2021屆高考物理一輪復習第三章牛頓運動定律第2講牛頓第二定律的應用教學案滬科版

1、- 1 -第第 2 2 講講牛頓第二定律的應用牛頓第二定律的應用知識排查知識點一超重與失重現(xiàn)象1.超重(1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體所受重力的現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件：物體具有向上的加速度。2.失重(1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件：物體具有向下的加速度。3.完全失重(1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)ωQ直懸掛物的拉力)等于 0 的現(xiàn)象稱為完全失重現(xiàn)象。(2)產(chǎn)生條件：物體的加速度ag，方向豎直向下。知識點二兩類動力學問題1.動力學的兩類基本問題：第一類：已知受力情況求物體的運動情況。第二類：已知運動情況求物體的受力

2、情況。2.解決兩類基本問題的方法：以加速度為“橋梁”，由運動學公式和牛頓第二定律列方程求解，具體邏輯關(guān)系如圖：小題速練1.思考判斷(1)對靜止在光滑水平面上的物體施加一個水平力，當力剛作用瞬間，物體立即獲得加速度。()(2)物體處于超重或失重狀態(tài)，完全由物體加速度的方向決定，與速度方向無關(guān)。()(3)加速度大小等于g的物體處于完全失重狀態(tài)。()(4)減速上升的升降機內(nèi)的物體，物體對地板的壓力大于重力。()(5)物體所受合外力減小，加速度一定減小，速度也一定減小。()- 2 -答案(1) (2) (3) (4) (5) 2.(多選)某同學利用測力計研究在豎直方向運行的電梯運動狀態(tài)，他在地面上用測

3、力計測量砝碼的重力，示數(shù)是g，他在電梯中用測力計仍測量同一砝碼的重力，發(fā)現(xiàn)測力計的示數(shù)小于g，由此判斷此時電梯的運動狀態(tài)可能是()a.加速下降b.加速上升c.減速下降d.減速上升解析測力計的示數(shù)減小，砝碼所受的合力方向向下，則加速度向下，砝碼處于失重狀態(tài)，而速度方向可能向上， 也可能向下， 所以電梯可能的運動狀態(tài)是減速上升或加速下降， 選項 a、d 正確。答案ad3.在兒童蹦極游戲中，拴在腰間左右兩側(cè)的是彈性極好的橡皮繩，質(zhì)量為m的小明如圖 1 所示靜止懸掛時，兩橡皮繩的拉力大小均恰為mg。若此時小明左側(cè)橡皮繩斷裂，則此時小明的()圖 1a.加速度為零，速度為零b.加速度ag，方向沿原斷裂橡皮

4、繩的方向斜向下c.加速度ag，方向沿未斷裂橡皮繩的方向斜向上d.加速度ag，方向豎直向下解析根據(jù)題意，腰間左右兩側(cè)的橡皮繩的彈力等于重力。小明左側(cè)橡皮繩斷裂，則小明此時所受合力方向沿原斷裂橡皮繩的方向斜向下，大小等于mg，所以小明的加速度ag，沿原斷裂橡皮繩的方向斜向下，選項 b 正確。答案b4.一物塊從固定斜面底端沿傾角為的斜面上滑，到達最大高度后又返回斜面底端。已知物塊下滑的時間是上滑時間的 2 倍，則物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為()a.13tanb.12tanc.35tand.tan解析物塊沿斜面上滑時的加速度大小a1gsingcos，則x12a1t2；物塊沿斜面下- 3 -滑時的加速度大

5、小a2gsingcos，則x12a2(2t)2，聯(lián)立解得35tan，選項 c正確。答案c超重和失重問題1.判斷超重和失重現(xiàn)象的三個角度從受力的角度判斷當物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力時，物體處于超重狀態(tài)；小于重力時，物體處于失重狀態(tài)；等于零時，物體處于完全失重狀態(tài)從加速度的角度判斷當物體具有向上的加速度時，物體處于超重狀態(tài)；具有向下的加速度時，物體處于失重狀態(tài)；向下的加速度等于重力加速度時，物體處于完全失重狀態(tài)從速度變化的角度判斷物體向上加速或向下減速時，超重物體向下加速或向上減速時，失重2.對超重和失重的“三點”深度理解(1)不論超重、失重或完全失重，物體的重力都不變，只是“視重”改

6、變。(2)在完全失重的狀態(tài)下，一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會完全消失。(3)物體是否處于超重或失重狀態(tài)，不在于物體向上運動還是向下運動，而在于物體的加速度方向，只要其加速度在豎直方向上有分量，物體就會處于超重或失重狀態(tài)。1.(多選)(2019山西懷仁一中月考)電梯的頂部掛一個彈簧秤，秤下端掛了一個重物，電梯勻速直線運動時，彈簧秤的示數(shù)為 10 n，在某時刻電梯中的人觀察到彈簧秤的示數(shù)變?yōu)?6 n,關(guān)于電梯的運動(如圖 2 所示)，以下說法正確的是(g取 10 m/s2) ()圖 2a.電梯可能向上加速運動，加速度大小為 4 m/s2b.電梯可能向下加速運動，加速度大小為 4 m/s2c.電梯可能

