第3章 第2讲 牛顿第二定律的应用-【优化探究】2025年高考物理一轮复习高考总复习配套课件（教科版2019）

第2讲　牛顿第二定律的应用 第三章　运动和力的关系 基础知识 自主梳理 核心知识 典例研析 分层训练 巩固提高 考点一　动力学的两类基本问题 考点二　动力学中的图像问题 内容索引 基础知识 自主梳理 一 3 一、动力学的两类基本问题 1．动力学的两类基本问题 第一类：已知物体的受力情况求________； 第二类：已知物体的运动情况求________。 2．解决两类基本问题的方法 以________为“桥梁”，由运动学公式和________________列方程求解，具体逻辑关系如图： 运动情况 受力情况 加速度 牛顿第二定律 二、动力学中的图像问题 1．常见图像 v－t图像、a－t图像、F－t图像、F－a图像等。 2．解题策略 (1)分清图像的类别：即分清横、纵坐标所代表的物理量，明确其物理意义，掌握物理图像所反映的物理过程，会分析临界点。 (2)注意图线中的一些特殊点所表示的物理意义：图线与横、纵坐标的交点，图线的转折点，两图线的交点等。 (3)明确能从图像中获得哪些信息：把图像与具体的题意、情景结合起来，应用物理规律列出与图像对应的函数方程式，进而明确“图像与公式”“图像与物体”间的关系，以便对有关物理问题作出准确判断。 二 核心知识 典例研析 7 考点一　动力学的两类基本问题 能力考点 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；速度是各物理过程间相互联系的桥梁。 考向1　已知物体受力，分析物体运动情况 [典例1]　(2023·浙江金华二模)风洞是空气动力学研究和实验中广泛使用的工具。某研究小组设计了一个总高度H0＝24 m的低速风洞，用来研究某物体在竖直方向上的运动特性。如图所示，风洞分成一个高度为H1＝16 m的无风区和一个受风区。某物体质量m＝10 kg，在无风区中受到空气的恒定阻力，大小为20 N，在受风区受到空气对它竖直向上的恒定作用力。 某次实验时该物体从风洞顶端由静止释放，且运动到风洞 底端时速度恰好为0，求在本次实验中：(g取10 m/s2) (1)该物体的最大速度； [答案]　(1)16 m/s　 (1)在无风区对该物体由牛顿第二定律得 mg－f＝ma1 解得a1＝8 m/s2 物体在无风区做匀加速直线运动，有 vmax2＝2a1H1 解得最大速度为 vmax＝16 m/s。 (2)该物体在受风区受到空气对它的作用力大小； [答案]　(2)260 N　 (2)物体在受风区向下运动时做匀减速直线运动，则有 vmax2＝2a2(H0－H1) 解得a2＝16 m/s2 由牛顿第二定律得 F－mg＝ma2 解得恒力为 F＝260 N。 (3)该物体第一次从风洞底端上升的最大距离。 考向2　已知物体运动情况，分析物体受力 [典例2]　(2023·四川树德中学高三诊断)大型商场的螺旋滑梯是小孩喜欢游玩的设施，该设施由三段轨道组成，小孩从第一段OA轨道进入后，从第二段轨道A处由静止开始加速下滑到B处，AB段总长为16 m，小孩在该段通过的路程s随时间t变化规律为s＝0.125t2(m)，小孩在第三段轨道BC的运动可看作匀减速直线运动，BC长度为 x＝2 m，高度差h＝0.4 m，小孩最终刚好停在C点处。 小孩可视为质点，求： (1)小孩在BC段的加速度大小； [答案]　(1)2 m/s2　 (2)小孩与BC轨道间的动摩擦因数μ。 考点二　动力学中的图像问题 能力考点 常见动力学图像及应用方法 v－t图像 根据图像的斜率判断加速度的大小和方向，进而根据牛顿第二定律求解合外力 F－a 图像 首先要根据具体的物理情景，对物体进行受力分析，然后根据牛顿第二定律推导出F、a两个量间的函数关系式，根据函数关系式结合图像，明确图像的斜率、截距或面积的意义，从而由图像给出的信息求出未知量 a－t图像 要注意加速度的正、负，正确分析每一段的运动情况，然后结合物体受力情况根据牛顿第二定律列方程 F－t图像 要结合物体受到的力，根据牛顿第二定律求出加速度，分析每一时间段的运动性质 [典例3]　(2023·四川攀枝花二诊)如图所示，一物体被水平向左的压力F压在粗糙的竖直墙壁上，某时刻压力F的值为F0，此时物体处于静止状态。若从该时刻起使压力F逐渐减小，直到减为零，则该过程中物体的加速度a与压力F的关系图像可能正确的是(　　) D [典例4]　(多选)(2023·四川巴中高三诊断)如图甲，一物块在t＝0时刻滑上一固定斜面，其运动的v－t图线如图乙所示。