(新高考)高考物理一轮复习课件第3章第2讲《牛顿第2定律的基本应用》(含解析)

第三章牛顿运动定律第2讲牛顿第二定律的基本应用目标要求1.掌握动力学两类基本问题的求解方法.2.会利用牛顿第二定律对超重、失重、瞬时加速度问题进行分析计算.内容索引考点一瞬时问题考点二超重和失重问题考点三动力学两类基本问题课时精练考点一瞬时问题1.两种模型加速度与合外力具有因果关系，二者总是同时产生、同时变化、同时消失，当物体所受合外力发生变化时，加速度也随着发生变化，而物体运动的速度 发生突变.夯实必备知识基础梳理不能2.解题思路分析瞬时变化前物体的受力情况分析瞬时变化后哪些力变化或消失求出变化后物体所受合力根据牛顿第二定律列方程求瞬时加速度例1如图所示，两小球悬挂在天花板上，a、b两小球用细线连接，上面是一根轻质弹簧，a、b两球的质量分别为m和2m，在细线烧断瞬间，a、b两球的加速度分别为a1、a2，则(取竖直向下为正方向，重力加速度为g)A.a10，a2gB.a1g，a2gC.a12g，a2gD.a1g，a20烧断细线之前，a、b球整体受到重力和弹簧的弹力F静止，此时弹簧的弹力大小F3mg，在细线烧断瞬间，弹簧的弹力不变，细线的拉力消失，根据牛顿第二定律得：对a球，mgFma1，解得a12g，b球只受重力，故b球的加速度为a2g，故C正确，A、B、D错误.例2(2022安徽省蚌埠第三中学月考)如图，A、B两球质量相等，光滑斜面的倾角为，图甲中，A、B两球用轻弹簧相连，图乙中A、B两球用轻质杆相连，系统静止时，挡板C与斜面垂直，弹簧、轻杆均与斜面平行，则在突然撤去挡板的瞬间(重力加速度为g)A.图甲中A球的加速度不为零B.图乙中两球加速度均为gsin C.图乙中轻杆的作用力一定不为零D.图甲中B球的加速度是图乙中B球加速度的3倍对于题图甲，突然撤去挡板的瞬间，由于A、B还没开始运动，故弹簧弹力不变，A仍处于平衡状态，加速度为0，对于B，所受合力等于板在时板的支持力，为2mgsin，由牛顿第二定律有2mgsin maB，可得B的加速度为aB2gsin；对于题图乙，突然撤去挡板的瞬间，A、B加速度相同，整体由牛顿第二定律有2mgsin 2ma，可得A、B的加速度均为agsin，设轻杆对A的作用力为F，对A由牛顿第二定律有mgsin Fma，可知F0，故题图乙中轻杆的作用力一定为零，故选B.剪断绳子或撤去外力后，两物体用轻杆连接，采用整体法，得出整体的加速度，再隔离单个物体分析；两物体用轻绳连接，可假设绳子有力(绳子绷直)采用先整体后隔离的方法，判断假设是否成立，从而得出正确的结论.方法点拨例3(多选)如图所示，质量为m的小球被一根轻质橡皮筋AC和一根绳BC系住，当小球静止时，橡皮筋处在水平方向上.重力加速度为g，下列判断中正确的是A.在AC被突然剪断的瞬间，BC对小球的拉力不变B.在AC被突然剪断的瞬间，小球的加速度大小为gsin C.在BC被突然剪断的瞬间，小球的加速度大小为D.在BC被突然剪断的瞬间，小球的加速度大小为gsin 设小球静止时BC绳的拉力为F，AC橡皮筋的拉力为FT，由平衡条件可得Fcos mg，Fsin FT，解得F ，FTmgtan，在AC被突然剪断的瞬间，AC的拉力突变为零，BC上的拉力F突变为mgcos，重力垂直于绳BC的分量提供加速度，即mgsin ma，解得agsin，B正确，A错误；在BC被突然剪断的瞬间，橡皮筋AC的拉力不变，小球的合力大小与BC被剪断前拉力的大小相等，方向沿BC方向斜向下，故加速度a ，C正确，D错误.考点二超重和失重问题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.夯实必备知识基础梳理大于向上小于向下3.完全失重(1)定义：物体对支持物(或悬挂物)的现象称为完全失重现象.(2)产生条件：物体的加速度a_，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.