2023屆高考物理一輪復習講義：第三章 運動和力的關(guān)系

第三章運動和力的關(guān)系：牛頓運動定律的應用講義

【核心要求】

1、知道動力學的兩類基本問題，會運用牛頓運動定律求相關(guān)問題。

2、能用牛頓運動定律解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象，解決有關(guān)問題。通過實驗，認識超重和失

重現(xiàn)象。

【核心素養(yǎng)】

1、應用牛頓第二定律對實際問題進行分析、推理和判斷。

2、超重、失重、完全失重的概念、條件。

【基礎(chǔ)知識歸納】

一、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。

二、超重

1、定義：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受重力的情況。

2、產(chǎn)生條件：物體具有向上的加速度。

3、運動學特征：向上加速或向下減速等。

三、失重

1、定義：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w所受重力的情況。

2、產(chǎn)生條件：物體具有向下的加速度。

3、運動學特征：向上減速或向下加速等。

四、完全失重

1、定義：物體對支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ榱愕那闆r稱為完全失重現(xiàn)象。

2、產(chǎn)生條件：物體的加速度a=g,方向豎直向下。

3、作用效果特征：與重力有關(guān)的現(xiàn)象消失了。

【核心規(guī)律】

一、動力學中三個決定關(guān)系：

1、力與物體的質(zhì)量決定加速度。

2、加速度與時間決定速度變化量。

3、速度方向與加速度方向(或合力方向)決定物體的運動性質(zhì)。

二、兩類動力學問題的解題步驟：

1、明確研究對象：根據(jù)問題的需要和解題的方便，選出被研究的物體，研究對象可以是某個

物體，也可以是幾個物體構(gòu)成的系統(tǒng)。

2、受力分析和運動狀態(tài)分析：畫好受力示意圖，運動情況圖，明確物體的運動性質(zhì)和運動過

程。

3、確定合外力：若物體只受兩個共點力作用，通常用合成法；若物體受到三個及以上不在同

一直線上的力，一般用正交分解法，通常以加速度方向為某一坐標軸的正方向。

4、列方程求解：根據(jù)牛頓第二定律F合=，"?；虻?，"處.、Fy=may,列方程求解，必要時還要對

結(jié)果進行討論。

三、運動學圖像問題：

1、常見的圖象：丫-/圖象，/圖象，尸-，圖象，F(xiàn)-s圖象，〃圖象等。

2、圖象的應用：

(1)已知物體在一過程中所受的某個力隨時間變化的圖線，分析物體的運動情況。

(2)已知物體在一運動過程中速度、加速度隨時間變化的圖線，分析物體的受力情況。

(3)通過圖象對物體的受力與運動情況進行分析。

3、解題策略：

(1)弄清圖象斜率、截距、交點、拐點的物理意義。

(2)應用物理規(guī)律列出與圖象對應的函數(shù)方程式，進而明確“圖象與公式”“圖象與情境”間的

關(guān)系，以便對有關(guān)物理問題做出準確判斷。

四、動力學的瞬時性問題：

1、常涉及的兩種模型：

(1)不發(fā)生明顯形變就能產(chǎn)生彈力

剛性繩(或剛性接觸面)(2)剪斷后，彈力立即消失，瞬間形變即恢復

(3)細繩和輕桿都按此類處理

(1)發(fā)生明顯形變才能產(chǎn)生彈力

彈簧(或橡皮繩)

(2)瞬時問題中，彈力不變，形變恢復需較長時間

2、處理瞬時性問題的思路：

(1)分析突變前物體的受力情況。

(2)分析在突變后瞬間物體的受力情況。

(3)根據(jù)牛頓第二定律分析瞬間加速度，并討論其合理性。

五、判斷超重、失重的方法

1、受力分析法：當物體受到向上的拉力(或支持力)大于重力時，物體處于超重狀態(tài)；小于重

力時處于失重狀態(tài)；等于零時處于完全失重狀態(tài)。

2、加速度分析法：當物體具有向上的加速度時，處于超重狀態(tài)；具有向下的加速度時處于失

重狀態(tài)；向下的加速度等于重力加速度時處于完全失重狀態(tài)。

3、速度變化分析法：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。

【典型例題】

典例1.如圖所示，一輛貨車運載著相同大小的光滑的圓柱形空油桶，在車廂底，一層油桶

平整排列，相互緊貼并被牢牢固定，上一層只有一只油桶C,自由地擺放在48之間，和

貨車一起保持靜止。重力加速度為g,當C與車共同向左加速時()

