第2講 牛頓第二定律的應(yīng)用高考物理總復(fù)習(xí)新教材版

第6講牛頓第二定律的應(yīng)用

［教材閱讀指導(dǎo)］

（對(duì)應(yīng)人教版新教材必修第一冊(cè)頁碼及相關(guān)問題）

KP97J00,利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律可以研究哪兩類問題？

提示：從受力確定運(yùn)動(dòng)情況和從運(yùn)動(dòng)情況確定受力。

P102［思考與討論］圖4.6-4下蹲過程，圖4.6-5下蹲、站起兩個(gè)過程,

分析超重和失重的情況。

提示：下蹲過程先向下加速再向下減速，加速度方向先向下后向上，先失重

后超重；站起過程先向上加速再向上減速，加速度方向先向上后向下，先超重后

失重。

翹PlOl?104,怎樣判斷超重和失重？

提示：若加速度的方向向上，處于超重狀態(tài)；若加速度的方向向下，則處于

失重狀態(tài)。

10PI06［復(fù)習(xí)與提高］A組T9⑴。

提示：標(biāo)注如圖所示。

以加速度的方向向上為正，根據(jù)牛頓第二定律有F-mg=\F=ma,即a=

式中G=L0N。若指針指在。處，貝IJF=O.9N,AF=-0.1N,

所以a=-1.0m/s2o

因?yàn)閺椈蓮椓﹄S彈簧伸長(zhǎng)量均勻變化，所以加速度隨彈簧伸長(zhǎng)量均勻變化,

加速度的刻度等間隔均勻分布。

目Pi06［復(fù)習(xí)與提高］B組Ti。

提示：應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律求瞬時(shí)加速度，理解彈簧的形變是一個(gè)漸變過程。

在剪斷細(xì)繩的瞬間，彈簧的彈力不變，而細(xì)繩對(duì)小球A的拉力突變?yōu)?。

物理觀念回顧與重建|

物理觀念1牛頓第二定律的應(yīng)用

1.動(dòng)力學(xué)的兩類基本問題

(1)已知物體的受力情況，確定物體的畫運(yùn)動(dòng)情況;

(2)已知物體的運(yùn)動(dòng)情況，確定物體的畫受力情況。

2.解決兩類基本問題的方法

以畫加速度為“橋梁”，由阿運(yùn)動(dòng)學(xué)公式和畫牛頓第二定律列方程求解,

具體邏輯關(guān)系如圖：

由力求運(yùn)動(dòng)

/_—、牛頓第二定律J1運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律一~士f

(受力情況、----------X加速皮卜---------￥運(yùn)動(dòng)情況］

由運(yùn)動(dòng)求力

物理觀念2超重和失重

1.實(shí)重與視重

(1)實(shí)重：物體實(shí)際所受的重力，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)畫無關(guān)。

⑵視重

①當(dāng)物體掛在彈簧測(cè)力計(jì)下或放在水平臺(tái)秤上時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)或臺(tái)秤的國(guó)

示數(shù)稱為視重。

②視重大小等于彈簧測(cè)力計(jì)所受物體的畫拉力或臺(tái)秤所受物體的國(guó)壓力。

2.超重、失重和完全失重的比較

超重現(xiàn)象失重現(xiàn)象完全失重現(xiàn)象

概念物體對(duì)支持物的壓力物體對(duì)支持物的壓力物體對(duì)支持物(或懸

（或?qū)覓煳锏睦ɑ驅(qū)覓煳锏睦瓛煳铮┊嬐耆珱]有作

力）國(guó)大于物體所受力）麗小于物體所受用力的現(xiàn)象

重力的現(xiàn)象重力的現(xiàn)象

物體的加速度方向

物體的加速度方向物體的加速度方向

產(chǎn)生條件回豎直向下,大小

畫豎直向上畫H直向下

「川等于二

mg-F=ma

F-mg=mamg-F=ma

原理方程"g

F=m(g+a)F-m(g-a)

F=0

回加速上升或回回加速下降或同以a=g回加速下降

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

減速下降減速上升或叵減速上升

，必備知識(shí)夯實(shí)