完全没有作用力无关g判断正误1.加速度大小等于g的物体处于完全失重状态.()2.减速上升的升降机内的物体，物体对地板的压力大于物体的重力.()3.加速上升的物体处于超重状态.()4.物体处于超重或失重状态时其重力并没有发生变化.()5.根据物体处于超重或失重状态，可以判断物体运动的速度方向.()1.判断超重和失重的方法(1)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，物体处于失重状态；等于零时，物体处于完全失重状态.(2)从加速度的角度判断当物体具有向上的(分)加速度时，物体处于超重状态；具有向下的(分)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.提升关键能力方法技巧2.对超重和失重现象的理解(1)发生超重或失重现象时，物体所受的重力没有变化，只是压力(或拉力)变大或变小了(即“视重”变大或变小了).(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，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力作用、液柱不再产生压强等.例4(2020山东卷1)一质量为m的乘客乘坐竖直电梯下楼，其位移s与时间t的关系图像如图所示.乘客所受支持力的大小用FN表示，速度大小用v表示.重力加速度大小为g.以下判断正确的是A.0t1时间内，v增大，FNmgB.t1t2 时间内，v减小，FNmgC.t2t3 时间内，v增大，FNmg考向1超、失重现象的图像问题根据st图像的斜率表示速度可知，0t1时间内v增大，t2t3时间内v减小，t1t2时间内v不变，故B、C错误；0t1时间内速度越来越大，加速度向下，处于失重状态，则FNmg，故D正确.例5(多选)蹦床属于体操运动的一种，有“空中芭蕾”之称.某次比赛过程中，一运动员做蹦床运动时，利用力传感器测得运动员所受蹦床弹力F随时间t的变化图像如图所示.若运动员仅在竖直方向运动，不计空气阻力，取重力加速度大小g10 m/s2.依据图像给出的信息，下列说法正确的是A.运动员的质量为60 kgB.运动员的最大加速度为45 m/s2C.运动员离开蹦床后上升的最大高度为5 mD.9.3 s至10.1 s内，运动员一直处于超重状态由题图所给信息可知，开始时运动员静止在蹦床上，所受弹力与重力大小相等，即mg600 N，解得运动员的质量m60 kg，选项A正确；9.3 s至10.1 s内，运动员先失重、后超重、再失重，D错误.例6(多选)2021年9月17日，“神舟十二号”返回舱成功返回，返回舱在距地面某一高度时，启动减速降落伞开始做减速运动.当返回舱的速度大约减小至v9 m/s时，继续匀速(近似)下降.当以这个速度一直降落到距离地面h1.1 m时，立刻启动返回舱的缓冲发动机并向下喷气，舱体再次做匀减速运动，经历时间t0.2 s后，以某一安全的速度落至地面.设最后的减速过程可视为竖直方向的匀减速直线运动，取g10 m/s2，则最后减速过程中A.返回舱中的航天员处于失重状态B.返回舱再次做减速运动的加速度大小为25 m/s2C.返回舱落地的瞬间速度大小为2 m/sD.返回舱再次做减速运动时对质量m60 kg的航天员的作用力的大小为2 700 N考向2超、失重现象的分析和计算在最后的减速过程中，加速度向上，故返回舱中的航天员处于超重状态，故A错误；根据速度时间公式vvat，代入数据可得v9 m/s350.2 m/s2 m/s，故C正确；对质量m60 kg的航天员受力分析，根据牛顿第二定律有FNmgma，代入数据解得FN2 700 N，故D正确.考点三动力学两类基本问题1.动力学问题的解题思路2.解题关键(1)两类分析物体的受力分析和物体的运动过程分析；(2)两个桥梁加速度是联系运动和力的桥梁；连接点速度是联系各物理过程的桥梁.