第4章 第2课时 牛顿运动定律的应用（word版）-【精英1号】2025年高中物理学考笔记·知识梳理手册

第2课时　牛顿运动定律的应用 加速度　大　上　加速　减速　小　下 加速　减速　g (1)运动物体的加速度可根据运动速度、位移、时间等信息求解，所以加速度由运动情况决定。(　　) (2)物体处于超重状态时，物体的重力大于mg。(　　) (3)物体处于完全失重状态时其重力消失。(　　) (4)物体处于超重状态还是失重状态，由加速度的方向决定，与速度方向无关。(　　) (5)减速上升的升降机内的物体对地板的压力大于其重力。(　　) (1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)× 超重与失重 对超重、失重的进一步理解 (1)超重与失重现象仅仅是一种表象，只是拉力(或压力)的增大或减小，物体的重力是不变的。 (2)物体处于超重状态时，不一定是向上加速运动，也可能是向下减速运动；同理，物体处于失重状态时，不一定是向下加速运动，也可能是向上减速运动。 【典例1】　下列关于超重、失重现象的说法正确的是(　　) A.超重现象就是重力增大，失重现象就是重力减小 B.无论是超重还是失重，实质上作用在物体上的重力并没有改变 C.卫星中物体，从一发射开始，就处于完全失重状态 D.不论是什么原因，只要物体对支持物(或悬挂物)的压力(或拉力)大于重力，就称物体处于超重状态 【答案】B 【解析】超重就是接触面对物体的支持力(绳对物体的拉力)大于重力的现象，失重就是接触面对物体的支持力(绳对物体的拉力)小于重力的现象，实质上物体的重力并没有改变，A错误，B正确；卫星中物体，发射过程向上加速，处于超重状态，在轨运行时处于失重状态，C错误；物体只受重力和支持力(或重力和拉力)作用，当加速度方向向上时，发生超重，不能说压力大于重力就是超重现象。例如放在水平面上的物体，加竖直向下的压力，物体对水平面的压力大于重力，但不是超重现象，D错误。故选B。 【变式1­1】　如图所示，载人飞船返回舱下降到距地面一定高度时，需要打开减速伞，使返回舱做减速运动，以保证宇航员安全着陆。关于返回舱的减速运动过程，下列说法正确的是(　　) A.返回舱处于失重状态，加速度向上 B.返回舱处于失重状态，加速度向下 C.返回舱处于超重状态，加速度向上 D.返回舱处于超重状态，加速度向下 【答案】C 【解析】返回舱向下做减速运动时，速度与加速度方向相反，因此加速度方向向上，返回舱处于超重状态，故A、B、D错误，C正确。故选C。 简单连接体问题 1.接体 两个或两个以上相互作用的物体组成的具有相同运动状态的整体叫连接体。 2.接体问题的处理方法 解决连接体问题的基本方法：整体法与隔离法。 (1)整体法：把两个或两个以上物体组成的系统作为一个研究对象来分析的方法。此方法适用于系统中各部分物体的加速度大小和方向相同的情况。 (2)隔离法：把系统中的各个部分(或某一部分)隔离，作为一个单独的研究对象来分析的方法。此方法对于系统中各部分物体的加速度大小、方向相同或不相同的情况均适用。 【典例2】　如图所示，轻绳跨过定滑轮，下端系一质量为m1＝2 kg的重物，另一端系一质量为m2＝3 kg的木块，木块与水平桌面间的动摩擦因数μ＝0.2，g取10 m/s2，在重物拉动木块运动的过程中，下列说法正确的是(　　) A.木块的加速度为 m/s2 B.重物的加速度为7 m/s2 C.重物的加速度为2.8 m/s2 D.轻绳中的张力为9.6 N 【答案】C 【解析】对重物有m1g－FT＝m1a 对木块有FT－μm2g＝m2a 解得a＝2.8 m/s2 FT＝14.4 N。故选C。 【变式2­1】　如图所示，a、b两物体的质量分别为ma和mb，由轻质弹簧相连，当用恒力F沿水平方向拉着a，使a、b一起沿光滑水平桌面做匀加速直线运动时，弹簧伸长量为x1，加速度大小为a1；当用大小仍为F的恒力沿竖直方向拉着a，使a、b一起向上做匀加速直线运动时，弹簧伸长量为x2，加速度大小为a2，则(　　) A.a1＝a2，x1>x2 B.a1＝a2，x1＝x2 C.a1>a2，x1＝x2 D.a1<a2，x1>x2 【答案】C 【解析】对整体分析，有 a1＝，a2＝＝ －g， 对b物体隔离分析，有 F1＝mba1＝，F2－mbg＝mba2，F2＝ 根据胡克定律F＝kx，有x1＝x2， 可知a1>a2，x1＝x2。故选C。 根据受力确定运动情况 基本思路 受力情况―→合力F求a―→ ―→求x、v0、v、t。 【典例3】　[2023·浙江·高二学业考试]如图所示，运动员以v0＝3 m/s的速度将冰壶沿水平冰面投出，冰壶在冰面上沿直线滑行x1＝20 m后，其队友开始在冰壶滑行前方摩擦冰面，使冰壶和冰面的动摩擦因数变为原来的90%，以延长冰壶的滑行距离。