所示.由牛顿第二定律得F12F2ma，所以F12F2ma.6D两物体在光滑的水平面上一起以加速度a向右匀速运动时，弹簧的弹力F弹m1a，在力F撤去的瞬间，弹簧的弹力来不及改变，大小仍为m1a，因此对A来讲，加速度此时仍为a；对B物体，取向右为正方向，m1am2a2，a2a，所以只有D项正确思维提升1牛顿第二定律是一个实验定律，其公式也就不能像数学公式那样随意变换成不同的表达式2a是a的定义式，a是a的决定式，a虽可由a进行计算，但a决定于合外力F与质量m.3在牛顿运动定律的应用中，整体法与隔离法的结合使用是常用的一种方法4对于弹簧弹力
17、和细绳弹力要区别开5在牛顿运动定律的应用中，整体法与隔离法的结合使用是常用的一种方法，其常用的一种思路是：利用整体法求出物体的加速度，再利用隔离法求出物体间的相互作用力【核心考点突破】例1 A最高点速度为零，物体受重力，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，ha1t，下落时做匀加速运动，ha2t，又因为a1，a2，所以t1t2，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项正确规范思维物体的加速度与合外力存在瞬时对应关系；加速度由合外力决定，合外力变化，加速度就变化例2 BC由题意可知，当撤去外力，物块与木板都有向右的速度，但物块速度小于木板
18、的速度，因此，木板给物块的动摩擦力向右，使物块向右加速，反过来，物块给木板的动摩擦力向左，使木板向右减速运动，直到它们速度相等，没有了动摩擦力，二者以共同速度做匀速运动，综上所述，选项B、C正确规范思维正确建立两物体的运动情景，明确物体的受力情况，进而确定加速度的大小方向，再进行运动状态分析例3 (1) (2)(1)x解析(1)设撤去F时物块的速度大小为v，根据牛顿第二定律，物块的加速度a又由运动学公式v22ax，解得v (2)撤去F后物块只受摩擦力，做匀减速运动至停止，根据牛顿第二定律，物块的加速度ag由运动学公式v2v22ax，且v0解得x(1)x规范思维本题是已知物体的受力情况，求解运动
19、情况，受力分析是求解的关键如果物体的加速度或受力情况发生变化，则要分段处理，受力情况改变时的瞬时速度即是前后过程的联系量多过程问题画出草图有助于解题例4 (1)0.2(2)6 N(3)46 m解析(1)设物体做匀减速直线运动的时间为t2、初速度为v20、末速度为v2t、加速度为a2，则a22 m/s2设物体所受的摩擦力为Ff，根据牛顿第二定律，有Ffma2Ffmg联立得0.2(2)设物体做匀加速直线运动的时间为t1、初速度为v10、末速度为v1t、加速度为a1，则a11 m/s2根据牛顿第二定律，有FFfma1 联立得Fmgma16 N(3)解法一由匀变速直线运动位移公式，得xx1x2v10t
20、1a1tv20t2a2t46 m解法二根据vt图象围成的面积，得x(t1v20t2)46 m规范思维本题是牛顿第二定律和运动图象的综合应用本题是已知运动情况(由vt图象告知运动信息)求受力情况在求解两类动力学问题时，加速度是联系力和运动的桥梁，受力分析和运动过程分析是两大关键，一般需列两类方程(牛顿第二定律，运动学公式)联立求解针对训练1B2.(1)4 N(2)42 m(3) s(或2.1 s)【课时效果检测】1C2.B3.BC4.B5Dm刚放上时，mgsin mgcos ma1.当m与带同速后，因带足够长，且tan ，故m要继续匀加速此时，mgsin mgcos ma2，a2a1，故D正确6
21、C以箱子和里面所有苹果作为整体来研究，受力分析得，Mgsin Ma，则agsin ，方向沿斜面向下；再以质量为m的苹果为研究对象，受力分析得，合外力Fmamgsin ，与苹果重力沿斜面的分力相同，由此可知，其他苹果给它的力的合力应与重力垂直于斜面的分力相等，即mgcos ，故C正确7(1)80 N(2)(3)100 m816 N解析由下图中的受力分析，根据牛顿第二定律有FFfma物FfMa车其中FfFfmg由分析图结合运动学公式有x1a车t2x2a物t2x2x1x由解得a车1 m/s2由解得a物1.5 m/s2所以FFfma物m(ga物)4(0.25101.5) N16 N.90.2516.2
22、5 m解析设力F作用时物体沿斜面上升的加速度大小为a1撤去力F后其加速度大小变为a2，则：a1t1a2t2有力F作用时，物体受力为：重力mg、推力F、支持力FN1、摩擦力Ff1，如图所示在沿斜面方向上，由牛顿第二定律可得：Fcos mgsin Ff1ma1Ff1FN1(mgcos Fsin )撤去力F后，物体受重力mg、支持力FN2、摩擦力Ff2，在沿斜面方向上，由牛顿第二定律得：mgsin Ff2ma2Ff2FN2mgcos 联立式，代入数据得：a28 m/s2a15 m/s20.25物体运动的总位移xa1ta2t m16.25 m106mg解析设小木块离开薄木板之前的过程，所用时间为t，小
23、木块的加速度大小为a1，移动的距离为x1，薄木板被抽出后，小木块在桌面上做匀减速直线运动，所用时间为t，设其加速度大小为a2，移动的距离为x2，有mgma1mgma2即有a1a2g根据运动学规律有x1x2，tt所以x1gt2x2gt2根据题意有x1x2L解得t2设小木块没有离开薄木板的过程中，薄木板的加速度为a，移动的距离为x，有xat2根据题意有xx1L联立得a3g对薄木板，根据牛顿第二定律得F3mgma，解得F6mg.易错点评1应用牛顿第二定律时，要注重对定律“四性”的理解特别是“瞬时性”是常考要点之一；此外“独立性”也是解题中经常用到的2解决动力学两类基本问题的关键是找到加速度这一桥梁，除此之外，还应注意受力分析和运动过程分析，最好能画出受力分析图和运动过程草图