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2023版高考物理一轮总复习专题3牛顿运动定律第2讲牛顿第二定律两类动力学问题课件
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这是一份2023版高考物理一轮总复习专题3牛顿运动定律第2讲牛顿第二定律两类动力学问题课件，共52页。PPT课件主要包含了基本概念，作用力，F＝ma，受力情况，运动情况，单位制，基本单位，导出单位，基本物理量，答案D等内容，欢迎下载使用。
必 备 知 识·深 悟 固 基
3．基本物理量和基本单位
(1)应用F＝ma进行计算时，各量必须使用国际单位制中的单位．(2)“基本量”既可以采用国际单位制中的单位，也可以采用其他单位制中的单位，如厘米、英寸、斤等常用单位，并且不同的单位制规定的基本量不尽相同．(3)不管是哪一类动力学问题，受力分析和运动状态分析都是关键环节．(4)作为“桥梁”的加速度，既可以根据已知受力求解，也可以根据已知运动状态求解．
1．[力与运动的关系](2021年南京模拟)某种自动扶梯，无人乘行时运转很慢，当有人站上去后会慢慢加速．如图所示，有一顾客乘这种扶梯下楼．在电梯加速向下运行的过程中，她所受力的示意图是 ( )A B C D
2．[力与运动的关系]某同学在水平运动的列车车厢顶部用细线悬挂一个小球研究列车的运动．某段时间内，细线偏离竖直方向一定角度并相对车厢保持静止，如图所示．关于列车的运动，下列判断正确的是( )A．加速度一定向右 B．加速度一定向左C．一定向右运动 D．一定向左运动【答案】A
3．[两类动力学问题]如图所示，质量为60 kg的某同学在做引体向上运动，他双臂伸直后从静止开始竖直向上做匀变速运动到肩部与单杠同高度所用时间为0.8 s，肩部上升的距离为0.4 m，g取10 m/s2，则该同学在运动过程中双手受到竖直向上的力大小为( )A．675 N B．600 N C．525 N D．875 N【答案】A
关 键 能 力·突 破 要 点
考点1 牛顿第二定律 [能力考点]
1．牛顿第二定律的五个特性
2．只要合力不为零，物体都有加速度，与速度大小无关；只有合力为零时，加速度才为零．3．牛顿第二定律瞬时性的两种模型
例1 (2021年济宁模拟)如图甲、乙所示，细绳拴一个质量为m的小球，小球分别用固定在墙上的轻质铰链杆和轻质弹簧支撑，平衡时细绳与竖直方向的夹角均为53°，轻杆和轻弹簧均水平．已知重力加速度为g，sin 53°＝0.8，cs 53°＝0.6.下列结论正确的是( )
[方法归纳] 求解瞬时加速度的步骤
1．(2021年潮州质检)京张高铁是2022北京冬奥会的重要配套工程，其开通运营标志着冬奥会配套建设取得了新进展．如图所示为某次高铁列车运行过程中某节车厢截面示意图，车厢内两拉手A、B分别向前进方向竖直偏离角度α和β并保持不变．取重力加速度为g，不计空气等阻力，则下列说法错误的是( )
A．列车可能在减速进站B．两角度一定满足α＝βC．减小拉手悬绳长度，则偏角变大D．列车加速度大小为a＝gtan α【答案】C
【解析】由图可知拉手所受合力向左，则加速度向左，列车向左加速或向右减速，而前进方向向右，所以列车减速进站，A正确；拉手与列车具有相同的加速度，即两拉手具有相同的加速度，受力分析可知 F合＝mgtan α＝ma，F合＝mgtan β＝ma，所以α＝β，B正确；因列车加速度不变，则拉手的加速度不变，由F合＝mgtan α＝ma可知偏角不变，C错误；根据F合＝mgtan α＝ma，可得加速度大小a＝gtan α，D正确．
