2018年高考物理一轮复习第三章牛顿运动定律第2讲牛顿第二定律的应用(1)教学案(含解析)

1、第2讲 牛顿第二定律的应用(1)教材知识梳理、动力学的两类基本问题1由物体的受力情况求解运动情况的基本思路：先求出几个力的合力，由牛顿第二定律，再由运动学的有关公式求出速度或位移2由物体的运动情况求解受力情况的基本思路：已知加速度或根据运动规律求出顿第二定律求出合力，从而确定未知力说明：牛顿第二定律是联系运动问题与受力问题的桥梁，加速度是解题的关键二、超重和失重1超重2失重3完全失重4视重与实重(1)当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为 小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力(2) 物体实际受到的重力大小称为 _ 三、连接体与隔离体1连接体与隔离体： 两个或

2、两个以上物体相连接组成的物体系统，称为_ 如果把其中某个 ( 或几个 ) 物体隔离出来，该物体称为 _2外力和内力(1) 以物体系为研究对象，系统之外其他物体的作用力是系统受到的 _ ，而系统内各物体间的相互作用力为 _ (2) 求外力时应用牛顿第二定律列方程不考虑 _ ；如果把物体隔离出来作为研究对象，则这些内力将变为隔离体的 _ 答案：一、 1. 加速度 2. 加速度二、 1. 大于 2. 小于 3. 等于零4 (1) 视重(2) 实重三、 1. 连接体 隔离体物体对水平支持物的压力( 或对竖直悬挂物的拉力 )物体所受重力的情况称为超重现象(F合=ma求，再由牛物体对水平支持物的压力( 或

3、对竖直悬挂物的拉力 )物体所受重力的情况称为失重现象物体对水平支持物的压力( 或对竖直悬挂物的拉力 )的情况称为完全失重现象视重大22. (1)外力 内力(2)内力外力【思维辨析】(1) 放置于水平桌面上的物块受到的重力是物块的内力.()(2) 系统的内力不会影响系统整体的运动效果.()(3) 运动物体的加速度可根据运动速度、位移、时间等信息求解，所以加速度由运动情况决定.()(4) 物体处于超重状态时，物体的重力大于mg()(5) 物体处于完全失重状态时其重力消失.()(6) 物体处于超重还是失重状态，由加速度的方向决定，与速度方向无关.()(7) 减速上升的升降机内的物体对地板的压力大于重

4、力.()答案：(1)(X)(2)(V)(3)(X)(4)(X)(5)(X)(6)(V)(7)(X)考点互动探究0 考点一 动力学的两类基本问题 蜀垄延 d解决动力学两类问题的基本思路第一类闷題2016 四川卷(17 分)避险车道是避免恶性交通事故的重要设施，由制动坡床和防撞设施等组成，如图 3-7-2 所示，竖直平面内，制动坡床视为与水平面夹角为0的斜面一辆长 12 m 的载有货物的货车因刹车失灵从干道驶入制动坡床，当车速为23 m/s 时，车尾位于制动坡床的底端，货物开始在车厢内向车头滑动，当货物在车厢内滑动了4m 时，车头距制动坡床顶端38 m 再过一段时间，货车停止已知货车质量是货物质量

5、的4 倍，货物与车厢间的动摩擦因数为0.4 ;货车在制动坡床上运动受到的坡床阻力大小为货车和货物总重的0.44 倍.货物与货车分别视为小滑块和平板，取cos0= 1, sin0= 0.1 ,g2取 10 m/s .求：(1) 货物在车厢内滑动时加速度的大小和方向;(2) 制动坡床的长度.3图 3-7-2解答规范（1）设货物的质量为m货物在车厢内滑动过程中，货物与车厢间的动摩擦因数卩=0.4 ,受摩擦力大小为f，加速度大小为ai，则_=ma（2 分）f=_（2 分）联立以上二式并代入数据得ai= 5 m/s2（1 分）ai的方向沿制动坡床向下.（1 分）（2）设货车的质量为M车尾位于制动坡床底端

6、时的车速为v= 23 m/s.货物在车厢内开始滑动到车头距制动坡床顶端so= 38 m 的过程中，用时为t，货物相对制动坡床的运动距离为S2.货车受到制动坡床的阻力大小为F,F是货车和货物总重的k倍，k= 0.44，货车长度lo= 12 m，制动坡床的长度为I，贝UMgsin0+Ff=Ma（2 分）F=k（ mFM g（2 分）S1=_（2 分）S2= _ （2 分）s=_ （1 分）l=I0+S0+S2（1 分）联立并代入数据得l= 98 m. （1 分）1212答案：f+min03mgcos0vtvt ?a2tS1S2立式题 1 研究表明，一般人的刹车反应时间（即图 3-7-3 甲中“反应

