2025年高考物理一輪總復習課件 第3章 第10講 牛頓第二定律的基本應用

第三章運動和力的關系第10講牛頓第二定律的基本應用知識梳理·易錯辨析核心考點·重點突破名師講壇·素養(yǎng)提升提能訓練練案[15]知識梳理·易錯辨析一、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____________；第二類：已知運動情況求物體的____________。運動情況受力情況2．解決兩類基本問題的方法：以__________為“橋梁”，由運動學公式和________________列方程求解，具體邏輯關系如圖：加速度牛頓運動定律二、超重與失重1．實重和視重(1)實重：物體實際所受的重力，與物體的運動狀態(tài)________。(2)視重：①當物體掛在彈簧測力計下或放在水平臺秤上時，彈簧測力計或臺秤的________稱為視重。②視重大小等于彈簧測力計所受物體的________或臺秤所受物體的________。無關示數(shù)拉力壓力2．超重、失重和完全失重的比較

超重現(xiàn)象失重現(xiàn)象完全失重現(xiàn)象概念物體對支持物的壓力

(或?qū)覓煳锏睦?

________物體所受重力的現(xiàn)象物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?________物體所受重力的現(xiàn)象物體對支持物的壓力(或?qū)τ趹覓煳锏睦?__________的現(xiàn)象大于小于等于零

超重現(xiàn)象失重現(xiàn)象完全失重現(xiàn)象產(chǎn)生條件物體的加速度方向____________物體的加速度方向____________物體的加速度方向____________，大小__________原理方程F－mg＝maF＝_______________mg－F＝maF＝_____________mg－F＝ma＝mgF＝______運動狀態(tài)________上升或________下降________下降或________上升以a＝g________下降或________上升豎直向上豎直向下豎直向下

a＝gm(g＋a)

m(g－a)0加速減速加速減速加速減速1.已知物體受力情況，求解運動量時，應先根據(jù)牛頓第二定律求解加速度。()2．加速度大小等于g的物體處于完全失重狀態(tài)。()3．減速上升的升降機內(nèi)的物體，物體對地板的壓力大于物體的重力。()4．加速上升的物體處于超重狀態(tài)。()5．物體處于超重或失重狀態(tài)時其重力并沒有發(fā)生變化。()6．根據(jù)物體處于超重或失重狀態(tài)，可以判斷物體運動的速度方向。()√××√√×核心考點·重點突破1應用牛頓第二定律分析瞬時問題(能力考點·深度研析)兩種模型加速度與合外力具有瞬時對應關系，二者總是同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失，具體可簡化為以下兩種模型：?考向1橡皮筋和輕繩模型

“四步驟”巧解瞬時性問題第一步：分析原來物體的受力情況。第二步：分析物體在突變時的受力情況。第三步：由牛頓第二定律列方程。第四步：求出瞬時加速度，并討論其合理性。?考向2輕彈簧和輕桿模型

兩小球A、B先后用彈簧和輕桿相連，放在光滑斜面上靜止，擋板C與斜面垂直，彈簧、輕桿均與斜面平行，如圖甲、乙，A、B質(zhì)量相等，重力加速度為g，斜面的傾角為θ。在突然撤去擋板的瞬間()A．圖甲中A球的加速度為gsinθB．圖甲中B球的加速度為gsinθC．圖乙中B球的加速度為2gsinθD．圖乙中B球的加速度為gsinθD[解析]

撤去擋板前，對整體分析，擋板對B球的彈力大小為2mgsinθ，因彈簧彈力不能突變，而桿的彈力會突變，所以撤去擋板瞬間，圖甲中A球所受合力為零，加速度為零，B球所受合力為2mgsinθ，加速度為2gsinθ；題圖乙中桿的彈力突變?yōu)榱悖珹、B球所受合力均為mgsinθ，加速度均為gsinθ。?考向3接觸面和彈簧問題

(2024·安徽亳州檢測)如圖所示，質(zhì)量均為2kg的木塊A和B靜止在傾角為30°的光滑斜面上，此時A、B間恰好沒有彈力，則剪斷細繩的瞬間A、B間的彈力為()A．0 B．5NC．10N D．20B[解析]

初狀態(tài)因A、B間恰好沒有彈力，所以此時彈簧彈力F＝mgsin30°。剪斷細繩的瞬間，彈簧彈力不能突變，仍為mgsin30°，以A、B整體為研究對象，根據(jù)牛頓第二定律有2mgsin30°－F＝2ma，解得a＝2.5m/s2；再隔離B分析有mgsin30°－FN＝ma，解得FN＝5N，故B正確。2超重與失重現(xiàn)象(基礎考點·自主探究)1．對超重和失重的理解(1)超重并不是重力增加了，失重并不是重力減小了，完全失重也不是重力完全消失了。在發(fā)生這些現(xiàn)象時，物體的重力依然存在，且不發(fā)生變化，只是物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?發(fā)生變化。(2)在完全失重的狀態(tài)下，平常一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會完全消失，如天平失效、浸在水中的物體不再受浮力、液體柱不再產(chǎn)生壓強等。2．判斷超重和失重的方法(1)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)。(2)從加速度的角度判斷當物體具有向上的(分)加速度時，物體處于超重狀態(tài)；具有向下的(分)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)。(3)從速度變化的角度判斷①物體向上加速或向下減速時，超重；②物體向下加速或向上減速時，失重?！靖櫽柧殹?/p>

