《高考备考指南 物理 》课件-第2讲　牛顿第二定律　两类动力学问题

直线运动的研究第三章

第2讲牛顿第二定律两类动力学问题(本讲对应系统用书P50)栏目导航01知识

梳理查漏02题点

各个击破03配套训练知识梳理查漏1知识一

牛顿第二定律1.内容：物体的加速度与所受________成正比，与物体的______成反比，加速度的方向跟________的方向一致.

2.表达式：F合＝ma.(1)式中F、m、a都使用国际单位制单位.(2)定义了力的单位——牛顿(N).定义：使质量为1kg的物体产生1m/s2的加速度的作用力为1N，即1N＝1kg·m/s2.合外力质量合外力加速度宏观3.物理意义：反映了物体运动的________与合外力的关系，且这种关系是瞬时对应的.

4.适用范围(1)牛顿第二定律只适用于________参考系(相对于地面静止或________运动的参考系).

(2)牛顿第二定律只适用于________物体(相对于分子、原子)、低速运动(远小于光速)的情况.

匀速直线惯性易错辨析

对物体施加了力，物体产生加速度，受力与产生加速度是同时的，没有先后之分，但产生加速度的瞬间，物体的速度并没有马上改变.【自测1】如图所示，质量为0.5kg的章鱼在水中静止，经过1s速度变为2m/s，则章鱼受到的合力约为(

)A.1N B.2N C.3N D.4NA知识二

合外力、加速度和速度的关系1.三者的区别

物理意义变化规律方向合外力物体所受的各个力的矢量和由物体所受的各个力的大小与方向的变化情况共同决定按照平行四边形定则计算得出合外力的方向加速度表示速度变化快慢的物理量由物体所受合外力的变化来确定由合外力的方向决定速度表示物体运动快慢的物理量由物体的加速度的变化决定在直线运动中，物体加速运动，加速度与速度同向；物体减速运动，加速度与速度反向合外力减小2.速度大小的变化与加速度的关系当a与v同向时，v______；当a与v反向时，v______.而加速度大小由合外力的大小决定，所以要分析v、a的变化情况，必须先分析物体受到的________的变化情况.

增大【自测2】(多选)关于速度、加速度、合外力之间的关系，下列说法正确的是(

)A.物体的速度越大，则加速度越大，所受的合外力也越大B.物体的速度为0，则加速度为0，所受的合外力也为0C.物体的速度为0，但加速度可能很大，所受的合外力也可能很大D.物体的速度很大，但加速度可能为0，所受的合外力也可能为0CD知识三

动力学的两类基本问题1.动力学的两类基本问题(1)由受力情况判断物体的____________.

(2)由运动情况判断物体的____________.

牛顿第二定律加速度2.解决两类基本问题的方法：以________为桥梁，由运动学公式和________________列方程求解.

受力情况运动情况【自测3】(多选)一个质量为1kg的物体被放在光滑水平地面上，受到同一水平面内三个力作用，这三个力的大小分别为1N、2N、3N，方向不定，则该物体的加速度可能为(

)A.0 B.2m/s2C.4m/s2 D.8m/s2ABC

知识四

超重与失重1.超重(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)______物体所受重力的现象.

(2)产生条件：物体具有______的加速度.

2.失重(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)______物体所受重力的现象.

(2)产生条件：物体具有______的加速度.

向下

小于向上大于等于零3.完全失重(1)定义：物体对支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)______的现象称为完全失重现象.

(2)产生条件：物体的加速度a＝g，方向竖直向下.4.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________.

(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______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.