—堵點(diǎn)疏通

1.物體做勻減速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，合力的方向與速度的方向相反。（）

2.物體所受合力發(fā)生突變，加速度也會(huì)相應(yīng)突變。（）

3.超重就是物體的重力變大的現(xiàn)象。（）

4.物體處于完全失重狀態(tài)時(shí)，重力消失。（）

5.減速上升的升降機(jī)內(nèi)的物體對(duì)地板的壓力大于重力。（）

6.物體是處于超重還是失重狀態(tài)，由加速度的方向決定，與速度方向無關(guān)。

（）

答案1.V2.V3.X4.X5.X6.V

二對(duì)點(diǎn)激活

1.（人教版必修第一冊(cè)Roo-Ti改編）（多選）一個(gè)原來靜止的物體，質(zhì)量是2kg,

受到兩個(gè)大小都是50N且互成120。角的力的作用，此外沒有其他的力，關(guān)于該

物體，下列說法正確的是（）

A.物體受到的合力為50N

B.物體的加速度為25小m/s2

c.3s末物體的速度為75m/s

D.3s內(nèi)物體發(fā)生的位移為125m

答案AC

解析兩個(gè)夾角為120。的50N的力，其合力仍為50N,加速度。=勺=25

m/s?，3s末速度o=a/=75m/s,3s內(nèi)位移8=5戶=112.5m,故A、C正確，B、D

錯(cuò)誤。

2.（多選）如圖所示，蹦床運(yùn)動(dòng)員從空中落到床面上，運(yùn)動(dòng)員從接觸床面下降到

最低點(diǎn)為第一過程，從最低點(diǎn)上升到離開床面為第二過程，運(yùn)動(dòng)員（）

LP1'1

A.在第一過程中始終處于失重狀態(tài)

B.在第二過程中始終處于超重狀態(tài)

C.在第一過程中先處于失重狀態(tài)，后處于超重狀態(tài)

D.在第二過程中先處于超重狀態(tài)，后處于失重狀態(tài)

答案CD

解析在第一過程中，運(yùn)動(dòng)員剛接觸床面時(shí)重力大于彈力，運(yùn)動(dòng)員向下做加

速運(yùn)動(dòng)，處于失重狀態(tài)；隨床面形變的增大，彈力逐漸增大，彈力大于重力時(shí)，

運(yùn)動(dòng)員做減速運(yùn)動(dòng)，處于超重狀態(tài)，故A錯(cuò)誤，C正確。蹦床運(yùn)動(dòng)員在第二過程

中和第一過程中的運(yùn)動(dòng)情況是對(duì)稱的，加速度方向先向上后向下，先處于超重狀

態(tài)，后處于失重狀態(tài)，故B錯(cuò)誤，D正確。

3.（人教版必修第一冊(cè)P99?例題2改編）如圖所示，截面為直角三角形的木塊置

于粗糙的水平地面上，其傾角8=30。，斜面長(zhǎng)為7m。現(xiàn)木塊上有一質(zhì)量為加=

1.0kg的滑塊從斜面頂端由靜止開始下滑，測(cè)得滑塊在0.40s內(nèi)速度增加了1.4

m/s,且知滑塊滑行過程中木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，重力加速度g取10m/s2,求：

(1)滑塊滑行過程中受到的摩擦力大?。?/p>

(2)滑塊滑到木塊底部時(shí)的速度大小。

答案(1)1.5N(2)7m/s

解析(1)由題意可知，滑塊滑行的加速度

Au1.4,,

a=K=m/s=3.5m/s

對(duì)滑塊受力分析，如圖所示，根據(jù)牛頓第二定律得

mgsinO-FY=ma

解得Ff=1.5No

⑵根據(jù)V2=lax得

v=勺2義3.5><7m/s=7m/s。

核心素養(yǎng)發(fā)展與提升一

考點(diǎn)1牛頓第二定律的瞬時(shí)性問題H

［科學(xué)思維梳理］

1.兩種模型

加速度與合力具有瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，二者總是同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失,

具體可簡(jiǎn)化為以下兩種模型:

例1如圖所示，兩個(gè)質(zhì)量均為m的小球A、B用輕質(zhì)彈簧連接，小球A的

另一端用輕繩系在。點(diǎn)，放置在傾角為。=30。的光滑斜面上，斜面固定不動(dòng)。系

統(tǒng)靜止時(shí)，彈簧與輕繩均平行于斜面，在輕繩被剪斷的瞬間，設(shè)小球A、B的加

速度大小分別為“A、ae,重力加速度大小為g,貝［］()

A.=QB=0B.=0,CIB=g

C.a\=g,QB=gD.QA=0,QB=

［答案］A

［解析］輕繩被剪斷前，對(duì)小球B進(jìn)行受力分析，由平衡條件可知，輕彈簧

的拉力尸=，"gsin30。，輕繩被剪斷的瞬間，輕彈簧的長(zhǎng)度還沒有來得及發(fā)生變化,

輕彈簧的彈力不變，小球B的受力情況沒有發(fā)生變化，仍然處于靜止?fàn)顟B(tài)，加速

度為零。在剪斷輕繩的瞬間，小球A受到輕彈簧沿斜面向下的拉力、重力、斜面

的支持力，對(duì)小球A,由牛頓第二定律有尸+〃吆5布30。=〃?念，解得aA=g。A正

確。

［關(guān)鍵能力升華］

求解瞬時(shí)加速度問題時(shí)應(yīng)抓住“兩點(diǎn)”

⑴物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況是時(shí)刻對(duì)應(yīng)的，當(dāng)外界因素發(fā)生變化時(shí)，需要

重新進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)分析。如例1中突然剪斷輕繩，就要重新進(jìn)行受力分析

和運(yùn)動(dòng)分析，同時(shí)注意哪些力發(fā)生突變。

（2）加速度隨著力的突變而突變，而速度的變化需要一個(gè)過程的積累，不會(huì)發(fā)

生突變。

［對(duì)點(diǎn)跟進(jìn)訓(xùn)練］

1.（瞬時(shí)性問題）（2022.遼寧省遼東南協(xié)作體高三上期中）如圖所示，物塊1的質(zhì)