2．(2021年江苏三模)滑索是一项体育游乐项目．游客从起点利用自然落差加速向下滑行，越过绳索的最低点减速滑至终点．不考虑空气对人的作用力，如图中能正确表示游客加速下滑或减速上滑的是( )A.加速下滑 B.加速下滑 C.减速上滑 D.减速上滑
【答案】C 【解析】对A、B图中游客、滑轮受力分析如图甲，游客加速下滑时，游客及滑轮加速下滑时，合力均应沿绳索向下，故A、B错误；对C、D图中游客、滑轮受力分析如图乙，游客减速上滑时，游客及滑轮合力均应沿绳索向下，因为加速度要大于加速下滑时的加速度，故C正确，D错误．
3．(2021年武汉质检)如图所示，物体a和b通过跨过定滑轮的轻绳相连接，c放在水平地面上，b和c拴接在竖直轻弹簧的两端．初始时用手托住a，整个系统处于静止状态，且轻绳恰好伸直．已知a和c的质量均为2m，b的质量为m，重力加速度大小为g，弹簧始终在弹性限度内，不计一切摩擦．现释放物体a，则( )A．释放瞬间，a的加速度大小为gC．c刚离开地面时，b的速度最大D．弹簧第一次恢复原长时，a的速度最大
考点2 两类动力学问题 [能力考点]
1．解决两类动力学问题的基本方法
2．两类动力学问题的解题步骤
例2 (2021年浙江卷)机动车礼让行人是一种文明行为．如图所示，质量m＝1.0×103 kg的汽车以v1＝36 km/h的速度在水平路面上匀速行驶，在距离斑马线s＝20 m处，驾驶员发现小朋友排着长l＝6 m的队伍从斑马线一端开始通过，立即刹车，最终恰好停在斑马线前．假设汽车在刹车过程中所受阻力不变，且忽略驾驶员反应时间．(1)求开始刹车到汽车停止所用的时间和所受阻力的大小；
(2)若路面宽L＝6 m，小朋友行走的速度v0＝0.5 m/s，求汽车在斑马线前等待小朋友全部通过所需的时间；(3)假设驾驶员以v2＝54 m/h超速行驶，在距离斑马线s＝20 m处立即刹车，求汽车到斑马线时的速度．
[方法归纳] 解决两类动力学问题的两个关键点
1．(2021年厦门质检)滑雪是人们喜爱的运动之一．某同学在水平滑雪场上滑雪时的照片如图所示，0时刻该同学的速度大小为10 m/s，此后他不再用滑雪杖撑地，若滑雪板与雪地间的动摩擦因数为0.1，g取10 m/s2，则该同学在0～15 s内的位移大小为( )A．37.5 m B．50 mC．75 m D．150 m
2．(2021年天津河西二模)如图所示，滑块在平行于斜面方向的恒定拉力F作用下从A点由静止开始向上运动，运动到C点(未标出)时撤去拉力，滑块继续上滑到B点速度为零．接着滑块又沿斜面下滑，到A点时滑块的速度vA＝6 m/s.已知滑块从A点运动到B点的时间与从B点运动到A点的时间相等．(1)求滑块上滑经过C点时的速度；(2)若C点是AB的中点，求拉力F与滑块所受摩擦力f的大小之比；(3)在(2)问条件下，求A、B两点间的高度差(g取10 m/s2)．
考点3 动力学图像问题的应用 [能力考点]
1．常见图像有v－t、a－t、F－t、F－a等图像．2．解读：以牛顿运动定律和运动学公式为纽带，建立方程等式，从而理解图像的轴、点、线、截距、斜率、图线与轴包围的面积所表示的意义．