不等于无关易错辨析

超重和失重只针对运动的物体，且需要在竖直方向有加速度或有竖直方向的加速度分量.静止的物体不存在超重和失重.【自测4】如图为运动员跳水时的精彩瞬间，则运动员(

)

A.起跳时跳板对她的支持力大于她对跳板的压力B.起跳后在上升过程中处于失重状态C.经过最高点时处于平衡状态D.在下降过程中处于超重状态B题点各个击破2命题点一对牛顿第二定律的理解［师生共研类］1.牛顿第二定律的“五性”2.合外力、加速度、速度的关系(1)加速度与力有瞬时对应关系，加速度随力的变化而变化.(2)速度的改变需经历一定的时间，不能突变；加速度可以突变.3.独立性的理解(1)作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都满足F＝ma.(2)物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和.(3)分力和加速度在各个方向上对应的分量也满足F＝ma，即Fx＝max，Fy＝may.例1

(2023年肇庆二模)水面救生无人船已经成为水面救援的重要科技装备.在某次测试中，一质量为20kg的无人船在平静水面上沿直线直奔目标地点.无人船先从静止出发，做匀加速运动10s后达到最大速度4m/s，接着立即做匀减速运动，匀减速运动了16m的距离后速度变为零.已知无人船运行过程中受到水的阻力恒定且大小为4N，不计空气阻力，g取10m/s2.求：(1)在匀加速过程中，无人船发动机提供的动力F1的大小；(2)在匀减速过程中，无人船发动机提供的阻力F2的大小；(3)无人船在上述测试中，运动的总时间t及总位移大小x.

1.(2023年肇庆质检)如图所示，弹弓将飞箭以竖直向上的初速度v0弹出，飞箭上升到最高点后返回，再徐徐下落，已知飞箭上升过程中受到的空气阻力越来越小，下落过程中受到的空气阻力越来越大，则飞箭(

)A.上升过程中，速度越来越大B.上升过程中，加速度越来越小C.下落过程中，速度越来越小D.下落过程中，加速度越来越大B

【解析】由牛顿第二定律可知，上升过程飞箭所受的合力F上＝mg＋F阻＝ma，飞箭上升过程中受到的空气阻力越来越小，合力F上变小，加速度也越来越小，故做加速度逐渐减小的减速运动，B正确，A错误；由牛顿第二定律可知，下降过程飞箭所受的合力F下＝mg－F阻＝ma'，飞箭下降过程中受到的空气阻力越来越大，合力F下变小，加速度越来越小，故做加速度逐渐减小的加速运动，C、D错误.2.(2023年佛山一中调研)如图所示，体育生在平直的跑道上，通过轻绳拖着轮胎进行耐力比赛.当体育生拉着轮胎加速向前跑动时，下列说法正确的是(

)A.体育生对绳的拉力大小一定大于轮胎对绳子的拉力大小B.体育生、轻绳及轮胎整体所受合外力为零C.绳子对体育生的拉力大小可能等于地面对体育生的摩擦力大小D.绳子对轮胎的拉力大小可能等于地面对轮胎的摩擦力大小C

【解析】绳子的质量与体育生和轮胎相比可以忽略不计，根据牛顿第三定律，体育生对绳的拉力大小等于轮胎对绳子的拉力大小，A错误；体育生、轻绳及轮胎整体做加速运动，根据牛顿第二定律，整体所受合外力不为零，B错误；根据牛顿第二定律得f1－F1cos

θ＝m1a，绳子对体育生的拉力F1大小可能等于地面对体育生的摩擦力f1大小，C正确；根据牛顿第二定律得F2cos

θ－f2＝m2a，绳子对轮胎的拉力大小F2大于地面对轮胎的摩擦力f2大小，D错误.3.如图，两物块P、Q用跨过光滑轻质定滑轮的轻绳相连，开始时P静止在水平桌面上.将一个水平向右的推力F作用在P上后，轻绳的张力变为原来的一半.已知P、Q两物块的质量分别为mp＝0.5kg、mQ＝0.2kg，P与桌面间的动摩擦因数μ＝0.5，重力加速度g取10m/s2.则推力F的大小为(

)A.4.0

N B.3.0

NC.2.5

N D.1.5

NA

4.(2023年泉州测试)如图，建筑工地上工人用砖夹把四块砖夹住，并用竖直向上的拉力F匀加速提起.砖与砖、砖与砖夹之间未发生相对滑动，每块砖的重力大小均为G，砖夹的质量不计.若F＝6G，则在加速提起过程中第2、3块砖之间的摩擦力大小为(

