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1、第第 2 讲讲 应用牛顿第二定律处理应用牛顿第二定律处理“四类四类”问题问题一、瞬时问题1.牛顿第二定律的表达式为：F合ma，加速度由物体所受合外力决定，加速度的方向与物体所受合外力的方向一致.当物体所受合外力发生突变时，加速度也随着发生突变，而物体运动的速度不能发生突变.2.轻绳、轻杆和轻弹簧(橡皮条)的区别：(1)轻绳和轻杆：剪断轻绳或轻杆断开后，原有的弹力将突变为 0.(2)轻弹簧和橡皮条：当轻弹簧和橡皮条与其它物体连接时，轻弹簧或橡皮条的弹力不能发生突变.自测 1 如图 1，A、B、C 三个小球质量均为 m，A、B 之间用一根没有弹性的轻质细绳连在一起，B、C 之间用轻弹簧拴接，整个系
2、统用细线悬挂在天花板上并且处于静止状态.现将A 上面的细线剪断，使 A 的上端失去拉力，则在剪断细线的瞬间，A、B、C 三个小球的加速度分别是( )图 1A.1.5g，1.5g，0 B.g，2g，0C.g，g，g D.g，g，0答案 A解析 剪断细线前，由平衡条件可知，A 上端的细线的拉力为 3mg，A、B 之间细绳的拉力为2mg，轻弹簧的拉力为 mg.在剪断细线的瞬间，轻弹簧中拉力不变，小球 C 所受合外力为零，所以 C 的加速度为零；A、B 小球被细绳拴在一起，整体受到二者重力和轻弹簧向下的拉力，由牛顿第二定律，3mg2ma，解得 a1.5g，选项 A 正确.二、超重和失重1.超重(1)定
3、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)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.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)等于 0 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.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.自测 2 关于超
4、重和失重的下列说法中，正确的是( )A.超重就是物体所受的重力增大了，失重就是物体所受的重力减小了B.物体做自由落体运动时处于完全失重状态，所以做自由落体运动的物体不受重力作用C.物体具有向上的速度时处于超重状态，物体具有向下的速度时处于失重状态D.物体处于超重或失重状态时，物体的重力始终存在且不发生变化答案 D三、动力学图象1.类型(1)已知图象分析运动和受力情况；(2)已知运动和受力情况分析图象的形状.2.用到的相关知识通常要先对物体受力分析求合力，再根据牛顿第二定律求加速度，然后结合运动学公式分析.自测 3 (2016海南单科5)沿固定斜面下滑的物体受到与斜面平行向上的拉力 F 的作用，
5、其下滑的速度时间图线如图 2 所示.已知物体与斜面之间的动摩擦因数为常数，在 05 s，510 s，1015 s 内 F 的大小分别为 F1、F2和 F3，则( )图 2A.F1F3C.F1F3 D.F1F3答案 A命题点一 超重和失重问题1.对超重和失重的理解(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.2
6、.判断超重和失重的方法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，物块处于失重状态；等于零时，物体处于完全失重状态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从速度变化的角度判断物体向上加速或向下减速时，超重物体向下加速或向上减速时，失重例 1 (多选)一人乘电梯上楼，在竖直上升过程中加速度 a 随时间 t 变化的图线如图 3 所示，以竖直向上为 a 的正方向，则人对地板的压力( )图 3A.t2 s 时最大B.t2 s 时最小C.t8.5 s
7、 时最大D.t8.5 s 时最小答案 AD解析 人乘电梯向上运动，规定向上为正方向，人受到重力和支持力两个力的作用，则有Fmgma，即 Fmgma，根据牛顿第三定律知，人对地板的压力大小等于支持力的大小，将对应时刻的加速度(包含正负号)代入上式，可得选项 A、D 正确，B、C 错误.变式 1 广州塔，昵称小蛮腰，总高度达 600 米，游客乘坐观光电梯大约一分钟就可以到达观光平台.若电梯简化成只受重力与绳索拉力，已知电梯在 t0 时由静止开始上升，at图象如图 4 所示.则下列相关说法正确的是( )图 4A.t4.5 s 时，电梯处于失重状态B.555 s 时间内，绳索拉力最小C.t59.5 s
8、 时，电梯处于超重状态D.t60 s 时，电梯速度恰好为零答案 D解析 利用 at 图象可判断：t4.5 s 时，电梯有向上的加速度，电梯处于超重状态，则 A 错误；05 s 时间内，电梯处于超重状态，拉力重力，555 s 时间内，电梯处于匀速上升过程，拉力重力，5560 s 时间内，电梯处于失重状态，拉力M，有 x1x2 B.若 msin ，有 x1x2 D.若 sin ，有 x1x2答案 AB解析 在水平面上滑动时，对整体，根据牛顿第二定律，有F(mM)g(mM)a1隔离物块 A，根据牛顿第二定律，有 FTmgma1联立解得 FTFmmM在斜面上滑动时，对整体，根据牛顿第二定律，有F(mM
