2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí)3.2牛頓第二定律的應(yīng)用學(xué)案新人教版

第2講牛頓第二定律的應(yīng)用知識點一牛頓第二定律的應(yīng)用1．動力學(xué)的兩類根本問題第一類：受力情況求物體的________．第二類：運動情況求物體的________．2．解決兩類根本問題的方法以________為“橋梁〞，由運動學(xué)公式和________________列方程求解，具體邏輯關(guān)系如下知識點二超重與失重現(xiàn)象1．視重(1)當(dāng)物體掛在彈簧測力計下或放在水平臺秤上時，彈簧測力計或臺秤的________稱為視重．(2)視重大小等于彈簧測力計所受物體的________或臺秤所受物體的________．2．超重(1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?________物體所受重力的現(xiàn)象．(2)產(chǎn)生條件：物體具有________的加速度．3．失重(1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?________物體所受重力的現(xiàn)象．(2)產(chǎn)生條件：物體具有________的加速度．4．完全失重(1)定義：物體對支持物的壓力(或?qū)ωQ直懸掛物的拉力)________的現(xiàn)象稱為完全失重現(xiàn)象．(2)產(chǎn)生條件：物體的加速度a＝____，方向豎直向下．思考辨析(1)相同質(zhì)量的物體，加速度越大，所受合外力越大．()(2)物體加速度由運動狀態(tài)決定，與所受力無關(guān)．()(3)物體加速度減小時，速度一定減?。?)(4)質(zhì)量不變的物體所受合外力發(fā)生變化，加速度也一定發(fā)生變化．()(5)人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機等航天器進入軌道后，其中的人和物將處于完全失重狀態(tài)．①完全失重時，人和物不再受重力作用．()②完全失重時，人和物處于平衡狀態(tài)．()③航天飛機等航天器進入軌道后，具有指向地心的向心力加速度．()④物體處于超重或失重狀態(tài)，由加速度的方向決定，與速度方向無關(guān)．()考點一用牛頓第二定律求解瞬時加速度師生共研1．兩種根本模型的特點(1)輕繩不需要形變恢復(fù)時間，在瞬時問題中，其彈力可以突變，成為零或者別的值．(2)輕彈簧(或者橡皮繩)需要較長的形變恢復(fù)時間，在瞬時問題中，當(dāng)它兩端始終有連接物時其彈力不能突變，大小和方向均不變．2．求解瞬時加速度的一般思路例1兩個質(zhì)量均為m的小球，用兩條輕繩連接，處于平衡狀態(tài)，如右圖所示．現(xiàn)突然迅速剪斷輕繩OA，讓小球下落，在剪斷輕繩的瞬間，設(shè)小球A、B的加速度分別用a1和a2表示，那么()A．a(chǎn)1＝g，a2＝gB．a(chǎn)1＝0，a2＝2gC．a(chǎn)1＝g，a2＝0D．a(chǎn)1＝2g，a2＝0【考法拓展1】在【例1】中只將A、B間的輕繩換成輕質(zhì)彈簧，其他不變，如右圖所示，那么例1選項中正確的選項是()【考法拓展2】將【考法拓展1】中的題圖放置在傾角為θ＝30°的光滑斜面上，如下圖系統(tǒng)靜止時，彈簧與細(xì)線均平行于斜面，在細(xì)線被燒斷的瞬間，以下說法正確的選項是()A．