例3 (2019年全国卷Ⅲ)(多选)如图甲，物块和木板叠放在实验台上，物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连，细绳水平．t＝0时，木板开始受到水平外力F的作用，在t＝4 s时撤去外力．细绳对物块的拉力f随时间t变化的关系如图乙所示，木板的速度v与时间t的关系如图丙所示．木板与实验台之间的摩擦可以忽略．重力加速度g取10 m/s2.由题给数据可以得出( )
A．木板的质量为1 kgB．2～4 s内，力F的大小为0.4 NC．0～2 s内，力F的大小保持不变D．物块与木板之间的动摩擦因数为0.2【答案】AB
【解析】结合乙、丙两图像可判断出0～2 s物块和木板还未发生相对滑动，它们之间的摩擦力为静摩擦力，此过程力F等于f，故F在此过程中是变力，C错误；2～5 s内木板与物块发生相对滑动，摩擦力转变为滑动摩擦力，由牛顿运动定律，对2～4 s和4～5 s列运动学方程，可解出质量m为1 kg,2～4 s内的力F为0.4 N，故A、B正确；由于不知道物块的质量，所以无法计算它们之间的动摩擦因数μ，故D错误．
1．(2021年汕头模拟)(多选)古代人们常用夯锤(如图甲)将地砸实，打夯时四个劳动者每人分别握住夯锤的一个把手，一个人喊号，号声一响，四人同时用相同的力将地上质量为90 kg的夯锤竖直向上提起；号音一落，四人同时松手，夯锤落下将地面砸实．以竖直向上为正方向，若某次打夯过程松手前夯锤运动的v－t图像如图乙所示．不计空气阻力，g取10 m/s2，则( )
深 度 研 练·素 养 提 升
例4 如图所示，AB和CD为两条光滑斜槽，它们各自的两个端点均分别位于半径为R和r的两个相切的圆上，且斜槽都通过切点P.设有一重物先后沿两个斜槽，由静止出发，由A滑到B和由C滑到D，所用的时间分别为t1和t2，则t1与t2之比为 ( )
1．如图所示，在竖直平面内有半径为R和3R的两个圆，两圆相切于最低点O，A、B和C分别是大圆和小圆上的三个点，且AO＝2BO＝2CO.现沿OA、OB和OC建立三条光滑轨道，分别自A、B、C处由静止释放小球，小球沿OA、OB、OC轨道运动到O点所用时间之比为( )
必 备 知 识·深 悟 固 基
3．基本物理量和基本单位
(1)应用F＝ma进行计算时，各量必须使用国际单位制中的单位．(2)“基本量”既可以采用国际单位制中的单位，也可以采用其他单位制中的单位，如厘米、英寸、斤等常用单位，并且不同的单位制规定的基本量不尽相同．(3)不管是哪一类动力学问题，受力分析和运动状态分析都是关键环节．(4)作为“桥梁”的加速度，既可以根据已知受力求解，也可以根据已知运动状态求解．
1．[力与运动的关系](2021年南京模拟)某种自动扶梯，无人乘行时运转很慢，当有人站上去后会慢慢加速．如图所示，有一顾客乘这种扶梯下楼．在电梯加速向下运行的过程中，她所受力的示意图是 ( )A B C D
2．[力与运动的关系]某同学在水平运动的列车车厢顶部用细线悬挂一个小球研究列车的运动．某段时间内，细线偏离竖直方向一定角度并相对车厢保持静止，如图所示．关于列车的运动，下列判断正确的是( )A．加速度一定向右 B．加速度一定向左C．一定向右运动 D．一定向左运动【答案】A
3．[两类动力学问题]如图所示，质量为60 kg的某同学在做引体向上运动，他双臂伸直后从静止开始竖直向上做匀变速运动到肩部与单杠同高度所用时间为0.8 s，肩部上升的距离为0.4 m，g取10 m/s2，则该同学在运动过程中双手受到竖直向上的力大小为( )A．675 N B．600 N C．525 N D．875 N【答案】A
关 键 能 力·突 破 要 点
