適用于新高考新教材廣西專版2025屆高考物理一輪總復習第3章牛頓運動定律第2節(jié)牛頓第二定律的應用課件

第2節(jié)牛頓第二定律的應用第三章強基礎增分策略一、單位制1.單位制:由

和導出單位組成。

2.基本單位:

的單位。力學中的基本量有三個,它們分別是質量、時間、

,它們的國際單位分別是

、秒、米。

3.導出單位:由基本量根據(jù)

推導出來的其他物理量的單位。

基本單位基本量長度千克物理關系4.國際單位制中的七個基本物理量和基本單位

既可以采用國際單位制中的單位,也可以采用其他單位制中的單位物理量名稱物理量符號單位名稱單位符號長度l米m質量m千克kg時間t秒s電流I安[培]A熱力學溫度T開[爾文]K物質的量n摩[爾]mol發(fā)光強度IV坎[德拉]cd易錯辨析

(1)物理公式不僅確定了物理量之間的數(shù)量關系,同時也確定了物理量間的單位關系。(

)(2)牛頓、千克、米、秒、安培均為國際單位制中的基本單位。(

)√×應用提升1.(2023山東日照模擬)橡皮筋在彈性限度內受到的拉力F與其伸長量x也遵循胡克定律,即F=kx,其k值與橡皮筋未受到拉力時的長度L及橡皮筋的橫截面積S有關,理論與實踐都表明k=,其中Y是一個只由材料決定的常數(shù)。在國際單位制中,Y的單位是(

)A.N

B.mC.N/m D.N/m2答案

D二、動力學的兩類基本問題1.兩類動力學問題第一類:已知受力情況求物體的運動情況。第二類:已知運動情況求物體的受力情況。2.解決兩類基本問題的方法

求加速度以

為“橋梁”,由運動學公式和牛頓第二定律列方程求解,具體邏輯關系如圖所示:

加速度易錯辨析

(3)F=ma是矢量式,a的方向與F的方向相同,與速度方向無關。(

)(4)物體受到外力作用不為零時,立即產(chǎn)生加速度。(

)(5)物體所受的合外力減小,加速度一定減小,而速度不一定減小。(

)√√√應用提升2.(人教版教材必修第一冊P108習題改編)如圖所示,一輛裝滿石塊的貨車在平直道路上以加速度a向前加速運動,貨箱中石塊B的質量為m,則石塊B周圍與它接觸的物體對石塊B作用力的合力的大小為(

)D解析

由于石塊與貨車相對靜止,所以具有相同的加速度,即為a。根據(jù)牛頓第二定律F=ma可知,石塊所受的合力為ma。設石塊B周圍與它接觸的物體對石塊B作用力的合力為F,受力分析如圖,三、超重、失重超重、失重和完全失重的比較

由重力引起的現(xiàn)象將消失比較項超重失重完全失重現(xiàn)象壓力或拉力

重力壓力或拉力_______重力壓力或拉力等于0產(chǎn)生條件物體的加速度

物體的加速度

物體的加速度等于g運動狀態(tài)

上升或

下降

加速

或

上升

以加速度g

下降或

上升

原理方程F-mg=maF=

mg-F=maF=

mg-F=mgF=0大于小于向上向下加速減速下降減速加速減速mg+mamg-ma

易錯辨析

(6)超重就是物體的重力變大了。(

)(7)物體完全失重時,加速度一定為重力加速度。(

)(8)根據(jù)物體處于超重或失重狀態(tài),可以判斷物體運動的速度方向。(

)×√×應用提升3.(多選)(人教版教材必修第一冊P112習題改編)“蹦極”是一項非常刺激的戶外休閑活動。某人身系彈性繩自高空P點自由下落,圖中A點是彈性繩的原長位置,C是人所到達的最低點,B是人靜止懸吊著時的平衡位置,人在從P點落下到最低點C的過程中(

)A.在PA段做自由落體運動,處于完全失重狀態(tài)B.在AB段繩的拉力小于人的重力,處于失重狀態(tài)C.在BC段繩的拉力小于人的重力,處于失重狀態(tài)D.在C點,速度為零,加速度也為零答案

