牛顿运动定律的综合应用（学生版） 2025年高考物理一轮精细复习（新高考）

第10讲牛顿运动定律的综合应用

——划重点之精细讲义系列

卜号点导航①

考点1超重和失重问题

考点2动力学中的图象问题

考点3等时圆模型

考点4动力学中的临界、极值问题

考点1:超重和失重问题

1.超重和失重

(1)视重

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视重.

(2)超重、失重和完全失重的比较

超重失重完全失重

物体对支持物的压力(或物体对支持物的压力(或物体对支持物的压力

概念对悬挂物的拉力)大于物对悬挂物的拉力)小于物(或对悬挂物的拉力)等

体所受重力的现象体所受重力的现象于零的现象

物体的加速度方向竖直物体的加速度方向竖直物体的加速度方向竖

产生条件

向上向下直向下，大小〃=g

以Q=g加速下降或减

运动状态加速上升或减速下降加速下降或减速上升

速上升

F-mg=mamg—F=mamg—F=ma

原理方程

F=m(g+a)F=m(g—a)F=0

△划里点(❶)

1.不论超重、失重或完全失重，物体的重力都不变，只是“视重”改变.

2.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.

3.尽管物体的加速度不是竖直方向，但只要其加速度在竖直方向上有分量，物体就会处于超重

或失重状态.

4.尽管整体没有竖直方向的加速度，但只要物体的一部分具有竖直方向的分加速度，整体也会

出现超重或失重状态.

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划重盍#

一含

i4四姆I：

【考向1】（2024•辽宁丹东•一模）“反向蹦极”是一项比蹦极更刺激的运动。如图所示，劲度系数为k

的弹性轻绳的上端固定在。点，拉长后将下端固定在体验者的身上，人再与固定在地面上的拉力传感

器相连，传感器示数为1000N。打开扣环，人从/点由静止释放，像火箭一样被“竖直发射”，经B

点上升到最高位置C点，在8点时速度最大。已知4B长为2m,人与装备总质量爪=80kg（可视为

质点）。忽略空气阻力，重力加速度g取10m/s2。下列说法正确的是（）

--------O

•C

.B

俱口环

隹为传感器

A.在2点时，弹性轻绳的拉力为零B.经过C点时，人处于超重状态

C.弹性轻绳的劲度系数k为500N/mD.打开扣环瞬间，人在N点的加速度大小为22.5m/s2

【考向2】（2024・湖北•一模）智能手机里一般都装有加速度传感器。打开手机加速度传感器软件，

手托着手机在竖直方向上运动，通过软件得到加速度随时间变化的图像如图所示，以竖直向上为正

方向，重力加速度为g。下列说法正确的是（）

A.人时刻手机处于完全失重状态B.打时刻手机开始向上运动

C.打时刻手机达到最大速度D.手机始终没有脱离手掌

【考向3】（多选）（2024•山东潍坊•三模）如图甲是风洞示意图，风洞可以人工产生可控制的气流,

用以模拟飞行器或物体周围气体的流动。在某次风洞飞行表演中，质量为50kg的表演者静卧于出风

口，打开气流控制开关，表演者与风力作用的正对面积不变，所受风力大小下=0.05廿（采用国际单

位制），v为风速。控制v可以改变表演者的上升高度〃，其庐与人的变化规律如乙图所示。g取

10m/s2o表演者上升10m的运动过程中，下列说法正确的是（）

A.打开开关瞬间，表演者的加速度大小为2m/s2

B.表演者一直处于超重状态

C.表演者上升5m时获得最大速度

D.表演者先做加速度逐渐增大的加速运动，再做加速度逐渐减小的减速运动

而考点甄!析理重点

考点2：动力学中的图象问题

1.常见的图象

V—/图象：斜率表示加速度的大小和方向，与时间轴围成的面积表示位移。

a—f图象：斜率表示加速度的变化率，与时间轴围成的面积表示速度变化量。

尸一f图象：通过图像可以知道每时每刻对应的合外力及加速度，与时间轴围成的面积表示动量

变化量或者合外力的冲量。

尸一x图象：与时间轴围成的面积表示功。

2.图象间的联系

加速度是联系v-t图象与F-t图象的桥梁.

3.图象的应用

(1)已知物体在一过程中所受的某个力随时间变化的图线，要求分析物体的运动情况.

(2)已知物体在一运动过程中速度、加速度随时间变化的图线，要求分析物体的受力情况.

(3)通过图象对物体的受力与运动情况进行分析.

4.解答图象问题的策略

(1)弄清图象坐标轴、斜率、截距、交点、拐点、面积的物理意义.

(2)应用物理规律列出与图象对应的函数方程式，进而明确“图象与公式”、“图象与物体”间的关

系，以便对有关物理问题作出准确判断.

