高中物理同步重难讲练专题02 牛顿第二定律的理解和应用学案 新人教版必修1.docx
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高中物理同步重难讲练专题02 牛顿第二定律的理解和应用学案 新人教版必修1.docx
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高中物理同步重难讲练专题02牛顿第二定律的理解和应用学案新人教版必修1
专题02牛顿第二定律的理解和应用
重难讲练
1.牛顿第二定律的性质
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=
是加速度的定义式,a与v、Δv无直接关系;它给出了测量物体加速度的方法,这是物理上用比值定义物理量的方法.
a=
是加速度的决定式。
它揭示了物体产生加速度的原因及影响物体加速度的因素
【典例1】下列关于速度、加速度、合外力之间的关系,正确的是( )
A.物体的速度越大,则加速度越大,所受的合外力也越大
B.物体的速度为0,则加速度为0,所受的合外力也为0
C.物体的速度为0,但加速度可能很大,所受的合外力也可能很大
D.物体的速度很大,但加速度可能为0,所受的合外力也可能为0
【答案】 CD
【解析】 物体的速度大小和加速度大小没有必然联系,一个很大,另一个可以很小,甚至为0,物体所受合外力的大小决定加速度的大小,同一物体所受合外力越大,加速度一定也越大,故选项C、D正确。
【典例2】一个质量为2kg的物体,在6个恒定的共点力作用下处于平衡状态。
现同时撤去大小分别为15N和20N的两个力而其余力保持不变,此后物体做直线运动。
关于此后该物体运动的说法中正确的是()
A.一定做匀加速直线运动,加速度大小可能是5m/s2
B.可能做匀减速直线运动,加速度大小是2m/s2
C.一定做匀变速直线运动,加速度大小可能是15m/s2
D.可能做匀速直线运动
【答案】C
但加速度大小一定要大于2.5m/s2,故B错误;由于撤去两个力后其余力保持不变,则物体所受的合力不变,一定做匀变速运动,加速度大小可能等于15m/s2,该运动可能是直线运动,也可能是曲线运动,故C正确,D错误。
所以C正确,ABD错误。
【典例3】如图,水平面上一个物体向右运动,将弹簧压缩,随后又被弹回直到离开弹簧,则该物体从接触弹簧到离开弹簧的这个过程中,下列说法中正确的是( )
A.若接触面光滑,则物体加速度的大小是先减小后增大
B.若接触面光滑,则物体加速度的大小是先增大后减小再增大
C.若接触面粗糙,则物体加速度的大小是先减小后增大
D.若接触面粗糙,则物体加速度的大小是先增大后减小再增大
【答案】 D
【解析】 若接触面光滑,则物体是在刚接触弹簧时速度最大,加速度为零,随着向右将弹簧压缩,弹簧的弹力增大,则加速度一直增大,直至物体速度减小到零,然后物体反向运动,反向过程是向右运动的逆过程,故向左运动时加速度逐渐减小,故A、B错误;若接触面粗糙,设弹簧压缩量为x,弹力和摩擦力方向均向左:
kx+μmg=ma,x增大则a一直增大,直至速度减小到零,当物体反向向左运动时,kx-μmg=ma,x减小,则加速度减小,当kx=μmg时,加速度减小到零,之后kx<μmg,加速度开始反向增大,D正确、C错误.
【跟踪训练】
1.如图所示,位于水平地面上的质量为m的物体,在大小为F,与水平方向成α角的拉力作用下沿水平地面做匀加速运动,则下列说法正确的是()
A.如果地面光滑,物体的加速度为
B.如果地面光滑,物体的加速度为
C.如果物体与地面间的动摩擦因数为μ,则物体的加速度为
D.如果物体与地面间的动摩擦因数为μ,则物体的加速度为
【答案】BD
【解析】对物块受力分析,将F分解为水平方向和竖直方向两个方向;
故选BD。
2.如图所示,在光滑水平面上以水平恒力F拉动小车和木块,让它们一起做无相对滑动的加速运动,若小车质量为M,木块质量为m,加速度大小为a,木块和小车间的动摩擦因数为μ.对于这个过程,某同学用了以下4个式子来表达木块受到的摩擦力的大小,下述表达式一定正确的是( )
A.F-MaB.maC.
mgD.Ma
【答案】AB
【解析】AB、对木块:
,对小车:
,故木块受到的摩擦力的大小
或
,故AB正确;
C、由于不是滑动摩擦力,不能通过公式Ff=μmg表达,故C错误;
D、Ma指的是物体M在过程中受到的合外力,故D错误;
故选AB。
3.如图所示,一个箱子放在水平地面上,箱内有一固定的竖直杆,在杆上套着一个环,箱子与杆的质量为4kg,环的质量为1kg,如图所示,已知环沿杆匀加速下滑时,加速度a为3m/s2,g取10m/s2,则此时箱子对地面的压力FN等于
A.FN=40NB.FN=53NC.FN=50ND.FN=47N
【答案】D
【解析】环沿杆匀加速下滑时,加速度a为3m/s2,有
,解得f=7N;对箱子受力分析可得
,D正确.
