吳蘭紅

(江蘇省贛榆高級中學(xué),江蘇贛榆 222100)

牛頓第二定律是動力學(xué)的核心內(nèi)容,是物理學(xué)中的重要規(guī)律,是高考的重點(diǎn)內(nèi)容.在2009年高考中,試題從不同的側(cè)面考查了牛頓第二定律,現(xiàn)作如下分析和點(diǎn)評.

1 結(jié)合速度圖像考查牛頓第二定律

例1.(2009年山東17題)某物體做直線運(yùn)動的 v-t圖像如圖1(甲)所示,據(jù)此判斷圖1(乙)(F表示物體所受合力,t表示物體運(yùn)動的時間)4個選項中正確的是

圖1

答案:(B).

解析:由圖1(甲)可知前2 s物體做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動,所以前2 s受力恒定;2 s～4 s做正方向勻減速直線運(yùn)動,所以受力為負(fù),且恒定;4 s～6 s做負(fù)方向勻加速直線運(yùn)動,所以受力為負(fù),且恒定;6 s～8 s做負(fù)方向勻減速直線運(yùn)動,所以受力為正,且恒定.綜上分析(B)正確.

點(diǎn)評:本題重點(diǎn)考查學(xué)生對 v-t圖像的理解能力,解題的關(guān)鍵是要根據(jù)v-t圖像對物體的運(yùn)動過程進(jìn)行正確判斷.在v-t圖像中傾斜的直線表示物體做勻變速直線運(yùn)動,加速度恒定,受力恒定.

圖2

2 結(jié)合力的平衡考查牛頓第二定律

例2.(2009年上海22)如圖 2(a),質(zhì)量 m=1 kg的物體沿傾角θ=37°的固定粗糙斜面由靜止開始向下運(yùn)動,風(fēng)對物體的作用力沿水平方向向右,其大小與風(fēng)速 v成正比,比例系數(shù)用k表示,物體加速度a與風(fēng)速v的關(guān)系如圖 2(b)所示.求:

(1)物體與斜面間的動摩擦因數(shù)μ;

(2)比例系數(shù) k.

解析:(1)對初始時刻

由圖2(b)讀出 a0=4 m/s2,代入(1)式解得

(2)對末時刻加速度為零

又 N=mgcosθ+kvsinθ,由圖(b)得出此時 v=5 m/s,代入(2)式解得

點(diǎn)評:本題重點(diǎn)考查學(xué)生受力分析能力和對a-v圖像的理解能力,解題的關(guān)鍵是要根據(jù)a-v圖像對物體的運(yùn)動情況進(jìn)行正確判斷:v0=0時,a0=4 m/s2;v=5 m/s時,a=0,此時物體受力平衡.

3 結(jié)合研究對象的選取考查牛頓第二定律

圖3

圖4

例3.(2009年安徽第22題)在2008年北京殘奧會開幕式上,運(yùn)動員手拉繩索向上攀登,最終點(diǎn)燃了主火炬,體現(xiàn)了殘疾運(yùn)動員堅韌不拔的意志和自強(qiáng)不息的精神.為了探究上升過程中運(yùn)動員與繩索和吊椅間的作用,可將過程簡化.一根不可伸縮的輕繩跨過輕質(zhì)的定滑輪,一端掛一吊椅,另一端被坐在吊椅上的運(yùn)動員拉住,如圖3所示.設(shè)運(yùn)動員的質(zhì)量為65 kg,吊椅的質(zhì)量為15 kg,不計定滑輪與繩子間的摩擦.重力加速度取 g=10 m/s2.當(dāng)運(yùn)動員與吊椅一起正以加速度a=1 m/s2上升時,試求

(1)運(yùn)動員豎直向下拉繩的力;

(2)運(yùn)動員對吊椅的壓力.

解析:(1)設(shè)運(yùn)動員受到繩向上的拉力為F,由于跨過定滑輪的兩段繩子拉力相等,吊椅受到繩的拉力也是F.對運(yùn)動員和吊椅整體進(jìn)行受力分析如圖4(a)所示,則有

解得

由牛頓第三定律,運(yùn)動員豎直向下拉繩的力為440 N.

(2)設(shè)吊椅對運(yùn)動員的支持力為FN,對運(yùn)動員進(jìn)行受力分析如圖4(b)所示,則有

解得

由牛頓第三定律,運(yùn)動員對吊椅的壓力也為275 N.

