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2021版高考物理大一轮复习通用版课件：3.第2讲 牛顿第二定律的应用课件PPT
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这是一份2021版高考物理大一轮复习通用版课件：3.第2讲 牛顿第二定律的应用课件PPT，共42页。PPT课件主要包含了基础落实，考点突破，思维拓展，运动情况，受力情况，加速度，牛顿第二定律，等于0，答案A，答案D等内容，欢迎下载使用。
知识点一 牛顿第二定律的应用1．动力学的两类基本问题第一类：已知受力情况求物体的________．第二类：已知运动情况求物体的________．
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，具体逻辑关系如下
知识点二 超重与失重现象1．视重(1)当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的________称为视重．(2)视重大小等于弹簧测力计所受物体的________或台秤所受物体的________．2．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．
3．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．4．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)________的现象称为完全失重现象．(2)产生条件：物体的加速度a＝____，方向竖直向下．
思考辨析(1)相同质量的物体，加速度越大，所受合外力越大．( )(2)物体加速度由运动状态决定，与所受力无关．( )(3)物体加速度减小时，速度一定减小．( )(4)质量不变的物体所受合外力发生变化，加速度也一定发生变化．( )
(5)人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器进入轨道后，其中的人和物将处于完全失重状态．①完全失重时，人和物不再受重力作用．( )②完全失重时，人和物处于平衡状态．( )③航天飞机等航天器进入轨道后，具有指向地心的向心力加速度．( )④物体处于超重或失重状态，由加速度的方向决定，与速度方向无关．( )
考点一 用牛顿第二定律求解瞬时加速度师生共研1．两种基本模型的特点(1)轻绳不需要形变恢复时间，在瞬时问题中，其弹力可以突变，成为零或者别的值．(2)轻弹簧(或者橡皮绳)需要较长的形变恢复时间，在瞬时问题中，当它两端始终有连接物时其弹力不能突变，大小和方向均不变．
2．求解瞬时加速度的一般思路
例1 两个质量均为m的小球，用两条轻绳连接，处于平衡状态，如右图所示．现突然迅速剪断轻绳OA，让小球下落，在剪断轻绳的瞬间，设小球A、B的加速度分别用a1和a2表示，则( )A．a1＝g，a2＝g B．a1＝0，a2＝2gC．a1＝g，a2＝0 D．a1＝2g，a2＝0
解析：由于绳子张力可以突变，故剪断OA后小球A、B只受重力，其加速度a1＝a2＝g.故选项A正确．
【考法拓展1】 在【例1】中只将A、B间的轻绳换成轻质弹簧，其他不变，如右图所示，则例1选项中正确的是( )
解析：剪断轻绳OA的瞬间，由于弹簧弹力不能突变，故小球A所受合力为2mg，小球B所受合力为零，所以小球A、B的加速度分别为a1＝2g，a2＝0.故选项D正确．
解析：细线被烧断的瞬间，小球B的受力情况不变，加速度为零．烧断前，分析整体受力可知线的拉力为FT＝2mgsin θ，烧断瞬间，A受的合力沿斜面向下，大小为2mgsin θ，所以A球的瞬时加速度为aA＝2gsin 30°＝g，故选项B正确．