量為3,”，物塊2的質(zhì)量為〃"兩者通過一輕質(zhì)彈簧相連，整個(gè)系統(tǒng)置于水平放置

的光滑木板上，并處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)將木板沿水平方向突然抽出，設(shè)抽出后的瞬

間，物塊1、2的加速度大小分別為由、。2。重力加速度大小為g。則有（）

A.0=0,。2=gB.0=g,ai=g

C.。|=0,Q2=4gD.dfl=g,Q2=4g

答案c

解析抽出木板前，對(duì)物塊1受力分析可知，彈簧對(duì)物塊1的彈力F=3mg,

方向豎直向上；對(duì)物塊2受力分析可知，彈簧對(duì)物塊2的彈力大小為3mg,方向

豎直向下。抽出木板的瞬間，彈簧的彈力不變，物塊1所受的合力仍然為零，則

其加速度ai=0；物塊2受重力和彈簧向下的彈力，根據(jù)牛頓第二定律得。2=

3mg+me

---=4g,故C正確，A、B、D錯(cuò)誤。

2.（瞬時(shí)性問題）（2021?山東省荷澤市高三下二模）如圖所示，質(zhì)量為m的小球

與兩根彈簧a、b相連，并放置在傾角為37。的光滑斜面上，其中彈簧a與斜面平

行，彈簧b水平，開始時(shí)a、b兩彈簧都處于拉伸狀態(tài)，且小球?qū)π泵媲『脽o壓力。

重力加速度為g,下列說法正確的是（）

A.剪斷彈簧b的瞬間小球的加速度為標(biāo)，方向沿斜面向上

B.剪斷彈簧b的瞬間小球?qū)π泵娴膲毫?

C.剪斷彈簧a的瞬間小球的加速度為|g,方向沿斜面向下

D.剪斷彈簧a的瞬間小球的加速度為|g,方向沿斜面向下

答案C

解析未剪斷彈簧之前，對(duì)小球受力分析，根據(jù)平衡條件可得，"g-居sin37。

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=0,Facos37°-Fb=0,解得Fa=-jmg,Fb=/g,剪斷彈簧b的瞬間，彈簧b的

彈力消失，彈簧a的彈力不變，根據(jù)牛頓第二定律可得，沿斜面方向有Fa-

//zgsin370=ma,垂直斜面方向有K-"?gcos37。=0,聯(lián)立解得a=方向沿斜

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面向上，網(wǎng)=和陽，根據(jù)牛頓第三定律，可知小球?qū)π泵娴膲毫槔鹓,故A、B

錯(cuò)誤；剪斷彈簧a的瞬間，彈簧a的彈力消失，彈簧b的彈力不變，根據(jù)牛頓第

二定律可得，沿斜面方向有幾（：0537。+"吆5皿37。=機(jī)a,解得。=］g,方向沿斜面

向下，故C正確，D錯(cuò)誤。

考點(diǎn)2動(dòng)力學(xué)的兩類基本問題周

［科學(xué)思維梳理］

動(dòng)力學(xué)的兩類基本問題的解題步驟

根據(jù)問題的需要和解題的）＞便.選出被

明確研究對(duì)象一研究的對(duì)象研究對(duì)象可以是某個(gè)物體.

也可以是幾個(gè)物體構(gòu)成的系統(tǒng)，

受力分析和」畫好受力示意圖、運(yùn)動(dòng)情境圖.明確物

T體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)過程

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析

°

選取正方向或I通常沿加速度的方向建立坐標(biāo)系并以加

建立坐標(biāo)系「I速度方向?yàn)槟骋蛔鴺?biāo)軸的正方向。

若物體只受兩個(gè)共點(diǎn)力作用.通常川合

確定合力一成法；若物體受到三個(gè)及以上不在同一

宜線上的力，一般用正交分解法。

根據(jù)牛頓第二定律/=，""或J和

列方程求解一運(yùn)動(dòng)學(xué)公式列方程求解.必要時(shí)還耍對(duì)結(jié)

果進(jìn)行討論

例2如圖所示，一足夠長(zhǎng)的斜面3c傾角為。=37。,與水平面A8圓滑連接。

質(zhì)量m=2kg的物體靜止于水平面上的M點(diǎn)，M點(diǎn)與B點(diǎn)之間的距離L=9m,

物體與水平面和斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為〃=0.5?，F(xiàn)使物體受到一水平向右的恒

力尸=14N作用,當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)至B點(diǎn)時(shí)撤去該力@1137。=0.6,cos37°=0.8,取g

2

=10m/s)o貝lj:

(1)物體到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度是多大？

(2)物體在斜面上滑行的時(shí)間是多少？

｛答案］(1)6m/s(2)(0.6+哈)s

［解析］(1)物體在水平面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律有尸-〃加g=〃以

解得a=2m/s2

物體從M到根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有vl=2aL

解得0B=6m/s。

(2)物體在斜面上向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)牛頓第二定律有mgsmO+/zmgcos^=ma\