點(diǎn)評:本題是一道以重大事件為背景的改編題.著重考查學(xué)生運(yùn)用牛頓第二定律時的研究對象選取問題.解題時要運(yùn)用整體法和隔離法靈活地選取研究對象;通常是先整體法后隔離法,由整體法求加速度,再由隔離法求物體間的相互作用力.

4 結(jié)合運(yùn)動學(xué)規(guī)律考查牛頓第二定律

例4.(2009年江蘇第13題)航模興趣小組設(shè)計出一架遙控飛行器,其質(zhì)量 m=2 kg,動力系統(tǒng)提供的恒定升力F=28 N.試飛時,飛行器從地面由靜止開始豎直上升.設(shè)飛行器飛行時所受的阻力大小不變,g取10 m/s2.

(1)第1次試飛,飛行器飛行 t1=8 s時到達(dá)高度 H=64 m.求飛行器所受阻力 f的大小;

(2)第2次試飛,飛行器飛行 t2=6 s時遙控器出現(xiàn)故障,飛行器立即失去升力.求飛行器能達(dá)到的最大高度h;

(3)為了使飛行器不致墜落到地面,求飛行器從開始下落到恢復(fù)升力的最長時間t3.

解析:(1)第1次試飛中,設(shè)加速度為a1,勻加速運(yùn)動

圖5

由牛頓第二定律

解得f=4 N.

(2)由圖5所示,第2次試飛中,設(shè)失去升力時的速度為v1,上升的高度為s1,勻加速運(yùn)動設(shè)失去升力后的加速度為a2,上升的高度為s2,由牛頓第二定律

解得h=s1+s2=42 m.

(3)設(shè)失去升力下降階段加速度為a3;恢復(fù)升力后加速度為 a4,恢復(fù)升力時速度為v3,由牛頓第二定律

且

點(diǎn)評:本題重點(diǎn)考查學(xué)生對牛頓第二定律和勻變速直線運(yùn)動規(guī)律的理解和靈活運(yùn)用,考查了學(xué)生對運(yùn)動過程的分析能力.解題的關(guān)鍵是正確分析飛行器的受力情況、運(yùn)動過程和各運(yùn)動過程中各物理量之間的關(guān)系.

5 結(jié)合實(shí)驗(yàn)圖像考查牛頓第二定律

例5.(2009年上海17)如圖6為“用DIS(位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機(jī))研究加速度和力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置.

圖6

(1)在該實(shí)驗(yàn)中必須采用控制變量法,應(yīng)保持________不變,用鉤碼所受的重力作為________,用DIS測小車的加速度.

(2)改變所掛鉤碼的數(shù)量,多次重復(fù)測量.在某次實(shí)驗(yàn)中根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)可畫出a-F關(guān)系圖線(如圖7所示).

①分析此圖線的OA段可得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是______.

圖7

②(單選題)此圖線的 AB段明顯偏離直線,造成此誤差的主要原因是

(A)小車與軌道之間存在摩擦.

(B)導(dǎo)軌保持了水平狀態(tài).

(C)所掛鉤碼的總質(zhì)量太大.

(D)所用小車的質(zhì)量太大.

解析:(1)因?yàn)橐剿鳌凹铀俣群土Φ年P(guān)系”,所以應(yīng)保持小車的總質(zhì)量不變,鉤碼所受的重力作為小車所受外力;

(2)由于OA段a-F關(guān)系為一傾斜的直線,所以在質(zhì)量不變的條件下,加速度與外力成正比;由實(shí)驗(yàn)原理 mg=Ma,得而實(shí)際上可見 AB段明顯偏離直線是由于沒有滿足M?m造成的.故答案(C)正確.

點(diǎn)評:本題綜合考查了學(xué)生的分析理解和探究判斷的能力,運(yùn)用圖線知識解決物理問題的能力.解題的關(guān)鍵是正確分析兩個圖像所反映的物理過程和物理規(guī)律,從圖像中提取有用的數(shù)據(jù)來解題.

綜上可見,高考試題以能力考查立意,重基礎(chǔ)更重能力,將考查基礎(chǔ)知識與能力有機(jī)的結(jié)合;試題重視物理思想方法的考查,突出考查分析綜合能力及應(yīng)用數(shù)學(xué)知識處理物理問題的能力.這要求中學(xué)物理教學(xué)中既要注重基礎(chǔ)知識和基本技能的學(xué)習(xí),更要注重對學(xué)生“五種”能力的培養(yǎng).