第2讲　牛顿第二定律的基本应用 课件 -2027届高三物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦牛顿第二定律应用，覆盖动力学两类基本问题、超重与失重、动力学图像三大核心考点，依据高考评价体系分析考点权重，如动力学两类问题占比60%，归纳已知受力求运动、已知运动求受力等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题研析+科学思维培养”，以典题1（无人机运动）为例，通过受力分析和运动学公式推导，培养科学推理素养，总结“两个分析一个桥梁”突破方法，帮助学生掌握图像斜率、截距物理意义，教师可据此精准教学，提升学生应试得分率。

第2讲　牛顿第二定律的基本应用 考点一　动力学的两类基本问题 考点二　超重与失重问题 目 录 索 引 考点三　动力学的图像问题 考点一　动力学的两类基本问题 强基础•教考衔接 1.两类动力学问题 关键都是受力分析和运动状态 第一类:已知受力情况求物体的运动情况。 第二类:已知运动情况求物体的受力情况。 2.解决两类基本问题的方法 求加速度 以　　　　　　　为“桥梁”,由运动学公式和牛顿第二定律列方程求解,具体逻辑关系如图所示。  加速度 研考点•精准突破 考向一　已知受力情况求运动情况 典题1 [一题多变]四旋翼无人机是一种能够垂直起降的小型遥控飞行器,目前得到越来越广泛的应用。一架质量m=2 kg的无人机,其动力系统所能提供的最大升力F=36 N,运动过程中所受空气阻力大小恒为Ff=4 N。g取10 m/s2。 (1)无人机在地面上从静止开始,以最大升力竖直向上起飞。求在t=5 s时离地面的高度h。 (2)当无人机悬停在距离地面高度H=100 m处时,由于动力设备故障,无人机突然失去升力而坠落。求无人机坠落到地面时速度v的大小。 答案 (1)75 m　(2)40 m/s 解析 (1)设无人机上升时加速度为a, 由牛顿第二定律得F-mg-Ff=ma,解得a=6 m/s2,由h=t2,解得h=75 m。 (2)设无人机坠落过程中加速度为a1, 由牛顿第二定律得mg-Ff=ma1,解得a1=8 m/s2 由v2=2a1H,解得v=40 m/s。 提示 设无人机恢复升力后向下减速时加速度为a2, 由牛顿第二定律得F-mg+Ff=ma2,解得a2=10 m/s2 设无人机恢复升力时速度为vm,则有=H 解得vm= m/s 由vm=a1t1,解得t1= s。 考向二　已知运动情况求受力情况 典题2 (2025山西太原模拟)在轮椅冰壶的某次训练中,两位轮椅冰壶运动员用水平恒力将“冰壶”从起点推动5 m后,撤去推力,同时启动10秒倒计时, “冰壶”沿直线继续滑行40 m到达营垒,速度恰好为零,倒计时恰好结束。已知“冰壶”的质量为20 kg,重力加速度g取10 m/s2。 (1)求“冰壶”与冰面间的动摩擦因数及水平恒力的大小; (2)若“冰壶”与冰面间的动摩擦因数为0.1,且要求启动10秒倒计时瞬间开始推动“冰壶”,并重复完成上述启停过程,水平恒力的大小变为多少? 答案 (1)0.08　144 N　(2)200 N 解析 (1)“冰壶”在推力F作用下做匀加速运动,设运动5 m后的速度为v,加速度为a1,由牛顿第二定律及运动学公式可知F-μmg=ma1,v2=2a1x1 撤掉力F后,“冰壶”在摩擦力的作用下做匀减速运动,10 s时间内运动了40 m,由牛顿第二定律及运动学公式有Ff=μmg=ma2,x2=,a2= 联立解得μ=0.08,F=144 N。 (2)设撤掉力那一瞬间冰壶的速度为v',根据牛顿第二定律及运动学公式可知匀加速过程,有F'-μ'mg=ma3,匀减速过程,有μ'mg=ma4,所用总时间 =10 s,所走总路程=45 m,联立解得F'=200 N。 考点二　超重与失重问题 强基础•教考衔接 大于 向上 减速下降 小于 向下 减速上升 向下 √ × × √ 研考点•精准突破 1.对超重和失重的理解 (1)不论超重、失重或完全失重,物体的重力都不变,只是“视重”改变。 (2)在完全失重的状态下,一切由重力产生的物理现象都会完全消失。 (3)若物体的加速度不是竖直方向,只要其加速度在竖直方向上有分量,物体就会处于超重或失重状态。 2.判断超重和失重的方法 (1)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。 (2)从加速度的角度判断:当物体具有向上的(分)加速度时,物体处于超重状态;具有向下的(分)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。 (3)从速度变化的角度判断:物体向上加速或向下减速时超重,物体向下加速或向上减速时失重。 考向一　对超重、失重的理解 典题3 (2025甘肃白银二模)自动扶梯是一种用于运送乘客的固定电力驱动设备,广泛应用于商场、车站等公共场所。如图甲所示,某乘客乘坐自动扶梯时双手没有接触扶梯,乘客与自动扶梯始终保持相对静止,乘客速度为v,乘客的位移x随时间t变化的关系图像如图乙所示。下列说法正确的是(　　) A.若v方向斜向上,则0~t1时间内,乘客处于失重状态 B.若v方向斜向上,则t2~t3时间内,乘客处于超重状态 C.若v方向斜向下,则0~t1时间内,乘客处于失重状态 D.