2023届高考物理一轮复习学案：3.2 牛顿第二定律的基本应用（word版含答案）

1、第2节 牛顿第二定律的基本应用 学案基础知识：一、动力学两类基本问题1动力学的两类基本问题第一类：已知物体的受力情况求运动情况；第二类：已知物体的运动情况求受力情况。2解决两类基本问题的方法以加速度为“桥梁”，由运动学公式和牛顿运动定律列方程求解，具体逻辑关系如图：二、超重与失重1实重和视重(1)实重：物体实际所受的重力，它与物体的运动状态无关。(2)视重：当物体在竖直方向上有加速度时，物体对弹簧测力计的拉力或对台秤的压力将不等于物体的重力。此时弹簧测力计的示数或台秤的示数即为视重。2超重(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象。(2)产生条件：物体具有向上的加

2、速度。3失重(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象。(2)产生条件：物体具有向下的加速度。4完全失重(1)定义：物体对支持物(或悬挂物)完全没有作用力的现象称为完全失重现象。(2)产生条件：物体的加速度ag，方向竖直向下。考点一 动力学两类基本问题1问题类型2解决动力学两类问题的两个关键点3动力学基本问题中力的处理方法(1)合成法：在物体受力个数较少(2个或3个)时一般采用“合成法”。(2)正交分解法：若物体的受力个数较多(3个或3个以上)，则采用“正交分解法”。典例1(2021上海闵行区模拟)如图所示，直杆水平固定，质量为m0.1 kg的小圆环(未画出)套在

3、杆上A点，在竖直平面内对环施加一个与杆夹角为53的斜向上的拉力F，使小圆环由静止开始沿杆向右运动，并在经过B点时撤掉此拉力F，小圆环最终停在C点。已知小圆环与直杆间的动摩擦因数0.8，AB与BC的距离之比s1s285。(g取10 m/s2，sin 530.8，cos 530.6)求：(1)小圆环在BC段的加速度的大小a2；(2)小圆环在AB段的加速度的大小a1；(3)拉力F的大小。思路点拨：解此题可按以下思路：(1)在BC段，对小圆环进行受力分析牛顿第二定律加速度；(2)分析小圆环在BC段和AB段的运动情况运动学规律加速度；(3)在AB段，对小圆环进行受力分析杆对小圆环的支持力方向不确定(有向

4、上或向下两种可能)牛顿第二定律拉力F。解析(1)在BC段，小圆环受重力、弹力和摩擦力。对小圆环进行受力分析如图甲所示，甲有FfFNmg，Ffma2，则a2eq f(Ff,m)g0.810 m/s28 m/s2。(2)小圆环在AB段做匀加速运动，由运动学公式可知veq oal(2,B)2a1s1，小圆环在BC段做匀减速运动，由运动学公式可知veq oal(2,B)2a2s2，又eq f(s1,s2)eq f(8,5)，则a1eq f(s2,s1)a2eq f(5,8)8 m/s25 m/s2。(3)当Fsin mg时，小圆环在AB段运动的受力分析如图丙所示，丙由牛顿第二定律可知Fcos Ff2m

5、a1，又Fsin mgFN2，Ff2FN2， 代入数据解得F7.5 N。答案(1)8 m/s2(2)5 m/s2(3)1.05 N或7.5 N两类动力学问题的解题步骤典例2(2021浙江杭州市高三下学期4月二模)随着社会的发展，外卖配送也正踏入“无人机”领域。某天工作人员正在通过无人机将质量m1 kg的医疗物品送至用户家中，如图所示，在无人机的作用下，物品在水平地面上由静止开始竖直向上做匀加速直线运动，经过t12 s后变成匀速直线运动，已知匀速直线运动时间t25 s，然后再经匀减速t34 s后到达用户窗台，此时物品恰好静止，离地高度h40 m。若在匀速运动阶段无人机对物品的作用力大小为F15

6、N，整个运动过程中物品可看成质点，物品所受空气阻力恒定，g取10 m/s2，求：(1)物品运动过程中的最大速率；(2)匀减速阶段物品的加速度大小和位移大小；(3)匀加速阶段无人机对物品的作用力大小。解析(1)由题意可知eq f(vm,2)t1vmt2eq f(vm,2)t3h 解得vm5 m/s。(2)匀减速阶段物品的加速度大小a2eq f(vm,t3) 解得a21.25 m/s2位移大小xeq f(vm,2)t3 解得x10 m。(3)匀速运动阶段FmgF阻 解得F阻5 N由牛顿第二定律有FF阻mgma1又a1eq f(vm,t1) 解得F17.5 N。答案(1)5 m/s(2)1.25 m