AB解析

A點是彈性繩的原長位置,故A點之前人只受重力,做自由落體運動,處于完全失重狀態(tài),故A正確;B是人靜止懸吊著時的平衡位置,在B點繩的拉力等于人的重力,所以在AB段繩的拉力小于人的重力,人向下做加速度減小的加速運動,處于失重狀態(tài);在BC段繩的拉力大于人的重力,人向下做加速度增加的減速運動,加速度向上,處于超重狀態(tài),故B正確,C錯誤;C是人所到達的最低點,C點速度為零,但繩的拉力大于人的重力,合力不為零,有向上的加速度,故D錯誤。增素能精準突破考點一動力學的兩類基本問題[名師破題]1.解決動力學兩類問題的兩個關鍵點(1)把握“兩個分析”“一個橋梁”(2)找到不同過程之間的“聯(lián)系”,如第一個過程的末速度就是下一個過程的初速度,若過程較為復雜,可畫位置示意圖確定位移之間的聯(lián)系。2.解決動力學基本問題的處理方法(1)合成法:在物體受力個數(shù)較少(2個或3個)時一般采用“合成法”。(2)正交分解法:若物體的受力個數(shù)較多(3個或3個以上),則采用“正交分解法”?！镜淅黄啤康淅?.避險車道是避免惡性交通事故的重要設施,由制動坡床和防撞設施等組成,如圖所示的豎直平面內,制動坡床視為與水平面夾角為θ的斜面。一輛長12m的載有貨物的貨車因剎車失靈從干道駛入制動坡床,當車速為23m/s時,車尾位于制動坡床的底端,貨物開始在車廂內向車頭滑動,當貨物在車廂內滑動了4m時,車頭距制動坡床頂端38m,再過一段時間,貨車停止。已知貨車質量是貨物質量的4倍,貨物與車廂間的動摩擦因數(shù)為0.4,貨車在制動坡床上運動受到的坡床阻力大小為貨車和貨物總重的0.44。貨物與貨車分別視為小滑塊和平板,cosθ=1,sinθ=0.1,g取10m/s2。求:(1)貨物在車廂內滑動時加速度的大小和方向;(2)制動坡床的長度。審題指導

關鍵詞句獲取信息當車速為23m/s時,車尾位于制動坡床的底端,貨物開始在車廂內向車頭滑動貨物開始在車廂內向車頭滑動時,車和貨物有相同的速度;此時貨車恰好全部駛上坡床——初始狀態(tài)貨物在車廂內滑動了4m時,車頭距制動坡床頂端38m貨物位移比貨車位移大4m,坡長=車長+車位移+38m……4倍,……動摩擦因數(shù)為0.4,……總重的0.44可確定貨物和貨車的受力情況答案

(1)5m/s2,方向沿制動坡床向下(2)98m解析

(1)設貨物的質量為m,貨物在車廂內滑動過程中,貨物與車廂間的動摩擦因數(shù)為μ=0.4,受摩擦力大小為Ff,加速度大小為a1,則Ff+mgsin

θ=ma1Ff=μmgcos

θ解得a1=5

m/s2方向沿制動坡床向下。(2)設貨車的質量為m0,車尾位于制動坡床底端時的車速為v=23

m/s,貨物在車廂內開始滑動到車頭距制動坡床頂端s0=38

m的過程中,用時為t,貨物相對制動坡床的運動距離為s1,在車廂內滑動的距離為s=4

m,貨車的加速度大小為a2,貨車相對制動坡床的運動距離為s2,貨車受到制動坡床的阻力大小為F,F是貨車和貨物總重的0.44,貨車長度為l0=12

m,制動坡床的長度為l,則m0gsin

θ+F-Ff=m0a2F=0.44(m+m0)gm0=4ms1=vt-a1t2s2=vt-a2t2s=s1-s2l=l0+s0+s2解得l=98

m。素養(yǎng)點撥

解答動力學兩類基本問題的思維流程

【對點演練】1.(2023浙江模擬)代號“威龍”的第五代制空戰(zhàn)機殲-20具備高隱身性、高機動性能力,為防止極速提速過程中飛行員因缺氧暈厥,殲-20新型的抗荷服能幫助飛行員承受的最大加速度為重力加速度的9倍。假設某次垂直飛行測試實驗中,殲-20加速達到50m/s后離地,而后以此速度開始豎直向上做飛行試驗,在10s內勻加速到3060km/h,再勻速飛行一段時間后到達最大飛行高度18.5km。假設加速階段所受阻力恒定,約為重力的

。已知該殲-20質量為20t,g取10m/s2,忽略戰(zhàn)機因油耗等導致的質量變化。則下列說法正確的是(

)A.本次飛行測試的勻速階段飛行時間為26.5sB.加速階段系統(tǒng)的推力為1.84×106NC.加速階段時飛行員有暈厥可能D.飛機在勻速階段時爬升高度為14.25km答案

