高考物理一轮复习导学案：专题6 牛顿第二定律的应用-两类基本问题与超重失重

专题6牛顿第二定律的应用（1）两类基本问题与超重失重考点精要1．会用牛顿定律解决两类问题．2．知道超重和失重现象，能用超重和失重的观点分析问题．热点分析牛顿定律的应用是力学部分的重点，也是高考的热点，这是由于它在经典力学中的地位、以及考查学生分析问题、解决问题的能力的目的所决定的．今后高考，对本考点的单独考查和隐性综合考查并举，题型仍会丰富．知识梳理一、牛顿运动定律解决的两类基本问题1．已知力求运动：知道物体受到的全部作用力，应用牛顿第二定律求加速度，如果再知道物体的初始运动状态，应用运动学公式就可以求出物体的运动情况——任意时刻的位置和速度，以及运动轨迹．2．已知运动求力：知道物体的运动情况，应用运动学公式求出物体的加速度，再应用牛顿第二定律，推断或者求出物体的受力情况．注意：物体运动的性质、轨迹的形状是由物体所受的合外力及初速度共同决定：如v0=0，F合＝0，则静止；v0≠0，F合＝0，则物体做匀速直线运动；若v0=0，F合≠0或v0≠0，F合≠0并与v0共线，则做变速直线运动，若F合又是恒力，则做匀变速直线运动．二、超重失重（完全失重）1．含义：物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）（也叫视重）大于物体的重力，叫超重；物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体的重力，叫失重；物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于物体的重力，叫完全失重．2．产生条件：物体具有竖直向上的加速度—超重，物体具有竖直向下的加速度—失重．物体的加速度为g—完全失重．3．理解：①物体处于超重或失重状态，物体的重力始终存在，大小也没有变化．②发生超重或失重现象与物体的速度无关，只决定于加速度的方向．③在完全失重的状态下，平常一切由于重力产生的物理现象都完全消失，如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不受浮力、液体柱不再产生向下的压强．三、动力学问题的一般解题步骤1．选取研究对象所选的研究对象可以是一个物体，也可以是多个物体组成的系统．同一题目，根据需要也可以先后选取不同的研究对象．2．分析研究对象的受力情况和运动情况3．根据牛顿第二定律和运动学公式列方程由于所用的公式均为矢量，所以在列方程过程中，要特别注意各量的方向．一般情况下均以加速度的方向为正方向，分别用正负号表示式中各量的方向，将矢量运算转化为代数运算．4．代入已知量求解高考真题再现FNmgfa1．（09·安徽·17）为了节省能量，某商场安装了智能化的电动扶梯．无人乘行时，扶梯运转得很慢；有人站上扶梯时，它会先慢慢加速，再匀速运转．一顾客乘扶梯上楼，恰好经历了这FNmgfaA．顾客始终受到三个力的作用B．顾客始终处于超重状态C．顾客对扶梯作用力的方向先指向左下方，再竖直向下D．顾客对扶梯作用的方向先指向右下方，再竖直向下2.（2010海南卷）如右图，木箱内有一竖直放置的弹簧，弹簧上方有一物块：木箱静止时弹自由落体处于压缩状态且物块压在箱顶上．若在某一段时间内，物块对箱顶刚好无压力，则在此段时间内，木箱的运动状态可能为A．加速下降B．加速上升C．减速上升D．减速下降3.（2010海南卷）在水平的足够长的固定木板上，一小物块以某一初速度开始滑动，经一段时间t后停止．现将该木板改置成倾角为45°的斜面，让小物块以相同的初速度沿木板上滑．若小物块与木板之间的动摩擦因数为．则小物块上滑到最高位置所需时间与t之比为A． B． C． D．4.（09年江苏卷）航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器，其质量m=2㎏，动力系统提供的恒定升力F=28N。试飞时，飞行器从地面由静止开始竖直上升。设飞行器飞行时所受的阻力大小不变，g取10m/s2。（1）第一次试飞，飞行器飞行t1=8s时到达高度H=64m。求飞行器所阻力f的大小；（2）第二次试飞，飞行器飞行t2=6s时遥控器出现故障，飞行器立即失去升力。