a(chǎn)A＝0aB＝12gB．a(chǎn)A＝gaBC．a(chǎn)A＝gaB＝gD．a(chǎn)A＝0aB＝g練1[2021·河北衡水中學(xué)模擬]細(xì)繩拴著一個質(zhì)量為m的小球，小球用固定在墻上的水平彈簧支撐，小球與彈簧不粘連，平衡時細(xì)繩與豎直方向的夾角為53°，如下圖，以下說法正確的選項是(cos53°＝0.6，sin53°＝0.8)()A．小球靜止時彈簧的彈力大小為35B．小球靜止時細(xì)繩的拉力大小為35C．細(xì)繩燒斷瞬間小球的加速度立即變?yōu)間D．細(xì)繩燒斷瞬間小球的加速度立即變?yōu)?3練2[2021·陜西漢中月考]如下圖，質(zhì)量均為m的木塊A和B用一輕彈簧相連，豎直放在光滑的水平面上，木塊A上放有質(zhì)量為2m的木塊C，三者均處于靜止?fàn)顟B(tài)．現(xiàn)將木塊C迅速移開，假設(shè)重力加速度為g，那么在木塊C移開的瞬間()A．彈簧的形變量不改變B．彈簧的彈力大小為mgC．木塊A的加速度大小為gD．木塊B對水平面的壓力為3mg考點二動力學(xué)兩類根本問題多維探究題型1|從受力確定運動情況例2滑冰車是兒童喜歡的冰上娛樂工程之一．如下圖為小明媽媽正與小明在冰上做游戲，小明與冰車的總質(zhì)量是40kg，冰車與冰面之間的動摩擦因數(shù)為0.05.在某次游戲中，假設(shè)小明媽媽對冰車施加了40N的水平推力，使冰車從靜止開始運動10s后，停止施加力的作用，使冰車自由滑行．(假設(shè)運動過程中冰車始終沿直線運動，小明始終沒有施加力的作用)．求：(1)冰車的最大速率．(2)冰車在整個運動過程中滑行總位移的大?。甗教你解決問題]【考法拓展1】請根據(jù)【例2】中的情境，試求冰車一共滑行了多長時間？【考法拓展2】請根據(jù)【例2】中的情境，假設(shè)小明媽媽對冰車施加了40N的水平推力，使冰車從靜止開始運動5s后，停止施加力的作用，那么冰車之后自由滑行的時間是多少？題型2|從運動情況確定受力情況例3如下圖，在地面上固定的兩根豎直桿a、b之間搭建兩個斜面1、2，斜面1與a桿的夾角為60°，斜面2與a桿的夾角為30°.現(xiàn)將一小物塊(可視為質(zhì)點)先后從斜面1、2的頂端(a桿處)由靜止釋放，兩次到達(dá)斜面底端(b桿處)所用時間相等，假設(shè)小物塊與斜面1、2之間的動摩擦因數(shù)分別為μ1和μ2，重力加速度g取10m/s2，那么μ1：μ2等于()A.32B.33C.1練3[2021·浙江模擬]綽號“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(shè)某次垂直飛行測試實驗中，殲—20加速到達(dá)50m/s后離地，而后開始豎直向上做飛行試驗．該飛機在10s內(nèi)勻加速到3060km/h，勻速飛行一段時間后到達(dá)最大飛行高度18.5km.假設(shè)加速階段所受阻力恒定，約為重力的15.已有該殲—20質(zhì)量為20噸，g取10m/s2A．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練4如下圖，一條小魚在水面處來了個“鯉魚打挺〞，彈起的高度為H＝2h，以不同的姿態(tài)落入水中其入水深度不同．假設(shè)魚身水平，落入水中的深度為h1＝h；假設(shè)魚身豎直，落入水中的深度為h2＝1.5h.假定魚的運動始終在豎直方向上，在水中保持姿態(tài)不變，受到水的作用力也不變，空氣中的阻力不計，魚身的尺寸遠(yuǎn)小于魚入水深度．