(從加速度角度判斷)(2024·陜西西安調(diào)研)2022年2月8日，在中國北京冬奧會上，自由式滑雪女子大跳臺項目，中國選手谷愛凌拿到了一枚寶貴的金牌。這不僅是她本人的首枚奧運金牌，更是中國代表團在本屆冬奧會雪上項目的首金。自由滑雪女子空中技巧比賽中比賽場地可簡化為如圖所示的助滑區(qū)、弧形過渡區(qū)、著陸區(qū)、減速區(qū)等組成。若將運動員看作質(zhì)點，且忽略空氣阻力，下列說法正確的是()BA．運動員在助滑區(qū)加速下滑時處于超重狀態(tài)B．運動員在跳離弧形過渡區(qū)至著陸區(qū)之前的過程中處于完全失重狀態(tài)C．運動員在弧形過渡區(qū)運動過程中處于失重狀態(tài)D．運動員在減速區(qū)減速過程中處于失重狀態(tài)[解析]

運動員在助滑區(qū)加速下滑時，加速度沿斜面向下，加速度在豎直方向的分加速度為豎直向下，處于失重狀態(tài)，A錯誤；忽略空氣阻力，運動員在跳離弧形過渡區(qū)至著陸區(qū)之前，在空中只受到豎直向下的重力作用，物體的加速度為豎直向下的重力加速度，處于完全失重狀態(tài)，B正確；運動員在弧形過渡區(qū)做圓周運動，加速度有豎直向上的分量，處于超重狀態(tài)，C錯誤；運動員在減速區(qū)減速過程中，減速下降，豎直方向的分加速豎直向上，處于超重狀態(tài)，D錯誤。

(從受力角度判斷)2023年10月2日，杭州亞運會蹦床項目結束女子個人比賽的爭奪，中國選手朱雪瑩、胡譯乘包攬冠亞軍。假設在比賽的時候某一個時間段內(nèi)蹦床所受的壓力如圖所示，忽略空氣阻力，g＝10m/s2，則以下說法正確的是()A．1.0s到1.2s之間運動員處于失重狀態(tài)B．1.0s到1.2s之間運動員處于超重狀態(tài)C．在圖示的運動過程中，運動員離開蹦床后上升的最大高度為9.8mD．在圖示的運動過程中，運動員離開蹦床后上升的最大高度為3.2mD(從速度變化的角度判斷)一質(zhì)量為m的乘客乘坐豎直電梯下樓，其位移s與時間t的關系圖像如圖所示。乘客所受支持力的大小用FN表示，速度大小用v表示。重力加速度大小為g。以下判斷正確的是()A．0～t1時間內(nèi)，v增大，F(xiàn)N>mgB．t1～t2時間內(nèi)，v減小，F(xiàn)N<mgC．t2～t3時間內(nèi)，v增大，F(xiàn)N<mgD．t2～t3時間內(nèi)，v減小，F(xiàn)N>mgD[解析]

根據(jù)位移—時間圖像的斜率表示速度可知，0～t1時間內(nèi)乘客的速度增大，乘客向下做加速運動，故加速度向下，乘客處于失重狀態(tài)，可知FN<mg，選項A錯誤；t1～t2時間內(nèi)乘客的速度不變，乘客做勻速運動，說明乘客處于平衡狀態(tài)，可知FN＝mg，選項B錯誤；t2～t3時間內(nèi)乘客的速度減小，乘客向下做減速運動，故加速度向上，乘客處于超重狀態(tài)，可知FN>mg，選項C錯誤，D正確。

(用超重和失重的觀點解題)跳樓機可以使人體驗失重和超重(如圖所示)?，F(xiàn)讓升降機將座艙送到距地面H＝78m的高處，然后讓座艙自由下落，落到距地面h＝30m的位置時開始制動，使座艙均勻減速，座艙落到地面時剛好停下，在該體驗中，小明將質(zhì)量m＝10kg的書包平放在大腿上(不計空氣阻力，g取10m/s2)。(1)當座艙靜止時，請用所學知識證明書包的重力G與書包對小明大腿的壓力大小F相等；(2)當座艙落到距地面h1＝50m的位置時，求小明對書包的作用力大小F1；(3)求跳樓機制動后(勻減速階段)加速度a的大?。?4)當座艙落到距地面h2＝15m的位置時，求小明對書包的作用力大小F2。[答案]

(1)見解析(2)0

(3)16m/s2(4)260N[解析]