解得a\=10m/s2

根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有v%=2a、x

解得x=1.8m

由0B=a\t\得t］=0.6s

因〃vtan。，所以物體速度減為零后會(huì)繼續(xù)下滑，下滑時(shí)根據(jù)牛頓第二定律有

mgsin。-〃加geos。=ma2

解得“2=2m/s2

由X=526得t2=S

所以物體在斜面上滑行的總時(shí)間

t=ti+(2=[0.6+

［關(guān)鍵能力升華］

解決兩類動(dòng)力學(xué)問題的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

(1)把握“兩個(gè)分析”“一個(gè)橋梁”

兩個(gè)分析：物體的受力情況分析和運(yùn)動(dòng)過程分析。

一個(gè)橋梁：加速度是聯(lián)系物體運(yùn)動(dòng)和受力的橋梁。

(2)畫草圖尋找多過程運(yùn)動(dòng)問題中各過程間的相互聯(lián)系。如例2中第一個(gè)過程

的末速度大小就是下一個(gè)過程的初速度大小。

［對(duì)點(diǎn)跟進(jìn)訓(xùn)練］

1.(由運(yùn)動(dòng)情況分析受力)有一貨車的側(cè)視圖如圖所示，貨車車廂內(nèi)裝有形狀

完全相同的水泥管，各水泥管的質(zhì)量均為m,A、B、C是車廂前部的三根水泥管。

管與管之間及管與車底面、車廂間的摩擦均不計(jì)。下列說法正確的是()

A.當(dāng)貨車由靜止向左做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，A對(duì)C的支持力變大

B.貨車靜止時(shí)，管C受到管A給它的支持力為吟加

C.貨車向左勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度越大，B對(duì)C的支持力越大

D.當(dāng)貨車向左做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度達(dá)到坐g時(shí)，C將脫離A

答案D

解析貨車靜止時(shí)，管C處于平衡狀態(tài)，結(jié)合題給條件及幾何知識(shí)，對(duì)管C

受力分析，水平方向上有FACCOS60°=FBCCOS60°,豎直方向上有FAcsin60°+

FBcsin6O°=//7g,解得A對(duì)C的支持力FAC考"g,故B錯(cuò)誤；當(dāng)貨車向左勻速

運(yùn)動(dòng)時(shí)，無論速度大小如何，C均處于平衡狀態(tài)，B對(duì)C的支持力恒定，故C錯(cuò)

誤；當(dāng)貨車由靜止向左做加速運(yùn)動(dòng)，設(shè)加速度為a,豎直方向有FBC'sin60°+

FAC'sin60°=mg,水平方向有FBC'COS600-FAC'cos60°=ma,解得FAC'=坐

mg-ma,故A錯(cuò)誤；將a=令代入A項(xiàng)分析結(jié)果，解得FAC'=0,則此時(shí)C

將脫離A,故D正確。

2.(由受力情況分析運(yùn)動(dòng))(2021.廣東省肇慶市高三下第二次統(tǒng)一測(cè)試)如圖所

示，一小車在平直道路上向右運(yùn)動(dòng)，車內(nèi)一條光滑輕繩ACB兩端固定在水平車頂

上，一質(zhì)量為機(jī)的小圓環(huán)穿過輕繩且可在繩上自由滑動(dòng)。某段時(shí)間內(nèi)輕繩AC、

BC兩部分與水平車頂?shù)膴A角分別為30。和60。。將小圓環(huán)視為質(zhì)點(diǎn)，則在這段時(shí)

間內(nèi)()

A.小車做勻速運(yùn)動(dòng)

B.小車做勻減速運(yùn)動(dòng)

C.輕繩AC段的拉力大于段的拉力

D.輕繩AC段的拉力小于段的拉力

答案B

解析因?yàn)樾A環(huán)穿過輕繩且可在繩上自由滑動(dòng)，所以繩AC段的拉力和BC

段的拉力大小相等，C、D錯(cuò)誤；由平行四邊形定則知兩段繩拉力的合力斜向左

上方，則小圓環(huán)所受合力向左，說明小車正在向右做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤，

B正確。

考點(diǎn)3動(dòng)力學(xué)中的圖像問題fl

［科學(xué)思維梳理］

1.常見的動(dòng)力學(xué)圖像

v-t圖像、a-t圖像、F-t圖像、F-a圖像等。

2.圖像問題的類型

(1)已知物體受的力隨時(shí)間變化的圖像，要求分析物體的運(yùn)動(dòng)情況。

(2)已知物體的速度、加速度隨時(shí)間變化的圖像，要求分析物體的受力情況。

(3)由已知條件確定某物理量的變化圖像。

3.解題策略

(1)分清圖像的類別：即分清橫、縱坐標(biāo)所代表的物理量，明確其物理意義。

(2)注意圖像中的特殊點(diǎn)、斜率、面積所表示的物理意義：圖線與橫、縱坐標(biāo)

的交點(diǎn)，圖線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，兩圖線的交點(diǎn)，圖線的斜率，圖線與坐標(biāo)軸或圖線與圖