7、向上減速運動，加速度大小為 4 m/s2- 4 -d.電梯可能向下減速運動，加速度大小為 4 m/s2解析電梯勻速直線運動時，彈簧秤的示數(shù)為 10 n，知重物的重力等于 10 n，在某時刻電梯中的人觀察到彈簧秤的示數(shù)變?yōu)?6 n，可知電梯處于失重狀態(tài)，加速度向下，對重物根據(jù)牛頓第二定律有：mgfma，解得a4 m/s2，方向豎直向下，則電梯的加速度大小為 4 m/s2，方向豎直向下。電梯可能向下做加速運動，也可能向上做減速運動，故 b、c 正確，a、d 錯誤。答案bc2.如圖 3 所示，在教室里某同學站在體重計上研究超重與失重。她由穩(wěn)定的站姿變化到穩(wěn)定的蹲姿稱為“下蹲”過程；由穩(wěn)定的蹲姿變化到

8、穩(wěn)定的站姿稱為“起立”過程。關(guān)于她的實驗現(xiàn)象，下列說法中正確的是 ()圖 3a.只有“起立”過程，才能出現(xiàn)失重現(xiàn)象b.只有“下蹲”過程，才能出現(xiàn)超重現(xiàn)象c.“下蹲”的過程，先出現(xiàn)超重現(xiàn)象后出現(xiàn)失重現(xiàn)象d.“起立”“下蹲”的過程，都能出現(xiàn)超重和失重現(xiàn)象解析下蹲過程中，人先向下做加速運動，后向下做減速運動，所以先處于失重狀態(tài)后處于超重狀態(tài)；人從下蹲狀態(tài)站起來的過程中，先向上做加速運動，后向上做減速運動，最后回到靜止狀態(tài)，人先處于超重狀態(tài)后處于失重狀態(tài)，故 a、b、c 錯誤，d 正確。答案d3.(多選)一人乘電梯上樓，在豎直上升過程中加速度a隨時間t變化的圖線如圖 4 所示，以豎直向上為a的正方向，

9、則人對電梯的壓力()圖 4a.t2 s 時最大b.t2 s 時最小c.t8.5 s 時最大d.t8.5 s 時最小解析由題圖知，在上升過程中，在 04 s 內(nèi)，加速度方向向上，fnmgma，所以向上的- 5 -加速度越大，電梯對人的支持力就越大，由牛頓第三定律可知，人對電梯的壓力就越大，故 a正確，b 錯誤；由題圖知，在 710 s 內(nèi)加速度方向向下，由mgfnma知，向下的加速度越大，人對電梯的壓力就越小，故 c 錯誤，d 正確。答案ad牛頓第二定律的瞬時性1.兩種模型2.求解瞬時加速度的一般思路【典例】 如圖 5 所示，小球a置于固定在水平面上的光滑半圓柱體上，小球b用水平輕彈簧拉著，彈簧

10、固定在豎直板上。兩小球a、b通過光滑滑輪o用輕質(zhì)細繩相連，兩球均處于靜止狀態(tài)。已知b球質(zhì)量為m，o在半圓柱體圓心o1的正上方，oa與豎直方向成 30角，oa長度與半圓柱體半徑相等，ob與豎直方向成 45角，將輕質(zhì)細繩剪斷的瞬間(重力加速度為g)，下列說法正確的是()圖 5a.彈簧彈力大小為2mgb.球b的加速度為gc.球a受到的支持力為2mgd.球a的加速度為12g解析剪斷細繩前對b球受力分析如圖，由平衡條件可得f彈mgtan 45mg；剪斷細繩瞬間，細繩上彈力立即消失，而彈簧彈力f彈和b球重力的大小和方向均沒有改變，則f合mgcos 45 2mg，ab 2g，選項 a、b 錯誤；剪斷細繩前，

11、a球的重力大小ga2f繩cos 30- 6 - 6mg，剪斷細繩瞬間，a球受到的支持力fnagacos 30182mg，選項 c 錯誤；剪斷細繩瞬間，對a球由牛頓第二定律有magsin 30maaa，得a的加速度aagsin 3012g，選項d 正確。答案d1.(20194 月浙江選考，12)如圖 6 所示，a、b、c為三個實心小球，a為鐵球，b、c為木球。a、b兩球分別連接在兩根彈簧上，c球連接在細線一端，彈簧和細線的下端固定在裝水的杯子底部，該水杯置于用繩子懸掛的靜止吊籃內(nèi)。若將掛吊籃的繩子剪斷，則剪斷的瞬間相對于杯底(不計空氣阻力，木水鐵)()圖 6a.a球?qū)⑾蛏线\動，b、c球?qū)⑾蛳逻\動

