第三章 第2课时　动力学的两类问题　超重和失重-【优化指导】2026年物理一轮复习高中总复习·第1轮（人教版）

高考总复习 物理 第三章　运动和力的关系 第2课时　动力学的两类问题　 超重和失重 第三章　运动和力的关系 一、动力学的两类问题 1．两类分析：物体的______分析及______分析。 2．两个桥梁：加速度是联系______和___的桥梁，速度是联系各“子过程”的桥梁。 受力 运动 运动 力 夯实必备知识 二、超重和失重现象 1．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 向上 小于 向下 夯实必备知识 若物体的加速度不在竖直方向，当其加速度有竖直向上的分量时，物体处于超重状态；当其加速度有竖直向下的分量时，物体处于失重状态。 夯实必备知识 3．完全失重 (1)定义：物体对支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)等于___的现象称为完全失重现象。 (2)产生条件：物体的加速度a＝g，方向____________。 0 竖直向下 夯实必备知识 当物体处于完全失重状态时，重力只有使物体产生a＝g的加速度的效果，不再有其他效果，一切与重力有关的现象都消失，如液体不产生浮力，天平无法测量等。 夯实必备知识 教材原型► 人教必修第一册P108T2： 2．……若机舱口下沿距地面3.2 m，气囊所构成的斜面长度为6.5 m，一个质量为60 kg的人…… 夯实必备知识 夯实必备知识 (1)求货物在倾斜滑轨上滑行时加速度a1的大小； (2)求货物在倾斜滑轨末端时速度v的大小。 答案：(1)2 m/s2　(2)4 m/s 解析：(1)根据牛顿第二定律可得mg sin 24°－μmg cos 24°＝ma1，解得a1＝2 m/s2。 (2)根据运动学公式有v2＝2a1l1，解得v＝4 m/s。 夯实必备知识 考点一　超重和失重 判断超重和失重现象的三个角度 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 提升关键能力 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 从速度变化 的角度判断 ①物体向上加速或向下减速时，超重 ②物体向下加速或向上减速时，失重 提升关键能力 1．(超重、失重的分析与计算)(2025·云南高考综合改革适应性演练)某同学站在水平放置于电梯内的电子秤上，电梯运行前电子秤的示数如图甲所示。电梯竖直上升过程中，某时刻电子秤的示数如图乙所示，则该时刻电梯(重力加速度g取10 m/s2)(　　) D 提升关键能力 A．做减速运动，加速度大小为1.05 m/s2 B．做减速运动，加速度大小为0.50 m/s2 C．做加速运动，加速度大小为1.05 m/s2 D．做加速运动，加速度大小为0.50 m/s2 提升关键能力 2．(超重、失重与图像结合)(多选) (2025·山东聊城测试)如图甲中的塔吊是现代工地必不可少的建筑设备，图乙为建筑材料被吊车竖直提升过程的运动图像(竖直向上为正方向)，根据图像，下列判断正确的是(　　) A．在0～10 s钢索最容易发生断裂 B．30～36 s材料处于超重状态 C．36～46 s材料处于失重状态 D．46 s时材料离地面的距离最大 AC 提升关键能力 解析：在0～10 s过程中，材料向上加速，处于超重状态，钢索的拉力大于重力，在10～30 s的过程中，材料做匀速直线运动，重力大小等于拉力，30～36 s的过程中，材料向上减速，处于失重状态，钢索的拉力小于重力，36～46 s的过程中，材料向下加速，处于失重状态，钢索的拉力小于重力，故在0～10 s钢索最容易发生断裂，A、C正确，B错误；由题图可知，36 s后材料开始向下运动，36 s时材料离地面的距离最大，D错误。 提升关键能力 提升关键能力 (2)速度方向与合力方向(或加速度方向)的夹角决定物体的运动性质。