求飞行器能达到的最大高度h；（3）为了使飞行器不致坠落到地面，求飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间t3。5．（09·海南物理·15）一卡车拖挂一相同质量的车厢，在水平直道上以的速度匀速行驶，其所受阻力可视为与车重成正比，与速度无关．某时刻，车厢脱落，并以大小为的加速度减速滑行．在车厢脱落后，司机才发觉并紧急刹车，刹车时阻力为正常行驶时的3倍．假设刹车前牵引力不变，求卡车和车厢都停下后两者之间的距离．6．（09·上海物理·22）如图左边，质量m＝1kg的物体沿倾角＝37的固定粗糙斜面由静止开始向下运动，风对物体的作用力沿水平方向向右，其大小与风速v成正比，比例系数用k表示，物体加速度a与风速v的关系如图右边．所示．求：（1）物体与斜面间的动摩擦因数；（2）比例系数k．（sin370=0.6，cos370=0.8，g=10m/s2）7.（2010上海物理）倾角，质量M=5kg的粗糙斜面位于水平地面上，质量m=2kg的木块置于斜面顶端，从静止开始匀加速下滑，经t=2s到达底端，运动路程L=4m,在此过程中斜面保持静止（），求：（1）地面对斜面的摩擦力大小与方向；（2）地面对斜面的支持力大小（3）通过计算证明木块在此过程中满足动能定理。8.（2011四川）．如图是“神舟”系列航天飞船返回舱返回地面的示意图，假定其过程可简化为：打开降落伞一段时间后，整个装置匀速下降，为确保安全着陆，需点燃返回舱的缓冲火箭，在火箭喷气过程中返回舱做减速直线运动，则()A.火箭开始喷气瞬间伞绳对返回舱的拉力变小B.返回舱在喷气过程中减速的主要原因是空气阻力C返回舱在喷气过程中所受合外力可能做正功D.返回舱在喷气过程中处于失重状态9.（2011北京）.“蹦极”就是跳跃者把一端固定的长弹性绳绑在踝关节等处，从几十米高处跳下的一种极限运动。某人做蹦极运动，所受绳子拉力F的大小随时间t变化的情况如图所示。将蹦极过程近似为在竖直方向的运动，重力加速度为g。据图可知，此人在蹦极过程中最大加速度约为()A．GB．2gC．3gD．4g基础训练11．把木箱放在电梯地板上，则地板所受压力比木箱重力大的是（） A．电梯以的加速度匀加速上升 B．电梯以的加速度匀减速上升 C．电梯以的加速度匀减速下降 D．电梯以的速度匀速上升2．小孩站在秋千板上做荡秋千的游戏，当秋千摆到最低点时，秋千板对小孩的支持力为F，小孩受到的重力为G。则下列判断中正确的是（）A．F与G的合力方向竖直向下，小孩处于超重状态B．F与G的合力方向竖直向下，小孩处于失重状态C．F与G的合力方向竖直向上，小孩处于超重状态D．F与G的合力方向竖直向上，小孩处于失重状态3．下列关于超重、失重现象的描述中，正确的是（）列车在水平轨道上加速行驶，车上的人处于超重状态当秋千摆到最低位置时，荡秋千的人处于超重状态C．蹦床运动员在空中上升时处于失重状态，下落时处于超重状态D．神州五号飞船进入轨道做圆周运动时，宇航员杨利伟处于失重状态4．下列哪个说法是正确的（） A．体操运动员双手握住单杠吊在空中不动时处于失重状态 B．蹦床运动员在空中上升和下落过程中都处于失重状态 C．举重运动员在举起杠铃后不动的那段时间内处于超重状态 D．游泳运动员仰卧在水面静止不动时处于失重状态5．如图所示，一个盛水的容器底部有一个小孔．静止时用手指堵住小孔不让它漏水，假设容器在下述几种运动过程中始终保持平动，且忽略空气阻力，则（） A．容器自由下落时，小孔向下漏水 B．将容器竖直向上抛出后，容器向上运动时，小孔向下漏水，容器向下运动时，小孔不向下漏水 C．将容器水平抛出后，容器在运动中小孔向下漏水 D．将容器斜向上抛出后，容器在运动中小孔不向下漏水6．某人在地面上最多能举起60kg的重物，当此人站在以5m/s2的加速度加速上升的升降机中，最多能举起多少千克的重物?（g取10m/s2）7．静止在水平地面上的物体的质量为2kg，在水平恒力F推动下开始运动，4s末它的速度达到4m/s，此时将F撤去，又经6s物体停下来，如果物体与地面的动摩擦因数不变，求F的大小．8．一种能获得强烈失重、超重感觉的巨型娱乐设施中，用电梯把乘有10多人的座舱送到大约二十几层楼高的高处，然后让座舱自由落下，落到一定位置时，制动系统开始启动，座舱匀减速运动到地面时刚好停下．已知座舱开始下落时的高度为76m，当落到离地面28m时开始制动．