例7如图所示，光滑斜面AB与一粗糙水平面BC连接，斜面倾角30，质量m2 kg的物体置于水平面上的D点，DB间的距离d7 m，物体与水平面间的动摩擦因数0.2，将一水平向左的恒力F8 N作用在该物体上，t2 s后撤去该力，不考虑物体经过B点时的速度损失.求撤去拉力F后，经过多长时间物体经过B点？(g取10 m/s2)答案1 s和1.8 s考向1已知受力求运动情况撤去F前，由牛顿第二定律得Fmgma1，解得a12 m/s2，v1a1t4 m/s，撤去F后，由牛顿第二定律得mgma2，解得a2g2 m/s2，解得第一次到达B点的时间t11 s，或t13 s(舍去)，第一次到达B点时的速度v2v1a2t12 m/s，之后物体滑上斜面，由牛顿第二定律得mgsin ma3，解得a3gsin 5 m/s2，故撤去拉力F后，经过1 s和1.8 s时间物体经过B点.例8(多选)如图所示，Oa、Ob和ad是竖直平面内三根固定的光滑细杆，O、a、b、c、d位于同一圆周上，c为圆周的最高点，a为最低点，O为圆心.每根杆上都套着一个小滑环(未画出)，两个滑环从O点无初速度释放，一个滑环从d点无初速度释放，用t1、t2、t3分别表示滑环沿Oa、Ob、da到达a或b所用的时间.下列关系正确的是A.t1t2 B.t2t3C.t1aOb，由x at2可知，t2tca，故B、C、D正确.1.质点从竖直圆环上沿不同的光滑弦上端由静止开始滑到圆环的最低点所用时间相等，如图甲所示；2.质点从竖直圆环上最高点沿不同的光滑弦由静止开始滑到下端所用时间相等，如图乙所示；等时圆模型方法点拨3.两个竖直圆环相切且两环的竖直直径均过切点，质点沿不同的光滑弦上端由静止开始滑到下端所用时间相等，如图丙所示.等时圆模型方法点拨例92020年12月，嫦娥五号成功将采集的月球土壤样品送回地球.探测器在取样过程中，部分土壤采用了钻具钻取的方式采集，并沿竖直方向运送到月球表面.嫦娥五号所配备的钻杆具有独特的空心结构，具有收集土壤的作用，假设采集时钻杆头部深入月表h2 m深处，已采集到m500 g此深处的月壤，从静止开始竖直向上回收，15 s后钻杆头部上升至月球表面，速度恰好为零，此过程可简化成匀加速、匀速、匀减速三个阶段，上升最大速度是v20 cm/s，已知月球表面的重力加速度为1.63 m/s2，求：考向2已知运动情况求受力(1)上升过程中匀速运动的时间t；答案5 s设匀速运动时间为t，总时间为t总，代入数据得t5 s(2)若上述过程中匀加速和匀减速阶段加速度的大小相同，求三个阶段钻杆对采样月壤的作用力F的大小(保留三位有效数字).答案见解析设匀加速阶段加速度大小为a加，匀减速阶段加速度大小为a减，a加a减匀加速时间为t加，匀减速时间为t减，则t加t减t5 s，匀加速上升时有FN1mgma加解得FN10.835 N匀速上升时有FN2mg0.815 N匀减速上升时有mgFN3ma减解得FN30.795 N.课时精练1.如图所示，A、B两物体叠放在一起，以相同的初速度上抛(不计空气阻力).下列说法正确的是A.在上升和下降过程中A对B的压力一定为零B.上升过程中A对B的压力大于A物体受到的重力C.下降过程中A对B的压力大于A物体受到的重力D.在上升和下降过程中A对B的压力等于A物体受到的重力必备基础练1234567891011以A、B整体为研究对象：在上升和下降过程中仅受重力，由牛顿第二定律知加速度大小为g，方向竖直向下.再以A为研究对象：因加速度大小为g，方向竖直向下，由牛顿第二定律知A所受合力为A的重力，所以A仅受重力作用，即A和B之间没有作用力，故选A.12345678910112.生活中经常测量体重.测量者在体重计上保持静止状态，体重计的示数即为测量者的体重，如图甲所示.现应用体重计研究运动与力的关系，测量者先静止站在体重计上，然后完成下蹲动作.该过程中体重计示数的变化情况如图乙所示.对此，下列说法正确的是A.测量者的