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人教版(2019)物理必修一同步学习笔记:4.3牛顿第二定律
一、对牛顿第二定律的理解
1.对表达式F=ma的理解
(1)F的含义:
①F是合力时,加速度a指的是合加速度,即物体的加速度;
②F是某个分力时,加速度a是该分力产生的加速度.
(2)单位统一:表达式中F、m、a三个物理量的单位必须都用国际制单位.
2.牛顿第二定律的四个性质
(1)因果性:力是产生加速度的原因,只要物体所受的合力不为0,物体就具有加速度.
(2)矢量性:F=ma是一个矢量式.物体的加速度方向由它所受的合力方向决定,且总与合力的方向相同.
(3)瞬时性:加速度与合力是瞬时对应关系,同时产生,同时变化,同时消失.
(4)独立性:作用在物体上的每一个力都产生加速度,物体的实际加速度是这些加速度的矢量和.
二、牛顿第二定律的简单应用
1.应用牛顿第二定律解题的一般步骤
(1)确定研究对象.
(2)进行受力分析和运动状态分析,画出受力分析图,明确运动性质和运动过程.
(3)求出合力或加速度.
(4)根据牛顿第二定律列方程求解.
2.应用牛顿第二定律解题的方法
(1)矢量合成法:若物体只受两个力作用,应用平行四边形定则求这两个力的合力,物体所受合力的方向即加速度的方向.
(2)正交分解法:当物体受多个力作用时,常用正交分解法求物体所受的合力.
①建立直角坐标系时,通常选取加速度的方向作为某一坐标轴的正方向(也就是不分解加速度),将物体所受的力正交分解后,列出方程Fx=ma,Fy=0(或Fx=0,Fy=ma).
②特殊情况下,若物体的受力都在两个互相垂直的方向上,也可将坐标轴建立在力的方向上,正交分解加速度a.根据牛顿第二定律列方程求解.
考点一 对牛顿第二定律的理解
1.关于牛顿第二定律的下列说法中,正确的是( )
A.物体加速度的大小由物体的质量和所受合力大小决定,与物体的速度大小无关
B.物体的加速度的方向不仅与它所受合力的方向有关,且与速度方向有关
C.物体的加速度方向与速度方向总是相同的
D.一旦物体所受合力为零则物体的加速度和速度立即变为零
【详解】A.物体加速度的大小由物体质量和所受合力大小决定,与物体的速度大小无关,故A正确;
B.根据牛顿第二定律知,物体的加速度的方向与所受合力的方向一致,与速度方向无关,故B错误;
C.物体加速度方向与速度方向无关,可以相同,可以不同,也可以成一夹角,故C错误;
D.一旦物体所受合力为零,则物体的加速度立即变为零,速度保持不变,故D错误。
故选A。
考点二 牛顿第二定律的简单应用
2.如图所示,站在向左运行的汽车上的人与车保持相对静止,用手推车的力为F,脚对车向后的摩擦力为f。下列说法中正确的是( )
A.当车做匀速运动时,F=f
B.当车做加速运动时,F>f
C.当车做减速运动时,F<f
D.不管车做何种运动,总是F与f等大反向
【详解】A.人受车对其向右的弹力F′和向左的静摩擦力f′,根据牛顿第三定律,有
,
当车做匀速运动时,人也是匀速前进,则
故A正确;
B.当车做加速运动时,人也是加速前进,则
即
故B错误;
C.当车做减速运动时,人也是减速前进,则
即
故C错误;
D.只有当车做匀速直线运动时,F与f等大反向,故D错误。
故选A。
3.关于力和物体运动的关系,下列说法正确的是( )
A.物体受到的合外力越大,速度的改变量就越大
B.物体受到的合外力不变(F合≠0)物体的速度仍会改变
C.物体受到的合外力改变,速度的大小就一定改变
D.物体受到的合外力不变,其运动状态就不会改变
4.由牛顿第二定律表达式F = ma可知( )
A.质量m与合外力F成正比,与加速度a成反比 B.合外力F与质量m和加速度a都成正比
C.加速度的方向总跟合外力的方向一致 D.当外力停止作用时,加速度不会消失
5.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,所受的合外力一定不为0
6.如图所示,手推车的篮子里装有一篮球,篮子底面平行于斜面且与靠近女孩的右侧面垂直。女孩把手推车沿斜面向上推动,不计一切摩擦,下列说法正确的是( )
A.若车沿斜面向上做匀速运动,篮子右侧面对球没有支持力
B.若车沿斜面向上做匀速运动,篮子右侧面对球的支持力大于重力
C.若车沿斜面向上做加速运动,篮子对车的作用力竖直向上
D.若车沿斜面向上做加速运动,篮子对车的作用力大于重力
