(新高考)高考物理一轮复习课件第3章 第2讲 牛顿第二定律的基本应用(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.【目标要求】课时精练内容索引NEIRONGSUOYIN考点一动力学两类基本问题考点二超重与失重问题考点三瞬时加速度问题考点一动力学两类基本问题011.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；速度是各物理过程间相互联系的桥梁.例1(2020湖南长沙中学月考)某航母上舰载机起飞时主要靠甲板前端上翘来帮助战斗机起飞，其示意图如图1所示，飞机由静止开始先在一段水平距离为L1160 m的水平跑道上运动，然后在长度为L220.5 m的倾斜跑道上滑跑，直到起飞.已知飞机的质量m2.0104 kg，其喷气发动机的推力大小恒为F1.4105 N，方向与速度方向相同，水平跑道与倾斜跑道末端的高度差h2.05 m，飞机在水平跑道上和倾斜跑道上运动的过程中受到的平均阻力大小都为飞机重力的0.2倍，假设考向1已知受力求运动情况图图1航母处于静止状态，飞机质量视为不变并可看成质点，倾斜跑道看作斜面，不计水平跑道和倾斜跑道连接处的影响，且飞机起飞的过程中没有出现任何故障，取g10 m/s2.求：(1)飞机在水平跑道上运动的末速度大小；答案40 m/s解析设飞机在水平跑道上运动的加速度大小为a1，阻力大小为F阻，在水平跑道上运动的末速度大小为v1，由牛顿第二定律得FF阻ma1，F阻0.2mg，v122a1L1，联立以上三式并代入数据解得a15 m/s2，v140 m/s.(2)飞机从开始运动到起飞经历的时间t.答案8.5 s解析设飞机在倾斜跑道上运动的加速度大小为a2，在倾斜跑道末端的速度大小为v2，在倾斜跑道上，由牛顿第二定律有代入数据解得a24 m/s2，由v22v122a2L2，代入数据解得v242 m/s，则tt1t28.5 s.例2(2020四川天府大联考)某市启动“机动车文明礼让斑马线”活动，交警部门为样板斑马线配上了新型电子警察.一辆质量为2.0103 kg的汽车，以54 km/h的速度沿平直道路匀速行驶，距斑马线还有30 m的距离时，驾驶员发现有行人通过斑马线，经过0.5 s的反应时间，汽车制动，开始做匀减速运动，恰好在斑马线前停住.重力加速度g10 m/s2.(1)求汽车制动过程中所受的合力大小；考向2已知运动情况求受力答案1.0104 N解析设汽车在反应时间内行驶的距离为x1，制动过程中行驶的距离为x2，加速度大小为a1，所受的合力大小为Ff1.初速度v054 km/h15 m/s，反应时间t00.5 s，由牛顿第二定律有Ff1ma1由匀速和匀变速直线运动规律有x1v0t0 x2xx1v022a1x2联立解得Ff11.0104 N.(2)若汽车正常行驶时所受阻力为车重的 ，要使汽车从静止开始匀加速经10 s使速度重新达到54 km/h，求牵引力的大小.答案4.0103 N解析设汽车从静止开始经10 s使速度重新达到54 km/h的过程中，加速度大小为a2，牵引力大小为F，由牛顿第二定律有FFf2ma2，Ff20.05mg由匀变速直线运动规律有v0a2t加联立解得F4.0103 N.1.(已知运动情况求受力)(多选)(2020辽宁六校协作体开学考试)如图2甲所示，物块的质量m1 kg，初速度v010 m/s，在一水平向左的恒力F作用下从O点沿粗糙的水平面向右运动，某时刻F突然反向，大小不变，整个过程中物块速度的平方随位置坐标变化的关系图象如图乙所示，g10 m/s2.下列说法中正确的是A.05 m内物块做匀减速运动B.在t1 s时刻，恒力F反向C.恒力F大小为10 ND.物块与水平面间的动摩擦因数为0.3跟进训练12图图2解析05 m内，由v12v022a1x1，得v122a1x1v02，由题图乙知，2a120 m/s2，则a110 m/s2，则物块做匀减速运动，A正确；12122.(已知受力情况求运动情况)(2021河南郑州市月考)航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器，其质量m2 kg，动力系统提供的恒定升力F132 N，试飞时飞行器从地面由静止开始竖直上升.设飞行器飞行时所受的空气阻力大小恒为f4 N，飞行器上升9 s后由于出现故障而失去升力，出现故障9 s后恢复升力但升力变为F216 N，取重力加速度大小g10 m/s2，假设飞行器只在竖直方向运动.求：(1)飞行器9 s末的速度大小v1；12答案36 m/s解析09 s内，飞行器受重力、升力和阻力作用做匀加速直线运动，由牛顿第二定律得：F1mgfma1解得a14 m/s2飞行器9 s末的速度大小v1at136 m/s.12(2)飞行器018 s内离地面的最大高度H；12答案216 m设失去升力后上升阶段加速度大小为a2，上升阶段的时间为t2，由牛顿第二定律得：fmgma2解得a212 m/s2由运动学公式可得飞行器失去升力后上升阶段v1a2t212飞行器018 s内离地面的最大高度Hh1h2解得t23 s，H216 m.(3)飞行器落回地面的速度大小v2.12答案48 m/s解析飞行器到最高点后下落，设加速度大小为a3，由牛顿第二定律得：mgfma3解得a38 m/s2恢复升力前飞行器下落的时间为t39 st26 s，所以其速度v2a3t3.解得v248 m/s，由于H a3t32144 m，恢复升力后F2mgf，所以飞行器匀速下降，可知落回地面的速度大小为48 m/s.