第3章 第2讲 牛顿第二定律的应用-【优化探究】2027年高考物理一轮复习高考总复习配套课件（江苏专版）

该高中物理高考复习课件聚焦“牛顿第二定律的应用”专题，覆盖动力学两类基本问题（已知受力求运动、已知运动求受力）和动力学图像问题（v-t、F-a等），依据高考评价体系分析考点权重，归纳“刹车运动”“竖直升降”等常考题型，构建“受力分析-运动过程-方程求解”的完整思路，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题情境+素养导向”的训练模式，如以云南红河模拟无人机运动、陕晋青宁卷F-t图像题为载体，通过科学推理分析加速度与合力关系，运用模型建构解读图像斜率截距意义，培养学生运动和相互作用观念。特设“易错点警示”和“解题模板”，助力学生掌握答题技巧，教师可据此精准指导，提升复习效率。

第2讲　牛顿第二定律的应用 第三章　运动和力的关系 1 [学习目标]　1.掌握动力学两类基本问题的求解方法。2.理解各种动力学图像，并能分析图像特殊点、斜率、截距、面积的物理意义。 2 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 3 考点一　动力学的两类基本问题 一 4 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__________。 运动情况 受力情况 盘点 核心知识 2.动力学问题的解题思路 3.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　已知物体受力情况分析物体运动 [典例1]　一辆质量为1.5吨的家用汽车，在某干燥的平直沥青路面上以72 km/h的速度匀速行驶。突然发现前方有障碍物，司机立即关闭动力系统并刹车，司机反应时间为t0＝0.5 s，忽略空气阻力，重力加速度g取10 m/s2。(结果均保留一位小数，刹车后汽车轮胎与路面间的摩擦力为滑动摩擦力) 提升 关键能力 (1)已知轮胎与路面间的动摩擦因数为0.7，求汽车从司机发现障碍物到停止的运动距离。 [解析]　刹车时，汽车在水平方向上只受到滑动摩擦力的作用，由牛顿第二定律有f＝μ1mg＝ma，代入数据解得汽车的加速度大小a＝7 m/s2。汽车先匀速运动0.5 s，后做匀减速直线运动，末速度vt＝0。由运动学公式有＝－2as1，又s＝s0＋s1，s0＝v0t0，联立解得运动距离s≈38.6 m。 [答案]　38.6 m (2)若汽车质量增加0.1吨，在其他条件不变的情况下，运动距离会如何变化？ [解析]　设汽车质量增加后的总质量为m'，同理有f'＝μ1m'g＝ma'，则加速度大小为a'＝7 m/s2，可见汽车刹车减速情况与汽车质量无关，因此运动距离s'＝s＝38.6 m，即运动距离不变。 [答案]　不变 (3)若因降雨路面变得湿滑，轮胎与路面间的动摩擦因数降为0.36，其他条件不变，运动距离增加多少米？ [解析]　汽车在湿滑路面刹车时，同理可得其加速度大小为a2＝μ2g＝ 3.6 m/s2，同理可得汽车在湿滑路面上滑行距离s2＝v0t0＋≈65.6 m，故运动距离增加量为Δs＝s2－s＝27.0 m。 [答案]　27.0 m 考向2　已知物体运动情况分析物体受力 [典例2]　(2026·云南红河模拟)如图所示为某种运载无人机，它是一种能够低空运载的遥控飞行器，其动力系统所能提供的最大升力F＝900 N，一架总质量m＝60 kg的无人机在地面上从静止开始，以最大升力竖直向上起飞。t＝10 s时离地面的高度为200 m，运动过程中所受空气阻力大小恒定，g取10 m/s2。 (1)求运动过程中所受空气阻力大小； [解析]　根据题意，无人机在上升过程中由牛顿第二定律得F－mg－f＝ma， 由运动学规律得，上升高度h＝at2， 联立解得f＝60 N。 [答案]　60 N (2)假设无人机竖直向上起飞5 s后关闭动力系统，求无人机距地面的最大高度。 [解析]　无人机起飞t1＝5 s的位移h1＝a， 解得h1＝50 m， 此时速度v1＝at1＝20 m/s， 失去动力后向上做匀减速运动，末速度为v2＝0， 根据牛顿第二定律有mg＋f＝ma1， 解得a1＝11 m/s2， 根据速度与位移的关系有＝－2a1h2， 联立解得h2＝ m， 则无人机距地面的最大高度h＝h1＋h2＝ m≈68.18 m。 [答案]　 m(或68.18 m) 1.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) 教参独具 (1)该物体的最大速度； 解析：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 ＝2a1H1， 解得物体的最大速度为 vmax＝16 m/s。 答案：16 m/s (2)该物体在受风区受到空气对它的作用力大小； 解析：物体在受风区向下运动时做匀减速直线运动，则有＝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。 答案：260 N (3)该物体第一次从风洞底端上升的最大距离。 