练2 [2021·陕西汉中月考]如图所示，质量均为m的木块A和B用一轻弹簧相连，竖直放在光滑的水平面上，木块A上放有质量为2m的木块C，三者均处于静止状态．现将木块C迅速移开，若重力加速度为g，则在木块C移开的瞬间( )A．弹簧的形变量不改变B．弹簧的弹力大小为mgC．木块A的加速度大小为gD．木块B对水平面的压力为3mg
解析：本题考查瞬时性问题．撤去C的瞬间，木块A还没有动，即木块A的位移为零，则弹簧的形变量不变，故A正确；开始时整体处于平衡状态，弹簧的弹力等于A和C的重力，即F＝3mg，撤去C的瞬间，弹簧的形变量不变，弹簧的弹力不变，仍为3mg，故B错误；撤去C瞬间，弹力不变，A所受合力等于C的重力大小，对木块A，由牛顿第二定律得2mg＝ma，解得a＝2g，方向竖直向上，故C错误；撤去C的瞬间，弹簧的弹力不变，仍为3mg，对B，由平衡条件得F＋mg＝N，解得N＝4mg，木块B对水平面的压力为4mg，故D错误．
考点二 动力学两类基本问题多维探究题型1|从受力确定运动情况例2 滑冰车是儿童喜欢的冰上娱乐项目之一．如图所示为小明妈妈正与小明在冰上做游戏，小明与冰车的总质量是40 kg，冰车与冰面之间的动摩擦因数为0.05.在某次游戏中，假设小明妈妈对冰车施加了40 N的水平推力，使冰车从静止开始运动10 s后，停止施加力的作用，使冰车自由滑行．(假设运动过程中冰车始终沿直线运动，小明始终没有施加力的作用)．求：(1)冰车的最大速率．(2)冰车在整个运动过程中滑行总位移的大小．
【考法拓展1】 请根据【例2】中的情境，试求冰车一共滑行了多长时间？
解析：撤去推力后，冰车在摩擦力作用下做匀减速直线运动，最终速度为0由运动学公式：0＝vm－a2t′解得t′＝10 s所以t总＝t＋t′＝20 s答案：20 s
【考法拓展2】 请根据【例2】中的情境，假设小明妈妈对冰车施加了40 N的水平推力，使冰车从静止开始运动5 s后，停止施加力的作用，则冰车之后自由滑行的时间是多少？
练4 如图所示，一条小鱼在水面处来了个“鲤鱼打挺”，弹起的高度为H＝2h，以不同的姿态落入水中其入水深度不同．若鱼身水平，落入水中的深度为h1＝h；若鱼身竖直，落入水中的深度为h2＝1.5h.假定鱼的运动始终在竖直方向上，在水中保持姿态不变，受到水的作用力也不变，空气中的阻力不计，鱼身的尺寸远小于鱼入水深度．重力加速度为g，求：(1)鱼入水时的速度v；(2)鱼两次在水中运动的时间之比t1：t2；(3)鱼两次受到水的作用力之比F1：F2.
题后反思(1)解决动力学两类问题的关键点
(2)解决动力学问题时的处理方法①合成法：在物体受力个数较少(2个或3个)时一般采用“合成法”．即F合＝ma②正交分解法：若物体的受力个数较多(3个或3个以上)，则采用“正交分解法”．
考点三 超重和失重问题多维探究题型1|超重、失重的判断例4 [2021·河北鸡泽一中模拟]如图，垂直电梯有一个“轿厢”和一个“对重”通过钢丝绳(曳引绳)将它们连接起来，钢丝绳通过驱动电机(曳引机)的曳引带动使电梯“轿厢”和“对重”在电梯内导轨上做上下运动．某次“轿厢”向上做匀减速运动，则( )A．“轿厢”处于超重状态B．“对重”处于失重状态C．“对重”向下做匀加速运动D．曳引绳受到的拉力大小比“轿厢”重力小
解析：本题考查超、失重的判断和理解．当“轿厢”向上做匀减速运动时，加速度向下，处于失重状态，选项A错误；“轿厢”失重，所以曳引绳的拉力小于其重力，选项D正确；同时，“对重”向下做匀减速运动，加速度向上，处于超重状态，选项B、C错误．