已知运动员不摩擦冰面时，冰壶和冰面间的动摩擦因数μ＝0.02，g取10 N/kg。求： (1)滑行20 m过程中的加速度大小a1； (2)滑至20 m处的速度大小v1； (3)投出后在冰面上滑行的距离x。 【答案】(1)0.2 m/s2　(2)v1＝1 m/s　 (3)x＝22.78 m 【解析】(1)冰壶自由滑行过程根据牛顿第二定律有F合＝μmg＝ma1，代入数据解得a1＝0.2 m/s2； (2)自由滑行时冰壶做匀减速运动，根据位移速度关系有v－v＝2a1x1； 解得v1＝1 m/s； (3)摩擦冰面后，根据牛顿第二定律有 0．9μmg＝ma2， 解得a2＝0.18 m/s2， 冰壶还能滑行的距离 x2＝＝ m≈2.78 m， 投出后在冰面上滑行的距离 x＝x1＋x2＝22.78 m。 “受力情况确定运动情况”解题步骤 (1)确定研究对象，对研究对象进行受力分析，并画出物体的受力分析图。 (2)根据力的合成法或分解法，求合力(包括大小和方向)。 (3)根据牛顿第二定律列方程，求加速度。 (4)结合物体运动的初始条件，选择运动学公式，求运动学量——任意时刻的位移、速度以及运动时间等。 【变式3­1】　[2023·浙江温州·期末]将日常生活中的报纸拧成一股绳子，将会很难把它扯断。小明通过“纸绳”用与水平方向成θ角的力F斜向上拉着质量为m的一箱子书沿直线匀加速运动，如图所示。已知箱子与地面的动摩擦因数为μ，求： (1)匀加速直线运动时，箱子的加速度； (2)经过一段时间t之后，箱子向前通过的位移； (3)某时刻突然放手，箱子继续向前滑行x后停止，求放手瞬间箱子的速度。 【答案】(1)－μg (2)t2 (3) 【解析】(1)以箱子为研究对象，根据受力分析结合牛顿第二定律有 Fcos θ－μFN＝ma， FN＝mg－Fsin θ， 解得a＝＝ －μg； (2)根据位移和时间的关系式x＝at2，代入加速度得x＝－μgt2； (3)放手之后箱子只受摩擦力作用，做匀减速直线运动，由牛顿第二定律有 μmg＝ma， a＝μg， 根据速度位移关系有v2－v＝－2ax 解得放手瞬间箱子的速度为v0＝。 已知运动确定受力情况 基本思路 已知物体运动情况求a确定物体受力情况 【典例4】　2022年2月4日，第24届冬奥会在北京开幕，2月20日闭幕。钢架雪车比赛的一段赛道如图甲所示，长12 m的水平直道AB与长20 m的倾斜直道BC在B点平滑连接，斜道与水平面的夹角为15°。运动员从A点由静止出发，推着雪车匀加速运动到B点时速度大小为8 m/s，紧接着快速俯卧到车上(如图乙)沿BC匀加速下滑，到C点共用时5.0 s。若雪车(包括运动员)可视为质点，始终在冰面上运动，其总质量为110 kg，sin 15°＝0.26，g取10 N/kg。求雪车(包括运动员)： (1)在直道AB上的加速度大小； (2)过C点的速度大小； (3)在斜道BC上运动时受到的阻力大小。 【答案】(1) m/s2　(2)12 m/s　(3)66 N 【解析】(1)AB段：v＝2a1x1，解得a1＝ m/s2。 (2)AB段：v1＝a1t1，解得t1＝3 s，t2＝t－t1＝2 s。 BC段：x2＝v1t2＋a2t，a2＝2 m/s2。 过C点的速度大小v＝v1＋a2t2＝12 m/s。 (3)在BC段由牛顿第二定律得mgsin θ－Ff＝ma2， 解得Ff＝66 N。 “已知运动确定受力情况”解题步骤 (1)确定研究对象，对研究对象进行受力分析和运动过程分析，并画出受力图和运动草图。 (2)选择合适的运动学公式，求出物体的加速度。 (3)根据牛顿第二定律列方程，求物体所受的合力。 (4)根据力的合成与分解的方法，由合力求出所需的力。 【变式4­1】　[2023·浙江宁波·学考模拟]我国自主研发的“直8”消防灭火直升机，已多次在火场大显“神威”。在某次消防灭火行动中，“直8”通过一根长绳子吊起质量为2×103 kg的水桶(包括水)，起飞时，在2 s内将水桶(包括水)由静止开始竖直向上匀加速提升了4 m，重力加速度g取10 m/s2，不计空气阻力，则该段时间内绳子拉力大小为(　　) A.1.6×104 N　 　 B.2.0×104 N C.2.4×104 N D.4.8×104 N 【答案】C 【解析】由匀变速直线运动规律x＝at2，得 水桶(包括水)的加速度a＝＝2 m/s2， 以水桶(包括水)为研究对象FT－mg＝ma， 得绳子拉力TT＝mg＋ma＝2×103×10 N＋2×103×2 N＝2.4×104 N，故C正确。故选C。 学科网（北京）股份有限公司 $$