B解析

戰(zhàn)機豎直向上加速階段初速度v0=50

m/s,末速度v=3

060

km/h=850

m/s,根據(jù)v=v0+at得,加速度a=80

m/s2=8g,飛行員不會昏厥;根據(jù)牛頓第二定律,F-mg-Ff=ma,推力F=mg+Ff+ma=1.84×106

N,戰(zhàn)機加速階段上升的高度x=v0t+at2=4

500

m,即勻速上升距離為14

km,勻速飛行時間2.如圖甲所示,質量相同,但表面粗糙程度不同的三個物塊a、b、c放在三個完全相同的斜面體上,斜面體靜置于同一粗糙水平面上。物塊a、b、c以相同初速度下滑,其v-t圖線如圖乙所示,物塊下滑過程中斜面體始終保持靜止,a、b、c與斜面之間的動摩擦因數(shù)分別為μa、μb、μc,斜面體對地面的壓力分別為FNa、FNb、FNc,斜面體對地面的摩擦力分別為Ffa、Ffb、Ffc。下列判斷錯誤的是(

)甲

乙A.μa<μb<μc B.FNa<FNb<FNcC.Ffb=0,Ffa向右,Ffc向左 D.Ffb=0,Ffa向左,Ffc向右答案

D解析

由題圖乙可知,a加速下滑,mgsin

θ>μamgcos

θb勻速下滑,mgsin

θ=μbmgcos

θc減速下滑,mgsin

θ<μcmgcos

θ因此μa<μb<μc,A正確;對物塊和斜面體組成的整體受力分析如圖所示物塊a加速下滑,Ffa'=maa

cos

θ,方向水平向左,(m+m')g-FNa'=maa

sin

θ物塊b勻速下滑,Ffb'=0,(m+m')g-FNb'=0物塊c減速下滑,Ffc'=mac

cos

θ,方向水平向右,FNc'-(m+m')g=mac

sin

θ因此FNa'<FNb'<FNc',由牛頓第三定律知,選項B、C正確,選項D錯誤。3.(2022江蘇南京模擬)如圖所示,傾角θ=30°的足夠長光滑斜面上有一兩端開口的矩形管道,管道內部最上端有一活塞,已知管道質量為2m,活塞質量為m,兩者間的最大靜摩擦力為kmg(k>0.5,最大靜摩擦力等于滑動摩擦力),重力加速度為g。(1)當管道受到沿斜面向上的拉力作用時,活塞與管道間沒有相對滑動,求拉力的最大值F的大小。(2)當管道突然獲得一沿斜面向上的初速度v0時,要使活塞不脫離管道,求管道的最小長度l。解析

(1)當活塞與管道間沒有相對滑動且兩者間的摩擦力達到最大靜摩擦力時,拉力達到最大值F,對管道和活塞整體,根據(jù)牛頓第二定律得F-3mgsin

θ=3ma對活塞,由牛頓第二定律得kmg-mgsin

θ=ma解得F=3kmg。(2)設管道的加速度大小為a1,活塞的加速度大小為a2,經(jīng)時間t后兩者達到共同速度v,沿斜面向上的位移分別為x1和x2,對管道,由牛頓第二定律得kmg+2mgsin

θ=2ma1考點二超重失重[師生共研]1.對超重、失重的理解(1)不論是超重、失重還是完全失重,物體的重力都不變,只是物體對支持物的壓力(或對懸掛物的拉力)改變。(2)物體是否處于超重或失重狀態(tài),不在于物體向上運動還是向下運動,而在于物體的加速度方向,只要其加速度在豎直方向上有分量,物體就會處于超重或失重狀態(tài)。(3)當物體處于完全失重狀態(tài)時,重力只有使物體產(chǎn)生a=g的加速度的效果,不再有其他效果。2.判斷超重和失重的方法

從受力的角度判斷當物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力時,物體處于超重狀態(tài);小于重力時,物體處于失重狀態(tài);等于零時,物體處于完全失重狀態(tài)從加速度的角度判斷當物體具有向上的加速度時,物體處于超重狀態(tài);具有向下的加速度時,物體處于失重狀態(tài);向下的加速度等于重力加速度時,物體處于完全失重狀態(tài)從速度變化的角度判斷①物體向上加速或向下減速時,超重②物體向下加速或向上減速時,失重【典例突破】典例2.某人在地面上最多可舉起50kg的物體,某時刻他在豎直向上運動的電梯中最多可舉起60kg的物體,據(jù)此判斷此電梯加速度的大小和方向(g取10m/s2)(