题型2|利用牛顿第二定律解决超重、失重问题例5 (多选)如图所示，电梯的顶部挂一个弹簧秤，秤下端挂了一个重物，电梯匀速直线运动时，弹簧秤的示数为10 N，在某时刻电梯中的人观察到弹簧秤的示数变为6 N，关于电梯的运动，以下说法正确的是(g取10 m/s2)( )A．电梯可能向上加速运动，加速度大小为4 m/s2B．电梯可能向下加速运动，加速度大小为4 m/s2C．电梯可能向上减速运动，加速度大小为4 m/s2D．电梯可能向下减速运动，加速度大小为4 m/s2
解析：电梯做匀速直线运动时，弹簧秤的示数为10 N，可知重物的重力等于10 N，在某时刻电梯中的人观察到弹簧秤的示数变为6 N，对重物，根据牛顿第二定律有mg－F＝ma，解得a＝4 m/s2，方向竖直向下，则电梯的加速度大小为4 m/s2，方向竖直向下，因此电梯可能向下做加速运动，也可能向上做减速运动，选项B、C正确．
题型3|超重、失重问题与图象的综合例6 [2020·新高考Ⅰ卷，1]一质量为m的乘客乘坐竖直电梯下楼，其位移s与时间t的关系图象如图所示．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>mgB．t1～t2时间内，v减小，FNmg
解析：根据位移－时间图象的斜率表示速度可知，0～t1时间内，图象斜率增大，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FNmg，选项C错误，D正确．
练5 质量为45 kg的小明同学站在升降机中的一“体重计”上，当升降机竖直向下运动经过5楼时，“体重计”示数为50 kg，如图所示，重力加速度取10 m/s2.此时小明处于( )A．超重状态，对“体重计”压力为450 NB．超重状态，对“体重计”压力为500 NC．失重状态，对“体重计”压力为450 ND．失重状态，对“体重计”压力为500 N
解析：小明的重力G＝mg＝45×10 N＝450 N；由图可知，此时体重计示数为50 kg，故说明对体重计的压力为500 N，此时压力大于本身的重力，人处于超重状态，故B正确．A、C、D错误．
练6 图甲是某人站在接有传感器的力板上做下蹲、起跳和回落动作的示意图，图中的小黑点表示人的重心．图乙是力板所受压力随时间变化的图象，取重力加速度g＝10 m/s2.根据图象分析可知( )A．人的重力可由b点读出，约为300 NB．b到c的过程中，人先处于超重状态再处于失重状态C．人在双脚离开力板的过程中，处于完全失重状态D．人在b点对应时刻的加速度大于在c点对应时刻的加速度
解析：本题考查根据起跳过程力的变化判断超失重状态．开始时人处于平衡状态，人对传感器的压力约为900 N，人的重力也约为900 N，故A错误；b到c的过程中，人先处于失重状态再处于超重状态，故B错误；双脚离开力板的过程中只受重力的作用，处于完全失重状态，故C正确；b点弹力与重力的差值要小于c点弹力与重力的差值，则人在b点的加速度要小于在c点的加速度，故D错误．
利用牛顿第二定律解决生活中的实际问题(STSE问题)例1 [房顶的建筑]为了使雨滴能尽快地淌离房顶，要设计好房顶的高度，设雨滴沿房顶下淌时做无初速度无摩擦的运动，那么如图所示的四种情况中符合要求的是( )
素养考查：将逃生滑道建构成“斜面模型”，通过受力分析、运动分析列动力学方程，然后联立方程进行数学运算，渗透了“科学思维”素养中的“模型建构”及“科学推理”要素．“大飞机”项目是“大国重器”，是科技前沿和社会热点问题，学生通过做题，有一种“参与”设计的感受，渗透了“科学态度”与“社会责任”的素养要素．
例3 [紧急避险车道]汽车连续下陡坡时，长时间的刹车会导致制动力下降，为保障安全，通常会在路旁设置向上的紧急避险车道，一种紧急避险车道由引道和制动床等组成，尽头是防撞设施，如图甲所示．质量为20 t的货车，以18 m/s的初速度冲向倾角θ＝11.5°(sin 11.5°＝0.2)的紧急避险车道，汽车在引道和制动床上的摩擦阻力分别是车重的0.30、0.80.引道长L1＝30 m，制动床长L2＝50 m，如图乙所示，取g＝10 m/s2.(1)求货车刚上引道时的加速度大小； (2)货车将停在何处？是否会自行滑下？(3)考虑到货车进入紧急避险车道速度最大可达到30 m/s，计算分析避险车道制动床长度的数据是否合理．
