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1、第第 讲讲2 2牛牛顿运运动定律和直定律和直线运运动专题一一 力和运力和运动2021/8/11 星期三1 1力和直线运动的关系 当物体所受合外力与速度共线时，物体做直线运动 (1)若F合=0，v00，物体保持匀速直线运动 (2)若F合恒定且不为零，且与v0同向时，物体做匀加速直线运动 (3)若F合恒定且不为零，且与v0反向时，物体将做匀减速直线运动 (4)若F合不恒定，物体做变加速或变减速直线运动2021/8/11 星期三2瞬时性力和加速度同生、同灭、同变化同体性在F=ma中，m、F、a都是针对同一个研究对象的物理量矢量性a与F的方向总是相同的独立性当物体受到几个力的作用时，每一个力分别产生的
2、加速度只与此力有关，与其他力无关相对性适用于低速、宏观；只在惯性系中成立 2牛顿第二定律 (1)牛顿第二定律表达式F=ma，(2)牛顿第二定律的特性Fx=maxFy=may2021/8/11 星期三3 3.匀变速直线运动的规律及推论2021/8/11 星期三4 4典型的匀变速直线运动 (1)只受重力作用的自由落体运动和竖直上抛运动 (2)带电粒子在匀强电场中由静止开始被加速或带电粒子沿着平行于电场方向射入电场中的运动 (3)物体、质点或带电粒子所受的各种外力的合力恒定，且合力方向与初速度方向平行的运动2021/8/11 星期三5 5物体在变力作用下的直线运动 (1)受力特点 物体(或质点)受到
3、大小不断变化，方向始终与速度在一条直线上的合外力作用时，做加速度大小不断变化的非匀变速直线运动 (2)典型的非匀变速直线运动 简谐运动2021/8/11 星期三6 a物体做简谐运动的受力条件是回复力的大小与物体相对平衡位置的位移成正比，力的方向与位移方向时刻相反，可表达为F=kx，因而该运动是加速度不断变化的非匀变速直线运动 b无论是水平面还是竖直面(或斜面)上的弹簧振子的运动都是简谐运动简谐运动具有对称的特点，即回复力的大小、加速度大小、速率以及动能、势能(包括重力势能和弹性势能)在关于平衡位置对称的位置是相等的2021/8/11 星期三7 c定量或定性分析简谐运动中有关运动物理量的大小及变
4、化情况，一般需要结合牛顿运动定律和功能关系进行分析和判断2021/8/11 星期三8 类型一：运用直线运动的基本规律类型一：运用直线运动的基本规律 (1)注意物理量的矢量性：对运动方程中a、v、s赋值时，应注意它们的正、负号 (2)匀减速运动：利用运动可逆性，匀减速运动的位移、速度大小，可以看成反向的匀加速运动来求得求刹车类单向不可逆匀减速运动的位移，应注意先求出物体到停止运动的时间 (3)用平均速度解匀变速运动问题：如果问题给出一段位移及对应的时间，就可求出该段位移的平均速度，再结合速度公式、位移公式可较方便地求解问题2021/8/11 星期三9 (4)追及问题：匀减速物体追赶同向匀速运动物
5、体，恰能追上的临界条件是：追上时两者速度相同匀加速物体追赶同向匀速运动物体，追上前具有最大距离的临界条件是：两者速度相同匀速运动物体追赶同向匀加速物体，具有最小距离的临界条件是：两者速度相同 (5)对于等时间间隔的位移问题(如频闪照片)，优先用“打点计时器纸带问题”公式求解2021/8/11 星期三10【例1】(2011全国新课标)甲乙两辆汽车都从静止出发做加速直线运动，加速度方向一直不变在第一段时间间隔内，两辆汽车的加速度大小不变，汽车乙的加速度大小是甲的两倍；在接下来的相同时间间隔内，汽车甲的加速度大小增加为原来的两倍，汽车乙的加速度大小减小为原来的一半求甲乙两车各自在这两段时间间隔内走过
6、的总路程之比2021/8/11 星期三11【解析】设汽车甲在第一段时间间隔末时刻t0的速度为v，第一段时间间隔内行驶的路程为s1，加速度为a；在第二段时间间隔内行驶的路程为s2.由运动学公式得2021/8/11 星期三12 设汽车乙在时刻t0的速度为v，在第一、二段时间间隔内行驶的路程分别为s1、s2.同样有2021/8/11 星期三13 设甲、乙两车行驶的总路程分别为s、s，则有 s=s1+s2 s=s1+s2 联立以上各式解得，甲、乙两车各自行驶的总路程之比为2021/8/11 星期三14【变式题】如图121所示，长12m质量为50kg的木板右端有一立柱木板置于水平地面上，木板与地面间的动
