第13讲 牛顿第二定律的基本应用 专项训练 -2027届高考物理一轮复习

**基本信息** 以牛顿第二定律为核心，通过基础到素养的三级训练，构建"运动-受力-图像"三维应用体系，强化物理观念与科学推理能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础·满分练|6题|涵盖由运动求受力、由受力求运动、超重失重分析、动力学图像四类基础题型|从基本公式应用到多过程问题，形成"公式推导-情境建模-图像转换"的递进逻辑| |能力·高分练|2题|结合v-t图像、多过程运动的综合题|强化运动学公式与牛顿定律的综合应用，突出科学推理能力| |素养·提升练|1题|彩虹滑道实际情境问题|以真实场景为载体，考查模型建构与复杂过程分析，体现科学态度与责任|

第13讲　牛顿第二定律的基本应用 基础·满分练 命题角度一　由运动情况确定受力 1.无人驾驶正逐步走进人们的生活,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的速度在干燥路面从发现紧急情况到刹车停下来要运动96 m,则车轮与路面的动摩擦因数为(g取10 m/s2)(　　) A.0.05 B.0.468 C.0.5 D.0.6 命题角度二　由受力确定运动情况 2.置于水平地面上质量m=1.0 kg的物块在F=6 N的水平拉力作用下做匀加速直线运动。已知物块与水平面间的动摩擦因数为μ=0.4,重力加速度g取10 m/s2。该物块依次通过A、B、C、D四个位置,已知AB=3 m、CD=9 m,且物块通过AB段和CD段的时间均为1 s。则BC段的长度为(　　) A.8 m B.10 m C.12 m D.16 m 命题角度三　超重、失重现象的图像问题 3.(2025北京卷)模拟失重环境的实验舱,通过电磁弹射从地面由静止开始加速后竖直向上射出,上升到最高点后回落,再通过电磁制动使其停在地面,实验舱运动过程中,受到的空气阻力Ff的大小随速率增大而增大,Ff随时间t的变化如图所示(向上为正),下列说法正确的是(　　) A.从t1到t3,实验舱处于电磁弹射过程 B.从t2到t3,实验舱加速度大小减小 C.从t3到t5,实验舱内物体处于失重状态 D.t4时刻,实验舱达到最高点 命题角度四　超重、失重现象的分析和计算 4.(2025广东汕头测试)鱼跃龙门承载着人们对于成功和梦想的向往,杭州西湖曾雨后重现过鱼跃龙门这一经典场景,我们只分析竖直方向运动,在飞跃前鱼儿以初速度5 m/s离开水面,将鱼儿看成质点,忽略空气阻力,g取10 m/s2,下列说法正确的是(　　) A.鱼儿跃起的最大高度可达1.5 m B.鱼儿在空中运动的时间为1 s C.鱼儿的质量越大,能跃起的最大高度越低 D.鱼儿上升时处于超重状态 命题角度五　由动力学图像分析有关问题 5. (2025河北保定模拟)如图甲所示,一可视为质点的滑块在t=0时刻以某一初速度滑上静置在水平地面上的斜面体M,0~0.4 s内滑块沿斜面运动的位移s随时间t变化的图像如图乙所示,其中0~0.2 s内的图线为抛物线。整个过程中,斜面体M始终保持静止,下列说法正确的是(　　) A.初速度大小为1 m/s B.0~0.4 s内斜面体M一直受到地面的摩擦力 C.0~0.4 s内斜面体M受到的支持力始终不变 D.0~0.2 s内滑块处于失重状态 6.(多选)(2025山东济宁高三期末)2024年6月2日,嫦娥六号探测器成功着陆月球背面南极——艾特肯盆地。嫦娥六号探测器利用向下喷射气体产生的反作用力,有效地控制了着陆过程中的运动状态。在一段竖直向下着陆过程中,嫦娥六号探测器减速的加速度大小a随时间t变化的关系如图所示,3t0时刻嫦娥六号探测器的速度恰好减为零。