高考物理一轮复习课件 第15课时　牛顿第二定律的基本应用

第三章运动和力的关系第15课时牛顿第二定律的基本应用【复习定位】

1.掌握动力学两类基本问题的求解方法。2.知道超重和失重现象，并会对相关的实际问题进行分析。CONTENTS目录页1必备知识自主学习2关键能力阶梯突破3课时作业必备知识自主学习返回目录超重和失重3．超重、失重和完全失重的对比1．判断正误。(1)加速上升的物体处于超重状态。(

√

)(2)减速上升的升降机内的物体对地板的压力大于物体的重力。(

×

)(3)加速度大小等于g的物体处于完全失重状态。(

×

)(4)物体处于超重或失重状态时其重力并没有发生变化。(

√

)(5)根据物体处于超重或失重状态，可以判断物体运动的速度方向。(

×

)2．(2025·辽宁辽阳模拟预测)某同学站在力传感器上下蹲，力传感器上显示的图线可能是(

C

)C解析

在下蹲过程中，该同学先加速后减速，先处于失重状态后处于超重状态。故选C。关键能力阶梯突破返回目录考点一动力学的两类基本问题分析动力学两类基本问题的关键(1)做好两类分析：物体的受力分析和物体的运动过程分析；(2)搭建两个桥梁：加速度是联系运动和力的桥梁；连接点的速度是联系各物理过程的桥梁。【例1】(多选)(2022·湖南卷)球形飞行器安装了可提供任意方向推力的矢量发动机，总质量为M。飞行器飞行时受到的空气阻力大小与其速率的二次方成正比(即F阻＝kv2，k为常量)。当发动机关闭时，飞行器竖直下落，经过一段时间后，其匀速下落的速率为10

m/s；当发动机以最大推力推动飞行器竖直向上运动，经过一段时间后，飞行器匀速向上的速率为5

m/s。重力加速度大小为g，不考虑空气相对于地面的流动及飞行器质量的变化，下列说法正确的是(

BC

)A．发动机的最大推力为1.5MgBC

【例2】(2022·浙江1月选考)第24届冬奥会在我国举办。钢架雪车比赛的一段赛道如图1所示，长12

m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2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，重力加速度g取10

m/s2，求雪车(包括运动员)：(1)在直道AB上的加速度大小；(2)过C点的速度大小；答案12

m/s(3)在斜道BC上运动时受到的阻力大小。答案66

N解析设雪车(包括运动员)在斜道BC上运动时受到的阻力大小为f，根据牛顿第二定律有mg

sin

15°－f＝ma1代入数据解得f＝66

N。考点二超重与失重问题超重和失重的理解(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)即使物体的加速度不是竖直方向，但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。【例3】如图所示，A、B两人用安全带连接在一起，从飞机上跳下进行双人跳伞运动，降落伞未打开时不计空气阻力，下列说法正确的是(

A

)A．在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力一定为零B．在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力大于B的重力C．在降落伞未打开的下降过程中，安全带的作用力等于B的重力D．在降落伞打开后的下降过程中，安全带的作用力小于B的重力A解析降落伞未打开时，两个运动员均处于完全失重状态，加速度等于g，两个运动员之间的弹力为零，故A正确，B、C错误；降落伞打开后，两运动员向下做减速运动，加速度向上，运动员处于超重状态，故安全带对B的拉力大于其重力，故D错误。【例4】(2024·山东日照模拟)物理兴趣小组为了研究电梯下降过程的运动规律，带着钩码和便携式DIS实验系统进入电梯并到达最高层，把钩码挂在力传感器上进行实验。电梯从最高层开始运动，中间不停顿，一直运动到第一层停下。从挂上钩码到最后取下钩码的过程中，DIS实验系统的显示器上显示出拉力随时间变化的关系图像如图所示。g取10

