10-11版高中物理全程学习方略课件：5.2.2牛顿第二定律（鲁科版必修1）

(共85张PPT)
1.关于牛顿第二定律,下列说法中错误的
是（ ）
A.加速度和力的关系是瞬时对应关系,即a与F同时产生,同时变化,同时消失
B.物体只有受到力的作用时,才有加速度,同时也就有了速度
C.任何情况下,加速度的方向总与合外力方向相同,但与速度v不一定同向
D.当物体受到几个力的作用时,可把物体的加速度看成是各个力单独作用时所产生的加速度的矢量和
【解析】选B.本题考查对牛顿第二定律的理解，对加速度与合外力关系要明确“四性”，即瞬时性、矢量性、同时性、同体性.加速度由合外力产生，与合外力具有瞬时对应关系，其方向与合外力方向相同，没有先后主次之分，且F、m、a三个量必须对应同一物体或同一个系统，与速度则无必然关系.故A、C、D正确；物体具有加速度时，不是同时就由静止获得速度，速度的产生需要时间间隔，故B错误.
2.在近代社会,各国之间的经济贸易、政治往来以及科学文化的沟通非常频繁，对度量衡单位统一的呼声越来越高，于是出现了国际单位制.在下列所给单位中，用国际单位制中基本单位表示加速度的单位的是（ ）
A.cm/s2 B.m/s2 C.N/kg D.N/m
【解析】选B.力学中国际单位制的基本单位是m、s、kg,所以国际单位制中基本单位表示加速度的单位是m/s2,故B正确.
3.物体受10 N的水平拉力作用，恰能沿水平面匀速运动，当撤去这个拉力后，物体将（ ）
A.匀速运动
B.立即停止运动
C.产生加速度，做匀减速运动
D.产生加速度，做匀加速运动
【解析】选C.物体在水平拉力作用下做匀速运动，说明物体受到一个与拉力等大反向的摩擦力的作用，当撤去拉力后，在摩擦力作用下，物体产生一个向后的加速度，做匀减速运动，C正确.
4.质量为m的物体从高处静止释放后竖直下落，在某时
刻受到的空气阻力为f，加速度为 则f的大小是
（ ）
A.f= B.f=
C.f=mg D.f=
【解析】选B.由牛顿第二定律 可得空
气阻力大小f= B选项正确.
5.如图6-2-6所示,水平恒力F=20 N,
把质量m=0.6 kg的木块压在竖直墙上,
木块离地面的高度H=6 m.木块从静止
开始向下做匀加速运动，经过2 s到达
地面.(取g=10 m/s2)求:
(1)木块下滑的加速度a的大小;
(2)木块与墙壁之间的动摩擦因数.
【解析】(1)由H= 得
(2)木块受力分析如图所示,
根据牛顿第二定律有
mg-f=ma,N=F
又f=μN,解得
答案:(1)3 m/s2 (2)0.21
【典例1】(2010·衡水高一检测）如
图6-2-7所示,小车内固定着三角硬杆，
杆的端点固定着一个质量为m的小球.
当小车水平向右的加速度逐渐增大时，
杆对小球的作用力的变化（用F1至F4
变化表示）可能是下图中的（OO′沿杆方向）
【思路点拨】根据牛顿第二定律的瞬时性和独立性分析杆的两个分力.
【标准解答】选C.对小球进行受力分析，小球受重力和杆对小球的弹力，弹力在竖直方向的分量和重力平衡，弹力在水平方向的分力提供加速度，故C正确.
【变式训练】如图6-2-8，一辆有动力驱动的小车上有一水平放置的弹簧，其左端固定在小车上，右端与一小球相连.设在某一段时间内小球与小车相对静止且弹簧处于压缩状态，若忽略小球与小车间的摩擦力，则在此段时间内小车可能是（ ）
A.向右做加速运动 B.向右做减速运动
C.向左做加速运动 D.向左做减速运动
【解析】选A、D.对球受力分析可知，球受水平向右的弹力，所以球的加速度向右.又因为两者相对静止，所以车的加速度也水平向右.故A、D正确.