【考向4】(2024•河北•三模)某游泳运动员在0〜6s时间内运动的图像如图所示。关于该运动员,

A.在。〜6s内所受的合力一直不为0

B.在0〜6s内的位移大小为24nl

C.在2s〜4s内一定处于超重状态

D.在4s〜6s内的位移大小为8m

【考向5】(2024•山西临汾•三模)质量为加的物块静止在动摩擦因数为〃的水平地面上，0〜3s内所

受水平拉力与时间的关系如图甲所示，0〜2s内加速度图像如图乙所示。重力加速度g=10m/s2,由图

A.m=lkg,〃=0.2B.m=lkg,〃=0.1

C.m=2kg,〃=0.2D.加=2kg,//=0.1

【考向6】（2024・广东・高考真题）如图所示，轻质弹簧竖直放置，下端固定。木块从弹簧正上方”

高度处由静止释放。以木块释放点为原点，取竖直向下为正方向。木块的位移为用所受合外力为

F,运动时间为心忽略空气阻力，弹簧在弹性限度内。关于木块从释放到第一次回到原点的过程中。

其尸-y图像或y-t图像可能正确的是（）

【考向7】（多选）（2024•河南•二模）一足够长的粗糙倾斜传送带以恒定的速率逆时针转动，某时刻

在传送带上适当的位置放上具有一定初速度为的小物块，如图所示，取沿传送带向下的方向为正方

向，则下列描述小物块在传送带上运动的VI图像中可能正确是（）

考点3：等时圆模型

适用条件：弦是光滑的，且物体自弦的顶端由静止释放.

（1）各弦交点为最低点:

①X/。=2Rsina

②mgsbta=ma

®x=­at2

AD2

联立①②③解得/=2小区

结论：运动时间与倾角无关，即沿各弦运动时间相同。

⑵各弦交点为最高点时，结论同上。

【考向8】（2024•江苏泰州•一模）如图所示，半球形容器内有三块不同长度的滑板A。'、BO\COf,

其下端都固定于容器底部。'点，上端搁在容器侧壁上，已知三块滑板的长度若三

个滑块同时从4、B、。处开始由静止下滑（忽略阻力），则（）

A./处滑块最先到达。'点B.3处滑块最先到达。'点

C.C处滑块最先到达。'点D.三个滑块同时到达。'点

【考向9】如图所示，竖直的圆环置于水平向左的匀强电场中，三个完全相同的带正电的绝缘小球

（未画出）分别套在固定于/从AC、的三根光滑细杆上，其中N8与竖直方向夹角为60。，AC

经过圆心，4D竖直。现将小球无初速度地从/端释放，小球分别沿AB、AC、4D下滑到2、C、D

三点。已知小球所受电场力大小与重力大小之比为悔，则小球在三根细杆上运动的时间关系为（）

A.t^B=tAC=^ADB.以8＜以。＜以。C.以8＞以C＞以。D.无法确定

【考向10】（2024•湖北黄石•三模）如图所示，4B是一个倾角为8的传送带，上方离传送带表面距离

为/的P处为原料输入口，为避免粉尘飞扬，在P与4B传送带间建立一直线光滑管道，使原料无初速

度地从P处以最短的时间到达传送带上,则最理想管道做好后,原料从P处到达传送带的时间为（）

I21

C.D.

geos£

【考向11】（多选）如图所示，。点为竖直圆周的圆心，和尸0是两根光滑细杆，两细杆的两端

均在圆周上，M为圆周上的最高点，。为圆周上的最低点，N、P两点等高。两个可视为质点的圆环

1、2（图中均未画出）分别套在细杆〃N、P0上，并从M、尸两点由静止释放，两圆环滑到N、Q

两点时的速度大小分别为外、v2,所用时间分别为打、t2,则（）

M

A.Vi=v2B.Vi>C.ti>t2D.ti=t2

痂考点剖析理重点

考点4：动力学中的临界、极值问题

1.临界或极值条件的标志

（1）有些题目中有“刚好”、"恰好’‘、"正好”等字眼，明显表明题述的过程存在着临界点.

（2）若题目中有“取值范围”、“多长时间”、“多大距离”等词语，表明题述的过程存在着“起止点”,

而这些起止点往往就对应临界状态.

（3）若题目中有“最大”、“最小”、“至多”、“至少”等字眼，表明题述的过程存在着极值，这个极

值点往往是临界点.

（4）若题目要求“最终加速度”、“稳定加速度”等，即是求收尾加速度或收尾速度.

2.解决动力学临界、极值问题的常用方法

极限分析法：把物理问题（或过程）推向极端，从而使临界现象（或状态）暴露出来，以达到正确解

决问题的目的.