12、b.a、b球?qū)⑾蛏线\動，c球不動c.a球?qū)⑾蛳逻\動，b球?qū)⑾蛏线\動，c球不動d.a球?qū)⑾蛏线\動，b球?qū)⑾蛳逻\動，c球不動解析剪斷繩子之前，a球受力分析如圖甲所示，b球受力分析如圖乙所示，c球受力分析如圖丙所示。剪斷繩子瞬間，水杯和水都處于完全失重狀態(tài)，水的浮力消失，杯子的瞬時加速度為重力加速度。又由于彈簧的形狀來不及發(fā)生改變，彈簧的彈力大小不變，相對地面而言，a球的加速度aamagf彈amag，方向豎直向下，其相對杯子的加速度方向豎直向上。相對地面而言，b球的加速度abmbgf彈bmbg，方向豎直向下，其相對杯子的加速度方向豎直向下。繩子剪斷瞬間，c球所受的浮力和拉力均消失， 其瞬時加速度為重

13、力加速度， 故相對杯子靜止，綜上所述，d 正確。- 7 -答案d2.(多選)(2019山東煙臺測試)如圖 7 所示，兩個質(zhì)量為m12 kg，m23 kg 的物體置于光滑水平面上，中間用輕質(zhì)彈簧秤連接，兩個大小分別為f140 n、f210 n 的水平拉力分別作用在m1、m2上，則達到穩(wěn)定狀態(tài)后，下列說法正確的是()圖 7a.彈簧秤的示數(shù)是 28 nb.彈簧秤的示數(shù)是 30 nc.在突然撤去f2的瞬間，m1的加速度大小為 6 m/s2d.在突然撤去f2的瞬間，m2的加速度大小為 4 m/s2解析以兩物體組成的系統(tǒng)為研究對象，由牛頓第二定律可知，系統(tǒng)的加速度af1f2m1m26m/s2， 方向水平向

14、右； 設(shè)彈簧秤的拉力是f， 以m1為研究對象， 由牛頓第二定律得：f1fm1a，則ff1m1a28 n，選項 a 正確，b 錯誤；彈簧的彈力不能突變，在突然撤去f2的瞬間，m1受力情況不變，m1受的合力不變，由牛頓第二定律可知，m1的加速度不變，選項 c 正確；彈簧的彈力不能突變，在突然撤去f2的瞬間，m2不再受f2的作用，m2受的合力等于彈簧的彈力，發(fā)生變化，由牛頓第二定律可知，m2的加速度afm2283m/s29.33 m/s2，選項 d 錯誤。答案ac動力學的兩類問題1.解決動力學兩類問題的兩個關(guān)鍵點2.解決動力學基本問題的處理方法(1)合成法：在物體受力個數(shù)較少(2 個或 3 個)時一

15、般采用“合成法”。(2)正交分解法：若物體的受力個數(shù)較多(3 個或 3 個以上)，則采用“正交分解法”?？枷?1動力學單過程綜合問題- 8 -【例 1】 飛機在水平跑道上加速滑行時受到機身重力mg、豎直向上的機翼升力f升、發(fā)動機推力f推、空氣阻力f阻、地面支持力n和輪胎受地面的摩擦阻力f。已知升力與空氣阻力均與飛機運動的速度平方成正比，即f升k1v2，f阻k2v2，k1、k2為已知量，輪胎受地面的摩擦阻力f與地面的支持力成正比，比例系數(shù)為。假設(shè)飛機在跑道上加速滑行時發(fā)動機推力f推mg4。(1)飛機起飛時的速度v多大？(2)若要求飛機在水平跑道上勻加速滑行，則輪胎受地面的摩擦阻力f與地面的支持力

16、成正比的比例系數(shù)應滿足怎樣的條件？(3)若飛機在水平跑道上從靜止開始勻加速滑行后起飛，跑道的長度至少多大？解析(1)根據(jù)題意，飛機剛要離開跑道時，地面支持力為零，飛機的升力與重力平衡，故有k1v2mg解得飛機起飛時的速度為vmgk1。(2)對飛機受力分析，飛機水平方向受推力、摩擦力和空氣阻力，合力使飛機產(chǎn)生加速度，根據(jù)牛頓第二定律有：f推f阻fma代入數(shù)據(jù)可得：f推k2v2(mgk1v2)ma要使飛機做勻加速運動，則：k1v2k2v20即滿足k2k1。(3)飛機勻加速運動的加速度為af推mgm14g起飛的條件為n0，即k1v2mg由勻加速運動關(guān)系式v2v202as得sv22a2mk1（14）2