線所圍面積等。

(3)明確能從圖像中獲得的信息：把圖像與具體的題意、情境結(jié)合起來，應(yīng)用

物理規(guī)律列出與圖像對(duì)應(yīng)的函數(shù)方程式，進(jìn)而明確“圖像與公式”“圖像與過

程”間的關(guān)系，以便對(duì)有關(guān)物理問題作出準(zhǔn)確判斷。

例3(2020?山東高考)一質(zhì)量為〃?的乘客乘坐豎直電梯下樓，其位移s與時(shí)

間，的關(guān)系圖象如圖所示。乘客所受支持力的大小用人表示，速度大小用。表示。

重力加速度大小為g。以下判斷正確的是()

A.0?力時(shí)間內(nèi)，v增大,FN〉mg

B.力?t2時(shí)間內(nèi)，v減小，F(xiàn)^<mg

C.t2~73時(shí)間內(nèi)，o增大，F(xiàn)N</ng

D.短?，時(shí)間內(nèi)，V減小,Fii>mg

［答案］D

［解析］由于SY圖象的斜率表示速度，可知0?小時(shí)間內(nèi)，速度。不斷增大,

即乘客做豎直向下的加速運(yùn)動(dòng)，處于失重狀態(tài)，則八<〃吆，A錯(cuò)誤；九?/2時(shí)間內(nèi)，

速度。不變，即乘客的加速度為仇處于平衡狀態(tài)，則網(wǎng)=醒，B錯(cuò)誤；及?h

時(shí)間內(nèi)，速度。不斷減小，即乘客做豎直向下的減速運(yùn)動(dòng)，處于超重狀態(tài)，則

FN>mg,C錯(cuò)誤，D正確。

［關(guān)鍵能力升華］

解決圖像綜合問題的思路

圖像反映了兩個(gè)變量之間的函數(shù)關(guān)系，必要時(shí)需要根據(jù)物理規(guī)律進(jìn)行推導(dǎo)，

得到函數(shù)關(guān)系后結(jié)合圖線的斜率、截距、面積、交點(diǎn)、拐點(diǎn)的物理意義對(duì)圖像及

運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行分析。

［對(duì)點(diǎn)跟進(jìn)訓(xùn)練］

1.（F-x圖像）（2018?全國(guó)卷I）如圖，輕彈簧的下端固定在水平桌面上，上端

放有物塊P,系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)。現(xiàn)用一豎直向上的力尸作用在P上，使其向上

做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。以x表示尸離開靜止位置的位移，在彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)前，下列

表示尸和x之間關(guān)系的圖象可能正確的是（）

答案A

解析物塊靜止時(shí)受到向上的彈力和向下的重力，處于平衡狀態(tài)，有：依。

=mg,施加拉力尸后，物塊向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律有：F+k（xo

-x）-mg=ma,F=ma+kx,A正確。

2.（f-t.wr圖像綜合）（2019.全國(guó)卷111）（多選）如圖a,物塊和木板疊放在實(shí)驗(yàn)

臺(tái)上，物塊用一不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩與固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的力傳感器相連，細(xì)繩水平。t

=0時(shí)，木板開始受到水平外力廠的作用，在r=4s時(shí)撤去外力。細(xì)繩對(duì)物塊的

拉力/隨時(shí)間/變化的關(guān)系如圖b所示，木板的速度。與時(shí)間，的關(guān)系如圖c所示。

木板與實(shí)驗(yàn)臺(tái)之間的摩擦可以忽略。重力加速度取10m/s2o由題給數(shù)據(jù)可以得出

（）

A.木板的質(zhì)量為1kg

B.2?4s內(nèi)，力產(chǎn)的大小為0.4N

C.0?2s內(nèi)，力F的大小保持不變

D.物塊與木板之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2

答案AB

解析木板和實(shí)驗(yàn)臺(tái)間的摩擦忽略不計(jì)，由題圖b知，2s后物塊和木板間的

04

滑動(dòng)摩擦力大小/摩=0.2N。由題圖c知，2?4s內(nèi)，木板的加速度大小

0.4—0.2

m/s2=0.2m/s2,撤去外力尸后的加速度大小改=jm/s-=0.2m/s-,設(shè)木板

質(zhì)量為""根據(jù)牛頓第二定律，2?4s內(nèi)：尸-F摩=4s以后：口摩=機(jī)及，解

得機(jī)=1kg,F=0.4N,AsB正確。0?2s內(nèi)，F(xiàn)=f,由題圖b知，尸隨時(shí)間是

均勻增加的，C錯(cuò)誤。因物塊質(zhì)量不可求，故由尸摩=〃加物g可知?jiǎng)幽Σ烈驍?shù)不

可求，D錯(cuò)誤。

考點(diǎn)4超重和失重的理解部

［科學(xué)思維梳理］

I.超重和失重的理解

(1)不論超重、失重或完全失重，物體的重力都不變，只是“視重”改變。

(2)物體超重或失重多少由物體的質(zhì)量m和豎直加速度a共同決定，其大小等

于mao

(3)在完全失重的狀態(tài)下，一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會(huì)完全消失。