【典例2】在倾角为α的斜面上有一辆小车沿斜面向上做匀减速直线运动,小车上悬挂一个质量为m的小球,如图6-2-9所示,悬挂小球的悬线与斜面垂直且小球与小车相对静止.求:小车的加速度及悬绳的拉力.
【思路点拨】物体只受两个力作用做变速运动时,应首先考虑合成法,此时加速度的方向就是合力的方向.
【标准解答】小车的加速度与小球的加速
度相同,对小球受力分析如图所示,绳的拉
力F与重力mg的合力方向与加速度的方向
相同,沿斜面向下,则F合=mgsinα.由牛顿
第二定律得F合=mgsinα=ma，故a=gsinα.
由力的平行四边形定则可得F=mgcosα.
本题也可用正交分解法，如图所示
F=mgcosα,mgsinα=ma.a=gsinα
【互动探究】例题中小球的质量为m，小车的质量为M，小车与斜面的动摩擦因数为μ .试求此时小车的牵引力的大小？
【解析】取小球与小车整体为研究对象.其受力如图:由牛顿第二定律（应用正交分解）
沿斜面方向：
f-F牵+(M+m)gsinα=(m+M)a
垂直斜面方向：
N-(M+m)gcosα=0
由滑动摩擦力公式：
f=μN
解上述三式得F牵=μ(m+M)gcosα
答案：μ(m+M)gcosα
【典例3】（2009·江苏高考）航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器，其质量m=2 kg,动力系统提供的恒定升力F=28 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t1=8 s时到达高度H=64 m.求飞行器所受阻力f的大小;
(2)第二次试飞，飞行器飞行t2=6 s时遥控器出现故障，飞行器立即失去升力.求飞行器能达到的最大高度h.
【思路点拨】可按如下思维流程求解该题
【自主解答】（1）第一次飞行中，设加速度为a1
匀加速运动H=
解得a1=2 m/s2
由牛顿第二定律F-mg-f=ma1
解得f=4 N
(2)第二次飞行中，设失去升力时的速度为v1,上升的高度为s1
匀加速运动s1= ×2 m/s2×(6 s)2=36 m
设失去升力后的加速度为a2,上升的高度为s2
由牛顿第二定律mg+f=ma2,
解得a2=12 m/s2
v1=a1t2=2 m/s2×6 s=12 m/s
解得h=s1+s2=36 m+6 m=42 m
答案：(1)4 N (2)42 m
【互动探究】例题中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.
【解析】设失去升力下降阶段加速度为a3;恢复升力后加速度为a4,恢复升力时速度为v3
由牛顿第二定律mg-f=ma3
F+f-mg=ma4且
v3=a3t3解得t3= s(或2.1 s)
答案： s或2.1 s
【典例4】质量为60 kg的消防队员，从一根竖直的长直轻绳上由静止滑下，经2.5 s落地.轻绳上端有一力传感器，它记录的轻绳受到的拉力变化情况如图甲所示，取g=10 m/s2.消防队员下滑过程中：
（1）最大速度和落地速度各是多少？
（2）在乙图中画出v-t图象.
【解析】（1）该消防队员先在t1=1 s时间内以a1匀加速
下滑.然后在t2=1.5 s时间内以a2匀减速下滑.第1 s内由
牛顿第二定律得：mg-F1=ma1，最大速度vm=a1t1,代入数
据得：vm=4 m/s,后1.5 s内由牛顿第二定律得：F2-mg
=ma2，消防队员落地时的速度v=vm-a2t2，代入数据解得：v=1m/s.
（2）图象如图所示.
答案：（1）4 m/s 1 m/s （2）见解析图
1.（2008·宁夏高考）一有固定斜
面的小车在水平面上做直线运动，
小球通过细绳与车顶相连.小球某
时刻正处于图6-2-11所示状态.设
斜面对小球的支持力为N，细绳对小球的拉力为T，关于
此时刻小球的受力情况，下列说法正确的是（ ）
A.若小车向左运动，N可能为零
B.若小车向左运动，T可能为零
C.若小车向右运动，N不可能为零
D.若小车向右运动，T不可能为零
【解析】选A、B.假设小球所受支持力N为零，对小球受
力分析如图1.