17、mk14k2。答案(1)mgk1(2)k2k1(3)2mk14k2考向 2動力學多過程綜合問題【例 2】 (2017全國卷，24)為提高冰球運動員的加速能力，教練員在冰面上與起跑線相距s0和s1(s1m乙，甲乙，則r甲r乙?？諝庾枇kr，對小球由牛頓第二定律得，mgfma，則amgfmgkr43r3g3k4r2，可得a甲a乙，由h12at2知，t甲v乙，故選項 b 正確；因f甲f乙，由球克服阻力做功wff h知，甲球克服阻力做功較大，選項 d 正確。答案bd9.如圖 7 所示，一物體(可視為質(zhì)點)從豎直立于地面的輕彈簧上方某一高度自由落下。a點為彈簧自然狀態(tài)時上端點的位置，當物體到達b點時，

18、物體速度恰好為零，然后被彈回。下列說法中正確的是()圖 7a.物體從a點下降到b點的過程中，速率不斷變小b.物體在b點時，所受合力為零c.物體在a點時處于超重狀態(tài)d.物體在b點時處于超重狀態(tài)解析物體從a點開始，所受合力先向下但不斷減小，加速度不斷減小，速度不斷增大，在a、b間的某個位置彈力大小等于重力時，物體所受合力等于 0，速度最大，再向下運動，所受合力反向且不斷增大，物體向下做減速運動，加速度向上，且不斷增大，在b點具有最大的向- 16 -上的加速度，所以物體在a點處于失重狀態(tài)，在b點處于超重狀態(tài)，故選項 d 正確，a、b、c錯誤。答案d10.(多選)(2019山東煙臺統(tǒng)考)如圖 8 所示

19、，固定在地面上的斜面足夠長，其傾角為 30，用平行于斜面向上，大小為 16 n 的力f作用在質(zhì)量為 2 kg 的物塊上，物塊恰好沿斜面勻速上滑，若g取 10 m/s2，物塊所受最大靜摩擦力與滑動摩擦力大小相等。則下列說法中正確的是()圖 8a.在撤去力f的瞬間，物塊所受摩擦力方向不變b.在撤去力f的瞬間，物塊的加速度大小為 8 m/s2c.物塊與斜面間的動摩擦因數(shù)為 0.4d.撤去力f后，物塊最終將靜止在斜面上解析物塊勻速上滑過程，受到力f、重力、支持力和摩擦力，根據(jù)共點力平衡條件，有fgsin 30f0，代入數(shù)據(jù)解得f6 n；撤去f后，物塊由于慣性繼續(xù)上滑，其余力均不變，則摩擦力f6 n，

20、方向沿斜面向下， 根據(jù)牛頓第二定律有fgsin 30ma1， 解得a18 m/s2，選項 a、b 正確；滑動摩擦力fgcos 30，解得35，選項 c 錯誤；當物塊上滑的速度減為零時，因gsin 30gcos 30(即tan 30)，物塊不能保持靜止，將沿斜面下滑，選項 d 錯誤。答案ab11.(2019滄州模擬)將一質(zhì)量為m的小球靠近墻面豎直向上拋出，圖 9 甲是向上運動小球的頻閃照片，圖乙是下降時的頻閃照片，o是運動過程中的最高點，甲、乙兩次閃光頻率相同，重力加速度為g，假設(shè)小球所受的阻力大小不變，則可估算小球受到的阻力大小約為()圖 9a.mgb.13mg- 17 -c.12mgd.11

21、0mg解析設(shè)每塊磚的厚度是d，向上運動時：9d3da1t2，向下運動時：3dda2t2，解得：a1a231；根據(jù)牛頓第二定律，向上運動時：mgfma1，向下運動時：mgfma2，解得f12mg，故 c正確。答案c12.(2019濟南模擬)質(zhì)量為 2 kg 的物體在水平推力f的作用下沿水平面做直線運動，一段時間后撤去f，其運動的vt圖象如圖 10 所示。g取 10 m/s2，求：圖 10(1)物體與水平面間的動摩擦因數(shù)；(2)水平推力f的大??；(3)010 s 內(nèi)物體運動位移的大小。解析(1)設(shè)物體做勻減速直線運動的時間為t2、初速度為v20、末速度為v2t、加速度為a2，則a2v2tv20t22 m/s2設(shè)物體所受的摩擦力為ff，根據(jù)牛頓第二定律，有ffma2ffmg聯(lián)立得a2g0.2。(2)設(shè)物體做勻加速直線運動的時間為t1，初速度為v10，末速度為v