高一物理牛顿第二定律的应用人教实验版.docx

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高一物理牛顿第二定律的应用人教实验版

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【本讲教育信息】

一.教学内容：

牛顿第二定律的应用

二.知识要点：

1.进一步理解牛顿第二定律

2.用平衡条件解决共点力的平衡问题

三.重点、难点解析：

（一）牛顿第二定律

1.内容：

物体的加速度大小跟作用力成正比，跟物体质量成反比，加速度方向跟作用力的方向相同。

注意：

当物体受多个力时牛顿第二定律的内容：

物体的加速度大小跟物体所受合外力成正比，跟物体质量成反比，加速度方向跟合外力的方向相同。

2.数学表达式：

F＝ma

3.物理意义：

反映了物体的加速度与所受外力的合力及物体的质量的关系。

说明物体的加速度由合外力和物体的质量决定。

4.关于牛顿第二定律的理解：

（1）同体性：

Fma是对同一物体而言的

（2）矢量性：

物体加速度方向与所受合外力方向一致

例：

如图所示，沿水平方向做匀变速直线运动的车厢中，悬挂小球的悬线偏离竖直方向37°角，球和车厢相对静止，球的质量为1kg，则，求车厢运动的加速度的大小及方向并说明车厢的运动情况。

（g＝10m/s2）

分析：

因为球和车厢相对静止，所以小球的加速度和小车的加速度相同，且沿水平方向，则小球的合外力方向也是水平方向。

解：

以小球为研究对象，对小球进行受力分析：

由牛顿第二定律得

答：

车厢运动的加速度为

，方向水平向右。

车厢的运动情况：

①做水平向右的匀加速运动；②做水平向左的匀减速运动。

（3）瞬时性：

物体的加速度与所受合外力具有瞬时对应关系

例：

如图所示，物体处于静止状态，求：

剪断绳子的瞬间物体的加速度。

分析：

剪断绳子的瞬间，不再受到绳子的拉力，只受到物体的重力，此时合外力不为0。

（二）在共点力作用下物体的平衡

1.共点力的定义：

一个物体受到两个或更多的力的作用，如果这些力共同作用在同一点上，或者虽不作用在同一点上，但它们的延长线交于一点，这样的一组力叫做共点力。

2.平衡状态：

一个物体在力的作用下，若保持静止或匀速直线运动状态，则该物体处于平衡状态。

3.平衡条件：

在共点力作用下物体的平衡条件是F合＝0。

（其中Fx合为物体在x轴方向上所受的合外力，Fy合为物体在y轴方向上所受的合外力）

【典型例题】

如图所示电灯的重力G＝10N，AO绳与顶板间夹角为45°，BO绳水平，则AO绳所受到的拉力F1＝；BO绳所受到的拉力F2＝。

解：

方法

（一）平衡法

（主要用在物体受三个力的作用而处于平衡状态的情况）

选O为研究对象，受力分析如图所示，绳AO、BO、CO对O点的拉力分别为F1、、F2、F3，其中F3＝G＝10N。

由共点力的平衡条件知拉力F1与F2的合力F与拉力F3是平衡力

∴F＝F3＝10N

F1＝F/sin45°＝10/（

）＝10

N

F2＝F/tan45°＝10/1＝10N

体会：

物体在共点力作用下处于平衡状态时，其中任意一个力一定与另外几个力的合力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。

方法

（二）正交分解法（Fx＝0，Fy＝0）

选O为研究对象，受力分析如图所示，绳AO，BO，CO对O点的拉力分别为F1、F2、F3，其中F3＝G＝10N。

建立如图所示的坐标系。

将拉力F1正交分解为

由共点力的平衡条件得

在y轴上Fy＝0即F1y－F3＝0∴F1y＝F3＝10N

F2－F1x＝0∴F2＝F1x＝

F1＝10N

由牛顿第三定律知：

AO绳所受的拉力为10

N

BO绳所受的拉力为10N

（三）平衡中的动态问题分析

1、共点力作用下物体的平衡条件：

。

若物体在二力作用下平衡，则：

。

若物体在三力作用下平衡，则：

。

2、平衡中动态问题的分析方法：

图解法：

根据物体的平衡条件作出力的矢量图，如受三个力，则根据任意二力与第三力等大反向画出平行四边形，然后在平行四边形中进行动态分析。

例题：

如图物体的重量为G，保持物体与细绳AO的位置不变，让细绳BO的B端沿四分之一圆弧从D点向E点慢慢移动，试问：

在此过程中AO中的张力FA和BO中的张力FB如何变化？

解析：

以结点O为研究对象受力分析，AO与BO中的拉力FA与FB的合力竖直向上，大小恒定不变，等于悬挂重物的细绳CO中的张力FC＝G。

作出FA、FB合力的平行四边形，在此平行四边形中二力合力F大小方向均不变，FA方向不变，FB的方向改变引起FA和FB的大小发生改变，做多个平行四边形即可得出两变力大小的变化情况。