)A.0 B.G C.2G D.3GA

命题点二动力学的两类基本问题［师生共研类］1.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第二定律列方程求解，具体逻辑关系如下.2.两类动力学问题的解题步骤例2如图所示，餐厅服务员水平托举菜盘给顾客上菜.若服务员托举菜盘先匀速前行，此时手对菜盘的作用力大小为F1；服务员快到餐桌前变为减速向前运动，此时手对菜盘的作用力大小为F2，下列说法正确的是(

)A.F1＝F2 B.F1＜F2C.F1＞F2 D.F1＞2F2【解析】若服务员托举菜盘先匀速前行，此时手对菜盘的作用力大小为F1＝mg.服务员快到餐桌前变为减速向前运动，如图所示，则手对菜盘的作用力大小为F2＞mg，B正确.考向1

由运动状态分析物体受力B

考向2

由受力分析判断物体运动状态例3如图甲所示，一个质量为1kg的物体静止在水平地面上，物体与水平地面间的动摩擦因数为0.5，t＝0时刻对物体施加一个水平向左、大小恒为8N的力F1，同时在竖直方向施加一竖直向下的力F2，力F2的大小随时间t变化的关系如图乙所示，g取10m/s2，则下列说法正确的是(

)

A.0~2s内物体的加速度大小为3m/s2B.0~5s内物体运动的最大速度为6m/sC.0~4s内物体的平均速度大小为4m/sD.0~5s内物体的位移大小为8mD

1.(2023年浙江模拟)如图所示，在考虑空气阻力的情况下，一小石子从O点抛出沿轨迹OPQ运动，其中P点是最高点.若空气阻力大小与瞬时速度大小成正比，则小石子在竖直方向分运动的加速度大小(

)

A.O点最大

B.P点最大C.Q点最大

D.整个运动过程保持不变【解析】由于空气阻力大小与瞬时速度大小成正比，小石子在O点时的速度斜向上方，此时速度最大，空气阻力斜向下方时最大.开始上升时与竖直方向的夹角最小，故此时空气阻力在竖直方向的分力最大，根据牛顿第二定律可知此时竖直方向分运动的加速度最大，故选A.A

2.(多选)物体只在力F的作用下从静止开始运动，F－t图像如图所示，则物体(

)

A.在t1时刻加速度最大B.在0~t1时间内做匀加速运动C.从t1时刻后便开始反向运动D.在0~t2时间内，速度一直在增大

AD

命题点三牛顿第二定律的瞬时性问题［师生共研类］例4

(2023年深圳模拟)如图所示，A球与天花板之间用轻质弹簧相连，A球与B球之间用轻绳相连，整个系统保持静止，小球A、B的质量均为m，突然迅速剪断轻绳，在剪断轻绳的瞬间，设小球A、B的加速度分别为a1、a2，重力加速度大小为g，取竖直向下为正方向，下列说法正确的是(

)A.a1＝g，a2＝g B.a1＝－g，a2＝gC.a1＝0，a2＝g D.a1＝2g，a2＝g【解析】剪断轻绳瞬间，小球A、B由于惯性仍在原位置，弹簧的形变量不变，维持弹力大小不变，有FN＝2mg.取竖直向下为正方向，对小球A受力分析有－2mg＋mg＝ma1，解得a1＝－g.对小球B受力分析，小球B只受到重力，所以a2＝g，B正确.B

BC

2.如图所示，A、B两球质量相等，光滑斜面的倾角为θ，图甲中，A、B两球由轻弹簧相连，图乙中A、B两球由轻质杆相连，系统静止时，挡板C与斜面垂直，轻弹簧、轻杆均与斜面平行.在突然撤去挡板的瞬间(

)

A.两图中两球加速度均为gsinθB.两图中A球的加速度均为0C.图乙中轻杆的作用力一定不为0D.图甲中B球的加速度是图乙中B球的加速度的2倍D

【解析】撤去挡板前，挡板对球B的弹力大小为2mgsin

θ，因弹簧弹力不能突变，而杆的弹力会突变，所以撤去挡板瞬间，图甲中球A所受合力为0，加速度为0，球B所受合力为2mgsin

θ，加速度为2gsin

θ；图乙中由于用杆相连有共同的加速度a，所以整体分析2mgsin

θ＝2ma，a＝gsin

θ，隔离球B，mgsin

θ＋F＝ma，所以F＝0，A、B、C错误，D正确.3.(2022年佛山模拟)如图所示，倾角为θ＝30°的光滑斜面上质量分别为2m、m的a、b两物块，用一轻弹簧相连，将a用细线悬挂在挡板上，调整细线并使之与斜面平行且使系统静止时，物块b恰与斜面底端的挡板间无弹力.此时弹簧的形变量为x，重力加速度为g.若突然剪断细线，则(