(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3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；拓展点等时圆图图3(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.例3(多选)如图4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、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，故选项A错误，B、C、D均正确.考点二超重与失重问题021.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.大于基础回扣向上小于向下3.完全失重(1)定义：物体对支持物(或悬挂物)作用力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 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g无关不等于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.技巧点拨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)物体处于超重或失重状态只与加速度方向有关，而与速度方向无关.(3)物体超重或失重多少由物体的质量m和竖直加速度a共同决定，其大小等于ma.(4)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黑龙江哈尔滨市第一中学高三开学考试)“蹦极”是一项非常刺激的体育运动.某人身系弹性绳自高空P点自由下落，图5中a点是弹性绳的原长位置，c是人所到达的最低点，b是人静止地悬吊着时的平衡位置，空气阻力不计，则人从P点落下到最低点c的过程中A.人从a点开始做减速运动，一直处于失重状态B.在ab段绳的拉力小于人的重力，人处于超重状态C.在bc段绳的拉力大于人的重力，人处于超重状态D.在c点，人的速度为零，其加速度也为零图图5解析在Pa段绳还没有被拉长，人做自由落体运动，所以处于完全失重状态，在ab段绳的拉力小于人的重力，人受到的合力向下，有向下的加速度，处于失重状态；在bc段绳的拉力大于人的重力，人受到的合力向上，有向上的加速度，处于超重状态，故A、B错误，C正确；在c点，绳的形变量最大，绳的拉力最大，人受到的合力向上，有向上的加速度，处于超重状态，故D错误.例5(2020山东青岛市高三一模)如图6是某同学站在压力传感器上做下蹲起立的动作时传感器记录的压力随时间变化的图线，纵坐标为压力，横坐标为时间.由图线可知，该同学的体重约为650 N，除此以外，还可以得到以下信息A.1 s时人处在下蹲的最低点B.2 s时人处于下蹲静止状态C.04 s内该同学做了2次下蹲起立的动作D.下蹲过程中人始终处于失重状态图图6在1 s时人向下的加速度最大，故此时人并没有静止，它不是下蹲的最低点，选项A错误；2 s时人已经历了失重和超重两个过程，故此时处于下蹲静止状态，选项B正确；该同学在前2 s时是下蹲过程，后2 s是起立的过程，所以共做了1次下蹲起立的动作，选项C错误.解析人在下蹲的过程中，先加速向下运动，此时加速度方向向下，故人处于失重状态，最后人静止，故后半段是人减速向下的过程，此时加速度方向向上，人处于超重状态，故下蹲过程中人先失重后超重，选项D错误；3.(超、失重的理解和判断)(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7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，FNmg34跟进训练图图7解析根据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；340t1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.343403考点三瞬时加速度问题1.两种模型加速度与合外力具有瞬时对应关系，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.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6(多选)(2020福建厦门市外国语学校月考)两小球A、B先后用弹簧和轻杆相连，放在光滑斜面上静止，挡板C与斜面垂直，弹簧、轻杆均与斜面平行，如图8甲、乙，A、B质量相等，重力加速度为g，斜面的倾角为.在突然撤去挡板的瞬间A.两图中两球加速度均为gsin B.两图中A球的加速度均为零C.图甲中B球的加速度为2gsin D.图乙中B球的加速度为gsin 图图8解析撤去挡板前，对整体分析，挡板对B球的弹力大小为2mgsin，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，题图甲中A球所受合力为零，加速度为零，B球所受合力为2mgsin，加速度为2gsin；题图乙中杆的弹力突变为零，A、B球所受合力均为mgsin，加速度均为gsin，故C、D正确，A、B错误.5.(瞬时加速度问题)(2020长春市榆树高级中学高三月考)如图9，吊篮用绳子悬挂在天花板上，吊篮A及物块B、C的质量均为m，重力加速度为g，则将悬挂吊篮的轻绳剪断的瞬间，下列说法