7.如图所示,一根弹簧一端固定在左侧竖直墙上,另一端连着A小球,同时水平细线一端连着A球,另一端固定在右侧竖直墙上,弹簧与竖直方向的夹角是60°,A、B两小球分别连在另一根竖直弹簧两端。开始时A、B两球都静止不动,A、B两小球的质量相等,重力加速度为g,若不计弹簧质量,在水平细线被剪断瞬间,A、B两球的加速度分别为( )
A.aA=aB=g B. aA=2g,aB=0
C.aA=3g,aB=0 D.,aB=0
8.如图所示,固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为θ,在斜杆下端固定有质量为m的小球,下列关于杆对球的作用力F的判断中,正确的是( )
A.小车静止时,F=mgsinθ,方向沿杆向上
B.小车静止时,F=mgcosθ,方向垂直杆向上
C.小车向右以加速度a运动时,一定有
D.小车向左以加速度a运动时,,方向斜向左上方,与竖直方向的夹角α满足
9.如图所示,弹簧左端固定,右端自由伸长到O点并系住质量为m的物体。现将弹簧压缩到A点,然后释放,物体可以一直运动到B点。如果物体受到的阻力恒定,则( )
A.物体从A到O一直做加速运动
B.物体运动到O点时,所受合力为零
C.物体从A到O先加速后减速,从O到B做减速运动
D.物体从A到O的过程中,加速度逐渐减小
10.如图所示,物体静止在粗糙斜面上,对物体施加一水平推力F,推力F由0逐渐增大,若物体和斜面始终保持静止状态,则( )
A.斜面对物体的静摩擦力一定减小
B.斜面对物体的静摩擦力方向始终沿斜面向上
C.水平面对斜面的支持力逐渐增大
D.水平面对斜面的静摩擦力一定增大
11.将一质量不计的光滑杆倾斜地固定在水平面上,如图甲所示,现在杆上套一光滑的小球,小球在一沿杆向上的拉力F的作用下沿杆向上运动。该过程中小球所受的拉力以及小球的速度随时间变化的规律如图乙、丙所示,g取10m/s2,下列说法正确的是( )
A.在2~4s内小球的加速度大小为1m/s2 B.小球在0~4s内的位移为5m
C.杆的倾角为37° D.小球质量为1kg
12.如图所示,某一缆车沿着坡度为30°的山坡以加速度a上行,在缆车中放一个与山坡表面平行的斜面,斜面上放一个质量为m的小物块,小物块相对斜面静止(设缆车保持竖直状态运行)。则( )
A.小物块受到的摩擦力方向平行斜面向下 B.小物块受到的合力大小为ma
C.小物块受到的静摩擦力大小为 D.小物块受到斜面的弹力大小
13.如图甲、乙所示,两个物块1和物块2之间用轻绳,分别用轻绳和轻弹簧悬挂在天花板上并保持静止,已知物块2的质量为物块1的质量的2倍、重力加速度为g。下列说法正确的是( )
A.图甲中,剪断悬挂物块1的细绳瞬间,物块1加速度大小为g
B.图甲中,剪断悬挂物块1的细绳瞬间,物块2加速度大小为g
C.图乙中,剪断悬挂物块2的细绳瞬间,物块1加速度大小为g
D.图乙中,剪断悬挂物块2的细绳瞬间,物块2加速度大小为g
14.金属球用细绳挂在车厢内,并相对于车静止,位置如图所示。下列选项中能使球突然从如左下图位置变成如右下图位置的是( )
A.车向西起动或加速
B.车向西直线运动时减速
C.车向东直线运动时减速
D.车向东直线运动时加速
15.如图所示,一小球自空中自由落下,与正下方的劲度系数为k的直立轻质弹簧接触,直至速度为零的过程中,关于小球运动状态的下列描述中,正确的是( )
A.小球的加速度先增大后减小 B.小球的速度先增大后减小
C.小球速度最大时弹簧形变量为 D.接触后,小球速度最大时加速度为零
3.B
【详解】A.根据牛顿第二定律可知,物体受到合外力越大,加速度越大,速度变化越快,由于时间不确定,变化量无法判断,故A错误;
BD.物体受到的合外力不变(F合≠0),其运动状态一定发生改变,速度一定发生变化,故B正确,D错误;
C.物体受到的合外力改变,若只是方向改变而大小不变,速度大小可以不变即匀速圆周运动,故C错误。
故选D。
4.C
【详解】A.物体质量是物体的固有属性,不随外界条件的变化而变化,A错误;
B.合外力F与质量m和加速度都无关,B错误;
C.物体的加速度的方向总是跟它所受合外力的方向一致,C正确;
D.合外力与加速度具有同时性,则物体所受的的合外力F改变时,物体的加速度a一定马上改变,D错误。
故选C。
5.C
【详解】A.速度和加速度无必然的联系,则物体的速度越大,加速度不一定越大,所受的合外力也不一定也越大,A错误;
B.物体的速度为0,加速度不一定为0,所受的合外力也不一定为0,例如自由落体运动刚开始的时候,B错误;
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,例如火箭将要发射时,C正确;