(4)盡管物體的加速度不是豎直方向，但只要其加速度在豎直方向上有分量，

物體就會(huì)處于超重或失重狀態(tài)。

(5)盡管整體沒有豎直方向的加速度，但只要整體的一部分具有豎直方向的分

加速度，整體也會(huì)出現(xiàn)超重或失重現(xiàn)象。

2.判斷超重和失重的方法

(1)從受力的角度判斷

當(dāng)物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力時(shí)處于超重狀態(tài)，小于重力時(shí)處

于失重狀態(tài)，等于零時(shí)處于完全失重狀態(tài)。

(2)從加速度的角度判斷

當(dāng)物體具有向上的加速度時(shí)處于超重狀態(tài)，具有向下的加速度時(shí)處于失重狀

態(tài)，向下的加速度為重力加速度時(shí)處于完全失重狀態(tài)。

(3)從運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的角度判斷

①物體向上加速或向下減速時(shí)，超重；

②物體向下加速或向上減速時(shí)，失重。

例4（2022.山東省煙臺(tái)市高三上期中X多選）某實(shí)驗(yàn)小組利用DIS系統(tǒng)觀察

超重和失重現(xiàn)象。他們?cè)趯W(xué)校電梯房?jī)?nèi)做實(shí)驗(yàn)，如圖甲所示，在電梯地板上固定

了一個(gè)壓力傳感器，傳感器上表面水平，將一個(gè)重力G=10N的物體放在壓力傳

感器上，觀察在電梯運(yùn)動(dòng)過程中壓力傳感器示數(shù)的變化情況，若某段時(shí)間內(nèi)計(jì)算

機(jī)顯示屏上出現(xiàn)如圖乙所示的圖線，則根據(jù)圖線分析可知（）

A.在第1s內(nèi)，物體處于失重狀態(tài)，電梯可能向下做勻加速直線運(yùn)動(dòng)

B.在第2s內(nèi)，電梯可能處于勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

C.在第3s內(nèi)，物體處于超重狀態(tài)，電梯可能向下做勻減速直線運(yùn)動(dòng)

D.在第4s內(nèi)，物體處于超重狀態(tài)，電梯可能向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)

［答案］BD

［解析］由題意可知，物體與電梯的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同。由題圖可知，在第1s內(nèi)，

物體對(duì)傳感器的壓力大小小于重力，由牛頓第三定律可知，傳感器對(duì)物體的支持

力大小小于物體的重力大小，則可知物體處于失重狀態(tài)，由于支持力不斷增大，

則物體所受合力不斷減小，由牛頓第二定律可知，物體向下的加速度不斷減小，

則電梯向上做加速度不斷減小的減速直線運(yùn)動(dòng)，或向下做加速度不斷減小的加速

直線運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；由圖可知，在第2s內(nèi)，傳感器對(duì)物體的支持力等于物體

的重力，則此時(shí)電梯處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，故B正確；由圖可知，在第

3s內(nèi)，傳感器對(duì)物體的支持力大于物體的重力，則物體處于超重狀態(tài)，由于支持

力不斷增大，則物體所受合力不斷增大，由牛頓第二定律可知，物體向上的加速

度不斷增大，則電梯向上做加速度不斷增大的加速直線運(yùn)動(dòng)，或向下做加速度不

斷增大的減速直線運(yùn)動(dòng)，故C錯(cuò)誤；由圖可知，在第4s內(nèi)，傳感器對(duì)物體的支

持力大于物體的重力，且傳感器對(duì)物體的支持力為恒力，則物體處于超重狀態(tài)，

物體所受合力向上且不變，則電梯可能向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，或向下做勻減速

直線運(yùn)動(dòng)，故D正確。

［關(guān)鍵能力升華］

（1）超重并不是重力增加了，失重并不是重力減小了，完全失重也不是重力

完全消失了。在發(fā)生這些現(xiàn)象時(shí)，物體的重力依然存在，且不發(fā)生變化，只是物

體對(duì)支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┌l(fā)生變化。

（2）在完全失重的狀態(tài)下，平常一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會(huì)完全消失，如

天平失效、浸在水中的物體不再受浮力、液體柱不再產(chǎn)生壓強(qiáng)等。

［對(duì)點(diǎn)跟進(jìn)訓(xùn)練］

（超重、失重相關(guān)問題綜合分析）（2021.天津市部分區(qū)高三上期末）某同學(xué)用如

圖所示實(shí)驗(yàn)來認(rèn)識(shí)超重和失重現(xiàn)象，先保持手指和鉤碼靜止，感受橡皮筋對(duì)手指

的壓力。然后設(shè)法使鉤碼上下振動(dòng)的同時(shí)手指保持靜止，感受壓力的變化（整個(gè)過

程中，橡皮筋對(duì)手指始終有壓力的作用），不計(jì)空氣阻力。下列說法中正確的是

（）

□

A.超重時(shí)鉤碼所受重力增加，失重時(shí)鉤碼所受重力減小

B.鉤碼運(yùn)動(dòng)過程中，如果橡皮筋對(duì)手指的壓力逐漸增大，鉤碼一定處于下

降階段

C.鉤碼下降到最低點(diǎn)時(shí)，鉤碼的速度為零，達(dá)到平衡狀態(tài)