考点1 牛顿第二定律 [能力考点]
1．牛顿第二定律的五个特性
2．只要合力不为零，物体都有加速度，与速度大小无关；只有合力为零时，加速度才为零．3．牛顿第二定律瞬时性的两种模型
例1 (2021年济宁模拟)如图甲、乙所示，细绳拴一个质量为m的小球，小球分别用固定在墙上的轻质铰链杆和轻质弹簧支撑，平衡时细绳与竖直方向的夹角均为53°，轻杆和轻弹簧均水平．已知重力加速度为g，sin 53°＝0.8，cs 53°＝0.6.下列结论正确的是( )
[方法归纳] 求解瞬时加速度的步骤
1．(2021年潮州质检)京张高铁是2022北京冬奥会的重要配套工程，其开通运营标志着冬奥会配套建设取得了新进展．如图所示为某次高铁列车运行过程中某节车厢截面示意图，车厢内两拉手A、B分别向前进方向竖直偏离角度α和β并保持不变．取重力加速度为g，不计空气等阻力，则下列说法错误的是( )
A．列车可能在减速进站B．两角度一定满足α＝βC．减小拉手悬绳长度，则偏角变大D．列车加速度大小为a＝gtan α【答案】C
【解析】由图可知拉手所受合力向左，则加速度向左，列车向左加速或向右减速，而前进方向向右，所以列车减速进站，A正确；拉手与列车具有相同的加速度，即两拉手具有相同的加速度，受力分析可知 F合＝mgtan α＝ma，F合＝mgtan β＝ma，所以α＝β，B正确；因列车加速度不变，则拉手的加速度不变，由F合＝mgtan α＝ma可知偏角不变，C错误；根据F合＝mgtan α＝ma，可得加速度大小a＝gtan α，D正确．
2．(2021年江苏三模)滑索是一项体育游乐项目．游客从起点利用自然落差加速向下滑行，越过绳索的最低点减速滑至终点．不考虑空气对人的作用力，如图中能正确表示游客加速下滑或减速上滑的是( )A.加速下滑 B.加速下滑 C.减速上滑 D.减速上滑
【答案】C 【解析】对A、B图中游客、滑轮受力分析如图甲，游客加速下滑时，游客及滑轮加速下滑时，合力均应沿绳索向下，故A、B错误；对C、D图中游客、滑轮受力分析如图乙，游客减速上滑时，游客及滑轮合力均应沿绳索向下，因为加速度要大于加速下滑时的加速度，故C正确，D错误．
3．(2021年武汉质检)如图所示，物体a和b通过跨过定滑轮的轻绳相连接，c放在水平地面上，b和c拴接在竖直轻弹簧的两端．初始时用手托住a，整个系统处于静止状态，且轻绳恰好伸直．已知a和c的质量均为2m，b的质量为m，重力加速度大小为g，弹簧始终在弹性限度内，不计一切摩擦．现释放物体a，则( )A．释放瞬间，a的加速度大小为gC．c刚离开地面时，b的速度最大D．弹簧第一次恢复原长时，a的速度最大
考点2 两类动力学问题 [能力考点]
1．解决两类动力学问题的基本方法
2．两类动力学问题的解题步骤
例2 (2021年浙江卷)机动车礼让行人是一种文明行为．如图所示，质量m＝1.0×103 kg的汽车以v1＝36 km/h的速度在水平路面上匀速行驶，在距离斑马线s＝20 m处，驾驶员发现小朋友排着长l＝6 m的队伍从斑马线一端开始通过，立即刹车，最终恰好停在斑马线前．假设汽车在刹车过程中所受阻力不变，且忽略驾驶员反应时间．(1)求开始刹车到汽车停止所用的时间和所受阻力的大小；
(2)若路面宽L＝6 m，小朋友行走的速度v0＝0.5 m/s，求汽车在斑马线前等待小朋友全部通过所需的时间；(3)假设驾驶员以v2＝54 m/h超速行驶，在距离斑马线s＝20 m处立即刹车，求汽车到斑马线时的速度．
[方法归纳] 解决两类动力学问题的两个关键点