由图可知：

在OB由D到E缓慢移动的过程中，FA逐渐增大，FB先减小后增大，FA和FB互相垂直时FB最小。

例题：

如图用细线吊着的小球B放在光滑的大球面上，细线的另一端跨过光滑的小滑轮A由人拉着。

已知小球的重量为G，小滑轮A处在大球面的正上方，人以拉力F缓慢的使小球沿大球面逐渐上升的过程中，拉力F、大球面对小球的支持力FN的变化情况是：

分析：

以B为研究对象进行受力分析，小球B缓慢上升，所以可以认为小球所受的合力为零，如图分析所示，得出

。

由于H是定值，G是定值，所以比值也是一个定值。

由于上升过程中L是逐渐减小的，所以F也是逐渐减小的。

又由于上升过程中R+r不变，所以FN也不变。

【模拟试题】

1、关于速度、加速度和合外力之间的关系，下述说法正确的是（）

　　A.做匀变速直线运动的物体，它所受合外力是恒定不变的

　　B.做变速直线运动的物体，它的速度、加速度、合外力三者总是在同一方向上

　　C.物体受到的合外力增大时，物体的运动速度一定加快

　　D.物体所受合外力为零时，一定处于静止状态

2、在光滑的水平桌面上，有一个静止的物体，给物体施以水平作用力，在力作用到物体上的瞬间，则（）

　　A.物体同时具有加速度和速度

　　B.物体立即获得加速度，速度仍为零

　　C.物体立即获得速度，加速度仍为零

　　D.物体的速度和加速度均为零

3、如图所示，置于粗糙斜面上的物体受到一个沿斜面向上的拉力F作用，物体处于静止状态，关于斜面给物体的静摩擦力正确的说法是（）

A.可能有，方向沿斜面向下

B.可能有，方向沿斜面向上

C.可能没有

D.一定有，而且方向沿斜面向下

4、如图所示，把球夹在竖直墙AC和木板BC之间，不计摩擦，球对墙的压力为F1，球对挡板的压力为F2，在将挡板BC逐渐放至水平的过程中，下列说法正确的是：

（）

A.F2和F1都增大B.F2和F1都减小

C.F1增大，F2减小D.F2增大，F1减小

5、用OA绳和OB绳悬挂一盏灯如图所示，此时OA绳和OB绳受到的拉力分别为F1和F2。

保持O点和A点的位置不变，而将悬点B向右移动，则：

（）

A.F1和F2一直减小B.F1减小，F2增大

C.F2减小，F1增大D.F1和F2一直增大

6、静止在光滑水平面上的物体，受到一水平拉力，在拉力刚开始作用的瞬间物体立即获得，但仍为零。

（填“速度”“加速度”）

7、一物体在几个力作用下处于静止状态（合力为零），若把其中一个向东的力逐渐减小到零，后又接着在原方向上逐渐增大到原值，则物体在这一过程中和外力的大小将，方向将，速度将。

8、质量m＝2kg的物体沿光滑水平面运动，所受水平拉力F1＝28N，F2＝10N，求物体加速度大小及方向。

（g＝10m/s2）

9、质量为20kg的物体放在水平面上，物体与水平面的动摩擦因数为0.2，如果用大小100N、方向斜向上与水平方向的夹角为37°的恒力作用，使物体沿水平面向右运动，求物体运动的加速度多大?

（g＝10m/s2）

10、如图所示，悬线与竖直方向的夹角为

，小球的质量为m，现用力F拉住小球，使小球在如图所示位置静止，求拉力F的最小值。

11、一质量为m的物体沿倾角为θ的斜面匀速下滑，求物体与斜面间的动摩擦因数?

12、如图所示置于倾角θ＝37°的斜面上的物体，质量m＝8kg，在水平力F作用下保持静止，试求下列情形下物体与斜面之间的摩擦力F静的大小：

（1）F＝50N；

（2）F＝60N；（3）F＝70N

（sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g＝10N/kg）

试题答案

1、A2、B3、ABC4、B5、D

6、加速度速度7、先增大后减小向西一直增大

8、a＝9m/s2方向与F1方向相同

9、a＝2.6m/s2

10、当F与悬线垂直时F最小Fmin＝mg

11、

12、

（1）F静＝8N方向沿斜面向上

（2）F静＝0

（3）F静＝8N方向沿斜面向下