D.鉤碼運(yùn)動(dòng)過程中，如果橡皮筋對(duì)手指的壓力逐漸增大，鉤碼一定處于超

重狀態(tài)

答案B

解析超重時(shí)橡皮筋對(duì)鉤碼的拉力超過鉤碼所受的重力，鉤碼所受的重力不

變，失重時(shí)橡皮筋對(duì)鉤碼的拉力小于鉤碼所受的重力，鉤碼所受的重力也不變，

故A錯(cuò)誤；鉤碼運(yùn)動(dòng)過程中，如果橡皮筋對(duì)手指的壓力逐漸增大，則說明橡皮筋

對(duì)鉤碼的拉力增大，根據(jù)胡克定律可知，橡皮筋形變量增大，則鉤碼一定處于下

降階段，可能處于超重狀態(tài)，也可能處于失重狀態(tài)，故B正確，D錯(cuò)誤；鉤碼下

降到最低點(diǎn)時(shí)，橡皮筋彈力最大，且大于鉤碼重力，鉤碼速度為零，向上的加速

度達(dá)到最大，而不是處于平衡狀態(tài)，故C錯(cuò)誤。

課時(shí)作業(yè)|

一、選擇題（本題共8小題，其中第1?7題為單選，第8題為多選）

1.（2021.遼寧省葫蘆島市高三上期末）如圖，一機(jī)械臂鐵夾夾起質(zhì)量為m的小

球，機(jī)械臂與小球沿水平方向做加速度為。的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則鐵夾對(duì)小球的

作用力（）

A.大小為〃吆，方向豎直向上

B.大小為加。，方向水平向右

C.大小與小球的加速度大小無關(guān)

D.方向與小球的加速度大小有關(guān)

答案D

解析設(shè)鐵夾對(duì)小球的作用力為F,則/豎直方向的分力Fi=mg,水平方向

的分力F2="也，鐵夾對(duì)小球的作用力尸=寸疥+乃=Zg?+,尸與水平方向的

夾角a滿足tana=*=》即尸的大小和方向都與小球的加速度大小有關(guān)，故A、

B、C錯(cuò)誤，D正確。

2.智能化電動(dòng)扶梯如圖所示，乘客站上扶梯，先緩慢加速，然后再勻速上升,

貝女）

A.乘客始終處于超重狀態(tài)

B.加速階段乘客受到的摩擦力方向與。相同

C.扶梯對(duì)乘客的作用力始終豎直向上

D.扶梯勻速上升時(shí)，扶梯對(duì)乘客的作用力豎直向上

答案D

解析乘客站上扶梯，電動(dòng)扶梯緩慢加速階段，乘客的加速度斜向上，有豎

直向上的分加速度和水平向右的分加速度，根據(jù)牛頓第二定律，在豎直方向上，

扶梯對(duì)乘客的支持力大于其重力，乘客處于超重狀態(tài)，在水平方向上，乘客受到

水平向右的摩擦力，此時(shí)扶梯對(duì)乘客的作用力斜向右上方；扶梯勻速上升時(shí)，加

速度為零，扶梯對(duì)乘客只有向上的支持力，即扶梯對(duì)乘客的作用力豎直向上，且

與乘客所受重力大小相等，則既不超重也不失重。故A、B、C錯(cuò)誤，D正確。

3.如圖所示，質(zhì)量分別為2〃z和m的A、B兩物塊，用一輕彈簧相連，將A

用輕繩懸掛于某處，調(diào)整細(xì)繩的長(zhǎng)度，當(dāng)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，物塊B恰好對(duì)地

面沒有壓力，此時(shí)輕彈簧的形變量為心已知重力加速度為g,若突然剪斷細(xì)繩,

則下列說法正確的是（）

A.剪斷細(xì)繩后，A物塊向下運(yùn)動(dòng)x時(shí)速度最大

B.剪斷細(xì)繩后，A物塊向下運(yùn)動(dòng)3x時(shí)速度最大

C.剪斷細(xì)繩瞬間，A物塊的加速度大小為3g

D.剪斷細(xì)繩瞬間，A物塊的加速度大小為g

答案B

解析剪斷細(xì)繩前，物塊B恰好對(duì)地面沒有壓力，則彈簧處于伸長(zhǎng)狀態(tài)，根

據(jù)平衡條件有：〃2g=丘，對(duì)物塊A有：T=2mg+kx,即T=3mg；剪斷細(xì)繩后，

剛開始物塊A受到豎直向下的重力和彈力，物塊A加速下落，下落過程中彈力變

小，加速度減小，當(dāng)彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)后，物塊A繼續(xù)向下加速運(yùn)動(dòng)，壓縮彈簧，當(dāng)