9、)gsin (mM)a2隔离物块 A，根据牛顿第二定律，有 FTmgsin ma2联立解得 FTFmMm比较可知，弹簧弹力相等，与动摩擦因数和斜面的倾角无关，故 A、B 正确，C、D 错误.变式 6 (多选)如图 14 所示，倾角为 的斜面放在粗糙的水平地面上，现有一带固定支架的滑块 m 正沿斜面加速下滑.支架上用细线悬挂的小球达到稳定(与滑块相对静止)后，悬线的方向与竖直方向的夹角也为 ，斜面体始终保持静止，则下列说法正确的是( )图 14A.斜面光滑B.斜面粗糙C.达到稳定状态后，地面对斜面体的摩擦力水平向左D.达到稳定状态后，地面对斜面体的摩擦力水平向右答案 AC解析 隔离小球，可知小球
10、的加速度方向为沿斜面向下，大小为 gsin ，对支架系统进行分析，只有斜面光滑，支架系统的加速度才是 gsin ，所以 A 正确，B 错误.将支架系统和斜面看成一个整体，因为整体具有沿斜面向下的加速度，故地面对斜面体的摩擦力水平向左，C 正确，D 错误.故选 A、C.1.在儿童蹦极游戏中，拴在腰间左右两侧的是弹性极好的橡皮绳，质量为 m 的小明如图 1 所示静止悬挂时，两橡皮绳的拉力大小均恰为 mg.若此时小明左侧橡皮绳断裂，则小明( )图 1A.加速度为零，速度为零B.加速度 ag，沿原断裂橡皮绳的方向斜向下C.加速度 ag，沿未断裂橡皮绳的方向斜向上D.加速度 ag，方向竖直向下答案 B解
11、析 根据题意，腰间左右两侧的橡皮绳的弹力等于重力.小明左侧橡皮绳断裂，则小明此时所受合力方向沿原断裂橡皮绳的方向斜向下，大小等于 mg，所以小明的加速度 ag，沿原断裂橡皮绳的方向斜向下，选项 B 正确.2.两个质量分别为 m1、m2的物体 A 和 B 紧靠在一起放在光滑水平桌面上，如图 2 所示，如果它们分别受到水平推力 2F 和 F，则 A、B 之间弹力的大小为( )图 2A.F B.F C.F D.Fm2m1m2m1m1m2m12m2m1m22m1m2m1m2答案 C解析 根据牛顿第二定律对整体有：2FF(m1m2)a，方向水平向右；对物体 B 有：FNFm2a，联立上述两式得：FNF，
12、故选项 A、B、D 均错误，选项 C 正确.m12m2m1m23.电梯在 t0 时由静止开始上升，运动的 at 图象如图 3 所示(选取向上为正)，电梯内乘客的质量 m050 kg，重力加速度 g 取 10 m/s2，下列说法正确的是( )图 3A.第 9 s 内乘客处于失重状态B.18 s 内乘客处于平衡状态C.第 2 s 内乘客对电梯的压力大小为 550 ND.第 9 s 内电梯速度的增加量为 1 m/s答案 C4.(多选)如图 4 甲所示，质量为 m2 kg 的物块静止放置在粗糙水平地面 O 处，物块与水平地面间的动摩擦因数 0.5，在水平拉力 F 作用下物块由静止开始沿水平地面向右运动
13、，经过一段时间后，物块回到出发点 O 处，取水平向右为速度的正方向，物块运动过程中其速度 v 随时间 t 变化规律如图乙所示，重力加速度 g 取 10 m/s2，则( )图 4A.物块经过 4 s 回到出发点B.物块运动到第 3 s 时改变水平拉力的方向C.3.5 s 时刻水平力 F 的大小为 4 ND.4.5 s 时刻水平力 F 的大小为 16 N答案 CD5.如图 5 所示，质量为 m 的小球用一水平轻弹簧系住，并用倾角为 60的光滑木板 AB 托住，小球恰好处于静止状态，在木板 AB 突然向下撤离的瞬间，小球的加速度为( )图 5A.0B.大小为 g，方向竖直向下C.大小为g，方向垂直木
14、板向下D.大小为 2g，方向垂直木板向下3答案 D解析 撤离木板 AB 瞬间，木板对小球的支持力消失，而小球所受重力和弹力不变，且二力的合力与原支持力等大反向.6.(多选)(2017河北保定一模)如图6 所示，一质量M3 kg、倾角为45的斜面体放在光滑水平地面上，斜面体上有一质量为m1 kg 的光滑楔形物体.用一水平向左的恒力F 作用在斜面体上，系统恰好保持相对静止地向左运动 .重力加速度为g10 m/s2，下列判断正确的是( )图 6A.系统做匀速直线运动B.F40 NC.斜面体对楔形物体的作用力大小为 5 N2D.增大力 F，楔形物体将相对斜面体沿斜面向上运动答案 BD解析 对整体受力分
15、析如图甲所示，由牛顿第二定律有 F(Mm)a，对楔形物体受力分析如图乙所示，由牛顿第二定律有 mgtan 45ma，可得 F40 N，a10 m/s2，A 错，B 对.斜面体对楔形物体的作用力 FN2mg10 N，C 错.外力 F 增大，则斜面体加速度增加，mgsin 4522楔形物体不能获得那么大的加速度，将会相对斜面体沿斜面上滑，D 对.7.如图 7 所示，质量分别为 m1、m2的两个物体通过轻弹簧连接，在力 F 的作用下一起沿水平方向做匀加速直线运动(m1在光滑地面上，m2在空中).已知力 F 与水平方向的夹角为 .则m1的加速度大小为( )图 7A. B.Fcos m1m2Fsin m
16、1m2C. D.Fcos m1Fsin m2答案 A解析 把 m1、m2看成一个整体，在水平方向上加速度相同，由牛顿第二定律可得：Fcos (m1m2)a，所以 a，选项 A 正确.Fcos m1m28.(2014北京理综18)应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入.例如平伸手掌托起物体，由静止开始竖直向上运动，直至将物体抛出 .对此现象分析正确的是( )A.手托物体向上运动的过程中，物体始终处于超重状态B.手托物体向上运动的过程中，物体始终处于失重状态C.在物体离开手的瞬间，物体的加速度大于重力加速度D.在物体离开手的瞬间，手的加速度大于重力加速度答案 D解析 手托物体抛出的过程，必有一段加速过程，其后可以减速，可以