7、摩擦因数为0.1，质量为50kg的人立于木板左端，木板与人均静止，当人以4m/s2的加速度匀加速向右奔跑至板的右端时，立刻抱住立柱，(取g=10m/s2)试求：(1)人在奔跑过程中受到的摩擦力的大小(2)人在奔跑过程中木板的加速度(3)人从开始奔跑至到达木板右端所经历的时间图1212021/8/11 星期三15【解析】(1)设人的质量为m，加速度为a1，木板的质量为M，加速度为a2，人对木板的摩擦力为f.则对人有：f=ma1=200N，方向向右【解析】(1)设人的质量为m，加速度为a1，木板的质量为M，加速度为a2，人对木板的摩擦力为f.则对人有：f=ma1=200N，方向向右2021/8/1
8、1 星期三162021/8/11 星期三17 类型二：力和加速度的瞬时对应关系类型二：力和加速度的瞬时对应关系 在牛顿第二定律中，物体所受的合外力和加速度具有瞬时对应关系，即F和a具有同时性在这些问题中关键注意绳子或弹簧模型中力是否发生突变2021/8/11 星期三18【例2】如图122所示，在倾角为 的光滑斜面P上有两个用轻质弹簧相连的物块A、B，C为一垂直固定在斜面上的挡板P和C总质量为M，A、B质量均为m，弹簧的劲度系数为k，系统静止于光滑水平面上现开始用一水平力F作用于P，且从零开始逐渐增大，求：物块B刚要离开C时力F的大小和从开始到此时物块A相对斜面的位移d.(物块A一直没有离开斜面
9、，重力加速度为g)图1222021/8/11 星期三19【解析】当B刚要离开挡板时，由于A、B质量相等，它们的重力在斜面上的分力也相等，所以弹簧无形变B受力如图，设此时三物块有共同的加速度a.则有 对P、A、B用整体法，根据牛顿第二定律得F=(2m+M)a2021/8/11 星期三202021/8/11 星期三21【变式题】(2011全国新课标)如图123，在光滑水平面上有一质量为m1的足够长的木板，其上叠放一质量为m2的木块假定木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等现给木块施加一随时间t增大的水平力F=kt(k是常数)，木板和木块加速度的大小分别为a1和a2，下列反映a1和a2变化的图
10、线中正确的是()图1232021/8/11 星期三22答案：A2021/8/11 星期三23【解析】由外力F=kt可知F随时间增大，初始时选m1和 2021/8/11 星期三24 类型三：超重失重问题类型三：超重失重问题 超重和失重并非物体在同一位置重力发生变化，也不是指物体在不同地理位置时重力发生变化，而是指在同一地点物体的“视重”，即物体对其支持物的压力或它对悬挂物的拉力大小发生变化超重和失重与物体的运动方向即与速度方向无关，而只与物体的加速度方向有关物体加速向上或减速向下运动时超重；加速向下或减速向上运动时失重，具有重力加速度g时完全失重2021/8/11 星期三25【例3】(2011北
11、京)“蹦极”就是跳跃者把一端固定的长弹性绳绑在踝关节等处，从几十米高处跳下的一种极限运动某人做蹦极运动，所受绳子拉力F的大小随时间t变化的情况如图124所示将蹦极过程近似为在竖直方向的运动，重力加速度为g.据图可知，此人在蹦极过程中最大加速度约为()图124AG B2gC3g D4g 2021/8/11 星期三26【解析】从图中可以看出，最后绳子拉力稳定不变，表明人已经静止不动，此时绳子的拉力等于重力，所以，根据牛顿第二定律，最大加速度【答案】B2021/8/11 星期三27【变式题】(2011四川)如图125是“神舟”系列航天飞船返回舱返回地面的示意图，假定其过程可简化为：打开降落伞一段时间