m/s2，根据图中的数据，求：(1)电梯在减速阶段的加速度大小；答案0.8

m/s2解析

由题图可知钩码的重力mg＝50

N则钩码的质量m＝5

kg电梯在减速阶段，钩码处于超重状态，拉力大小F＝54

N由牛顿第二定律得F－mg＝ma解得加速度大小a＝0.8

m/s2。(2)电梯在整个运动过程中的最大速度；答案4.8

m/s解析由题图可知，电梯在2～6

s的时间内向下加速，加速过程钩码受到的拉力大小F′＝44

N根据牛顿第二定律得mg－F′＝ma′可得a′＝1.2

m/s2最大速度v＝a′Δt1＝4.8

m/s。(3)电梯在整个运动过程中下降的高度。答案76.8

m反思提升►

判断超重和失重的方法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，处于超重状态；(2)物体向下加速或向上减速时，处于失重状态微点突破5

动力学中的两类“光滑斜面”模型1．“普通”光滑斜面如图所示，物体从光滑斜面顶端由静止下滑，则有如下规律。(3)两种情况【例证1】如图，将光滑长平板的下端置于铁架台水平底座上的挡板P处，上部架在横杆上。横杆的位置可在竖直杆上调节，使得平板与底座之间的夹角θ可变。将小物块由平板与竖直杆交点Q处静止释放，物块沿平板从Q点滑至P点所用的时间t与夹角θ的大小有关。若θ由30°逐渐增大至60°，物块的下滑时间t将(

D

)A．逐渐增大

B．逐渐减小C．先增大后减小

D．先减小后增大D

2．“圆周内”的光滑斜面【例证2】(多选)如图所示，Oa、Ob和ad是竖直平面内三根固定的光滑细杆，O、a、b、c、d位于同一圆周上，c为圆周的最高点，a为最低点，O′为圆心。每根杆上都套着一个小滑环(未画出)，两个滑环从O点无初速度释放，一个滑环从d点无初速度释放，不计空气阻力，用t1、t2、t3分别表示滑环沿Oa、Ob、da到达

a、b所用的时间。下列关系正确的是(

BCD

)A．t1＝t2

B．t2>t3C．t1<t2

D．t1＝t3BCD

1．如图所示，在竖直平面内建立直角坐标系xOy，该平面内有AM、BM、CM三条光滑固定轨道，其中A、C、M三点处于同一个圆上，C是圆上任意一点，A、M分别为此圆与y轴、x轴的切点，B点在y轴上且在A点上方，O′为圆心。现将a、b、c三个小球分别从A、B、C点同时由静止释放，它们将沿轨道运动到M点。如所用时间分别为tA、tB、tC，则tA、tB、tC的大小关系是(

B

)A．tA<tC<tBB．tA＝tC<tBC．tA＝tC＝tBD．由于C点的位置不确定，无法比较时间大小关系解析A、C在圆周上，B点在圆周外，故由等时圆模型可知tA＝tC<tB，B正确。B2．为使雨水尽快离开房屋的屋顶面，屋顶的倾角设计必须合理。某房屋示意图如图所示，设屋顶面光滑，倾角为θ，雨水由静止开始沿屋顶面向下流动，则理想的倾角θ为(

B

)A．30° B．45°C．60° D．75°B课时作业返回目录[基础过关]1．水平路面上质量为30

kg的小车，在60

N的水平推力作用下由静止开始以1.5

m/s2的加速度做匀加速直线运动。2

s后撤去该推力，则下列说法正确的是(

B

)A．小车2

s末的速度大小是4

m/sB．小车受到的阻力大小是15

NC．撤去推力后小车的加速度大小是1

m/s2D．小车运动的总时间为6

sB2．人站在力传感器上完成下蹲和站起动作，传感器记录的力随时间变化图像(F-t图像)如图所示，重力加速度g取10

m/s2，则(

A

)A．下蹲过程中最大加速度为6

m/s2B．人在下蹲过程中，力的示数先变大后变小C．人在站起过程中，先失重后超重D．人在8

s内完成了两次下蹲和两次站起动作A

3．(2025·黑龙江高三调研)如图所示为一无人机由地面竖直向上运动的v-t图像。关于无人机的运动，下列说法正确的是(

D

)D

4．如图所示，光滑细杆BC、DC和AC构成矩形ABCD的两邻边和对角线，AC∶BC∶DC＝5∶4∶3，AC杆竖直。各杆上分别套有一可视为质点的小球a、b、d，a、b、d三小球的质量比为1∶2∶3。现让三小球同时从各杆的顶点由静止释放，不计空气阻力，则a、b、d三小球在各杆上滑行的时间之比为(