假设分析法：临界问题存在多种可能，特别是非此即彼两种可能时，或变化过程中可能出现临

界条件，也可能不出现临界条件时，往往用假设法解决问题.

数学极值法：将物理过程通过数学公式表达出来，根据数学表达式解出临界条件.

【考向12］如图所示，在倾角为。的斜面体上用细线系着一个质量为小的小球，随斜面体一起向右做

加速度大小为a的匀加速直线运动。重力加速度为g,稳定时，细线的拉力大小不可能为（）

mg

A,而B.mJg2+q2

C.7n（gsin6+acosO）D.m（gsinO-acosd）

【考向13］如图所示，物体A叠放在物体B上，B置于光滑水平面上，A、B质量分别为见4=6kg、

mB=2kg,A、B之间的动摩擦因数〃=0.2,水平向右的拉力尸作用在物体A上，开始时尸=10N,此

后逐渐增加，在增大的过程中（最大静摩擦力等于滑动摩擦力），则（）

B

///////////////////////////////

A.当拉力412N时，物体均保持静止状态

B.两物体始终没有相对滑动

C.两物体从受力开始就有相对滑动

D.要让两物体发生相对滑动需要产大于48N

【考向14］（多选）风洞实验是研究流体力学的重要依据，风洞实验室中可以产生水平向右、大小

可调节的风力。现将质量为1kg的小球套在足够长与水平方向夹角0=37。的细直杆上，放入风洞实

验室，小球孔径略大于细杆直径。在无风情况下小球由静止开始经0.5s沿细杆运动了0.25m,假设

小球所受最大静摩擦力等于滑动摩擦力。（g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8）则下列说法正确的

是（）

风

A.小球与细杆间的动摩擦因数为0.5

B.风力越大，小球受到的摩擦力越大

C.若小球始终静止在杆上，风力尸要满足当NWFW20N

D.若风力恒为40N,则2s内小球从静止出发在细杆上通过位移为44m

【考向15］如图所示，顶端附有光滑定滑轮的斜面体静止在粗糙水平地面上，其倾角a=37。,质量

M=10kgo三条细绳结于。点,一条绳OB跨过定滑轮平行于斜面连接物块P,一条绳连接质量mQ

=6kg的小球Q,另一条绳OA受外力厂处于水平，并使OB绳与竖直方向夹角（8=37。,并且

P、Q均保持静止。现将绳OA从水平方向开始逆时针缓慢旋转，且保持结点O静止，直到厂减

到最小，该过程斜面保持静止，期间物块P恰不与斜面发生相对滑动。已知重力加速度9=10m/

s2,sin37°=0.6,cos370=0.8,求

（1）物块P与斜面间的最大静摩擦力；

（2）斜面体受到地面摩擦力的最大值与方向;