4.如图所示,物体在水平拉力F的作用下沿水平地面做匀速直线运动,速度为v.现让拉力F逐渐减小,则物体的加速度和速度的变化情况应是( )
A.加速度逐渐变小,速度逐渐变大
B.加速度和速度都在逐渐变小
C.加速度和速度都在逐渐变大
D.加速度逐渐变大,速度逐渐变小
【答案】 D
5.如图所示,一小物块从光滑斜面上某处滑下,从接触弹簧到压缩弹簧第一次到达最低点的过程中,小物块
A.做减速运动
B.先做减速运动后做加速运动
C.加速度先减小后增大
D.将静止在第一次到达的最低点位置
【答案】C
【解析】小物块接触弹簧后,弹簧的弹力先小于重力沿斜面向下的分力,小物块的合力沿斜面向下,加速
模拟提升
1.(2019届贵州省铜仁市第一中学高三上第二次月考)
一物体从某一高度自由落下,落在直立于地面的轻弹簧上,如图所示。
在A点,物体开始与弹簧接触,到B点时,物体速度为零,然后被弹回。
则下列说法中正确的是( )
A.物体在A点的速率最大
B.物体由A点到B点做的是变加速运动
C.物体在B点时所受合力为零
D.物体从A下降到B,以及从B上升到A的过程中,速率都是先增大后减小
【答案】BD
【解析】在A下降到B的过程中,开始重力大于弹簧的弹力,加速度方向向下,物体做加速运动,弹力在增大,则加速度在减小,当重力等于弹力时,速度达到最大,然后在运动的过程中,弹力大于重力,根据牛顿第二定律知,加速度方向向上,加速度方向与速度方向相反,物体做减速运动,运动的过程中弹力增大,加速度增大,到达最低点,速度为零.知加速度先减小后增大,速度先增大后减小.所以A点的速率不是最大,故A错误;物体从A点到B点加速度先减小后增大,是变加速运动,故B正确;物体在B点时,弹力大于重力,合力向上,合力为零的位置在AB之间,即弹力和重力相等的位置,故C错误;物体从B回到A的过程是A到B过程的逆过程,返回的过程速度先增大后减小.故D正确.故选BD.
2.(2019届江西省上饶中学高三上开学检测)
如图所示,劲度系数为k的轻质弹簧的一端固定在墙上,另一端与置于水平面上、质量均为m的物体A、B接触(A与B和弹簧均未连接),弹簧水平且无形变.用水平力F缓慢推动物体,在弹性限度内弹簧长度被压缩了x0,此时物体静止.已知物体A与水平面间的动摩擦因数为μ,物体B与水平面间的摩擦不计.撤去F后,物体A、B开始向左运动,A运动的最大距离为4x0,重力加速度为g.则( )
A.撤去F后,物体A和B先做匀加速运动,再做匀减速运动
B.撤去F后,物体刚运动时的加速度大小为
C.当物体A、B一起开始向左运动距离
后分离
D.当物体A、B一起开始向左运动距离x0后分离
【答案】C
究对象,根据牛顿第二定律得物体刚运动时的加速度大小为a=
.故B错误。
由上分析可知,当弹簧的弹力与滑动摩擦力大小相等、方向相反时,速度最大,此时AB两物体分开,弹簧的压缩量为x=
;物体A、B一起开始向左运动距离为x=x0-
,故D错误,C正确;故选C。
3.(2019北京市朝阳区力迈国际学校高三开学测试)
电梯内有一个质量为m的物体,用细线悬挂在电梯的天花板上。
已知当地的重力加速度为g,当电梯以
的加速度竖直向下做匀加速直线运动时,细线对物体拉力的大小为
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】物体随电梯一起运动,故由牛顿第二定律可得:
物体的合外力为:
,方向竖直向下;又有物体只受重力和绳子拉力作用,所以,细线对物体拉力的大小为:
,方向竖直向上;故选B。
4.(2019届江苏省清江中学高三第一次月考)
如图所示,在光滑水平面上有一物块受水平恒力F的作用而运动,在其正前方固定一个足够长的轻质弹簧,当物块与弹簧接触并将弹簧压至最短的过程中,下列说法正确的是
A.物块接触弹簧后即做减速运动
B.物块接触弹簧后先加速后减速
C.当弹簧最短时,物块有向左的加速度
D.当物块的速度最大时,它受的合力为零
【答案】BCD
【解析】A.物体刚接触弹簧时,受到向左弹簧弹力的作用,但小于向右的水平恒力F,由牛顿第二定律可知物体仍然向右加速。
故A错误;
B.由牛顿第二定律可知加速度和合外力同时变化,物体从接触弹簧到压缩量最大的过程中,合外力先减小到零,加速度也减小到零,而速度继续增加;然后合外力再反向增大,加速度反向增大此时加速度和速度反向,速度逐渐减小。
故B正确;
C.当弹簧处于压缩量最大时,弹力大于向右的恒力,合外力不为零,物块有向左的加速度,故C正确;
D.当物体受到合外力为零时,加速度为零,之前是加速度逐渐减小到零的加速过程,此时速度最大,故D正确。
故选:
BCD.