由题意，合力必沿水平方向，此时，F合= 所以
方向向右，所以只要小车以大小为
的加速度向右加速或向左减速就能使N=0，
A项正确，C项错误.假设小球所受拉力T为零，小球受力
分析如图2，由题意，合力必沿水平方向，由几何知识，
F合′= 所以 方向向左，所以只
要小车以大小为 的加速度向左加速或向右减速
就能使T=0，B项正确，D项错误.
2.（2008·天津高考）一个静止的质
点，在0～4 s时间内受到力F的作用，
力的方向始终在同一直线上，力F随时
间t的变化如图6-2-12所示，则质点
在（ ）
A.第2 s末速度改变方向
B.第2 s末位移改变方向
C.第4 s末回到原出发点
D.第4 s末运动速度为零
【解析】选D.该质点在前两秒内，沿F方向先做加速度增加的加速运动，再做加速度减小的加速运动；从第2秒末到第4秒末的两秒内，沿F方向，先做加速度增加的减速运动，再做加速度减小的减速运动，该质点一直朝一个方向运动，4秒末速度减为0，因而D对.
3.（2010·德州高一检测）一气球，自身质量不计，载重为G，并以加速度a加速上升，欲使气球以同样大小的加速度加速下降，不计空气阻力，气球的载重应增
加（ ）
A. B. C. D.
【解析】选D.设气球受到的浮力为F，由牛顿第二定律，
加速上升时有F-G= 加速下降时有（G+G0）-F=
解得增加的载重G0= 故选D.
4.（2010·运城高一检测）质量为2 kg的木箱静止在水平地面上，在水平恒力F的作用下开始运动，4 s末速度达到4 m/s，此时将F撤去，又经过2 s物体停止运动，求力F的大小.（g取10 m/s2）
【解析】力F撤去前，木箱的加速度的大小
a1= =1 m/s2
力F撤去后，木箱的加速度的大小
a2= =2 m/s2
由牛顿第二定律可知：a2=μg
F-μmg=ma1，
解得：F=6 N
答案：6 N
1.（4分）下列国际单位制中的单位，不属于基本单位的是（ ）
A.长度的单位：m B.质量的单位：kg
C.力的单位：N D.时间的单位：s
【解析】选C.在国际单位制中，力学基本单位有三个,分别是：米、千克、秒，而牛顿为导出单位，故选项C正确.
2.(4分)一个物体在几个力的作用下做匀速直线运动，当沿速度方向的一个力逐渐减小时（其余的力不变），物体的（ ）
A.加速度减小，速度减小，位移减小
B.加速度减小，速度增大，位移增大
C.加速度增大，速度减小，位移增大
D.加速度增大，速度增大，位移减小
【解析】选C.物体匀速运动时合力为零，当沿速度方向的一个力减小时，合力与速度相反且增大，由牛顿第二定律知加速度增大，速度减小，位移增大，故C正确.
3.（2009·广东高考）（4分）搬运工人沿粗糙斜面把一个物体拉上卡车，当力沿斜面向上，大小为F时，物体的加速度为a1;若保持力的方向不变，大小变为2F时，物体的加速度为a2,则（ ）
A.a1=a2 B.a1C.a2=2a1 D.a2>2a1
【解析】选D.当拉力为F时有a1= 当拉力为2F时有
可知a2>2a1,D对.
4.（2009·全国高考Ⅱ）（4分）
两物体甲和乙在同一直线上运动，
它们在0～0.4 s时间内的v-t图象
如图1所示.若仅在两物体之间存在
相互作用，则物体甲与乙的质量之
比和图中时间t1分别为（ ）
A. 和0.30 s B.3和0.30 s
C. 和0.28 s D.3和0.28 s
【解析】选B.本题考查图象问题.根据速度图象的特点可知甲做匀加速运动，乙做匀减速运动.根据a= 得3a甲=a乙，根据牛顿第二定律有 得 =3，由
a乙= =10 m/s2= 得t1=0.3 s，B正确.