（3）斜面体受到地面支持力的最小值。

【真题1］（2022•浙江•高考真题）如图所示，鱼儿摆尾击水跃出水面，吞食荷花花瓣的过程中，下

列说法正确的是（）

A.鱼儿吞食花瓣时鱼儿受力平衡

B.鱼儿摆尾出水时浮力大于重力

C.鱼儿摆尾击水时受到水的作用力

D.研究鱼儿摆尾击水跃出水面的动作可把鱼儿视为质点

【真题2】（2022•北京・高考真题）如图所示，质量为加的物块在倾角为。的斜面上加速下滑，物块

与斜面间的动摩擦因数为外下列说法正确的是（）

A.斜面对物块的支持力大小为mgsin。B.斜面对物块的摩擦力大小为卬ngcos。

C.斜面对物块作用力的合力大小为mgD.物块所受的合力大小为wigsin。

【真题3】（2024•安徽・高考真题）倾角为9的传送带以恒定速率为顺时针转动。t=0时在传送带底端

无初速轻放一小物块，如图所示。to时刻物块运动到传送带中间某位置，速度达到火。不计空气阻

力，则物块从传送带底端运动到顶端的过程中，加速度。、速度V随时间f变化的关系图线可能正确

的是（）

【真题4】（2024•全国•高考真题）如图，一轻绳跨过光滑定滑轮，绳的一端系物块P,P置于水平桌

面上，与桌面间存在摩擦；绳的另一端悬挂一轻盘（质量可忽略），盘中放置祛码。改变盘中祛码总

质量加，并测量P的加速度大小。，得到a-机图像。重力加速度大小为g。在下歹打-根图像中，可

【真题5］（多选）（2023•全国•高考真题）用水平拉力使质量分别为小甲、小乙的甲、乙两物体在水平

桌面上由静止开始沿直线运动，两物体与桌面间的动摩擦因数分别为〃甲和〃乙。甲、乙两物体运动后，

所受拉力厂与其加速度a的关系图线如图所示。由图可知（）

【真题6］（多选）（2024•辽宁・高考真题）一足够长木板置于水平地面上，二者间的动摩擦因数为

即1=0时，木板在水平恒力作用下，由静止开始向右运动。某时刻，一小物块以与木板等大、反向

的速度从右端滑上木板。已知t=0到t=4to的时间内，木板速度v随时间/变化的图像如图所示，

其中g为重力加速度大小。t=4%时刻，小物块与木板的速度相同。下列说法正确的是（）

A.小物块在t=3t°时刻滑上木板B.小物块和木板间动摩擦因数为2〃

C.小物块与木板的质量比为3：4D.t=4t（）之后小物块和木板一起做匀速运动

【真题7］（2024•全国•高考真题）学生小组为了探究超重和失重现象，将弹簧测力计挂在电梯内,

测力计下端挂一物体。已知当地重力加速度大小为9.8m/s2。

（1）电梯静止时测力计示数如图所示，读数为—N（结果保留1位小数）；

（2）电梯上行时，一段时间内测力计的示数为4.5N,则此段时间内物体处于（填“超重”或“失重”）

状态，电梯加速度大小为—m/s2（结果保留1位小数）。

湎巩固提升瞭屋

一、单选题

1.（2024•黑龙江•三模）如图所示为一无人机由地面竖直向上运动的v-f图像。关于无人机的运动,

A.0〜均段无人机的加速度大于年〜七段无人机的加速度

B.0〜t3段，无人机的平均速度大小为:

C.t3时刻无人机到达最高点

D.段，无人机处于失重状态

2.（2024・辽宁•三模）一同学乘电梯上楼，从静止开始出发，用手机内置传感器测得某段时间内电梯

的加速度。随时间/变化的图线如图所示，以竖直向上为加速度的正方向，则（）

A.t=4s时地板对该同学的支持力最小B.t=7s时电梯对该同学的支持力为零

C.6〜8s内电梯上升的高度约为41nD.6〜8s内电梯上升的高度约为9m

3.（2024•甘肃张掖•一模）如图所示，光滑水平面上静置一质量为m的长木板B,木板上表面各处

粗糙程度相同，一质量也为〃，的小物块A（可视为质点）从左端以速度v冲上木板。当〃=为时，

小物块A历时力恰好运动到木板右端与木板共速，则（）

B

~777777777777777777777777777777~

A.若〃=£，A、B相对运动时间为号

B.若"=与，A、B相对静止时，A恰好停在木板B的中点

C.若u=2%,A经历卷到达木板右端

D.若u=2%,A从木板B右端离开时，木板速度等于v

4.（2024•内蒙古通辽•一模）一个质量为6kg的物体在水平面上运动，图中的两条直线的其中一条

为物体受水平拉力作用而另一条为不受拉力作用时的速度一时间图像，则物体所受摩擦力的大小的

A.INB.2NC.2.5ND.3N

5.如图1所示，一质量为2kg的物块受到水平拉力尸作用，在粗糙水平面上作加速直线运动，其a-t

图像如图2所示，t=0时其速度大小为2m/s。物块与水平面间的动摩擦因数〃=0.1,g=10m/s2。

下列说法错误的是（）

A.在t=2s时刻，物块的速度为5mzsB.在0〜2s时间内，物块的位移大于7m

C.在t=1s时刻，物块的加速度为1.5m/s2D.在t=1s时刻，拉力尸的大小为5N

6.（2024•山东荷泽•二模）2024年4月25日晚，神舟18号载人飞船成功发射，在飞船竖直升空过

程中，整流罩按原计划顺利脱落。整流罩脱落后受空气阻力与速度大小成正比，它的"T图像正确的

是（）

OO

A.B.

V,V,

JL-

7.（2024•广东佛山・二模）春节烟花汇演中常伴随无人机表演。如图是两架无人机a、b同时从同一

地点竖直向上飞行的〃一t图像。下列说法正确的是（）

A.t=5s时，无人机。处于失重状态

B.t=10s时，无人机a飞到了最高点

C.0〜30s内，两架无人机0、6的平均速度相等

D.0~10s内，无人机a的位移小于无人机b的位移

二、多选题

8.（2023・贵州安顺•一模）很多智能手机都装有加速度传感器，能通过图像显示加速度情况。用手掌

托着手机，打开加速度传感器，手掌从静止开始迅速上下运动。规定竖直向上为正方向，得到竖直

方向上加速度随时间变化的图像（如图）。则下列关于手机的运动和受力情况的判断正确的是（）

A.在ti时刻速度达到最大

B.在t2时刻开始减速上升

C.在到12时间内受到的支持力逐渐减小

D.在以到七时间内受到的支持力逐渐增大

9.（2024・河南•二模）一足够长的粗糙倾斜传送带以恒定的速率逆时针转动，某时刻在传送带上适当

的位置放上具有一定初速度%