重力加速度為g，求：(1)魚入水時的速度v；(2)魚兩次在水中運動的時間之比t1：t2；(3)魚兩次受到水的作用力之比F1：F2.題后反思(1)解決動力學(xué)兩類問題的關(guān)鍵點(2)解決動力學(xué)問題時的處理方法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〞．即F合＝ma②正交分解法：假設(shè)物體的受力個數(shù)較多(3個或3個以上)，那么采用“正交分解法〞．即eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(Fx＝max,Fy＝may))考點三超重和失重問題多維探究題型1|超重、失重的判斷例4[2021·河北雞澤一中模擬]如圖，垂直電梯有一個“轎廂〞和一個“對重〞通過鋼絲繩(曳引繩)將它們連接起來，鋼絲繩通過驅(qū)動電機(曳引機)的曳引帶動使電梯“轎廂〞和“對重〞在電梯內(nèi)導(dǎo)軌上做上下運動．某次“轎廂〞向上做勻減速運動，那么()A．“轎廂〞處于超重狀態(tài)B．“對重〞處于失重狀態(tài)C．“對重〞向下做勻加速運動D．曳引繩受到的拉力大小比“轎廂〞重力小題型2|利用牛頓第二定律解決超重、失重問題例5(多項選擇)如下圖，電梯的頂部掛一個彈簧秤，秤下端掛了一個重物，電梯勻速直線運動時，彈簧秤的示數(shù)為10N，在某時刻電梯中的人觀察到彈簧秤的示數(shù)變?yōu)?N，關(guān)于電梯的運動，以下說法正確的選項是(g取10m/s2)()A．電梯可能向上加速運動，加速度大小為4m/s2B．電梯可能向下加速運動，加速度大小為4m/s2C．電梯可能向上減速運動，加速度大小為4m/s2D．電梯可能向下減速運動，加速度大小為4m/s2題型3|超重、失重問題與圖象的綜合例6[2021·新高考Ⅰ卷，1]一質(zhì)量為m的乘客乘坐豎直電梯下樓，其位移s與時間t的關(guān)系圖象如下圖．乘客所受支持力的大小用FN表示，速度大小用v表示．重力加速度大小為g.以下判斷正確的選項是()A．0～t1時間內(nèi)，v增大，F(xiàn)N>mgB．t1～t2時間內(nèi)，v減小，F(xiàn)N<mgC．t2～t3時間內(nèi)，v增大，F(xiàn)N<mgD．t2～t3時間內(nèi)，v減小，F(xiàn)N>mg練5質(zhì)量為45kg的小明同學(xué)站在升降機中的一“體重計〞上，當(dāng)升降機豎直向下運動經(jīng)過5樓時，“體重計〞示數(shù)為50kg，如下圖，重力加速度取10m/s2.此時小明處于()A．超重狀態(tài)，對“體重計〞壓力為450NB．超重狀態(tài)，對“體重計〞壓力為500NC．失重狀態(tài)，對“體重計〞壓力為450ND．失重狀態(tài)，對“體重計〞壓力為500N練6圖甲是某人站在接有傳感器的力板上做下蹲、起跳和回落動作的示意圖，圖中的小黑點表示人的重心．圖乙是力板所受壓力隨時間變化的圖象，取重力加速度g＝10m/s2.根據(jù)圖象分析可知()A．人的重力可由b點讀出，約為300NB．b到c的過程中，人先處于超重狀態(tài)再處于失重狀態(tài)C．人在雙腳離開力板的過程中，處于完全失重狀態(tài)D．人在b點對應(yīng)時刻的加速度大于在c點對應(yīng)時刻的加速度思維拓展利用牛頓第二定律解決生活中的實際問題(STSE問題)例1[房頂?shù)慕ㄖ為了使雨滴能盡快地淌離房頂，要設(shè)計好房頂?shù)母叨?