若v方向斜向下,则t2~t3时间内,乘客处于失重状态 C 解析 x-t图像的斜率表示速度,0~t1时间内,乘客做加速运动,若v方向斜向上,则加速度方向斜向上,乘客处于超重状态,A错误;t2~t3时间内,乘客做减速运动,若v方向斜向上,则加速度方向斜向下,乘客处于失重状态,B错误;若v方向斜向下,0~t1时间内,乘客做加速运动,则加速度方向斜向下,乘客处于失重状态,C正确;t2~t3时间内,乘客做减速运动,则加速度方向斜向上,乘客处于超重状态,D错误。 考向二　超重、失重的计算 典题4 (2026山东菏泽期中)某同学用手托着手机并打开加速度传感器,手掌迅速向下运动,让手机脱离手掌而自由下落,然后接住手机,手机屏幕上得到如图所示的加速度随时间变化的图线,以竖直向上为正方向。下列说法正确的是(　　) A.t=0.50 s时刻手机做匀速运动 B.t1时刻手机做加速运动 C.手机下落过程最大速度约为5 m/s D.手掌对手机的最大作用力约为手机重力的7倍 C 解析 t=0.50 s时刻手机的加速度为负值,不为0,所以手机不可能做匀速运动,A错误;t1时刻手机加速度大约为70 m/s2,手机开始运动时显然加速度为负,速度方向也应该为负,然后加速度为正,所以t1时刻手机做减速运动,B错误;由题图可知,手机自由落体运动的时间大约为0.50 s,所以最大速度约为vmax=5 m/s,C正确;手机加速度最大约为70 m/s2,且方向竖直向上,由牛顿第二定律得F-mg=ma,代入数据解得F=8mg,手掌对手机的最大作用力约为手机重力的8倍,D错误。 考点三　动力学的图像问题 研考点•精准突破 常见的动力学图像 1.v-t图像:根据图像的斜率判断加速度的大小和方向,再根据牛顿第二定律列方程求解。 2.a-t图像:注意加速度的正负,正确分析每一段的运动情况,然后结合物体的受力情况应用牛顿第二定律列方程求解。 3.F-t图像:结合物体受到的力,由牛顿第二定律求出加速度,分析每一段的运动情况。 4.F-a图像:首先要根据具体的物理情境,对物体进行受力分析,然后根据牛顿第二定律推导出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。 考向一　通过已知图像获取相应信息 典题5 (多选)(2026广东广州期中)根据机动车的运动情况,绘制如图所示的图像,已知其在水平路面沿直线行驶,规定初速度v0的方向为正方向,运动过程中所受阻力恒定。 下列说法正确的是(　　) A.机动车牵引力恒定且小于阻力 B.机动车的初速度为10 m/s C.机动车的加速度大小为8 m/s2 D.机动车在前3 s的位移是24 m AC 解析 由图可知,的关系为=20·-4(m/s2),变形得x=20t-4t2(m),x是t的二次函数,故机动车做匀变速直线运动,由x=v0t+t2得v0=20 m/s、a=-8 m/s2,故机动车的初速度为20 m/s,加速度大小为8 m/s2,B错误,C正确;由以上分析可知,机动车做匀减速直线运动,根据牛顿第二定律可知,机动车牵引力恒定且小于阻力,A正确;机动车停止运动所需时间为t0= s =2.5 s,因t=3 s>t0=2.5 s,故机动车在前3 s的位移是x=t0=×2.5 m=25 m, D错误。 典题6 (多选)(2025福建三明三模)射击训练中,子弹因空气阻力的作用会影响其运动状态。如图甲所示,某运动员先后两次在不同环境下从同一高度水平射出完全相同的子弹,每次子弹均从离开枪口开始计时,用vy表示子弹在竖直方向的分速度,其vy-t图像如图乙所示(取竖直向下为正方向), 甲 乙 a、b两点对应的竖直方向的速度大小均为vy1,则(　　) A.0~ta过程中子弹沿竖直方向的位移比0~tb过程的大 B.0~ta过程中子弹沿竖直方向的平均加速度比0~tb过程的大 C.ta时刻子弹所受合力沿竖直方向的分力比tb时刻的小 D.ta时刻子弹所受阻力沿竖直方向的分力比tb时刻的小 BD 解析 vy-t图像斜率表示竖直方向的加速度,由图像斜率可知第一次斜率更大,即0~ta过程中子弹沿竖直方向的平均加速度比0~tb过程的大,B正确;根据2ax=v2 ,由于a、b两点对应的竖直方向的速度大小均为vy1,可知0~ta过程中子弹沿竖直方向的位移比0~tb过程的小,A错误;根据受力分析可知,在竖直方向有mg-Ffy=may,由题图乙知ta时刻子弹竖直方向的加速度大于tb时刻子弹竖直方向的加速度,所以可知ta时刻子弹所受合力沿竖直方向的分力比tb时刻的大,ta时刻子弹所受阻力沿竖直方向的分力比tb时刻的小,C错误, D正确。 考向二　通过已知信息获取相应图像 典题7 (2025江苏南通二模)如图所示,轻质弹簧左端固定,右端处于自由状态时位于O点。现向左推动滑块,将弹簧的右端压缩至A点后由静止释放滑块,AO距离为x0,滑块向右滑动过程中阻力恒定。滑块向右滑动过程中的加速度a、速度v随位移x或时间t变化的关系图像可能正确的是(　　) D 解析 由A点静止释放时,滑块受到弹力和摩擦力的作用,由牛顿第二定律有k(x0-x)-Ff=ma,整理得a=x,a与x成线性关系,当x=x0-时,a=0,之后弹力小于阻力,加速度反向增大;当x≥x0时,滑块只受摩擦力的作用,做加速度恒定的减速运动,A、B错误;结合上述分析可知,过了O点以后,滑块的加速度不变,v-t图像的后部分为直线,即滑块先做加速度减小的加速运动,再做加速度增大的减速运动,最后做匀减速直线运动,且加速阶段和减速阶段不对称,时间不等,C错误,D正确。 甲 乙 $