A

)A．1∶1∶1

B．5∶4∶3C．5∶8∶9

D．1∶2∶3A解析

因ABCD为矩形，故A、B、C、D四点必在以AC边为直径的同一个圆周上，由等时圆模型可知，由A、B、D三点释放的小球a、b、d必定同时到达圆的最低点C点，故A正确，B、C、D错误。5．(2025·八省联考河南卷)如图1所示的水平地面上，质量为1

kg的物体在水平方向力F的作用下从静止开始做直线运动。图2为F随时间t变化的关系图像，已知物体与水平地面之间的动摩擦因数为0.2，重力加速度大小g取10

m/s2，求：(1)在2

s末物体的速度大小；答案8

m/s解析

物体所受的摩擦力为f＝μmg＝0.2×1×10

N＝2

N0～2

s，根据牛顿第二定律得F－f＝ma其中F＝6

N解得a＝4

m/s2物体2

s末的速度v＝at＝2×4

m/s＝8

m/s。(2)在0～3

s内物体所受摩擦力做的功。答案－27

J[能力提升]6．一质量为m的乘客乘坐竖直电梯下楼，其位移x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(

D

)A．0～t1时间内，v增大，FN>mgB．t1～t2时间内，v减小，FN<mgC．t2～t3时间内，v增大，FN<mgD．t2～t3时间内，v减小，FN>mgD解析

根据位移—时间图像中图线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，选项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，选项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，选项C错误，D正确。

7．(多选)(2025·黑龙江齐齐哈尔月考)利用智能手机的加速度传感器可测量手机自身的加速度。用手掌托着智能手机，打开加速度传感器，从静止开始迅速上下运动，得到如图所示的竖直方向加速度随时间变化的图像，该图像以竖直向上为正方向，重力加速度大小为10

m/s2。下列说法正确的是(

ACD

)A．手机有可能离开过手掌B．t1时刻手机运动到最高点C．t2时刻手机开始减速上升D．t3时刻手机速度可能为0ACD解析

根据题图可知，手机的加速度在1～2

s内的某段时间等于重力加速度，则可知手机与手掌之间没有力的作用，因此手机在该段时间内可能离开过手掌，故A正确；根据Δv＝aΔt可知，a-t图像与时间轴围成的面积表示速度的变化量，而根据题图可知在t1时刻手机的速度为正，手机还未达到最高点，故B错误；由题图可知，t2时刻后手机的加速度变为负方向，而速度依旧为正方向，则可知t2时刻手机开始减速上升，故C正确；当0～t2时间内图像与时间轴围成的面积等于t2～t3时间内图像与时间轴围成的面积时，则表示正向速度变化量等于负向速度变化量，即手机速度减为0，故D正确。8．如图所示，有一半圆，其直径水平且与另一圆的底部相切于O点，O点恰好是下半圆的圆心，它们处在同一竖直平面内。现有三条光滑直轨道AOB、COD、EOF，它们的两端分别位于上下两圆的圆周上，轨道与竖直直径的夹角关系为α>β>θ。现让一小物块先后从三条轨道顶端由静止下滑至底端，则小物块在每一条倾斜轨道上滑动时所经历的时间关系为(

B

)A．tAB＝tCD＝tEF

B．tAB>tCD>tEFC．tAB<tCD<tEF

D．tAB＝tCD<tEFB解析

如图所示，过D点作OD的垂线与竖直虚线交于G，以OG为直径作圆，可以看出F点在辅助圆内，而B点在辅助圆外，由等时圆结论可知tAB>tCD>tEF，B正确，A、C、D错误。

9．(2022·辽宁卷)如图所示，一小物块从长