知识点一 牛顿第二定律的应用1．动力学的两类基本问题第一类：已知受力情况求物体的________．第二类：已知运动情况求物体的________．
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，具体逻辑关系如下
知识点二 超重与失重现象1．视重(1)当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的________称为视重．(2)视重大小等于弹簧测力计所受物体的________或台秤所受物体的________．2．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．
3．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．4．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)________的现象称为完全失重现象．(2)产生条件：物体的加速度a＝____，方向竖直向下．
思考辨析(1)相同质量的物体，加速度越大，所受合外力越大．( )(2)物体加速度由运动状态决定，与所受力无关．( )(3)物体加速度减小时，速度一定减小．( )(4)质量不变的物体所受合外力发生变化，加速度也一定发生变化．( )
(5)人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等航天器进入轨道后，其中的人和物将处于完全失重状态．①完全失重时，人和物不再受重力作用．( )②完全失重时，人和物处于平衡状态．( )③航天飞机等航天器进入轨道后，具有指向地心的向心力加速度．( )④物体处于超重或失重状态，由加速度的方向决定，与速度方向无关．( )
考点一 用牛顿第二定律求解瞬时加速度师生共研1．两种基本模型的特点(1)轻绳不需要形变恢复时间，在瞬时问题中，其弹力可以突变，成为零或者别的值．(2)轻弹簧(或者橡皮绳)需要较长的形变恢复时间，在瞬时问题中，当它两端始终有连接物时其弹力不能突变，大小和方向均不变．
2．求解瞬时加速度的一般思路
例1 两个质量均为m的小球，用两条轻绳连接，处于平衡状态，如右图所示．现突然迅速剪断轻绳OA，让小球下落，在剪断轻绳的瞬间，设小球A、B的加速度分别用a1和a2表示，则( )A．a1＝g，a2＝g B．a1＝0，a2＝2gC．a1＝g，a2＝0 D．a1＝2g，a2＝0
解析：由于绳子张力可以突变，故剪断OA后小球A、B只受重力，其加速度a1＝a2＝g.故选项A正确．
【考法拓展1】 在【例1】中只将A、B间的轻绳换成轻质弹簧，其他不变，如右图所示，则例1选项中正确的是( )
解析：剪断轻绳OA的瞬间，由于弹簧弹力不能突变，故小球A所受合力为2mg，小球B所受合力为零，所以小球A、B的加速度分别为a1＝2g，a2＝0.故选项D正确．
解析：细线被烧断的瞬间，小球B的受力情况不变，加速度为零．烧断前，分析整体受力可知线的拉力为FT＝2mgsin θ，烧断瞬间，A受的合力沿斜面向下，大小为2mgsin θ，所以A球的瞬时加速度为aA＝2gsin 30°＝g，故选项B正确．
练2 [2021·陕西汉中月考]如图所示，质量均为m的木块A和B用一轻弹簧相连，竖直放在光滑的水平面上，木块A上放有质量为2m的木块C，三者均处于静止状态．现将木块C迅速移开，若重力加速度为g，则在木块C移开的瞬间( )A．弹簧的形变量不改变B．弹簧的弹力大小为mgC．木块A的加速度大小为gD．木块B对水平面的压力为3mg
