第二节 牛顿第二定律的基本应用-2023年高考物理一轮系统复习学思用

第二节 牛顿第二定律的基本应用 【要点归纳】 一、牛顿第二定律的应用 1．应用牛顿第二定律解题的步骤 (1)明确研究对象．根据问题的需要和解题的方便，选出被研究的物体．可以是一个整体或进行隔离，由具体情况而定． (2)进行受力分析和运动状态分析，画好受力分析图，明确物体的运动性质和运动过程． (3)选取正方向或建立坐标系，通常以加速度的方向为正方向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向． (4)求合外力F合． (5)根据牛顿第二定律F合＝ma列方程求解，必要时还要对结果进行讨论． 2．运用牛顿第二定律结合力的正交分解法解题 (1)正交分解法是把一个矢量分解在两个互相垂直的坐标轴上的方法，其实质是将复杂的矢量运算转化为简单的代数运算． 表示方法： (2)为减少矢量的分解，建立坐标系时，确定x轴正方向有两种方法： ①分解力而不分解加速度 通常以加速度a的方向为x轴正方向，把力分解到坐标轴上，分别求合力：Fx＝ma，Fy＝0. ②分解加速度而不分解力 若分解的力太多，比较繁锁，可根据物体受力情况，使尽可能多的力位于两坐标轴上而分解加速度a，得ax和ay，根据牛顿第二定律得方程组Fx＝max，Fy＝may. 二、力、加速度和速度的关系 1．物体所受合力的方向决定其加速度的方向，合外力与加速度的大小关系是F＝ma，只要有合力，不管速度是大还是小，或是零，都有加速度，只有合力为零，加速度才能为零．一般情况下，合力与速度无必然的联系，只有速度变化才与合力有必然的联系． 2．区别加速度的定义式与决定式 定义式：a＝，即加速度定义为速度变化量与所用时间的比值，而a＝F/m则揭示了加速度决定于物体所受的合外力与物体的质量.　　 三、利用牛顿运动定律来处理两类基本问题 1．动力学的两类基本问题 (1)已知物体的受力情况，分析确定物体的运动情况． 知道物体的受力情况，用牛顿第二定律求出物体的加速度，再结合物体运动的初始条件，应用运动学公式，可以求出物体的运动情况——任意时刻的位移和速度． (2)已知物体的运动情况，分析求出物体所受的未知力情况． 知道物体的运动情况，应用运动学公式求出物体的加速度，再应用牛顿定律推断或求出物体受到的合外力，从而得到需求的动力学物理量，如力、质量、动摩擦因数等． (3)由以上两类问题的分析可知：加速度是由动力学过渡到运动学或由运动学过渡到动力学必经的桥梁． 2．应用牛顿运动定律的基本思路 (1)灵活选取研究对象． (2)将研究对象提取出来，分析物体的受力情况并画受力示意图，分析物体的运动情况并画运动过程简图． (3)利用牛顿第二定律或运动学公式求加速度．通常用正交分解法建立直角坐标系，并将有关矢量进行分解，取加速度的方向为正方向，题中各物理量的方向与规定的正方向相同时取正值，反之取负值． (4)列出方程并求解，检查答案是否完整、合理． 两类问题的解题思路如下： 四、应用牛顿运动定律解题的一般步骤 1．认真分析题意，明确已知条件和所求量． 2．选取研究对象．所选取的研究对象可以是一个物体，也可以是几个物体组成的整体．同一题目，根据题意和解题需要也可以先后选取不同的研究对象． 3．分析研究对象的受力情况和运动情况． 4．当研究对象所受的外力不在一条直线上时：如果物体只受两个力，可以用平行四边形定则求其合力；如果物体受力较多，一般把它们正交分解到两个方向上，分别求合力；如果物体做直线运动，一般把各个力分解到沿运动方向和垂直于运动的方向上．(有时分解加速度) 5．根据牛顿第二定律和运动学公式列方程，物体所受外力、加速度、速度等都可根据规定的正方向按正、负值代入公式，按代数和进行计算． 6．求解方程，检验结果，必要时对结果进行讨论. 五、受力分析 1．受力分析的依据 (1)在受力分析时，只分析根据力的性质命名的力，一般不需要画出“合力”或“分力”的示意图． (2)每分析一个力，应该可以找出该力的施力物体和该力对物体产生的效果，否则，该力的存在就值得考虑，如不要误认为物体在运动方向上一定受到力的作用． (3)受力分析时，有时还需结合物体的运动状态． 2．受力分析的方法 (1)明确研究对象，即对谁进行受力分析． (2)按顺序分析受力情况，画出力的示意图． 【夯实基础练】 1．(2022•东北师范大学附属中学高三(下)测试(六))某同学使用轻弹簧、直尺钢球等制作了一个“竖直加速度测量仪”。如图所示，弹簧上端固定，在弹簧旁沿弹簧长度方向固定一直尺。不挂钢球时，弹簧下端指针位于直尺20cm刻度处；下端悬挂钢球，静止时指针位于直尺40cm刻度处。将直尺不同刻度对应的加速度标在直尺上，就可用此装置直接测量竖直方向的加速度。取竖直向上为正方向，重力加速度大小为g。下列说法正确的是( ) A．30cm刻度对应的加速度为 - 0.5g B．40c