(1)設小明大腿對書包的支持力大小為FN，因為物體處于靜止狀態(tài)，則FN＝G根據(jù)牛頓第三定律有FN＝F，所以G＝F。(2)座艙自由下落到距地面h＝30m的位置時開始制動，所以當座艙距地面h1＝50m時，書包處于完全失重狀態(tài)，則有F1＝0。方向豎直向上，故跳樓機制動后(勻減速階段)加速度a的大小為16m/s2。(4)由牛頓第二定律得F2－mg＝ma，代入數(shù)據(jù)得F2＝260N，故當座艙落到距地面h2＝15m的位置時，小明對書包的作用力大小為260N。3動力學兩類基本問題(能力考點·深度研析)動力學兩類基本問題的解題思路?考向1已知物體受力情況，分析運動情況

(2024·浙江省高三階段練習)2022年2月4日，第24屆冬奧會在北京舉行。冰壺是冬奧會比賽項目之一。冬奧會上運動員把冰壺沿水平冰面投出，讓冰壺在冰面上自由滑行，在不與其他冰壺碰撞的情況下，最終停在遠處的某個位置。按比賽規(guī)則，投擲冰壺運動員的隊友，可以用毛刷在冰壺滑行前方來回摩擦冰面，減小冰面的動摩擦因數(shù)以調(diào)節(jié)冰壺的運動。現(xiàn)運動員以一定的初速度投擲出冰壺，冰壺能自由滑行28.9m遠。已知冰壺的質(zhì)量為19kg，在未摩擦冰面的情況下，冰壺和冰面的動摩擦因數(shù)為0.02，摩擦后動摩擦因數(shù)變?yōu)樵瓉淼?0%，不計空氣阻力，不考慮冰壺的旋轉。(1)冰壺被擲出時的初速度大?。?2)相同的初速下，在冰壺自由滑行一定距離后，隊友開始在其滑行前方一直摩擦冰面，最終使得冰壺多滑行了2.1m。則冰壺自由滑行的距離有多遠？[解析]

(1)冰壺自由滑行時，初速度方向為正方向，根據(jù)牛頓第二定律有－μmg＝ma1，又有x＋2.1＝x1＋x2，聯(lián)立代入數(shù)據(jù)解得x1＝10m。[答案]

(1)3.4m/s

(2)10m解決動力學兩類基本問題應把握的關鍵(1)兩類分析——物體的受力分析和物體的運動過程分析；(2)兩個橋梁——加速度是聯(lián)系運動和力的橋梁；速度是各物理過程間相互聯(lián)系的橋梁。?考向2已知物體運動情況，分析受力情況

(2022·浙江1月選考)第24屆冬奧會將在我國舉辦。鋼架雪車比賽的一段賽道如圖1所示，長12m水平直道AB與長20m的傾斜直道BC在B點平滑連接，斜道與水平面的夾角為15°。運動員從A點由靜止出發(fā)，推著雪車勻加速到B點時速度大小為8m/s，緊接著快速俯臥到車上沿BC勻加速下滑(圖2所示)，到C點共用時5.0s。若雪車(包括運動員)可視為質(zhì)點，始終在冰面上運動，其總質(zhì)量為110kg，sin15°＝0.26，求雪車(包括運動員)：(1)在直道AB上的加速度大??；(2)過C點的速度大小；(3)在斜道BC上運動時受到的阻力大小。a2＝2m/s2v＝v1＋a2t2＝12m/s。(3)mgsinθ－Ff＝ma2，F(xiàn)f＝66N?！靖櫽柧殹?/p>

(已知運動情況求力)(2022·遼寧卷)如圖所示，一小物塊從長1m的水平桌面一端以初速度v0沿中線滑向另一端，經(jīng)過1s從另一端滑落。物塊與桌面間動摩擦因數(shù)為μ，g取10m/s2。下列v0、μ值可能正確的是()A.v0＝2.5m/s B．v0＝1.5m/sC．μ＝0.28 D．μ＝0.25B

(已知受力求運動)(2024·福建省福州聯(lián)考)如圖，直桿水平固定，質(zhì)量m＝0.1kg的小圓環(huán)套在桿上A點，在豎直平面內(nèi)對環(huán)施加一個與桿夾角θ＝53°的斜向上恒力F＝7.5N，使小圓環(huán)由靜止開始沿桿向右運動，并在經(jīng)過B點時撤掉此拉力F，小圓環(huán)最終停在C點。已知小圓環(huán)與直桿間動摩擦因數(shù)μ＝0.8，取g＝10m/s2，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6，求：(1)AB段小圓環(huán)的加速度a1的大??；(2)AB與BC的距離之比s1∶s2。[答案]

(1)a1＝5m/s2

(2)s1∶s2＝8∶5[解析]

(1)在AB段，對圓環(huán)根據(jù)牛頓運動定律有Fcosθ－Ff1＝ma1

①Fsinθ＝FN1＋mg

②Ff1＝μFN1

③由①②③式代入數(shù)據(jù)得a1＝5m/s2。④(2)BC段，對圓環(huán)根據(jù)牛頓運動定律有FN2＝mg

⑤Ff2＝ma2

⑥又Ff2＝μFN2

⑦由⑤⑥⑦式代入數(shù)據(jù)得a2＝8m/s2

⑧在AB和BC段，根據(jù)勻變速直線運動規(guī)律，分別有名師講壇·素養(yǎng)提升