若重力加速度及图中的v0、v1、t1均为已知量，则可求出(　 　) A．斜面的倾角 B．物块的质量 C．物块与斜面间的动摩擦因数 D．物块沿斜面向上滑行的最大高度 ACD 三 分层训练 巩固提高 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 【A级　夯实基础】 1．(2023·全国乙卷)一同学将排球自O点垫起，排球竖直向上运动，随后下落回到O点。设排球在运动过程中所受空气阻力大小和速度大小成正比，则该排球(　　) A．上升时间等于下落时间 B．被垫起后瞬间的速度最大 C．达到最高点时加速度为零 D．下落过程中做匀加速运动 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 空气阻力大小与速度大小成正比，即f＝kv(k为大于0的常量) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2.(2022·广东广州模拟)如图，篮球从某一高度自由落下，与地面反复碰撞，最后停在地面上。空气阻力不计，下列图像能大致反映该过程篮球的加速度随时间变化关系的是(　　) B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 篮球自由落下到与地面接触前，只受重力作用，加速度不变，以向下为正方向，加速度为正值，图线为平行于t轴的线段。篮球与地面接触到反弹离开地面的过程中，受到的地面向上的弹力先从零开始逐渐增大，篮球所受的合力ma1＝mg－FN，开始阶段地面弹力FN小于重力，合力向下，篮球向下继续挤压，FN增大，合力逐渐减小，加速度逐渐减小，篮球这一阶段向下做加速度(向下，为正)减小的加速运动；弹力FN增大到超过重力大小时，合力向上，其大小为ma2＝FN－mg，随着FN增大，加速度a逐渐增大，方向向上，篮球向下做加速度(向上，为负)增大的减速运动直至速度为零。篮球开始向上运动(离开地面前)的过程是篮球向下 挤压地面过程的逆过程，加速度变化特点是：向上(为负)减 小，再向下(为正)增大。故B符合题意，A、C、D不符合题意。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 3．(2023·广东东莞一模)无人驾驶汽车从发现紧急情况到开始刹车的时间为反应时间，已知反应时间为0.2 s。某无人驾驶汽车以30 m/s的速度在干燥路面上行驶，从发现紧急情况到刹车停下来要运动96 m，则车轮与路面间的动摩擦因数为(g取10 m/s2)(　　) A．0.05　　　　　　　 B．0.468 C．0.5 D．0.6 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 4．(多选)(2024·四川遂宁高三开学考试)如图(a)所示的无人机具有4个旋翼，可以通过调整旋翼倾斜度而产生不同方向的升力。某次实验，调整旋翼使无人机受竖直向上的恒定升力F从地面由静止升起，到达稳定速度过程中，其运动图像如图(b)所示。假设无人机飞行时受到的空气阻力与速率成正比，即f＝kv，方向与速度方向相反，则下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 A．无人机在第1 s内的位移等于0.5 m B．无人机在第1 s内的速度变化量大于第2 s内的速度变化量 C．空气给无人机的作用力逐渐增大 D．空气给无人机的作用力逐渐减小 答案：BD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 5．(多选)(2023·山东烟台期末)如图甲所示，一个质量为2 kg的物体在水平力F作用下由静止开始沿粗糙水平面做直线运动。t＝1 s时撤去外力，物体的加速度a随时间t的变化规律如图乙所示。下列说法正确的是(　 　) A．F的大小为8 N B．0～1 s和1～3 s内物体加速度的方向相反 C．t＝3 s时，物体离出发位置最远 D．3 s末物体的速度为0 BCD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 由题图乙可知t＝1 s时撤去外力，物体在摩擦阻力作用下做减速运动，加速度大小为2 m/s2，由牛顿第二定律可得摩擦阻力大小为Ff＝ma2＝2×2 N＝4 N，在0～1 s时间内，物体的加速度为4 m/s2，由牛顿第二定律可得F－Ff＝ma1，F＝Ff＋ma1＝4 N＋2×4 N＝12 N，A错误；由题图乙可知，0～1 s物体加速度为正方向，1～3 s物体加速度为负方向，所以0～1 s和1～3 s内物体加速度的方向相反，B正确；t＝1 s时， 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 6．