A.A對C的支持力增大

B.B對C的支持力不變

C.當向左的加速度大小達到且g時，C將脫離4

3

D.當向左的加速度大小達到走g時，C將脫離A

2

答案：C

解析：本題考查受力分析，牛頓運動定律。如圖所示，對C進行受力分析，由幾何關(guān)系可

知，AB對C的支持力與豎直方向夾角均為30。，原來C處于靜止狀態(tài)，根據(jù)平衡條件可

得穌Bsin30=心從sin30,，心"cos30、+穌八cos30c=mg,即1m/s?4aK7m/s?,故。的加

速度大小為a，根據(jù)牛頓第二定律有&sin300-&sin300=3,

僅“COS300+&3COS30'=mg,可見A對C的支持力減小、B對C的支持力增大，A、B錯

誤；當A對C的支持力為零時，根據(jù)牛頓第二定律可得利gtan30。=%"，解得a=3g,C

3

正確，D錯誤。

典例2.游樂園中，游客乘坐能加速或減速運動的升降機，可以體會超重與失重的感覺。下

列描述正確的是（）

A.當升降機加速上升時，游客處于失重狀態(tài)

B.當升降機減速下降時，游客處于失重狀態(tài)

C.當升降機減速上升時，游客處于失重狀態(tài)

D.當升降機加速下降時，游客處于超重狀態(tài)

答案：C

解析：本題以游樂園的升降機為實際情境考查牛頓第二定律的應用、超重和失重。當升降機

加速上升時，游客有向上的加速度，是由重力與升降機對游客支持力的合力提供的，此時升

降機對游客的支持力大于游客的重力，所以游客處于超重狀態(tài)，A錯誤;當升降機減速下降

時，游客具有向上的加速度，同理此時游客也處于超重狀態(tài)，B錯誤；當升降機減速上升時，

游客具有向下的加速度，是由重力與升降機對游客支持力的合力提供的，所以升降機對游客

的支持力小于游客的重力，此時游客處于失重狀態(tài)，C正確;當升降機加速下降時，游客具

有向下的加速度，同理可得此時游客處于失重狀態(tài)，D錯誤。

典例3.如圖所示為水平勻速轉(zhuǎn)動的傳送帶，一個物塊以某一速度從左邊沖上傳送帶，則小

物塊運動的VV圖像不可能是（）

7

解析：本題通過傳送帶考查牛頓第二定律的應用利圖像問題。如果物塊初速度比傳送帶速度

小，物塊將一直加速，或先加速后勻速，故A正確；如果物塊初速度與傳送帶速度相等，

物塊一直做勻速直線運動，故B正確；如果物塊的初速度大于傳送帶的速度，物塊可以一

直減速，也可以到達B點前和傳送帶共速，之后一起勻速運動，但是速度不能減到零，故C

正確，D錯誤。本題選擇不可能的，故選D。

典例4.如圖所示，纜車用鋼索懸掛著，處于靜止狀態(tài)，其底板上放置一小物塊，物塊與纜

車左側(cè)壁用水平輕彈簧連接起來，彈簧處于拉伸狀態(tài)，物塊恰好不會相對底板滑動。已知纜

車質(zhì)量遠大于物塊質(zhì)量，物塊與纜車底板間的動摩擦因數(shù)為“，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力,

不計空氣阻力，重力加速度為g,則鋼索斷開瞬間（）

A.物塊受4個力作用B.物塊受2個力作用

C.物塊的加速度大小為gD.物塊的加速度大小為純

答案：B

解析：本題考查牛頓第二定律、摩擦力產(chǎn)生的條件。鋼索斷開前，物塊與底板間的摩擦力為

最大靜摩擦力。鋼索斷開瞬間，底板、物塊均處于完全失重狀態(tài)，物塊對底板的壓力為零,

不滿足摩擦力產(chǎn)生的條件，故此時物塊與底板間的摩擦力為零，物塊只受重力和彈簧的拉力

2個力的作用，選項A錯誤，B正確；鋼索斷開瞬間，物塊在豎直方向上做自由落體運動,

其豎直方向的加速度大小為g,其在水平方向的加速度大小為〃g,故物塊的加速度大小

a-y]\+p2gc,D錯誤。

典例5.如圖所示，在光滑水平桌面上有一質(zhì)量為M的小車A,小車右端有一不可伸長的細

線通過光滑的小滑輪與一質(zhì)量為〃，的物塊8相連。在小車向右運動的過程中，其加速度為4,

細線中的張力為不，若將物塊B取下，換成尸的力豎直向下拉細線，此時小車的加速

度為%,細線中的張力為石。下列判斷正確的是（）

BU

A.=a2,Tt=T2B.q=%,7；<qC.a,<a2,T,=T2D,a,<a2,7；<T2

答案：D

解析:本題借助連接體問