，設(shè)雨滴沿房頂下淌時做無初速度無摩擦的運動，那么如下圖的四種情況中符合要求的是()例2[逃生滑道]國產(chǎn)大飛機C919逃生系統(tǒng)翻開后是一條傾斜的滑道，為了保證乘客的平安，乘客滑到地面的最大速度不能超過5eq\r(2)m/s.假設(shè)逃生口距地面的高度為4m，人與滑道之間的動摩擦因數(shù)μ＝0.5，重力加速度g取10m/s2.求滑道翻開后滑道的最小長度．例3[緊急避險車道]汽車連續(xù)下陡坡時，長時間的剎車會導(dǎo)致制動力下降，為保障平安，通常會在路旁設(shè)置向上的緊急避險車道，一種緊急避險車道由引道和制動床等組成，盡頭是防撞設(shè)施，如圖甲所示．質(zhì)量為20t的貨車，以18m/s的初速度沖向傾角θ＝11.5°(sin11.5°＝0.2)的緊急避險車道，汽車在引道和制動床上的摩擦阻力分別是車重的0.30、0.80.引道長L1＝30m，制動床長L2＝50m，如圖乙所示，取g＝10m/s2.(1)求貨車剛上引道時的加速度大??；(2)貨車將停在何處？是否會自行滑下？(3)考慮到貨車進入緊急避險車道速度最大可到達(dá)30m/s，計算分析避險車道制動床長度的數(shù)據(jù)是否合理．第2講牛頓第二定律的應(yīng)用根底落實知識點一1．運動情況受力情況2．加速度牛頓第二定律知識點二1．(1)示數(shù)(2)拉力壓力2．(1)大于(2)向上3．(1)小于(2)向下4．(1)等于0(2)g思考辨析(1)√(2)×(3)×(4)√(5)①×②×③√④√考點突破例1解析：由于繩子張力可以突變，故剪斷OA后小球A、B只受重力，其加速度a1＝a2＝g.應(yīng)選項A正確．答案：A考法拓展1解析：剪斷輕繩OA的瞬間，由于彈簧彈力不能突變，故小球A所受合力為2mg，小球B所受合力為零，所以小球A、B的加速度分別為a1＝2g，a2＝0.應(yīng)選項D正確．答案：D考法拓展2解析：細(xì)線被燒斷的瞬間，小球B的受力情況不變，加速度為零．燒斷前，分析整體受力可知線的拉力為FT＝2mgsinθ，燒斷瞬間，A受的合力沿斜面向下，大小為2mgsinθ，所以A球的瞬時加速度為aA＝2gsin30°＝g，應(yīng)選項B正確．答案：B練1解析：此題考查瞬時性問題．小球靜止時，分析受力情況，如下圖，由平衡條件得彈簧的彈力F＝mgtan53°＝43mg，細(xì)繩的拉力T＝mgcos53°＝53mg答案：D練2解析：此題考查瞬時性問題．撤去C的瞬間，木塊A還沒有動，即木塊A的位移為零，那么彈簧的形變量不變，故A正確；開始時整體處于平衡狀態(tài)，彈簧的彈力等于A和C的重力，即F＝3mg，撤去C的瞬間，彈簧的形變量不變，彈簧的彈力不變，仍為3mg，故B錯誤；撤去C瞬間，彈力不變，A所受合力等于C的重力大小，對木塊A，由牛頓第二定律得2mg＝ma，解得a＝2g，方向豎直向上，故C錯誤；撤去C的瞬間，彈簧的彈力不變，仍為3mg，對B，由平衡條件得F＋mg＝N，解得N＝4mg，木塊B對水平面的壓力為4mg，故D錯誤．答案：A例2解析：(1)以冰車及小明為研究對象，由牛頓第二定律得F－μmg＝ma1①vm＝a1t②由①②得vm＝5m/s.(2)冰車勻加速運動過程中有x1＝12a1t2冰車自由滑行時有μmg＝ma2④vm2＝2a2x又x＝x1＋x2⑥由③④⑤⑥得x＝50m答案：(1)5m/s(2)50m考法拓展1解析：撤去推力后，冰車在摩擦力作用下做勻減速直線運動，最終速度為0由運動學(xué)公式：0＝vm－a2t′解得t′＝10s所以t總＝t＋t′＝20s答案：20s考法拓展2解析：由運動學(xué)公式得v′m＝a1t1解得v′m＝2.5m/s停止施加力，冰車做勻減速直線運動由牛頓第二定律得μmg＝ma2.