7、过程”所用时间）讥=0.4 s，但饮酒会导致反应时间延长在某次试验中，志愿者少量饮酒后驾车以V0= 72 km/h 的速度在试验场的水平路面上匀速行驶，从发现情况到汽车停止，行驶距离L= 39 m减速过程中汽车位移x与速度v的关系曲线如图乙所示.此过程可视为匀变速直线运动.重力加速度的大小g取 10 m/s2.求：（1）减速过程中汽车加速度的大小及所用时间；4（2）饮酒使志愿者比一般人增加的反应时间；（3）减速过程中汽车对志愿者的作用力大小与志愿者重力大小的比值.甲fjt/m图 3-7-32J41答案：(1)8 m/s 2.5 s (2)0.3 s(35-解析(1)设减速过程中汽车加速度的大小

8、为a,所用时间为t，由题可得，初速度vo= 20 m/s，末速度v= 0,位移x= 25 m，由运动学公式得2vo= 2axVot=a联立以上两式，代入数据得2a= 8 m/s ,t= 2.5 s(2) 设志愿者正常情况下反应时间为t，饮酒后反应时间的增加量为t，由运动学公式得L=Vot+xt=tto联立以上两式，代入数据得t= o.3 s(3) 设志愿者所受的合外力大小为F,汽车对志愿者的作用力大小为Fo,志愿者质量为m由牛顿第二定律得F=ma由平行四边形定则得F2+ (mg2联立以上两式，代入数据得Fo/41mg-5 .全式题 2 2016 -合肥质量检测如图 3-7-4 所示，有一半圆，

9、其直径水平且与另一圆的底部相切于O点，O点恰好是半圆的圆心，圆和半圆处在同一竖直平面内现有三条光滑轨道AOB COD EOF它们的两端分别位于圆和半圆的圆周上，轨道与圆的竖直直径的夹角关系为a39.现让小物块先后从三条轨道顶端由静止下滑至底端，则小物块在每一条倾斜轨道上滑动时所经历的时间关系为()5A.tAB=tCD=tEFB.tABtcDtEFC.tABtCDtEFD.tAB=tCD39可知,ggcos3, g gcos9一 12运动的加速度ai=geosa，由Li= 2aitAB,解得tAB=EOF同理可得tCD=tABtcDtEF，选项B正确.乎+g2R.对轨道COD g gcos图 3

10、-7-46注意:(1)超重、失重现象的实质是物体的重力的效果发生了变化，重力的效果增大，则物体处于超重状态;重力的效果减小，则物体处于失重状态.重力的作用效果体现在物体对水平面的压力、物体对竖直悬线的拉力等方面，在超重、失重现象中物体的重力并没有发生变化.(2) 物体是处于超重状态，还是失重状态，取决于加速度的方向，而不是速度的方向.只要加速度有 竖直向上的分量，物体就处于超重状态；只要加速度有竖直向下的分量，物体就处于失重状态，当物体的 加速度等于重力加速度时(竖直向下)，物体就处于完全失重状态.(3) 在完全失重的状态下，一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平不能测量物体的质量、 浸

11、在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生向下的压强等.变式网络 1竖直慚方向上的超电失虫锯嚣笛 3 吨式题 1 2016 合肥质量检测如图 3-7-5 所示，在教室里某同学站在体重计上研究超重与失重. 她 由稳定的站姿变化到稳定的蹲姿称为“下蹲”过程；由稳定的蹲姿变化到稳定的站姿称为“起立”过程.关于她的实验现象，下列说法中正确的是()TAUdSA. 只有“起立”过程才能出现超重的现象B. 只有“下蹲”过程才能出现失重的现象C. “下蹲”的过程中，先出现超重现象后出现失重现象D. “起立”“下蹲”的过程中，都能出现超重和失重的现象答案：D 解析“起立”的过程中，先加速向上后减速向上运动，加速向上

12、运动时加速度方向向上， 出现超重现象，减速向上运动时加速度方向向下，出现失重现象，即“起立”过程先出现超重现象后出现 失重现象；“下蹲”的过程中，先加速向下后减速向下运动，加速向下运动时加速度方向向下，出现失重 现象，减速向下运动时加速度方向向图 3-7-57上，出现超重现象，即“下蹲”过程先出现失重现象后出现超重现象,D 正确，A B C 错误.8如图 3-7-6 所示，质量为M的缆车车厢通过悬臂固定悬挂在缆绳上,车厢水平底板上放置一质量为m的货物，在缆绳牵引下货物随车厢一起斜向上加速运动若运动过程中悬臂和车厢始终处于竖直方向，重力加速度大小为g,则（）A.车厢对货物的作用力大小等于mgB.