)A.剪断细线的瞬间，挡板对物块b弹力大小为0.5mgB.剪断细线的瞬间，物块b的加速度大小为0.5gC.剪断细线的瞬间，物块a的加速度大小为gD.剪断细线后，物块a沿斜面向下运动3x

时速度最大D

【解析】开始时物块b静止，恰与斜面底端的挡板无弹力，设此时弹簧的弹力为F.对b，根据平衡条件得F＝mgsin

30°＝0.5mg，方向沿斜面向上，弹簧处于拉伸状态.剪断细线的瞬间，弹簧的弹力不会突变，物块b的受力情况不变，物块b所受合力为零，加速度为0，挡板对物块b的弹力仍然为0，A、B错误.剪断细线的瞬间，弹簧弹力不变，对物块a，由牛顿第二定律得2mgsin

30°＋F＝2ma，解得a＝0.75g，C错误.开始时弹簧处于拉伸状态，伸长量为x，设弹簧的劲度系数为k，则kx＝0.5mg，剪断细线后a向下做加速运动，a向下运动x时弹簧恢复原长，然后a继续向下做加速运动，弹簧被压缩，弹簧弹力向上，弹簧弹力开始小于a的重力沿斜面方向的分力F1＝2mgsin

30°＝mg，物块继续向下做加速运动，设弹簧压缩量为x'时物块a所受合力为零，则kx'＝F1＝mg，x'＝2x，当物块a所受合力为零时速度最大，在此过程物块下滑的距离s＝x＋x'＝3x，D正确.命题点四超重与失重问题［师生共研类］超重和失重的区分方法：例5如图所示，在一架直升飞机的顶板上用一细绳悬挂一个质量M＝2kg的三角形箱子，在箱子的底板上固定一个轻质弹簧，弹簧上端拴接一质量m＝0.5kg的小球，开始时，整个系统随直升机一起以加速度a＝2m/s2向上加速，某时刻细绳突然断裂，忽略空气阻力，g取10m/s2，则下列说法正确的是(

)A.细绳未断裂时弹簧弹力为F＝4NB.细绳断裂的瞬间，小球处于失重状态C.细绳断裂的瞬间，小球的加速度大小为am＝8m/s2D.细绳断裂的瞬间，箱子的加速度大小为aM＝13m/s2D

【解析】对小球进行受力分析，可知其受竖直向下的重力和竖直向上的弹力.根据牛顿第二定律可得F弹－mg＝ma，解得F弹＝mg＋ma＝6

N，A错误；细绳断裂的瞬间，弹簧弹力不会突变，小球依然有向上的加速度，大小等于2

m/s2，小球处于超重状态，B、C错误；细绳断裂的瞬间，箱子受竖直向下的重力和竖直向下的弹簧的弹力，根据牛顿第二定律可得Mg＋F弹＝MaM，解得aM＝13m/s2，D正确.1.如图甲所示，某同学站在压力传感器上完成下蹲和起立的动作，用计算机采集到的压力传感器读数随时间变化的F－t图像如图乙所示，则(

)A.该同学重力约为500NB.该同学重力约为700NC.该同学完成了两次下蹲和起立D.该同学完成了四次下蹲和起立A

【解析】稳定时传感器的读数500

N等于学生的重力，A正确，B错误；传感器的读数先小于重力后大于重力，说明该同学先加速下降再减速下降，完成一次下蹲，然后传感器的读数先大于重力后小于重力，说明该同学先加速上升再减速上升，完成一次起立，故该同学共完成一次下蹲和起立，C、D错误.2.(2023年北京一模)为了研究