5.(2010·扬州高一检测）（10分）大连某条道路上，规定车辆行驶速度不得超过30 km/h,在一次交通事故中，肇事车是一辆卡车，测量这辆车紧急刹车（车辆被抱死）时留下的刹车痕迹长为7.6 m.经过测试得知这种轮胎与路面的动摩擦因数为0.7,请判断该车是否超速(g取10 m/s2).
【解析】由牛顿第二定律：f=ma
另外:G=N,f=μmg,a=f/m=7 m/s2
由运动学公式：vt2-v02=-2as
v0=10.3 m/s≈37.1 km/h>30 km/h
可以判定该车超速.
答案：超速
【思维拓展】
6.（4分）如图2所示，质量为m的
小球被水平绳AO和与竖直方向成θ角
的轻弹簧系住并处于静止状态，现用
火将绳AO烧断，在绳AO被烧断的瞬间，
下列说法正确的是（ ）
A.弹簧的拉力
B.弹簧的拉力F=mgsinθ
C.小球的加速度为零
D.小球的加速度a=gsinθ
【解析】选A.烧断OA之前，小球受三个力，
如图所示，烧断细绳的瞬间，绳子的张力
没有了，但由于轻弹簧的形变的恢复需要
时间，故弹簧的弹力不变，A正确,B错误.
此时F合=mgtanθ,故a=gtanθ,C、D错误.
7.（10分）2010年2月新疆北部地区持续降雪，造成严重雪灾，新疆军区派出直升飞机前往救援.直升飞机沿水平方向匀速飞往救灾物资集结地,图3中悬挂着m=500 kg空箱的悬索与竖直方向的夹角θ1=45°;而直升飞机载上救灾物资后飞往灾区时,加速度沿水平方向,大小稳定在a=1.5 m/s2,悬索与竖直方向的夹角θ2=14°.如果空气阻力大小不变,且忽略悬索的质量,试求箱中救灾物资的质量.(取重力加速度g=10m/s2;sin14°=0.242;
cos14°=0.970)
【解析】直升飞机匀速飞往救灾物资集结地,空箱受力平衡,设悬索的拉力为T1,空气阻力为f,在水平方向:T1sinθ1=f,在竖直方向:T1cosθ1=mg,
由以上两式得f=mgtanθ1,
直升飞机载上救灾物资后飞往灾区,设箱中救灾物资的质量为M,悬索的拉力为T2,
在水平方向:由牛顿第二定律T2sinθ2-f=(m+M)a,
在竖直方向:T2cosθ2=(m+M)g,
由以上三式得,箱中救灾物资的质量M=4.5×103 kg.
答案：4.5×103 kg
8.（新题快递）（10分）原地起跳时，先屈腿下蹲，然后突然蹬地.从开始蹬地到离地是加速过程（视为匀加速），加速过程中重心上升的距离称为“加速距离”.离地后重心继续上升，在此过程中重心上升的最大距离称为“竖直高度”.某同学身高1.8 m，质量80 kg，在某一次运动会上，他参加跳高比赛时“加速距离”为0.5 m，起跳后身体横着越过（背越式）2.15 m高的横杆，试估算人的起跳速度v和起跳过程中地面对人的平均作用力(取g=10 m/s2).
【解析】把跳高分为起跳过程和腾空过程两个阶段.
第一阶段重心变化d=0.5 m.
第二阶段重心上升高度
Δh=
腾空过程运动示意图如图甲，由竖直上抛运动规律可得v= =5 m/s.
起跳过程运动示意图如图乙，此过程可认为是匀加速运动,则v2=2ad得a=25 m/s2.
对人由牛顿第二定律可得 -mg=ma得 =2 800 N.
答案：5 m/s 2800 N
1.如图所示，小车运动时,看到悬挂在
车内的摆球悬线与竖直方向成θ角并
与小车保持相对静止,则下列说法中正
确的是( )
A.小车可能向右加速运动,加速度为gsinθ
B.小车可能向右减速运动,加速度为gtanθ
C.小车可能向左加速运动,加速度为gcotθ
D.小车可能向左减速运动,加速度为gsinθ
【解析】选B.由于小车与小球之间相对静止，
故小车与小球的运动状态相同，由题意知它们
的加速度沿水平方向.