13、车厢对货物的作用力方向平行于缆绳向上C.悬臂对车厢的作用力大于（M+ n）gD.悬臂对车厢的作用力方向沿悬臂竖直向上答案：C 解析货物随车厢一起斜向上加速运动，由牛顿第二定律可知，车厢与货物的重力和悬臂对车厢的作用力的合力方向应与加速度方向一致，故悬臂对车厢的作用力方向是斜向上的，选项D 错误；由于车厢和货物在竖直方向有向上的分加速度，处于超重状态，故悬臂对车厢的作用力大于（M+mg,选项 C 正确；同理，对车厢中货物用隔离法分析可知，车厢对货物的作用力大于mg方向是斜向上的，但不平行于缆绳，选项 A、B 错误.奎式题 3 （多选）飞船绕地球做匀速圆周运动， 宇航员处于完全失重状态时，下列说法

14、正确的是（）A. 宇航员不受任何力作用B. 宇航员处于平衡状态C. 地球对宇航员的引力全部用来提供向心力D. 正立和倒立时宇航员一样舒服答案：CD 解析飞船绕地球做匀速圆周运动时，飞船以及里面的宇航员都受到地球的万有引力，选项 A 错误；宇航员随飞船绕地球做匀速圆周运动，宇航员受到地球的万有引力提供其做圆周运动的向心力，不是处于平衡状态，选项 B 错误，选项 C 正确；完全失重状态下，重力的效果完全消失，正立和倒立 情况下，身体中的器官都是处于悬浮状态，没有差别，所以一样舒服，选项D 正确.O 考点三连接体问题应用牛顿第二定律解决连接体类问题时，正确地选取研究对象是解题的关键.若连接体内各物体

15、具有相同的加速度，且不需要求物体之间的作用力，则可以把它们看成一个整体，分析整体受到的合外力，应用牛顿第二定律求出加速度（或其他未知量）；若连接体内各物体的加速度不相同，或者需要求出系戈题 22016 福建质量检测图 3-7-69统内各物体之间的作用力，则需要把物体从系统中隔离出来，应用牛顿第二定律列方程求解；若连接体内10各物体具有相同的加速度，且需要求物体之间的作用力，则可以先用整体法求出加速度，然后再用隔离法 选取合适的研究对象，应用牛顿第二定律求作用力，即“先整体求加速度，后隔离求内力”醐 3 如图 3-7-7 所示，一足够长的固定光滑斜面的倾角0= 37,大小可以忽略的两个小物体A

16、B的质量分别为mA= 1 kg、RB=4 kg,两物体之间的轻绳长L= 0.5 m,轻绳可承受的最大拉力为T= 12 N.对2B施加一沿斜面向上的力F,使A、B由静止开始一起向上运动，力F逐渐增大，g取 10 m/s .(sin 37 =0.6 , cos 37 = 0.8)(1) 若某一时刻轻绳被拉断，求此时外力F的大小；(2) 若轻绳拉断瞬间A、B的速度为 3 m/s，绳断后保持外力F不变，当A运动到最高点时，求A B之 间的距离.解析(1)对整体受力分析，根据牛顿第二定律得F-(mA+m)gsin0 =(mA+m)a隔离A物体，根据牛顿第二定律得T-mgsin0=ma联立解得F= 60

17、N取沿斜面向上为正方向.隔离A物体，根据牛顿第二定律得mgs in0 =maA解得aA=gsin0= 6 m/s2则A物体到最高点所用时间0V0t= 0.5 saA此过程A物体的位移为VoXA= t= 0.75 m隔离B物体，根据牛顿第二定律得Fmgsi n0 =maB此过程B物体的位移为12XB=V0t+ 尹上=2.625 m解得aB=m gsin0 = 9 m/s11两者间距为XBXA+L= 2.375 m.H 式题 1 2016 湖南衡阳月考如图 3-7-8 所示，质量为m和m的两个材料相同的物体用细线相连,在大小恒定的拉力F作用下，先沿水平面，再沿斜面，最后竖直向上匀加速运动，不计空气

18、阻力，在三个阶段的运动中，线上的拉力大小()A. 由大变小B. 由小变大C. 始终不变且大小为m+mD. 由大变小再变大答案：C 解析在水平面上时，对整体，由牛顿第二定律得F(m+m)g= (m+m)ai，对质量为mm的物体，由牛顿第二定律得T1卩mg=ma1,联立解得T=-F;在斜面上时，对整体，由牛顿第二am+m定律得F讥m+m)geos0 (m+m)gsin0= (m+m)a2,对质量为m的物体，由牛顿第二定律得T2m卩mgeos0mgsin0=ma?，联立解得T?=币十mF;在竖直方向上运动时，对整体，由牛顿第二定律m得F(m+m)g= (m+m) &，对质量为m的物体，由牛顿第二定律得T3mg=ma3，联立解得T3=F.m+m m综上分析可知，线上的拉力大小始终不变且大小为F,选项 C 正确.m+m口式题 2a、b两物体的质量分别为m、m,由轻质弹簧相连当用大小为F的恒力竖直向上拉着a,使a、b起向上做匀加速直线运动时，弹簧伸长量为X1;当用大小仍为F的恒