解析：物体在受风区向上运动时做匀加速直线运动，由对称性知返回分界线时速度大小为16 m/s，再次进入无风区后做匀减速直线运动，由牛顿第二定律得mg＋f＝ma3， 解得a3＝12 m/s2， 向上做匀减速运动的位移为H2＝ m， 则第一次上升的最大高度为H＝H0－H1＋H2＝ m。 答案： m 考点二　动力学中的图像问题 二 19 1.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 盘点 核心知识 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 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。 (2)建立图像与物体运动间的关系：把图像与具体的题意、情景结合起来，明确图像反映的是怎样的物理过程。 (3)建立图像与公式间的关系：对于a－F图像、F－x图像、v－t图像、v2－x图像等，都应先建立函数关系，然后根据函数关系读取信息或描点作图，特别要明确图像斜率、“面积”、截距等对应的物理意义。 (4)读图时要注意一些特殊点：比如起点、截距、转折点、两图线的交点，特别注意临界点(在临界点物体运动状态往往发生变化)。 [典例3]　(2026·江苏扬州中学月考改编)将一小球竖直上抛，过一段时间小球回到抛出点。以向上为正方向，绘制出小球从抛出到回到抛出点(t2时刻)的v－t图像如图所示。小球运动过程中仅受重力和空气阻力。下 列说法正确的是(　　) A.小球上升过程所用时间为全过程所用时间的一半 B.小球受到的空气阻力大小不变 C.小球回到抛出点时的速率v2等于抛出时的速率v1 D.v－t图像在t轴上方所围面积与t轴下方所围面积相等 D 提升 关键能力 [解析]　上升过程中a1＝，下降过程中a2＝ ，则上升过程的加速度大于下降过程的加速 度，研究上升过程的逆过程与下降过程，两个过程 均为初速度为零的加速运动，根据h＝at2可知，上 升过程时间短，小球上升过程所用时间小于全过程 所用时间的一半，选项A错误。由题图可知上升过程加速度逐渐减小，即随速度减小，空气阻力减小；下降过程加速度逐渐减小，则随速度增加，空气阻力增大，选项B错误。整个过程由于有空气阻力做负功，则小球回到抛出点时的速率v2一定比抛出时的速率v1小，选项C错误。v－t图像在t轴上方所围面积等于上升的位移大小，在t轴下方所围面积等于下降的位移大小，则两部分面积应相等，选项D正确。 [典例4]　(2025·陕晋青宁卷)某智能物流系统中，质量为20 kg的分拣机器人沿水平直线轨道运动，受到的合力沿轨道方向，合力F随时间t的变 化如图所示，则下列图像可能正确的是(　　) A [解析]　根据牛顿第二定律和题中的F－t图像画出如图所示的a－t图像，可知机器人在0~1 s和2~3 s内加速度大小均为1 m/s2，方向相反，由v－t图线的斜率表示加速度可知A正确。 [典例5]　(2026·黑龙江齐齐哈尔模拟)某同学用手机软件把自己手持手机，从静止开始在竖直方向上的一次运动过程的加速度a随时间t变化的图像记录下来，如图乙所示。规定向上为正方向，t2时刻手机速度为 零，且最终处于静止状态。已知手机的质量为0.3 kg，手机与手之间的动摩擦因数μ＝0.5，最大静摩擦力等于滑动摩 擦力，重力加速度g取10 m/s2，手机与手 始终相对静止。在此过程中，下列说法正 确的是(　　) A.手机在t1与t2时刻所受的摩擦力方向相反 B.t3时刻手机受到的摩擦力大小为3.6 N C.手与手机之间的压力大小至少为10 N D.手机受到的静摩擦力的最大值为7.5 N D [解析]　手机在t2时刻具有向上的加速度，由 牛顿第二定律可知，摩擦力方向竖直向上， t1时刻手机具有向下的加速度，而且加速度 小于重力加速度，所以摩擦力方向向上，所 以在t1与t2时刻所受的摩擦力方向相同，A错 误；由图像可知，t3时刻，手机的加速度为 a＝－8 m/s2，根据牛顿第二定律可得Ff3－ mg＝ma3，代入数据解得Ff3＝0.6 N，B错误； t2时刻，手机具有最大的加速度a2＝15 m/s2，此时手机受到的摩擦力最大，根据牛顿第二定律可得Ff2－mg＝ma2，代入数据解得Ff2＝7.5 N，又因为Ff2＝μFN，手和手机之间的压力大小至少为FN＝＝15 N，C错误，D正确。 2.如图甲所示，一竖直轻质弹簧的下端固定在水平面上，上端放置一物 体(物体与弹簧不拴接)，初始时物体处于静止状态。现用竖直向上的拉 力F作用在物体上，使物体开始向上做匀加速运动，拉力F与物体位移x 的关系如图乙所示(g取10 m/s2)，则(　　) A.物体与弹簧分离时，弹簧处于压缩状态 B.弹簧的劲度系数为7.5 N/cm C.物体的质量为3 kg D.物体的加速度大小为5 m/s2 D 教参独具 解析：物体与弹簧分离时，二者没有相互作用力，所以弹簧处于原长，A错误；物体与弹簧一起向上匀加速运动时，根据牛顿第二定律得F＋k(x0－x)－mg＝ma，则F＝kx＋mg＋ma－kx0，由此可知题图乙中图线斜率表示弹簧的劲度系数，可得k＝5 N/cm，B错误；根据牛顿第二定律有10 N＝ma，30 N－mg＝ma，联立解得m＝2 kg，a＝5 m/s2，C错误，D正确。 $