(2022·辽宁卷)如图所示，一小物块从长1 m的水平桌面一端以初速度v0沿中线滑向另一端，经过1 s 从另一端滑落。物块与桌面间动摩擦因数为μ，g取10 m/s2。下列v0、μ值可能正确的是(　　) A．v0＝2.5 m/s B．v0＝1.5 m/s C．μ＝0.28 D．μ＝0.25 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 对物块受力分析有 a＝－μg，v2－v02＝2ax 由题干知v2>0， 整理有 v02＋2ax>0 由v0<2 m/s可得 μ<0.2 故C、D不可能。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 7．公共汽车进站时，刹车过程的加速度—时间图像如图所示。若它在 6 s时恰好停在站台处，已知汽车质量约为5 000 kg，重力加速度g取 10 m/s2，则汽车在(　　) A．0到6 s内的位移约等于30 m B．0时刻的速度约为28 km/h C．4 s时的加速度约为0.5 m/s2 D．4 s时受到外力的合力约为2 500 N B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 A．飞机在电磁弹射区运动的加速度大小a1＝5.0 m/s2 B．飞机在电磁弹射区的末速度大小v1＝20 m/s C．电磁弹射器对飞机的牵引力F牵的大小为2×104 N D．电磁弹射器在弹射过程中的功率是不变的 答案：AC 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 9．(多选)如图甲所示，在光滑水平面上叠放着A、B两物体。现对A施加水平向右的拉力F，通过传感器可测得A的加速度a随拉力F变化的关系如图乙所示。已知重力加速度g取10 m/s2，则下列说法正确的是(　　) A．A的质量mA＝2 kg B．A的质量mA＝6 kg C．A、B间的动摩擦因数μ＝0.6 D．A、B间的动摩擦因数μ＝0.2 BD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 10．(2023·四川绵阳中学高三诊断)如图所示，直杆水平固定，质量为m＝0.1 kg的小圆环(未画出)套在杆上A点，在竖直平面内对环施加一个与杆夹角为θ＝53°的斜向上的拉力F，使小圆环由静止开始沿杆向右运动，并在经过B点时撤掉此拉力F，小圆环最终停在C点。已知小圆环与直杆间的动摩擦因数μ＝0.8，AB与BC的距离之比s1∶s2＝8∶5。(g取10 m/s2，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6)求： 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 (1)小圆环在BC段的加速度a2的大小； 答案：(1)8 m/s2　 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 (2)小圆环在AB段的加速度a1的大小； 答案：(2)5 m/s2　 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 (3)拉力F的大小。 答案：(3)1.05 N或7.5 N 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 (3)当F sin θ<mg时，小圆环在AB段运动的受力分析如图乙所示， 由牛顿第二定律得F cos θ－f1＝ma1 又N1＋F sin θ＝mg，f1＝μN1 联立以上各式，代入数据解得 F≈1.05 N 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 当F sin θ >mg时，小圆环在AB段运动的受力分析如图丙所示， 由牛顿第二定律可知F cos θ－f2＝ma1 又F sin θ＝mg＋N2，f2＝μN2 代入数据解得F＝7.5 N。 $$