专题5 牛顿第二定律及应用 2021年高考物理二轮专题解读与训练

专题5 牛顿第二定律及应用 1．内容：物体运动的加速度与所受的合外力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力相同。 2．表达式： 3．物理意义：反映物体运动的加速度大小、方向与所受合外力的关系，这种关系是瞬时对应的， 4．适用范围 （1）牛顿第二定律只适用于惯性参考系（相对地面静止或做匀速直线运动的参考系）． （2）牛顿第二定律只适用于宏观、低速运动的物体 5．对牛顿第二定律的理解 同向性。公式是矢量式，任一时刻，F与a同向。 正比性。m一定时，a∝F。 瞬时性。a与F对应同一时刻，即a为某时刻的加速度时，F为该时刻物体所受的合外力。 因果性。F是产生a的原因，物体具有加速度是因为物体受到了力。 同一性。中，F、m、a对应同一物体或同一系统。 独立性。①作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛顿第二定律； ②物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和； ③力和加速度在各个方向上的分量也遵从牛顿第二定律。 局限性。①只适用于宏观、低速运动情况，不适用于微观、高速运动情况。 ②只适用于惯性参考系。 6．牛顿第一定律与牛顿第二定律的关系 ①牛顿第一定律不是实验定律，它是以伽利略的“理想实验”为基础，经过科学抽象、归纳推理而总结出来的；牛顿第二定律是通过探究加速度与力、质量的关系得出的实验定律。 ②牛顿第一定律不是牛顿第二定律的特例，而是物体不受任何外力的理想情况，在此基础上，牛顿第二定律定量地指出了力和运动的联系： 例1．如图甲、乙所示，细绳拴一个质量为m的小球，小球分别用固定在墙上的轻质铰链杆和轻质弹簧支撑，平衡时细绳与竖直方向的夹角均为53°，轻杆和轻弹簧均水平。已知重力加速度为g，sin53°=0．8，cos53°=0．6。下列结论正确的是（　　） A．甲、乙两种情境中，小球静止时，细绳的拉力大小均为 B．甲图所示情境中，细绳烧断瞬间小球的加速度大小为 C．乙图所示情境中，细绳烧断瞬间小球的加速度大小为 D．甲、乙两种情境中，细绳烧断瞬间小球的加速度大小均为 【答案】C 【解析】A．甲、乙两种情境中，小球静止时，轻杆对小球与轻弹簧对小球的作用力都是水平向右，如图所示 由平衡条件得细绳的拉力大小都为 故A错误； BCD．甲图所示情境中，细绳烧断瞬间，小球即将做圆周运动，所以小球的加速度大小为 乙图所示情境中，细绳烧断瞬间弹簧的弹力不变，则小球所受的合力与烧断前细绳拉力的大小相等、方向相反，则此瞬间小球的加速度大小为 故C正确，BD错误。 例2．如图所示，、两个小球质量为、，分别连在弹簧两端，端用平行于斜面的细线固定在倾角为37°的光滑固定斜面上，若不计弹簧质量，在线被剪断瞬间，、两球的加速度大小分别为（　　） A．和 B．0和 C．和0 D．0和 【答案】D 【解析】剪断前，小球A处于平衡状态，弹簧的弹力 剪断后瞬间，绳子拉力突然消失，而弹簧的形变量没变，小球A仍处于平衡状态，加速度为0；而此时B小球，根据牛顿第二定律 整理得，B小球的加速度 故D正确，ABC错误。 例3．如图所示，一根轻弹簧下端固定，竖立在水平面上．其正上方A位置有一只小球．小球从静止开始下落，在B位置接触弹簧的上端，在C位置小球所受弹力大小等于重力，在D位置小球速度减小到零．在小球下降阶段下列说法中正确的是（ ） A．在B位置小球动能最大． B．在C位置小球加速度最大． C．从A→C位置小球重力势能的减少等于小球动能的增加． D．从A→D位置小球重力势能的减少等于弹簧弹性势能的增加． 【答案】D 【解析】A．小球从B至C过程，重力大于弹力，合力向下，小球加速，C到D，重力小于弹力，合力向上，小球减速，故在C点动能最大，故A错误； B．小球从B至C过程加速度向下减小，从C到D的过程中加速度向上增加，C点加速度为零，故B错误； C．小球下降过程中，重力和弹簧弹力做功，小球和弹簧系统机械能守恒；从A→C位置小球重力势能的减少等于动能增加量和弹性势能增加量之和，故C错误； D．小球下降过程中，重力和弹簧弹力做功，小球和弹簧系统机械能守恒；从A→D位置，动能变化量为零，故小球重力势能的减小等于弹性势能的增加，故D正确。 故选D． 一、单选题 1．如图所示，一些商场安装了智能化的自动扶梯，为了节约能源，在没有乘客乘行时，自动扶梯以较小的速度匀速运行，当有乘客乘行时自动扶梯经过先加速再匀速两个阶段的运行，则扶梯在运送乘客上行过程中（ ） A．乘客始终受摩擦力作用 B．乘客经历先超重再失重的两个过程 C．电梯对乘客的作用力始终竖直向上 D．电梯对乘客的作用力先指向前上方，再竖直向上 【答案】D 【解