以小球为研究对象,其受力如图所示,由牛顿第
二定律F合=ma知mg和F的合力必水平向左,由作
图法得到F合=mgtanθ,故
a= =gtanθ.
由于小车初速度不知，所以小车可能向左加速运动或向
右减速运动，加速度大小为gtanθ.
2.在平直轨道上运动的车厢中的光滑水
平桌面上用弹簧拴着一个小球,弹簧处于
自然长度,如图所示,当旅客看到弹簧的
长度变长时,对火车运动状态的判断中可能的是（ ）
A.火车向右运动,速度在增加
B.火车向右运动,速度在减小
C.火车向左运动,速度在增加
D.火车向左运动,速度在减小
【解析】选B、C.取小球为研究对象，由于弹簧变长了，故小球受到向左的弹力，即小球受的合外力方向向左.因为加速度与合力的方向相同，所以小球的加速度方向向左.小球的速度有两种可能：
①速度方向向左与加速度的方向相同，速度增大，做加速运动；
②速度方向向右与加速度的方向相反，速度减小，做减速运动.
3.静止在光滑水平面上的物体，受到一个水平拉力，在力刚开始作用的瞬间，下列说法中正确的是( )
A.物体立即获得加速度和速度
B.物体立即获得加速度，但速度仍为零
C.物体立即获得速度，但加速度仍为零
D.物体的速度和加速度仍为零
【解析】选B.由牛顿第二定律的瞬时性可知，力作用的瞬间即可获得加速度，但速度仍为零，物体若想获得速度，必须经过一段时间.
4.下面说法正确的是（ ）
A.物体速度为零时，合外力一定为零
B.物体合外力为零时，速度一定为零
C.物体合外力减小时，速度一定减小
D.物体合外力减小时，加速度一定减小
【解析】选D.力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因，故力和速度不存在必然的联系，所以选项A、B、C错误.力和加速度是瞬时对应关系，故D项正确.
5.现有下列物理量或单位，请按要求填空.
①密度 ②米/秒 ③牛顿 ④加速度 ⑤质量
⑥秒 ⑦厘米 ⑧长度 ⑨时间 ⑩千克
（1）属于物理量的有：__________________________；
（2）在国际单位制中属于基本单位的有：__________，属于导出单位的有_______________________________.
【标准解答】（1）属于物理量的有密度、加速度、质量、长度、时间；
（2）国际单位制中的基本单位有七个，这其中有时间的单位秒、质量的单位千克；属于国际单位制中导出单位的有米/秒、牛顿.
答案：(1)①④⑤⑧⑨ (2)⑥⑩ ②③
6.某质量为1 100 kg的汽车在平直路面试车,当达到
100 km/h的速度时关闭发动机,经过70 s停下来,汽车受到的阻力是多大 重新起步加速时牵引力为2 000 N,产生的加速度应为多大 （假定试车过程中汽车受到的阻力不变）.
【解析】在试车阶段关闭发动机后做匀减速直线运动.
v0=100 km/h=27.8 m/s.
由运动学公式v=v0+at得
负号表示加速度的方向与速度的方向相反.
汽车受到的阻力:
f=ma=1 100×0.397 N=437 N
在重新起步并加速时,汽车受力如图所示.根据牛顿第二
定律得
F-f=ma
故
加速度方向与速度方向相同.
答案：437 N 1.42 m/s2
7.（2010·东营高一检测）如图所示，长12 m、质量
为50 kg的木板右端有一立柱.木板置于水平地面上，
木板与地面间的动摩擦因数为0.1，质量为50 kg的人
立于木板左端，木板与人均静止，当人以4 m/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=10 m/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.
【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=200 N，方向向右
（2）对木板受力可知：f-μ（M+m）g=Ma2，
则：
代入数据解得：a2=2 m/s2，方向向左
（3）设人从左端跑到右端所用时间为t，由运动学公式得： 代入数据解得t=2 s
答案：(1) 200 N (2) 2 m/s2，方向向左 （3）2 s