12、后，整个装置匀速下降，为确保安全着陆，需点燃返回舱的缓冲火箭，在火箭喷气过程中返回舱做减速直线运动，则()A火箭开始喷气瞬间伞绳对返回舱的拉力变小B返回舱在喷气过程中减速的主要原因是空气阻力C返回舱在喷气过程中所受合外力可能做正功D返回舱在喷气过程中处于失重状态A图1252021/8/11 星期三28【解析】火箭开始喷气前降落伞匀速下降，拉力等于阻力减去降落伞受到的重力，火箭开始喷气瞬间降落伞减速运动有fmgT=ma，因而伞绳对返回舱的拉力变小，A对；减速的主要原因是喷气缓冲的结果，B错；喷气过程合外力向上，做负功，加速度方向向上，返回舱处于超重状态，故CD错2021/8/11 星期三29 类
13、型四：简单的连接体问题类型四：简单的连接体问题 两个或两个以上物体相互连接参与运动的系统称为连接体，以平衡态或非平衡态下连接体问题拟题屡次出现在高考试题中，常用整体法和隔离法相结合解决问题2021/8/11 星期三30【例4】用质量为m、长度为L的绳沿着光滑水平面拉动质量为M的物体，在绳的一端施加的水平拉力为F，如图126所示，求：(1)物体与绳的加速度；(2)绳中各处张力的大小(假定绳的质量分布均匀，下垂度可忽略不计)图1262021/8/11 星期三31【解析】(1)以物体和绳整体为研究对象，根据牛顿第二定律可得：F=(M+m)a，解得a=F/(M+m)(2)以物体和靠近物体x长的绳为研究
14、对象，如图所示根据牛顿第二定律可得：2021/8/11 星期三32【变式题】(山东省育才中学2010届高三9月月考)如图127所示，质量M=8kg的小车放在水平光滑的平面上，在小车左端加一水平推力F=8N，当小车向右运动的速度达到1.5m/s时，在小车前端轻轻地放上一个大小不计，质量为m=2kg的小物块，物块与小车间的动摩擦因数=0.2，小车足够长求(1)小物块放后，小物块及小车的加速度各为多大？(2)经多长时间两者达到相同的速度？图127(3)从小物块放上小车开始，经过t=1.5s小物块通过的位移大小为多少？(取g=10m/s2)2021/8/11 星期三33【解析】2021/8/11 星期
15、三342021/8/11 星期三35 类型五：牛顿运动定律与电学的综合问题类型五：牛顿运动定律与电学的综合问题 涉及电磁力的运动，特别是涉及实际生活应用，如运用传感器，设计电路测量力、速度、加速度等物理量的综合问题这类问题对知识综合运用的要求较高，能较好的考查学生理论联系实际的能力，将成为近年高考的热点题型2021/8/11 星期三36【例5】如图128所示，为一种测定风力仪器的原理示意图，图中P为金属球，悬挂在一细长金属丝下面，O是悬点，R0是保护电阻，CD是水平放置的光滑电阻丝，与细金属丝始终保持良好接触无风时细金属丝与电阻丝在C点接触，此时电路中电流为I0；有风时金属丝将偏转一角度，偏转
16、角度 的大小与风力大小有关已知风力方向水平向左，OC=H，CD=L，球质量为m，电阻丝单位长度的阻值为K，电源内阻和金属丝电阻均不计金属丝偏转 角时，电流表的示数为I，此时风力大小为F，2021/8/11 星期三37试写出：(1)风力大小F与 的关系式(2)风力大小F与电流表示数I的关系式图1282021/8/11 星期三38【解析】2021/8/11 星期三392021/8/11 星期三40【变式题】为研究静电除尘，有人设计了一个盒状容器，容器侧面是绝缘的透明有机玻璃，它的上下底面是面积A=0.04m2的金属板，间距L=0.05m，当连接到U=2500V的高压电源正、负两极时，能在两金属板间产生一个匀强电场，如图129所示现把一定量均匀分布的烟灰颗粒密闭在容器内，每立方米有烟灰颗粒1013个，假设这些颗粒都处于静止状态，每个颗粒所带电荷量为q=+1.01015C，质量为2.01015kg.不考虑烟灰颗粒之间的相互作用和空气阻力，并忽略烟灰颗粒所受的重力，求合上开关后：2021/8/11 星期三41(1)经过多长时间烟灰颗粒可以被全部吸附？(2)经过多长时间容器中烟灰颗粒的总动能达到最大？图1292021/8/11 星期三42【解析】(1)当靠近上表面的烟灰颗粒被吸附到下板2021/8/11 星期三432021/8/11 星期三442021/8/11 星期三45