1．(2021年厦门质检)滑雪是人们喜爱的运动之一．某同学在水平滑雪场上滑雪时的照片如图所示，0时刻该同学的速度大小为10 m/s，此后他不再用滑雪杖撑地，若滑雪板与雪地间的动摩擦因数为0.1，g取10 m/s2，则该同学在0～15 s内的位移大小为( )A．37.5 m B．50 mC．75 m D．150 m
2．(2021年天津河西二模)如图所示，滑块在平行于斜面方向的恒定拉力F作用下从A点由静止开始向上运动，运动到C点(未标出)时撤去拉力，滑块继续上滑到B点速度为零．接着滑块又沿斜面下滑，到A点时滑块的速度vA＝6 m/s.已知滑块从A点运动到B点的时间与从B点运动到A点的时间相等．(1)求滑块上滑经过C点时的速度；(2)若C点是AB的中点，求拉力F与滑块所受摩擦力f的大小之比；(3)在(2)问条件下，求A、B两点间的高度差(g取10 m/s2)．
考点3 动力学图像问题的应用 [能力考点]
1．常见图像有v－t、a－t、F－t、F－a等图像．2．解读：以牛顿运动定律和运动学公式为纽带，建立方程等式，从而理解图像的轴、点、线、截距、斜率、图线与轴包围的面积所表示的意义．
例3 (2019年全国卷Ⅲ)(多选)如图甲，物块和木板叠放在实验台上，物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连，细绳水平．t＝0时，木板开始受到水平外力F的作用，在t＝4 s时撤去外力．细绳对物块的拉力f随时间t变化的关系如图乙所示，木板的速度v与时间t的关系如图丙所示．木板与实验台之间的摩擦可以忽略．重力加速度g取10 m/s2.由题给数据可以得出( )
A．木板的质量为1 kgB．2～4 s内，力F的大小为0.4 NC．0～2 s内，力F的大小保持不变D．物块与木板之间的动摩擦因数为0.2【答案】AB
【解析】结合乙、丙两图像可判断出0～2 s物块和木板还未发生相对滑动，它们之间的摩擦力为静摩擦力，此过程力F等于f，故F在此过程中是变力，C错误；2～5 s内木板与物块发生相对滑动，摩擦力转变为滑动摩擦力，由牛顿运动定律，对2～4 s和4～5 s列运动学方程，可解出质量m为1 kg,2～4 s内的力F为0.4 N，故A、B正确；由于不知道物块的质量，所以无法计算它们之间的动摩擦因数μ，故D错误．
1．(2021年汕头模拟)(多选)古代人们常用夯锤(如图甲)将地砸实，打夯时四个劳动者每人分别握住夯锤的一个把手，一个人喊号，号声一响，四人同时用相同的力将地上质量为90 kg的夯锤竖直向上提起；号音一落，四人同时松手，夯锤落下将地面砸实．以竖直向上为正方向，若某次打夯过程松手前夯锤运动的v－t图像如图乙所示．不计空气阻力，g取10 m/s2，则( )
深 度 研 练·素 养 提 升
例4 如图所示，AB和CD为两条光滑斜槽，它们各自的两个端点均分别位于半径为R和r的两个相切的圆上，且斜槽都通过切点P.设有一重物先后沿两个斜槽，由静止出发，由A滑到B和由C滑到D，所用的时间分别为t1和t2，则t1与t2之比为 ( )
1．如图所示，在竖直平面内有半径为R和3R的两个圆，两圆相切于最低点O，A、B和C分别是大圆和小圆上的三个点，且AO＝2BO＝2CO.现沿OA、OB和OC建立三条光滑轨道，分别自A、B、C处由静止释放小球，小球沿OA、OB、OC轨道运动到O点所用时间之比为( )
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