7、/s210 m(3)17.5 N考点二 超重与失重问题1对超重和失重现象的理解(1)发生超重或失重现象时，物体所受的重力没有变化，只是压力(或拉力)变大或变小了(即“视重”变大或变小了)。(2)物体处于超重或失重状态只与加速度方向有关，而与速度方向无关。(3)物体超重或失重多少由物体的质量m和竖直加速度a共同决定，其大小等于ma。(4)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，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力作用、液柱不再产生压强等。2判断超重和失重的方法(1)从受力的角度判断当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体处于超重状态；小于重力时，物体处于失重状态；等于零

8、时，物体处于完全失重状态。(2)从加速度的角度判断当物体具有向上的加速度时，物体处于超重状态；具有向下的加速度时，物体处于失重状态；向下的加速度等于重力加速度时，物体处于完全失重状态。(3)从速度变化角度判断当物体向上加速或向下减速时，处于超重状态；当物体向下加速或向上减速时，处于失重状态。典例3(2021广东佛山市高三月考)如图(a)所示，老师用力传感器提着重物在竖直方向上做了一个超、失重实验，并截取了电脑显示器上所显示Ft图像的其中一段，如图(b)所示，则()图(a)图(b)At0阶段重物一定处于静止状态Bt1到t2阶段重物先向上加速后向下减速Ct2阶段重物处于超重状态Dt3阶段重物处于静

9、止状态或匀速直线运动状态Dt0阶段和t3阶段，拉力等于重力，重物可能处于静止状态，也可能处于匀速直线运动状态，所以A错误，D正确；t1阶段拉力大于重力，重物处于超重状态，加速度一定向上，重物向上做加速运动或向下做减速运动，t2阶段拉力小于重力，加速度向下，重物向下加速或向上减速，所以B错误；t2阶段拉力小于重力，重物处于失重状态，所以C错误。考点三 动力学中的图像问题1常见图像：vt图像、at图像、Ft图像、Fa图像等。2动力学图像问题的类型：图像类问题的实质是力与运动的关系问题，以牛顿第二定律Fma为纽带，理解图像的种类，图像的轴、点、线、截距、斜率、面积所表示的意义。一般包括下列几种类型：

10、3解决动力学图像问题的思路(1)分清图像的类别：即分清横、纵坐标所代表的物理量，明确其物理意义，掌握物理图像所反映的物理过程，会分析临界点。(2)注意图线中的一些特殊点所表示的物理意义：图线与横、纵坐标的交点，图线的转折点，两图线的交点等。(3)明确能从图像中获取哪些信息：把图像与具体的题意、情景结合起来，应用物理规律列出与图像对应的函数方程式，进而明确“图像与公式”“图像与物体”间的关系，以便对有关物理问题作出准确判断。典例4(多选)(2019全国卷)如图(a)，物块和木板叠放在实验台上，物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连，细绳水平。t0时，木板开始受到水平外力F的作用，在

11、t4 s时撤去外力。细绳对物块的拉力f随时间t变化的关系如图(b)所示，木板的速度v与时间t的关系如图(c)所示。木板与实验台之间的摩擦可以忽略。重力加速度取10 m/s2。由题给数据可以得出()(a)(b)(c)A木板的质量为1 kgB24 s内，力F的大小为0.4 NC02 s内，力F的大小保持不变D物块与木板之间的动摩擦因数为0.2思路点拨：解此题关键有两点：(1)明确ft图像和vt图像的信息，做好运动分析和受力分析。(2)分段研究木板的加速度，应用牛顿第二定律求解。AB分析知木板受到的摩擦力ff。02 s内，木板静止，Ff，F逐渐增大，所以C错误；45 s内，木板加速度大小a2eq f

12、(0.40.2,1) m/s20.2 m/s2，对木板受力分析，fma20.2 N，得m1 kg，所以A正确；24 s内，对木板Ffma1，Ffma10.2 N1eq f(0.40,2) N0.4 N，所以B正确；由于无法确定物块的质量，尽管知道滑动摩擦力大小，仍无法确定物块与木板间的动摩擦因数，故D错误。典例5(2021山东菏泽高三4月模拟)如图甲所示，一倾角37的足够长斜面，将一质量为m1 kg的物体无初速度在斜面上释放，同时施加一沿斜面向上的拉力，拉力随时间变化的关系如图乙所示，物体与斜面间的动摩擦因数0.25(取g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)，则下列说法正确的是()甲乙A2 s末物体的速度大小是2.5 m/sB2 s末物体的速度大小是10 m/sC前16 s内物体发生的位移大小是15 mD前16 s内物体发生的位移大小是30 mD由牛顿第二定律可得mgsin F1mgcos ma1，代入数据解得a12.5 m/s2，又v1a1t1，代入数据解得v15 m/s，故A、B错误；物体在前2 s内发生的位移为x1，则x1eq f(1,2)a1teq oal( 2,1)5 m，当拉力为F24.5 N时，由牛顿第二定