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,例如高速飞行的子弹,D错误。
故选C。
6.D
【详解】AB.对球进行受力分析如图所示
令斜面的倾角为θ,若车沿斜面向上做匀速运动,篮子右侧面对球有支持力作用,根据平衡条件可知支持力为
AB错误;
CD.若车沿斜面向上做加速运动,根据分析有
篮子对车的作用力为底面与右侧面支持力的合力,即方向偏向左上方,大小为
C错误,D正确。
故选D。
7.D
【详解】设两个小球的质量都为m,以AB球整体作为研究对象,A处于静止状态受力平衡,由平衡条件得细线拉力
剪断细线瞬间弹簧的弹力没有变化,A球受到的合力与原来细线的拉力大小相等,方向相反,由牛顿第二定律得
B球的受力情况不变,则加速度仍为0。
故选D。
8.D
【详解】
AB.小车静止时,球受到重力和杆的弹力作用,由平衡条件可得杆对球的作用力
方向竖直向上,故AB错误;
C.小车向右以加速度 a运动时,如图甲所示,只有当
时,才有
故C错误;
D.小车向左以加速度 a运动时,根据牛顿第二定律可知小球受到的合力水平向左,如图乙所示,则杆对球的作用力
方向斜向左上方,与竖直方向的夹角满足
故D正确。
故选D。
9.C
【详解】A.物体从A点到O点过程,弹力逐渐减为零,刚开始弹簧的弹力大于摩擦力,合力向右,加速度也向右,速度也向右,物体加速,后来弹力小于摩擦力,合力向左,速度向右,物体减速,即物体先加速后减速,A错误;
B.物体运动到O点时,弹簧的弹力为零,而滑动摩擦力不为零,则物体所受合力不为零,B错误;
C.物体从A到O先加速后减速,从O到B的过程中物体一直受到向左的弹力与向左的阻力,所以物体一直做减速运动,C正确;
D.根据选项A分析可知,物体从A点至O点先做加速度不断减小的加速运动,后做加速度不断增大的减速运动,D错误。
故选C。
10.D
【详解】AB.对物体受力分析并分解如图所示
未画上f,分情况讨论f的情况:开始时物体处于静止状态,故重力的下滑分量大小一定等于静摩擦力
f=0,F增大,f增大;
f沿斜面向下,F增大,f增大;
f沿斜面向上,F增大,f先变小后变大。由于推力F从零开始增加,故静摩擦力一定是先减小后增大,方向先沿斜面向下后沿斜面向上,故AB错误;
CD.把物体和斜面看成一个整体,在竖直方向
地面对斜面体的支持力N不变;在水平方向,地面对斜面体的摩擦力与F平衡,有
F增大,增大,故C错误D正确。
故选D。
11.BD
【详解】A.v-t图线的斜率表示物体运动的加速度,由图丙可得,2~4s内小球的加速度大小为
故A错误;
B.v-t图线与横轴所围成的区域的面积表示物体发生的位移,则
故B正确;
CD.由图可知,0~2s内小球沿斜面向上做匀速直线运动,则
2~4s内小球沿斜面向上做匀加速直线运动,则
联立解得
,
故C错误,D正确。
故选BD。
12.BC
【详解】A.小物块斜向上做加速运动,故合力沿斜面向上,故摩擦力方向沿斜面向上,故A错误;
B.根据牛顿第二定律可知,小物块受到的合力大小为ma,故B正确;
CD.对小物块受力分析得
解得
,
故C正确,D错误。
故选BC。
13.ABD
【详解】AB.剪断绳子瞬间,整体受力分析可知,物块12只受重力,则加速度为,故AB正确;
CD.剪断绳子前,整体受力分析得
剪断绳子后弹簧弹力不变,对1受力分析可得
解得
对2受力分析可知,只受重力,加速度为,故C错误,D正确。
故选ABD。
14.AC
【详解】对小球受力分析,可知小球受重力及向左偏的细绳的拉力,由题意可知小球所受合外力一定在水平方向,则可知细绳的拉力与重力的合力一定水平向左,根据牛顿第二定律可知小球的加速度方向一定水平向左,即向西;则:车若向西运动,一定是向西起动或加速,车若向东运动,则向东减速,故AC正确,BD错误。
故选AC。
15.BD
【详解】从小球下落到与弹簧接触开始,一直到小球速度为零的过程中,小球受竖直向下的重力和弹簧对小球竖直向上的弹力,开始时弹簧的弹力小于重力,小球受到的合力向下,加速度向下,速度也向下,做加速运动;随着弹簧压缩量的增大,弹簧弹力增大,合力
F合=mg-T
越来越小,加速度越来越小,做加速度减小的加速运动,当弹簧弹力等于小球重力时
mg=kx
即
合力为零,加速度为零,速度达到最大值;之后弹簧弹力大于小球重力,合力向上,加速度向上,速度向下,做减速运动;随着弹簧压缩量的增大,弹簧弹力增大,合力
F合=T-mg
越来越大,加速度越来越大,做加速度增大的减速运动直至速度为零到达压缩最大之处。故BD正确。
故选BD。
知识梳理
考点归纳
巩固练习
参考答案
试卷第1页,共3页
试卷第3页,共12页