下列说法正确的是(　　) A.0~t0时间内,嫦娥六号探测器做匀速直线运动 B.t0时刻嫦娥六号探测器的速度大小为a0t0 C.0~t0时间内,嫦娥六号探测器的位移大小为a0 D.t0时刻气体对嫦娥六号探测器的作用力大小为2t0时刻的两倍 能力·高分练 7.(多选)如图甲所示,无人机从地面竖直起飞,运动一段时间后因动力系统发生故障,最终到达某一高度处后速度为零。图乙是无人机从地面上升至最高点过程中的v-t图像,已知无人机飞行时所受的阻力大小恒为4 N,重力加速度g取10 m/s2,则(　　) A.无人机从地面上升至最高点,位移大小为18 m B.无人机从地面上升至最高点,位移大小为24 m C.无人机的质量为2 kg D.无人机的质量为4 kg 8.(10分)(2025四川泸州模拟)如图甲所示,工地电动物料运输车的左端有一个垂直底板的挡板。工人将空车从静止开始沿直线推到物料堆前,初始以加速度a1=0.5 m/s2做匀加速运动,经t1=8 s后做匀减速运动,再经过t2=4 s后刚好停在物料堆处。工人将一个质量m=20 kg的物料放在车上,保持车底板P与水平面间的夹角θ=37°向左推车,如图乙所示。物料受到的摩擦力不计。取sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,重力加速度g取10 m/s2,求: (1)初始时空车到物料堆的距离; (2)放上物料后以a2=0.25 m/s2加速推车时,底板P对物料支持力的大小。 素养·提升练 9.(14分)(2025浙江杭州模拟)图甲彩虹滑道是年轻人喜爱的项目,现将其简化为图乙所示。长为L1=14 m的水平直道AB和足够长的倾斜直道BC平滑连接,倾斜直道BC与水平地面的夹角为θ=37°。游客可以乘坐滑垫从最高的C处向下滑动,也可以从直道AB出发由同伴推着滑行,其中滑垫与水平直道和倾斜直道的动摩擦因数均为μ=0.5。周末小杨在郊区体验了该项目,小杨与滑垫(整体可视为质点,下文简称小杨)的总质量为m=50 kg,t=0时刻,小杨从C处静止滑下,不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。 (1)求小杨在倾斜直道BC下滑过程中的加速度a1的大小; (2)现小杨静止在A处,多位同伴以恒力F=400 N推动他向B处滑行,当推至距B为L2=3 m处松手,求小杨滑到B处的速度大小vB; (3)在第(2)题的基础上,求小杨在斜面上滑动的总时间t。(结果可保留根号) 答案： 1.C　解析 设车轮与路面的动摩擦因数为μ,则汽车刹车过程的加速度大小为a==μg,根据题意有x=v0t0+=96 m,其中v0=30 m/s,t0=0.2 s,联立解得μ=0.5,故选C。 2.C　解析 物体的加速度a==2 m/s2,设A点的速度为v0,BC=x,从B到C时间为t',则从A到B,AB=v0t+at2=v0+1=3 m,则从A到C过程中, AC=3+x=v0(t+t')+a(t+t')2=v0(1+t')+(1+t')2,从A到D过程, AD=3+x+9=v0(2t+t')+a(2t+t')2=v0(2+t')+(2+t')2,联立解得t'=2 s,x=12 m,故选C。 3.B　解析 t1~t3间,Ff方向向下,先增大后减小,可知此时速度方向向上,先增大后减小,故实验舱先处于电磁弹射过程后做竖直上抛运动,故A错误;t2~t3间,Ff方向向下且在减小,可知此时速度方向向上,在减小,根据牛顿第二定律有mg+Ff=ma,即a=+g,故加速度大小在减小,故B正确;t3~t5间,Ff方向向上,先增大后减小,可知此时速度方向向下,先增大后减小,故实验舱先向下加速后向下减速,加速度先向下后向上,先失重后超重,故C错误;根据前面分析可知t3时刻速度方向改变,从向上运动变成向下运动,故t3时刻到达最高点,故D错误。 