合力与速度的夹角为锐角，物体加速；合力与速度的夹角为钝角，物体减速。 (3)速度的改变需要经历一定的时间，不能突变；有力就一定有加速度，但不一定有速度。 提升关键能力 2．加速度为“桥梁”的逻辑关系 提升关键能力 AC 提升关键能力 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 提升关键能力 提升关键能力 [例2] (从运动情况确定受力)(2022·浙江1月选考)第24届冬奥会已在我国成功举办。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，推着雪车匀加速到B点时速度大小为 8 m/s，紧接着快速俯卧到车上沿BC匀加速下滑(图乙所示)，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，求雪车(包括运动员)： 提升关键能力 (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。 提升关键能力 所以过C点的速度大小v＝v1＋a2t2＝12 m/s。 (3)在BC段根据牛顿第二定律有mg sin θ－Ff＝ma2 解得Ff＝66 N。 提升关键能力 动力学两类基本问题的解题步骤 提升关键能力 3．(动力学中的极值问题)(2025·北京通州模拟)如图甲所示，在高速公路的连续下坡路段通常会设置避险车道，供发生紧急情况的车辆避险使用，本题中避险车道是主车道旁的一段上坡路面。一辆货车在行驶过程中刹车失灵，以v0＝90 km/h的速度驶入避险车道，如图乙所示。设货车进入避险车道后牵引力为零，货车与路面间的动摩擦因数μ＝0.30，重力加速度大小g取10 m/s2。 提升关键能力 (1)为了防止货车在避险车道上停下后发生溜滑现象，该避险车道上坡路面的倾角θ应该满足什么条件？设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，结果用θ的正切值表示； (2)若避险车道路面倾角为15°，求货车在避险车道上行驶的最大距离(已知sin 15°＝0.26，cos 15°＝0.97，保留2位有效数字)。 答案：(1)tan θ≤0.30　(2)57 m 提升关键能力 提升关键能力 (2)设货车在避险车道上的加速度为a， 根据牛顿第二定律得mg sin 15°＋μmg cos 15°＝ma 解得a＝5.51 m/s2 设货车在避险车道上行驶的最大距离为x，v0＝90 km/h＝25 m/s，根据匀变速直线运动位移公式0－v02＝－2ax 解得x≈57 m。 提升关键能力 考点三　简单动力学图像的理解和应用 考向1　分析运动图像解答动力学问题 提升关键能力 [例3] (a-t图像)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．0～6 s内的位移约为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时受到的合外力约为2 500 N B 提升关键能力 提升关键能力 考向2　分析受力图像解答动力学问题 提升关键能力 [例4] (F-t图像)(多选)(2025·广东江门模拟)蹦床属于体操运动的一种，有“空中芭蕾”之称。某次比赛过程中，一运动员做蹦床运动时，利用力传感器测得运动员所受蹦床弹力F随时间t的变化图像如图所示。若运动员仅在竖直方向运动，不计空气阻力，重力加速度大小g取10 m/s2。依据图像给出的信息，下列说法正确的是(　　) BC 提升关键能力 A．运动员的质量为66 kg B．运动员的最大加速度为45 m/s2 C．运动员离开蹦床后上升的最大高度为5 m D．运动员离开蹦床后上升的最大高度为10 m 提升关键能力 动力学图像问题的解题关键 (1)弄清图像中斜率、截距、交点、拐点、面积的物理意义； (2)应用物理规律列出与图像对应的函数关系式，进而明确“图像与公式”和“图像与物体”间的关系。 