自由滑行時間t＝v代入數(shù)據(jù)解得t＝5s.答案：5s例3解析：設(shè)a、b之間的水平距離為L，到達(dá)斜面底端所用的時間為t，當(dāng)物塊在斜面1上運動時，有x＝12at2得：Lsin60°＝12a物塊在斜面2上運動時，有x＝12at2Lsin30°＝12a2t由牛頓第二定律得：mgsin30°－μ1mgcos30°＝ma1③mgsin60°－μ2mgcos60°＝ma2④聯(lián)立①②③④得μ1μ2應(yīng)選項D正確．答案：D練3解析：戰(zhàn)機豎直向上加速階段初速度v0＝50m/s，末速度v＝3060km/h＝850m/s，根據(jù)v＝v0＋at得，加速度a＝80m/s2＝8g，飛行員不會昏厥；根據(jù)牛頓第二定律，F(xiàn)－mg－f＝ma，推力F＝mg＋f＋ma＝1.84×106N，戰(zhàn)機加速階段上升的高度x＝v0t＋12at2＝4500m，即勻速上升距離為14km，勻速飛行時間t＝sv＝答案：B練4解析：(1)由v2＝2gH，得v＝2g(2)因h1＝v2t1，h2＝v2t2，得t(3)v2＝2a1h1，F(xiàn)1－mg＝ma1得F1＝3mg，同理得F2＝73mg所以F1F答案：(1)2gh例4解析：此題考查超、失重的判斷和理解．當(dāng)“轎廂〞向上做勻減速運動時，加速度向下，處于失重狀態(tài)，選項A錯誤；“轎廂〞失重，所以曳引繩的拉力小于其重力，選項D正確；同時，“對重〞向下做勻減速運動，加速度向上，處于超重狀態(tài)，選項B、C錯誤．答案：D例5解析：電梯做勻速直線運動時，彈簧秤的示數(shù)為10N，可知重物的重力等于10N，在某時刻電梯中的人觀察到彈簧秤的示數(shù)變?yōu)?N，對重物，根據(jù)牛頓第二定律有mg－F＝ma，解得a＝4m/s2，方向豎直向下，那么電梯的加速度大小為4m/s2，方向豎直向下，因此電梯可能向下做加速運動，也可能向上做減速運動，選項B、C正確．答案：BC例6解析：根據(jù)位移－時間圖象的斜率表示速度可知，0～t1時間內(nèi)，圖象斜率增大，速度v增大，加速度方向向下，由牛頓運動定律可知乘客處于失重狀態(tài)，所受的支持力FN<mg，選項A錯誤；t1～t2時間內(nèi)，圖象斜率不變，速度v不變，加速度為零，乘客所受的支持力FN＝mg，選項B錯誤；t2～t3時間內(nèi)，圖象斜率減小，速度v減小，加速度方向向上，由牛頓運動定律可知乘客處于超重狀態(tài)，所受的支持力FN>mg，選項C錯誤，D正確．答案：D練5解析：小明的重力G＝mg＝45×10N＝450N；由圖可知，此時體重計示數(shù)為50kg，故說明對體重計的壓力為500N，此時壓力大于本身的重力，人處于超重狀態(tài)，故B正確．A、C、D錯誤．答案：B練6解析：此題考查根據(jù)起跳過程力的變化判斷超失重狀態(tài)．開始時人處于平衡狀態(tài)，人對傳感器的壓力約為900N，人的重力也約為900N，故A錯誤；b到c的過程中，人先處于失重狀態(tài)再處于超重狀態(tài)，故B錯誤；雙腳離開力板的過程中只受重力的作用，處于完全失重狀態(tài)，故C正確；b點彈力與重力的差值要小于c點彈力與重力的差值，那么人在b點的加速度要小于在c點的加速度，故D錯誤．答案：C思維拓展典例1解析：設(shè)屋檐的底角為θ，底邊長為2L(不變)．雨滴做初速度為零的勻加速直線運動，根據(jù)牛頓第二定律得加速度a＝mgsinθm＝gsinθ，位移大小x