解析：本题考查瞬时性问题．撤去C的瞬间，木块A还没有动，即木块A的位移为零，则弹簧的形变量不变，故A正确；开始时整体处于平衡状态，弹簧的弹力等于A和C的重力，即F＝3mg，撤去C的瞬间，弹簧的形变量不变，弹簧的弹力不变，仍为3mg，故B错误；撤去C瞬间，弹力不变，A所受合力等于C的重力大小，对木块A，由牛顿第二定律得2mg＝ma，解得a＝2g，方向竖直向上，故C错误；撤去C的瞬间，弹簧的弹力不变，仍为3mg，对B，由平衡条件得F＋mg＝N，解得N＝4mg，木块B对水平面的压力为4mg，故D错误．
考点二 动力学两类基本问题多维探究题型1|从受力确定运动情况例2 滑冰车是儿童喜欢的冰上娱乐项目之一．如图所示为小明妈妈正与小明在冰上做游戏，小明与冰车的总质量是40 kg，冰车与冰面之间的动摩擦因数为0.05.在某次游戏中，假设小明妈妈对冰车施加了40 N的水平推力，使冰车从静止开始运动10 s后，停止施加力的作用，使冰车自由滑行．(假设运动过程中冰车始终沿直线运动，小明始终没有施加力的作用)．求：(1)冰车的最大速率．(2)冰车在整个运动过程中滑行总位移的大小．
【考法拓展1】 请根据【例2】中的情境，试求冰车一共滑行了多长时间？
解析：撤去推力后，冰车在摩擦力作用下做匀减速直线运动，最终速度为0由运动学公式：0＝vm－a2t′解得t′＝10 s所以t总＝t＋t′＝20 s答案：20 s
【考法拓展2】 请根据【例2】中的情境，假设小明妈妈对冰车施加了40 N的水平推力，使冰车从静止开始运动5 s后，停止施加力的作用，则冰车之后自由滑行的时间是多少？
练4 如图所示，一条小鱼在水面处来了个“鲤鱼打挺”，弹起的高度为H＝2h，以不同的姿态落入水中其入水深度不同．若鱼身水平，落入水中的深度为h1＝h；若鱼身竖直，落入水中的深度为h2＝1.5h.假定鱼的运动始终在竖直方向上，在水中保持姿态不变，受到水的作用力也不变，空气中的阻力不计，鱼身的尺寸远小于鱼入水深度．重力加速度为g，求：(1)鱼入水时的速度v；(2)鱼两次在水中运动的时间之比t1：t2；(3)鱼两次受到水的作用力之比F1：F2.
题后反思(1)解决动力学两类问题的关键点
(2)解决动力学问题时的处理方法①合成法：在物体受力个数较少(2个或3个)时一般采用“合成法”．即F合＝ma②正交分解法：若物体的受力个数较多(3个或3个以上)，则采用“正交分解法”．
考点三 超重和失重问题多维探究题型1|超重、失重的判断例4 [2021·河北鸡泽一中模拟]如图，垂直电梯有一个“轿厢”和一个“对重”通过钢丝绳(曳引绳)将它们连接起来，钢丝绳通过驱动电机(曳引机)的曳引带动使电梯“轿厢”和“对重”在电梯内导轨上做上下运动．某次“轿厢”向上做匀减速运动，则( )A．“轿厢”处于超重状态B．“对重”处于失重状态C．“对重”向下做匀加速运动D．曳引绳受到的拉力大小比“轿厢”重力小
解析：本题考查超、失重的判断和理解．当“轿厢”向上做匀减速运动时，加速度向下，处于失重状态，选项A错误；“轿厢”失重，所以曳引绳的拉力小于其重力，选项D正确；同时，“对重”向下做匀减速运动，加速度向上，处于超重状态，选项B、C错误．
题型2|利用牛顿第二定律解决超重、失重问题例5 (多选)如图所示，电梯的顶部挂一个弹簧秤，秤下端挂了一个重物，电梯匀速直线运动时，弹簧秤的示数为10 N，在某时刻电梯中的人观察到弹簧秤的示数变为6 N，关于电梯的运动，以下说法正确的是(g取10 m/s2)( )A．电梯可能向上加速运动，加速度大小为4 m/s2B．电梯可能向下加速运动，加速度大小为4 m/s2C．电梯可能向上减速运动，加速度大小为4 m/s2D．电梯可能向下减速运动，加速度大小为4 m/s2