提升关键能力 提升关键能力 4．(F-a图像)(多选)(2023·全国甲卷)用水平拉力使质量分别为m甲、m乙的甲、乙两物体在水平桌面上由静止开始沿直线运动，两物体与桌面间的动摩擦因数分别为μ甲和μ乙。甲、乙两物体运动后，所受拉力F与其加速度a的关系图线如图所示。由图可知(　　) A．m甲＜m乙 B．m甲＞m乙 C．μ甲＜μ乙 D．μ甲＞μ乙 BC 提升关键能力 解析：根据牛顿第二定律有F－μmg＝ma，整理后有F＝ma＋μmg，可知F-a图像的斜率为m，纵截距为μmg，由题图可看出m甲>m乙，μ甲m甲g＝μ乙m乙g，则μ甲<μ乙，B、C正确。 提升关键能力 数形结合思想 1．用物理方程、数学函数结合图像解题；或者作图，运用图像解题。 2．动力学图像的实质是力与运动的关系，以牛顿第二定律F＝ma为纽带，从图像的轴、点、线、截距、斜率、面积所表示的意义挖掘信息。 升华核心素养 破情境 建模型 数形结合研析 [例5] (多种图像综合)(多选)如图甲所示，物块和木板叠放在实验台上，物块用一根不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连，细绳水平，t＝0时，木板开始受到水平外力F的作用，在t＝4 s时撤去外力。细绳对物块的拉力FT随时间t变化的关系如图乙所示，木板的速度v与时间t的关系如图丙所示。木板与实验台之间的摩擦可以忽略，重力加速度g取10 m/s2。由题给数据可以得出(　　) AB 升华核心素养 破情境 建模型 数形结合研析 A．木板的质量为1 kg B．2～4 s内，力F的大小为0.4 N C．0～2 s内，力F的大小保持不变 D．物块与木板之间的动摩擦因数为0.2 升华核心素养 破情境 建模型 数形结合研析 升华核心素养 破情境 建模型 数形结合研析 升华核心素养 破情境 建模型 数形结合研析 5．(s-t图像)一位质量为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．0～t1时间内，v增大，FN>mg B．t1～t2时间内，v减小，FN<mg C．t2～t3时间内，v增大，FN<mg D．t2～t3时间内，v减小，FN>mg D 升华核心素养 破情境 建模型 数形结合研析 解析：根据位移—时间图像的斜率表示速度可知，0～t1时间内，图像斜率增大，速度v增大，加速度方向向下，由牛顿运动定律可知乘客处于失重状态，所受的支持力FN<mg，A错误；t1～t2时间内，图像斜率不变，速度v不变，加速度为零，乘客所受的支持力FN＝mg，B错误；t2～t3时间内，图像斜率减小，速度v减小，加速度方向向上，由牛顿运动定律可知乘客处于超重状态，所受的支持力FN>mg，C错误，D正确。 升华核心素养 破情境 建模型 数形结合研析 请完成：课后跟踪训练（14） 温馨提示 谢谢观看！ 模型对接► (2022·浙江6月选考，节选)物流公司通过滑轨把货物直接装运到卡车中，如图所示，倾斜滑轨与水平面成24°角，长度l1＝4 m，水平滑轨长度可调，两滑轨间平滑连接。若货物从倾斜滑轨顶端由静止开始下滑，其与滑轨间的动摩擦因数均为μ＝，货物可视为质点(取cos 24°＝0.9，sin 24°＝0.4，重力加速度g取10 m/s2)。 解析：如题图所示， 根据牛顿第二定律F－mg＝ma可得a＝ m/s2 ＝0.50 m/s2，则电梯向上做加速运动，D正确。 考点二　两类动力学问题 1．解答动力学问题的几个要点 (1)力与物体的质量决定加速度。a＝是加速度的决定式，a∝F，a∝；a＝是加速度的定义式，a与v、Δv及Δt无直接关系。 [例1] (从受力确定运动情况)(多选)(2025·湖北武汉测试)随着科技的发展，我国的航空母舰上安装了电磁弹射器以缩短飞机的起飞距离。如图所示，某航空母舰的水平跑道总长l＝180 m，电磁弹射区的长度l1＝80 m，一架质量m＝2.0×104 kg的飞机，其喷气式发动机可为飞机提供恒定的推力F推＝1.2×105 N，假设飞机在航母上受到的阻力恒为飞机重力的。