)思維點撥

由人在地面上時求得人的最大舉力(不變)→電梯失重狀態(tài)下對物體由牛頓第二定律得物體的加速度→電梯的加速度答案

D解析

人在地面上時,對物體有FN=mg=50×10

N=500

N。所以人的最大舉力F=500

N。設電梯加速度為a,對物體由牛頓第二定律得m2a=m2g-F,即考題點睛

考點考向點睛超重與失重分析規(guī)律:物體、人、電梯的加速度相同方法:取物體為研究對象分析易錯:人的最大舉力不變【對點演練】4.(2023廣東陽江期末)產(chǎn)生微重力環(huán)境最常用的方法有4種:落塔、飛機、火箭和航天器。中國科學院微重力落塔與落倉如圖所示,在落倉開始下落到停止運動的過程中,能夠產(chǎn)生3.26s時長的微重力環(huán)境。根據(jù)提供的信息,以下說法正確的是(

)A.在微重力環(huán)境中,落倉中的體驗者幾乎不會受到重力的作用B.要形成微重力環(huán)境,落倉要以非常接近重力加速度g的加速度下落C.落倉下落過程,落倉內的體驗者一直處于失重狀態(tài)D.落倉速度最大時,落倉內體驗者的加速度也最大B解析

在微重力環(huán)境中,落倉和體驗者近似做自由落體運動,落倉對體驗者的支持力幾乎為零,落倉中的體驗者仍受到重力的作用,幾乎所有的重力提供體驗者運動的加速度,由牛頓第二定律可知落倉下落的加速度非常接近重力加速度g,選項A錯誤,B正確。落倉下落的過程必然是先加速下落,后減速下落,最后靜止,所以落倉下落過程,加速度先向下后向上,落倉內的體驗者先處于失重狀態(tài)后處于超重狀態(tài),選項C錯誤。當落倉受力平衡時,落倉的速度最大,所以落倉速度最大時,其加速度為零,選項D錯誤。5.(2023廣東汕頭期末)小杰利用手機軟件繪制了電梯從一樓上升到七樓過程中的速度—時間圖像,如圖甲所示,為簡化問題,將圖線簡化為圖乙,已知t=0時電梯處于靜止狀態(tài),由圖乙可知(

)A.在此過程中電梯上升的高度約為15mB.28~30s內電梯處于超重狀態(tài)C.10~11s內電梯的加速度大小約為0.56m/s2D.10~30s內電梯的平均速度大小為0.75m/sC考點三動力學圖像問題[師生共研]1.數(shù)形結合解決動力學圖像問題(1)在圖像問題中,無論是讀圖還是作圖,都應盡量先建立函數(shù)關系,進而明確“圖像與公式”“圖像與物體”間的關系;然后根據(jù)函數(shù)關系讀取圖像信息或者描點作圖。(2)讀圖時,要注意圖線的起點、斜率、截距、折點以及圖線與橫坐標包圍的“面積”等所對應的物理意義,盡可能多地提取解題信息。(3)常見的動力學圖像有v-t圖像、a-t圖像、F-t圖像、F-a圖像等。2.動力學圖像問題的類型圖像類問題的實質是力與運動的關系問題,以牛頓第二定律F=ma為紐帶,理解圖像的種類,圖像的軸、點、線、截距、斜率、面積所表示的意義。一般包括下列幾種類型:3.動力學圖像問題的解題策略

【典例突破】典例3.(多選)(2021全國乙卷)水平地面上有一質量為m1的長木板,木板的左端上有一質量為m2的物塊,如圖甲所示。用水平向右的拉力F作用在物塊上,F隨時間t的變化關系如圖乙所示,其中F1、F2分別為t1、t2時刻F的大小。木板的加速度a1隨時間t的變化關系如圖丙所示。已知木板與地面間的動摩擦因數(shù)為μ1,物塊與木板間的動摩擦因數(shù)為μ2。假設最大靜摩擦力均與相應的滑動摩擦力相等,重力加速度大小為g。則(

)思維點撥

明確圖像信息→分時間段對兩物體受力分析→明確物體所受摩擦力的種類→確定物塊與木板間有無相對滑動→據(jù)牛頓運動定律分析解答答案

BCD【對點演練】6.(2023河南洛陽模擬)如圖甲所示,一個質量為3kg的物體放在粗糙水平地面上,從零時刻起,物體在水平力F作用下由靜止開始做直線運動。在0~3s時間內物體的加速度a隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示。則(

)A.F的最大值為12NB.0~1s和2~3s內物體加速度的方向相反C.3s末物體的速度最大,最大速度為8m/sD.在0~1s內物體做勻加速運動,2~3s內物體做勻減速運動答案

C解析

由圖像可知,物體在1~2

s內做勻加速直線運動,a=4

m/s2,由牛頓第二定律得F-μmg=ma,故F=ma+μmg>12

N,A錯誤;由a-t圖像知加速度一直為正,故B錯誤;a-t圖像與時間軸圍成圖形的面積為Δv,而初速度為零,故3