2025高考物理總復習牛頓第二定律的基本應用

第2講牛頓第二定律的基本應用高考總復習2025考點一動力學的兩類基本問題強基礎(chǔ)?固本增分1.兩類動力學問題

關(guān)鍵都是受力分析和運動狀態(tài)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

求加速度以

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)系如圖所示。

加速度√√×研考點?精準突破1.動力學兩類基本問題的解題步驟

2.等時圓模型(1)質(zhì)點從豎直圓環(huán)上沿不同的光滑弦上端由靜止開始滑到圓環(huán)的最低點所用時間相等,如圖甲所示。(2)質(zhì)點從豎直圓環(huán)上最高點沿不同的光滑弦由靜止開始滑到下端所用時間相等,如圖乙所示。(3)兩個豎直圓環(huán)相切且兩環(huán)的豎直直徑均過切點,質(zhì)點沿不同的光滑弦上端由靜止開始滑到下端所用時間相等,如圖丙所示?？枷蛞?/p>

已知受力情況求運動情況典題1

四旋翼無人機是一種能夠垂直起降的小型遙控飛行器,目前得到越來越廣泛的應用。一架質(zhì)量m=2kg的無人機,其動力系統(tǒng)所能提供的最大升力F=36N,運動過程中所受空氣阻力大小恒為Ff=4N。g取10m/s2。(1)無人機在地面上從靜止開始,以最大升力豎直向上起飛。求在t=5s時離地面的高度h。(2)當無人機懸停在距離地面高度H=100m處時,由于動力設(shè)備故障,無人機突然失去升力而墜落。求無人機墜落到地面時速度v的大小。答案

(1)75m

(2)40m/s解析

(1)設(shè)無人機上升時加速度為a,由牛頓第二定律得F-mg-Ff=ma解得a=6

m/s2由h=at2解得h=75

m。(2)設(shè)無人機墜落過程中加速度為a1,由牛頓第二定律得mg-Ff=ma1解得a1=8

m/s2由v2=2a1H解得v=40

m/s。★一題多變

若在典題1無人機墜落過程中,由于遙控設(shè)備的干預,動力設(shè)備重新啟動提供向上的最大升力。為使無人機著地時速度為零,求無人機從開始下落到恢復升力的最長時間t1。解析

設(shè)無人機恢復升力后向下減速時加速度為a2,由牛頓第二定律得F-mg+Ff=ma2,解得a2=10

m/s2名師點撥

(1)把握“兩個分析”“一個橋梁”(2)找到不同過程之間的“聯(lián)系”,如第一個過程的末速度就是下一個過程的初速度,若過程較為復雜,可畫位置示意圖確定位移之間的聯(lián)系?？枷蚨?/p>

已知運動情況求受力情況典題2(多選)古代勞動人民常用夯錘(如圖甲所示)將地砸實,打夯時四個勞動者每人分別握住夯錘的一個把手,一個人喊號,號聲一響,四人同時用力將地上質(zhì)量為90kg的夯錘豎直向上提起;號音一落,四人同時松手,夯錘落下將地面砸實。以豎直向上為正方向,若某次打夯過程松手前夯錘運動的v-t圖像如圖乙所示。不計空氣阻力,g取10m/s2,下列說法正確的是(

)A.松手后,夯錘立刻做自由落體運動B.夯錘離地的最大高度為0.45mC.夯錘上升過程所用的時間為0.45sD.松手前,夯錘所受合外力的大小為300NBD考向三

等時圓模型典題3(多選)如圖所示,Oa、Ob和ad是豎直平面內(nèi)三根固定的光滑細桿,O、a、b、c、d位于同一圓周上,c為圓周的最高點,a為最低點,O'為圓心。每根桿上都套著一個小滑環(huán)(未畫出),兩個滑環(huán)從O點無初速度釋放,一個滑環(huán)從d點無初速度釋放,用t1、t2、t3分別表示滑環(huán)沿Oa、Ob、da到達a、b所用的時間。下列關(guān)系正確的是(

)A.t1=t2

B.t2>t3

C.t1<t2

D.t1=t3BCD解析

設(shè)想還有一根光滑固定細桿ca,則ca、Oa、da三細桿交于圓的最低點a,三桿頂點均在圓周上,根據(jù)等時圓模型可知,由c、O、d無初速度釋放的小滑環(huán)到達a點的時間相等,即tca=t1=t3;由c→a和由O→b滑動的小滑環(huán),滑行位移大小相同,初速度均為零,但加速度aca>aOb,由x=at2可知,t2>tca,故A項錯誤,B、C、D項正確。反思提升

考點二超重與失重問題大于向上減速下降小于向下減速上升向下×√×提示

電梯啟動瞬間加速度方向向上,人受到的合力方向向上,所以人受到的支持力大于其所受重力;電梯勻速向上運動時,人受到的合力為零,所以人受到的支持力等于其所受重力。研考點?精準突破判斷超重和失重的方法

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①物體向上加速或向下減速時,處于超重狀態(tài)②物體向下加速或向上減速時,處于失重狀態(tài)考向一

超重、失重的理解典題4(2024山東濟南模擬)圖甲是某同學站在接有力傳感器的板上做下蹲、起跳動作的示意圖,圖中的O點表示他的重心。圖乙是傳感器所受壓力隨時間變化的圖像,圖像上a、b兩點的縱坐標分別為900N和300N,重力加速度g取10m/s2,不計空氣阻力。根據(jù)圖像分析可知(