若飞机可看成质量恒定的质点，从右边沿离舰的起飞速度v＝40 m/s，航空母舰始终处于静止状态(电磁弹射器提供的牵引力恒定，g取10 m/s2)。下 列说法正确的是(　　) 解析：飞机离开电磁弹射区后有F推－mg＝ma2，解得a2＝4.0 m/s2，由v2－v12＝2a2(l－l1)，解得飞机在电磁弹射区的末速度v1＝20 m/s，由v12＝2a1l1，解得飞机在电磁弹射区运动的加速度a1＝5 m/s2，根据牛顿第二定律有F牵＋F推－mg＝ma1，解得F牵＝2×104 N，B错误，A、C正确；根据P＝Fv可知，电磁弹射器在弹射过程中的功率不断增加，D错误。 答案：(1) m/s2　(2)12 m/s　(3)66 N 解析：(1)在AB段有v12＝2a1x1 解得a1＝ m/s2。 (2)在AB段有v1＝a1t1，解得t1＝3 s 在BC段有t2＝t总－t1＝2 s，x2＝v1t2＋a2t22 解得a2＝2 m/s2 解析：(1)对货车进行受力分析，货车所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，Ff＝μmg cos θ 而货车重力沿斜面方向的分量为F＝mg sin θ 若要货车在避险车道上停下后不发生溜滑现象，则需要Ff≥F， 即mg sin θ≤μmg cos θ 解得≤μ，即tan θ≤μ＝0.30 即当tan θ≤0.30时，货车在避险车道上停下后不会发生溜滑现象。 v-t图像 (1)先由图像的斜率分析加速度 (2)根据牛顿第二定律进而分析受力情况 a-t图像 (1)直接分析加速度的特点 (2)根据牛顿第二定律进而分析受力情况 解析：由a-t图像中图线与t轴所围的面积表示速度的变化量及题图可知，速度的变化量大小约为Δv＝2×1 m/s＋×(1.5＋2)×2 m/s＋×3×1.5 m/s＝7.75 m/s，所以0时刻的速度约为v0＝Δv＝7.75 m/s≈ 28 km/h，又因为公共汽车做加速度逐渐减小的减速运动，故0～6 s内的位移满足x＜v0t＝23.25 m，A错误，B正确；由题图可知，4 s时公共汽 车的加速度约为1.0 m/s2，C错误；由牛顿第二定律可知，4 s时公共汽车受到的合外力约为F＝ma＝5 000 N，D错误。 F-a图像 (1)先由具体情境的受力分析，结合牛顿第二定律推导出两个变量间的函数关系式或方程式 (2)从而由图像给出的信息(斜率、截距值等)求解未知运动量 F-t图像 由图像结合不同阶段的受力分析，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 解析：由图像信息可知，开始时运动员静止在蹦床上，所受弹力与重力大小相等，即mg＝600 N，解得运动员的质量m＝60 kg，A错误；运动员在蹦床上时受到的最大弹力Fm＝3 300 N，由牛顿第二定律得最大加速度am＝＝45 m/s2，B正确；运动员离开蹦床后在空中运动的最长时间为2 s，上升和下落的时间分别为1 s，则运动员离开蹦床后上升的最大高度为h＝gt2＝5 m，C正确，D错误。 解析：由题图丙可知，木板在0～2 s内处于静止状态，再结合题图乙中细绳对物块的拉力FT在0～2 s内逐渐增大，可知物块受到木板的摩擦力逐渐增大，可以判断木板受到的水平外力F也逐渐增大，C错误；由题图丙可知木板在2～4 s内做匀加速运动，其加速度大小为a1＝ m/s2＝0.2 m/s2，对木板进行受力分析，由牛顿第二定律可得F－Ff＝ma1，木 板在4～5 s内做匀减速运动，其加速度大小为a2＝ m/s2＝ 0.2 m/s2，Ff＝ma2，另外由于物块静止不动，同时结合题图乙可知，物块与木板之间的滑动摩擦力Ff＝0.2 N，解得m＝1 kg、F＝0.4 N，A、B正确；由于不知道物块的质量，所以不能求出物块与木板之间的动摩擦因数，D错误。 $$