解析：电梯做匀速直线运动时，弹簧秤的示数为10 N，可知重物的重力等于10 N，在某时刻电梯中的人观察到弹簧秤的示数变为6 N，对重物，根据牛顿第二定律有mg－F＝ma，解得a＝4 m/s2，方向竖直向下，则电梯的加速度大小为4 m/s2，方向竖直向下，因此电梯可能向下做加速运动，也可能向上做减速运动，选项B、C正确．
题型3|超重、失重问题与图象的综合例6 [2020·新高考Ⅰ卷，1]一质量为m的乘客乘坐竖直电梯下楼，其位移s与时间t的关系图象如图所示．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>mgB．t1～t2时间内，v减小，FN
解析：根据位移－时间图象的斜率表示速度可知，0～t1时间内，图象斜率增大，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
练5 质量为45 kg的小明同学站在升降机中的一“体重计”上，当升降机竖直向下运动经过5楼时，“体重计”示数为50 kg，如图所示，重力加速度取10 m/s2.此时小明处于( )A．超重状态，对“体重计”压力为450 NB．超重状态，对“体重计”压力为500 NC．失重状态，对“体重计”压力为450 ND．失重状态，对“体重计”压力为500 N
解析：小明的重力G＝mg＝45×10 N＝450 N；由图可知，此时体重计示数为50 kg，故说明对体重计的压力为500 N，此时压力大于本身的重力，人处于超重状态，故B正确．A、C、D错误．
练6 图甲是某人站在接有传感器的力板上做下蹲、起跳和回落动作的示意图，图中的小黑点表示人的重心．图乙是力板所受压力随时间变化的图象，取重力加速度g＝10 m/s2.根据图象分析可知( )A．人的重力可由b点读出，约为300 NB．b到c的过程中，人先处于超重状态再处于失重状态C．人在双脚离开力板的过程中，处于完全失重状态D．人在b点对应时刻的加速度大于在c点对应时刻的加速度
解析：本题考查根据起跳过程力的变化判断超失重状态．开始时人处于平衡状态，人对传感器的压力约为900 N，人的重力也约为900 N，故A错误；b到c的过程中，人先处于失重状态再处于超重状态，故B错误；双脚离开力板的过程中只受重力的作用，处于完全失重状态，故C正确；b点弹力与重力的差值要小于c点弹力与重力的差值，则人在b点的加速度要小于在c点的加速度，故D错误．
利用牛顿第二定律解决生活中的实际问题(STSE问题)例1 [房顶的建筑]为了使雨滴能尽快地淌离房顶，要设计好房顶的高度，设雨滴沿房顶下淌时做无初速度无摩擦的运动，那么如图所示的四种情况中符合要求的是( )
素养考查：将逃生滑道建构成“斜面模型”，通过受力分析、运动分析列动力学方程，然后联立方程进行数学运算，渗透了“科学思维”素养中的“模型建构”及“科学推理”要素．“大飞机”项目是“大国重器”，是科技前沿和社会热点问题，学生通过做题，有一种“参与”设计的感受，渗透了“科学态度”与“社会责任”的素养要素．
例3 [紧急避险车道]汽车连续下陡坡时，长时间的刹车会导致制动力下降，为保障安全，通常会在路旁设置向上的紧急避险车道，一种紧急避险车道由引道和制动床等组成，尽头是防撞设施，如图甲所示．质量为20 t的货车，以18 m/s的初速度冲向倾角θ＝11.5°(sin 11.5°＝0.2)的紧急避险车道，汽车在引道和制动床上的摩擦阻力分别是车重的0.30、0.80.引道长L1＝30 m，制动床长L2＝50 m，如图乙所示，取g＝10 m/s2.(1)求货车刚上引道时的加速度大小； (2)货车将停在何处？是否会自行滑下？(3)考虑到货车进入紧急避险车道速度最大可达到30 m/s，计算分析避险车道制动床长度的数据是否合理．
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