4.B　解析 根据速度—位移公式有v2=2gh,解得h=1.25 m,与鱼儿的质量无关,故A、C错误;根据速度—时间公式有v=gt,解得t=0.5 s,根据对称性可知鱼儿在空中运动的时间为t'=2t=1 s,故B正确;鱼儿上升时只受重力,加速度向下,处于失重状态,故D错误。 5.D　解析 滑块向上先匀减速到零,再保持静止,根据s=v0t,解得v0=2 m/s,故A错误;根据整体受力分析,0~0.2 s受到地面的摩擦力Ff=max,方向水平向左,地面的支持力满足G总-F支=may;0.2~0.4 s处于静止状态,摩擦力消失,G总=F支,故B、C错误;根据A选项分析,0~0.2 s内滑块的加速度沿斜面向下,具有竖直向下的分量,滑块处于失重状态,故D正确。 6.BC　解析 0~t0时间内,嫦娥六号探测器的加速度不变,做匀减速直线运动,选项A错误;3t0时刻嫦娥六号探测器的速度恰好减为零,因图线与坐标轴围成的面积等于速度变化量,可知t0时刻嫦娥六号探测器的速度大小为v1=a0×2t0=a0t0,选项B正确;0~t0时间内,结合逆向思维可知嫦娥六号探测器的位移大小为x=v1t0+a0a0,选项C正确;t0时刻嫦娥六号探测器的加速度为a0,由牛顿第二定律有F1-mg=ma0,2t0时刻嫦娥六号探测器的加速度为a0,由牛顿第二定律F2-mg=m·a0可知,t0时刻气体对探测器的作用力大小F1不等于2t0时刻气体对探测器的作用力大小F2的两倍,选项D错误。 7.BC　解析 因v-t图像与坐标横轴围成的面积表示位移的大小,由图乙可知无人机从地面上升至最高点,位移大小x=×4 m=24 m,故A错误,B正确;因v-t图像的斜率表示加速度,所以无人机在加速过程中的加速度大小a1= m/s2=4 m/s2,减速过程中的加速度大小a2= m/s2=12 m/s2,失去升力后无人机在重力和阻力的作用下减速上升,根据牛顿第二定律,有mg+Ff=ma2,解得无人机的质量m=2 kg,故C正确,D错误。 8.(1)24 m　(2)163 N 解析 (1)加速结束时的速度v=a1t1=4 m/s 则初始时空车到物料堆的距离x=t1+t2 解得x=24 m。 (2)物料受力如图 对物料,在水平方向由牛顿第二定律有F2sin θ-F1cos θ=ma2 在竖直方向由平衡条件有F2cos θ+F1sin θ=mg 解得F2=163 N 则底板P对物料支持力的大小为163 N。 9.(1)2 m/s2 (2)6 m/s (3)0.6(1+) s 解析 (1)小杨在倾斜直道BC下滑过程中,根据牛顿第二定律可得mgsin θ-μmgcos θ=ma1 解得加速度大小为a1=2 m/s2。 (2)多位同伴以恒力F=400 N推动小杨,根据牛顿第二定律可得F-μmg=ma2 解得a2=3 m/s2 当推至距B为L2=3 m处松手,设松手前速度为v1,根据运动学公式可得=2a2(L1-L2) 松手后的加速度大小为a3==5 m/s2 根据运动学公式可得=-2a3L2 联立解得小杨滑到B处的速度大小为vB=6 m/s。 (3)小杨在斜面上向上滑动的加速度大小为a4==10 m/s2 上滑时间为t1==0.6 s 上滑距离为L3==1.8 m 因tan θ>μ,小杨会下滑,下滑的加速度为a5==2 m/s2 根据L3=a5 解得下滑时间为t2==0.6 s 则小杨在斜面上滑动的总时间为t=t1+t2=0.6(1+) s。 1 学科网（北京）股份有限公司 $