彈簧彈力大小等于重力時(shí)，物塊A加速度減為零，此時(shí)速度最大，設(shè)此時(shí)彈簧壓

縮量為加，對(duì)物塊A有：2mg=■,解得：》=2x,物塊A向下運(yùn)動(dòng)的總距離為

3x,A錯(cuò)誤，B正確。剪斷細(xì)繩瞬間，彈簧彈力不突變，物塊A所受重力和彈力

的合力與剪斷前繩子拉力等大反向，所以A物塊的加速度大?。?=￡=^f=|

g,C、D錯(cuò)誤。

4.一固定桿與水平方向夾角為。=30。，將一質(zhì)量為陽的滑塊套在桿上，通

過輕繩懸掛一個(gè)質(zhì)量為他的小球，桿與滑塊之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為〃=春。若滑塊

與小球保持相對(duì)靜止以相同的加速度。一起向上做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，則此時(shí)小球

的位置可能是下圖中的哪一個(gè)(取g=10m/s2)()

答案D

解析把滑塊和小球看作一個(gè)整體受力分析，沿桿方向：(如+，”2)gsin3()o+/

=(mi+mi)a,垂直桿方向：FN=(mi+m2)gcos30°,摩擦力:f=RFN,聯(lián)立可解得：

a=^sin30°+/zgcos30°=7.5m/s2,小球加速度沿桿向下，由于a>gsin30。=5m/s?,

對(duì)小球受力分析可知，細(xì)繩偏離垂直桿的方向向右，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。

5.(2021?北京高考)某同學(xué)使用輕彈簧、直尺、鋼球等制作了一個(gè)“豎直加速

度測(cè)量?jī)x”。如圖所示，彈簧上端固定，在彈簧旁沿彈簧長(zhǎng)度方向固定一直尺。

不掛鋼球時(shí)，彈簧下端指針位于直尺20cm刻度處；下端懸掛鋼球，靜止時(shí)指針

位于直尺40cm刻度處。將直尺不同刻度對(duì)應(yīng)的加速度標(biāo)在直尺上，就可用此裝

置直接測(cè)量豎直方向的加速度。取豎直向上為正方向，重力加速度大小為go下

列說法正確的是(

)l

i

Y

O

A.30cm刻度對(duì)應(yīng)的加速度為-0.5g

B.40cm刻度對(duì)應(yīng)的加速度為g

C.50cm刻度對(duì)應(yīng)的加速度為2g

D.各刻度對(duì)應(yīng)加速度的值是不均勻的

答案A

解析由題可知，不掛鋼球時(shí)，彈簧下端指針位于直尺20cm刻度處，則彈

簧的原長(zhǎng)xo=2Ocm;下端懸掛鋼球，靜止時(shí)指針位于直尺為=40cm刻度處，則

根據(jù)平衡條件有mg=左(加-次)，且40cm刻度對(duì)應(yīng)的加速度為0,B錯(cuò)誤；指針

位于X2=30cm刻度時(shí)，有k(X2-xo)-mg=mai,聯(lián)立解得?2=-0.5g,A正確；

指針位于%3=50cm刻度時(shí)，有k(x3-xo)-mg=may,聯(lián)立解得=0.5g,C錯(cuò)誤；

設(shè)鋼球相對(duì)裝置靜止時(shí)指針?biāo)鶎?duì)刻度為匚根據(jù)牛頓第二定律有Kx-x,)-m8=

X—X\

ma,聯(lián)立解得a=--g,即加速度。與x成線性關(guān)系，則各刻度對(duì)應(yīng)加速度的

X\一A0

值是均勻的，D錯(cuò)誤。

6.(2021.廣東省潮州市高三二模)京張高鐵是北京冬奧會(huì)的重要配套工程，其

開通運(yùn)營(yíng)標(biāo)志著冬奧會(huì)配套建設(shè)取得了新進(jìn)展。如圖所示為某次高鐵列車運(yùn)行過

程中某節(jié)車廂截面示意圖，車廂內(nèi)兩拉手A、B分別向前進(jìn)方向在豎直方向偏離

角度a和4并保持不變。取重力加速度為g,不計(jì)空氣等阻力，則下列說法錯(cuò)誤

的是()

前進(jìn)方向

A.列車可能在減速進(jìn)站

B.兩角度一定滿足：a=/3

C.減小拉手懸繩長(zhǎng)度，則偏角變大

D.列車加速度大小為a=gtana

答案C

解析由圖可知拉手所受合力向左，則加速度向左，因列車前進(jìn)方向向右，

所以列車可能減速進(jìn)站，A正確；拉手與列車具有相同的加速度，即兩拉手具有

相同的加速度，設(shè)加速度大小為。，受力分析可知產(chǎn)合=〃以812110:=/加\。，F(xiàn)合，=

機(jī)BgtanA=mB。，所以a=Q,B正確；因列車加速度不變，則拉手的加速度不變，

由以上分析可知偏角不變，與拉手懸繩長(zhǎng)度無關(guān)，C錯(cuò)誤；根據(jù)/合=/松知2恒=

機(jī)A。，可得加速度大D正確。本題選說法錯(cuò)誤的，故選C。

7.(2021.廣東省廣州市高三二模)如圖所示，重力為G的物體a放在上表面水

平的物體b上，沿固定光滑斜面c一起下滑，貝lj()

A.a對(duì)b的壓力等于零

B.a