)A.該同學的重力可由b點讀出,為300NB.該同學在b到c的過程中先處于超重狀態(tài)再處于失重狀態(tài)C.該同學在雙腳與板不接觸的過程中處于完全失重狀態(tài)D.該同學在b點對應時刻的加速度大于在c點對應時刻的加速度答案

C

解析

開始時該同學處于平衡狀態(tài),對傳感器的壓力為900

N,該同學的重力也為900

N,A錯誤;b到c過程中,該同學對板的壓力先小于他的重力,后大于他的重力,則該同學先處于失重狀態(tài)后處于超重狀態(tài),B錯誤;離開板后該同學只受重力的作用,處于完全失重狀態(tài),C正確;b點對應時刻彈力與重力的差值要小于c點對應時刻彈力與重力的差值,則該同學在b點對應時刻的加速度要小于在c點對應時刻的加速度,D錯誤?？枷蚨?/p>

超重、失重的計算典題5

某同學抱著箱子做蹲起運動研究超重和失重現(xiàn)象,在箱內(nèi)的頂部和底部均安裝有壓力傳感器。如圖所示,兩質(zhì)量均為2kg的物塊用輕彈簧連接分別抵住傳感器。當該同學抱著箱子靜止時,頂部的壓力傳感器示數(shù)F1=10N。重力加速度g取10m/s2。不計空氣阻力,則(

)A.箱子靜止時,底部壓力傳感器示數(shù)F2=30NB.當F1=5N時,箱子處于失重狀態(tài),人可能抱著箱子下蹲C.當F1=15N時,箱子處于超重狀態(tài),人可能抱著箱子向上站起D.若箱子保持豎直從高處自由釋放,運動中兩個壓力傳感器的示數(shù)均為30ND解析

當箱子靜止時,對兩物塊和彈簧組成的系統(tǒng)受力分析可知2mg+F1=F2,得下面壓力傳感器顯示示數(shù)F2=50

N,A錯誤;對上面物體有mg+F1=F彈,得F彈=30

N,當F1=5

N時,對上面物體有mg+F1<F彈,所以加速度方向向上,箱子處于超重狀態(tài),B錯誤;當F1=15

N時,mg+F1>F彈,加速度方向向下,箱子處于失重狀態(tài),C錯誤;當箱子自由下落時處于完全失重狀態(tài),兩個物體所受合力均為mg,則應有F彈=F1=F2,彈簧長度沒變,所以兩個壓力傳感器的示數(shù)均為30

N,D正確?？键c三動力學的圖像問題動力學圖像

體現(xiàn)數(shù)形結(jié)合的思想1.動力學圖像反映了兩個變量之間的函數(shù)關(guān)系,必要時需要根據(jù)物理規(guī)律進行推導,得到函數(shù)關(guān)系后結(jié)合圖線的斜率、截距、面積、交點坐標、拐點的物理意義對圖像及運動過程進行分析。2.常見的動力學圖像及問題類型3.動力學圖像問題的解題策略(1)問題實質(zhì)是力與運動的關(guān)系,解題的關(guān)鍵在于弄清圖像斜率、截距、交點、拐點、面積的物理意義。(2)應用物理規(guī)律列出與圖像對應的函數(shù)方程式,進而明確“圖像與公式”“圖像與物體”間的關(guān)系,以便對有關(guān)物理問題作出準確判斷?？枷蛞?/p>

由動力學圖像分析有關(guān)問題典題6(2024浙江金華聯(lián)考)煙花彈從豎直的炮筒中被推出,升至最高點后爆炸。上升的過程由于空氣阻力的影響,v-t圖像如圖所示,從推出到最高點所用的時間為t,上升的最大高度為H,圖線上C點的切線與AB平行,t0、vC為已知量,且煙花彈t0時間內(nèi)上升的高度為h,則下列說法正確的是(

)A.煙花彈上升至最高點時,加速度大小為零B.煙花彈上升至最高點過程中,空氣阻力大小不變C.煙花彈剛從炮筒被推出的速度v滿足

<HD.煙花彈剛從炮筒被推出的速度v滿足D解析

煙花彈上升至最高點時,受重力作用,加速度為g,A錯誤;v-t圖像的斜率代表加速度,由圖可知加速度逐漸減小,根據(jù)牛頓第二定律有mg+Ff=ma,可知空氣阻力逐漸減小,B錯誤;若煙花彈做勻變速直線運動,設(shè)位移為H',由圖面積可知H<H',結(jié)合勻變速直線運動規(guī)律可知

>H,C錯誤;同C項分析,煙花彈上升到速度為vC時,若煙花彈做勻變速直線運動,設(shè)位移為h',由圖面積可知h'>h,結(jié)合勻變速直線運動規(guī)律可知

,D正確?？枷蚨?/p>

由已知條件確定某有關(guān)圖像典題7(2023山東濟南一模)如圖所示,豎直輕彈簧一端與地面相連,另一端與物塊相連,物塊處于靜止狀態(tài)?，F(xiàn)對物塊施加一個豎直向上的拉力F,使物塊向上做初速度為零的勻加速直線運動,此過程中彈簧的形變量始終在彈性限度內(nèi)