5.(2019届陕西省黄陵中学高三上开学考试)
如图所示,质量相同的木块A、B用轻弹簧连接置于光滑的水平面上,开始时两木块静止且弹簧处于原长状态.现用水平恒力F推木块A,在从开始到弹簧第一次被压缩到最短的过程中,下列说法正确的是( )
A.B的加速度一直在减小
B.A的加速度先减小后增大
C.当A、B的速度相同时,加速度aA>aB
D.当A、B的加速度相同时,速度vA>vB
【答案】D
【解析】AB.弹簧第一次被压缩到最短瞬间,两木块速度相同,此过程,由于弹力不断增大,作速度时间图像如图
故物体A做加速度不断减小的加速运动,物体B做加速度不断变大的加速运动,故A错误,B错误;
故选:
D.
6.(2019届河南省驻马店经济开发区高级中学高三上第一次月考)
如图所示,质量相同的木块A、B用轻质弹簧连接,静止在光滑的水平面上,此时弹簧处于自然状态。
现用水平恒力F推A,则从力F开始作用到弹簧至弹簧第一次被压缩到最短的过程中
A.弹簧压缩到最短时,两木块的速度相同
B.弹簧压缩到最短时,两木块的加速度相同
C.两木块速度相同时,加速度
D.两木块加速度相同时,速度
【答案】ACD
【解析】从开始推A到弹簧第一次被压缩到最短的过程中,物体A的加速度逐渐减小,而B的加速度逐渐增大, vA=vB之前,A的加速度先大于B的加速度,后小于B的加速度,所以aA=aB时,vA>vB,A的加速度继续减小,B的加速度继续增大,所以vA=vB时,aB>aA,之后aA减小,aB增大,直到vA=vB时,弹簧压缩至最短。
由以上分析可知,ACD正确。
7.(2018高一上期末考试云南省曲靖市沾益区第四中学)
如图所示,当小车向右加速运动时,物块M相对于车厢静止于竖直车厢壁上,当车的加速度增大时,则:
()
A.M受摩擦力增大
B.物块M对车厢壁的压力增大
C.M受静摩擦力不变
D.物块M相对于车厢壁上滑
【答案】BC
知,物块M对车厢壁的压力增大,B正确;因为最大静摩擦力增大,物块仍然能相对于车厢壁静止,D错误.
9.(2018-2019北京市朝阳区力迈国际学校高三开学测试)
如图所示,质量m=0.78kg的金属块放在水平桌面上,在大小F=3.0N、方向与水平方向夹角θ=37º的拉力作用下,以v=4.0m/s的速度向右做匀速直线运动。
已知
,
,取重力加速度
m/s2。
求:
(1)金属块与桌面间的动摩擦因数μ;
(2)撤去拉力F后金属块在桌面上能滑行的距离d。
【答案】
(1)
;
(2)d=2.0m
【解析】
(1)金属块做匀速直线运动,故受力平衡,则有:
Fcosθ=μ(mg-Fsinθ)
所以金属块与桌面间的动摩擦因数为:
(2)撤去拉力F后,金属块的合外力为:
F合=f=μmg
故金属块做加速度为:
a=μg=4m/s2的匀减速运动;
那么由匀变速运动规律可得,撤去拉力F后金属块在桌面上能滑行的距离为
.
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