若某人手托着质量为5kg的铅球进行这个游戏，问：（1）当座舱落到离地高度40m左右的位置时，托着铅球的手感觉如何？（2）当座舱落到离地高度15m左右的位置时，手要用多大的力才能托住铅球？（g取10m/s2）基础训练21．质量为m的小物块放在倾角为α的斜面上处于静止，如图所 示。若整个装置可以沿水平方向或竖直方向平行移动，且小 物块与斜面体总保持相对静止。下列的哪种运动方式可以使物 块对斜面的压力和摩擦力都一定减少（） A．沿竖直方向向上加速运动 B．沿竖直方向向上减速运动 C．沿水平方向向右加速运动 D．沿水平方向向右减速运动2．机车牵引力一定，在平直轨道上以a1=1m/s2的加速度行驶，因若干节车厢脱钩，加速度变为a2=2m/s2，设所受阻力为车重的0.1倍，则脱落车厢的质量与原机车总质量之比等于_______．3．如甲图所示，一根轻弹簧竖直直立在水平地面上，下端固定，在弹簧的正上方有一物块，物块从弹簧的自由长度时的上端O处无初速释放，将弹簧压缩x0时，物块的速度变为零，在如乙图所示的图象中，能正确反映物块加速度a的大小随下降的位x变化的图象是B4．汽车在平直公路上从静止开始做匀加速直线运动．当汽车的速度达到v1时关闭发动机，汽车维持滑行一段时间后停止，其运动的速度图线如图所示．若汽车加速行驶时牵引力为F1，汽车整个运动过程所受阻力恒为F2（大小不变），则F1∶F2为（）A．4∶1 B．3∶1 C．1∶1 D．1∶4mα5、如图所示，质量为m的物体放在倾角为α的光滑斜面上，随斜面体一起沿水平方向运动，要使物体相对于斜面保持静止，斜面体的运动情况以及物体对斜面压力FmαA、斜面体以某一加速度向右加速运动，F小于mgB、斜面体以某一加速度向右加速运动，F不小于mgC、斜面体以某一加速度向左加速运动，F大于mgD、斜面体以某一加速度向左加速运动，F不大于mgabFABAB6.如图a所示，水平面上质量相等的两木块A、B用一轻弹簧相连接，整个系统处于平衡状态。现用一竖直向上的力F拉动木块A，使木块A向上做匀加速直线运动，如图b所示。研究从力F刚作用在木块A的瞬间到木块B刚离开地面的瞬间这个过程，并且选定这个过程中木块A的起始位置为坐标原点，则下列图象中可以表示力abFABABxxF0Fx0Fx0Fx0ABCD能力提升1．如图所示，一个人用与水平方向成=300角的斜向下的推力F推一个质量为20kg的箱子匀速前进，如图左边所示，箱子与水平地面间的动摩擦因数为＝0.40．求：（1）推力F的大小；（2）若该人不改变力F的大小，只把力的方向变为与水平方向成300角斜向上去拉这个静止的箱子，如图右边所示，拉力作用2.0s后撤去，箱子最多还能运动多长距离？(g取10m/s2）．2．风洞实验室中可产生水平方向的、大小可调节的风力．现将一套有小球的细直杆放入风洞实验室，小球孔径略大于细杆直径，如图所示．（1）当杆在水平方向上固定时，调节风力的大小，使小球在杆上做匀速运动，这时小球所受风力为小球所受重力的倍，求小球与杆间的动摩擦因数．（2）保持小球所受风力不变，使杆与水平方向间夹角为并固定，则小球从静止出发在细杆上滑下距离所需时间为多少?（，）3.如图，AB是高h1=0.6m、倾角θ=37°的斜面，放置在水平桌面上，斜面下端是与桌面相切的一小段圆弧，且紧靠桌子边缘。桌面距地面的高度h2=1.8m。一个质量m=1.0kg的小滑块从斜面顶端A由静止开始沿轨道下滑，运动到斜面底端B时沿水平方向离开斜面，落到水平地面上的C点。滑块与CAh1h2Bθ斜面间的动摩擦因数CAh1h2Bθsin37°=0.6，cos37°=0.8。求：小滑块经过B点时的速度大小；小滑块落地点C距桌面的水平距离；小滑块落地时的速度大小。4.一小滑块静止在倾角为37°的固定斜面的底端，当滑块受到外力冲击后，瞬间获得一个沿斜面向上的速度v0=4.0m/s。已知斜面足够长，滑块与斜面之间的动摩擦因数μ＝0.25，sin37°=0.6，cos37°=0.8，取g=10m/s2。求：（1）滑块沿斜面上滑过程的加速度大小。（2）滑块沿斜面上滑的最大距离。（3）滑块返回斜面底端时速度的大小。5．如图所示，传输带与水平面间的倾角为θ=37°，皮带以10m/s的速率运行，在传输带上端A处无初速地放上质量为0.5kg的物体，它与传输带间的动摩擦因数为0.5．若传输带A到B的长度为16m，则物体从A运动到B的时间为多少？6．水平传送带被