2025届高考物理一轮总复习第3单元牛顿运动定律第7讲牛顿第二定律的应用1课件新人教版

这是一份2025届高考物理一轮总复习第3单元牛顿运动定律第7讲牛顿第二定律的应用1课件新人教版，共45页。PPT课件主要包含了落实基础主干，突破命题视角，原生态样卷剖析，学生答卷及批阅展示，教师点评，解答思路归纳等内容，欢迎下载使用。

一、两类动力学问题1.动力学的两类基本问题第一类: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以加速度为“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
二、超重与失重1.视重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示数称为视重。
2.超重、失重和完全失重的比较
[练一练]1.判断下列说法对错(1)对静止光滑水平面上的物体施加一个水平力,当力刚作用瞬间,物体立即获得加速度。(　　)(2)失重时物体的重力小于mg。(　　)(3)物体在完全失重状态下,由重力引起的效应将完全消失。(　　)(4)加速度大小等于g的物体一定处于完全失重状态。(　　)
2.如图所示,一个圆形水杯底部有一小孔,用手堵住小孔,往杯子里倒半杯水。现使杯子做以下几种运动,不考虑杯子转动及空气阻力,下列说法正确的是(　　)A.将杯子竖直向下抛出,小孔中有水漏出B.将杯子斜向上抛出,小孔中有水漏出C.用手握住杯子向下匀速运动,不堵住小孔也没有水漏出D.杯子做自由落体运动,小孔中没有水漏出
解析 杯子与水做斜抛运动、自由落体运动、下抛运动时都只受重力,处于完全失重状态,杯子与水相对静止,因此小孔中没有水漏出,A、B错误,D正确;杯子向下做匀速运动,处于平衡状态,水受重力,小孔中有水漏出,C错误。
考点一　动力学的两类基本问题
动力学两类基本问题的解题步骤
典例1　(已知运动求受力)一位滑雪运动员在练习滑雪,人与装备的总质量为70 kg,在离坡底60 m处以2 m/s的初速度沿山坡滑下,山坡倾角为30°,经过5 s的时间滑到坡底。在坡底有一水平赛道与坡面平滑连接,滑雪运动员滑到坡底后在水平赛道上做匀减速直线运动,滑行了22 m后停下。求滑雪运动员(重力加速度g取10 m/s2):(1)在坡面上下滑时的加速度;(2)在坡面上下滑时受到的阻力大小;(3)在水平赛道上滑行的时间。
答案 (1)4 m/s2　(2)70 N　(3)2 s
解析 (1)由位移公式x=v0t+ at2代入数据解得a=4 m/s2。(2)由牛顿第二定律有mgsin θ-Ff=ma得Ff=mgsin θ-ma=700×0.5 N-70×4 N=70 N。(3)由速度公式可得vt=v0+at=2 m/s+4×5 m/s=22 m/s
典例2　(已知受力求运动)(2023浙江温州高三一模)某学校举办校运动会,在铅球比赛场地上放置了一个铅球回收架,以便于回收选手投出的铅球。铅球回收架的最后一段轨道如图甲所示,可简化为如图乙所示的ABCDE轨道,其中AB、BC、CD轨道均为直轨道且平滑连接,长度分别为LAB=1.0 m、LBC=1.6 m、LCD=0.6 m,与水平方向的夹角分别为θ1=37°、θ2=15°、θ3=37°。一质量m=4 kg的铅球,从A点以某一速度冲上AB轨道,运动到B点时速度恰好为0,然后经过BC轨道冲上CD轨道。若铅球在AB、CD轨道运动时所受的轨道阻力恒为Ff1=8 N,在BC轨道运动时所受的轨道阻力恒为Ff2=9.6 N,不计其他阻力,铅球大小可忽略。(取sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,sin 15°=0.26,cs 15°=0.96,g取10 m/s2),求铅球:
(1)冲上AB轨道时的初速度大小vA;(2)运动到轨道C点时的速度大小vC;(3)从轨道A点到在CD轨道上速度第一次减为零时所用的总时间t总。
答案 (1)4 m/s　(2)0.8 m/s　(3)4.6 s
归纳提升牛顿运动定律的两类问题,重点是掌握动力学两类基本问题的“两个分析”“一个桥梁”,以及在多个运动过程之间建立“联系”。(1)把握“两个分析”“一个桥梁”
(2)找到不同过程之间的“联系”,如第一个过程的末速度就是下一个过程的初速度,若过程较为复杂,可画位置示意图确定位移之间的联系。
大题突破:动力学规律在直线运动中的综合应用
典例　(18分)如图所示,小物块A、B由跨过定滑轮的轻绳相连,A位于水平传送带的右端,B置于倾角为30°的光滑固定斜面上,轻绳分别与斜面、传送带平行,传送带始终以速度v0=2 m/s逆时针匀速转动,某时刻A从传送带右端通过细绳带动B以相同初速率v1=5 m/s运动,方向如图所示,经过一段时间A回到传送带的右端,已知A、B的质量均为1 kg,A与传送带间的动摩擦因数为0.1,斜面、轻绳、传送带均足够长,B不会碰到定滑轮,定滑轮的质量与摩擦均不计,g取10 m/s2,求:
(1)A向左运动的总时间;(2)A回到传送带右端的速度大小;(3)上述过程中,A与传送带间因摩擦产生的总热量。
(1)A向左减速运动的过程中,开始时A的速度大于传送带的速度,以A为研究对象,受到向右的摩擦力与绳对A的拉力,设绳子的拉力为FT1,以向右为正方向,由牛顿第二定律得FT1+μmg=ma1①(0.5分)以B为研究对象,B的加速度的大小始终与A相等,B向上运动的过程中,由牛顿第二定律得mgsin 30°-FT1=ma1②(0.5分)
当A的速度与传送带的速度相等之后,A继续减速,A的速度小于传送带的速度,受到的摩擦力变成了向左,设绳子的拉力为FT2,以A为研究对象,由牛顿第二定律得FT2-μmg=ma2⑤(0.5分)以B为研究对象,B的加速度的大小始终与A相等,B向上运动的过程中,由牛顿第二定律得mgsin 30°-FT2=ma2⑥(0.5分)
(2)A向右运动的过程中,受到的摩擦力的方向仍然向左,仍然受到绳子的拉力,同时,B受到的力也不变,所以它们受到的合力不变,所以A的加速度不变,仍为a3=a2=2 m/s2⑩(0.5分)t1时间内A的位移
A向左运动的总位移x=x1+x2=-4.5 m⑬(0.5分)A回到传送带右端的位移x3=-x=4.5 m⑭(0.5分)
(3)t1时间内传送带的位移x1'=-v0t1=-2 m⑯(0.5分)该时间内传送带相对于A的位移Δx1=x1'-x1=1.5 m⑰(1分)t2时间内传送带的位移x2'=-v0t2=-2 m⑱(0.5分)该时间内传送带相对于A的位移Δx2=x2-x2'=1 m⑲(1分)A回到传送带右端的时间为t3,则
t3时间内传送带的位移x3'=-v0t3=-3 m㉑(0.5分)该时间内传送带相对于A的位移Δx3=x3-x3'=(4.5+3 ) m㉒(1分)A与传送带之间的摩擦力Ff=μmg=1 N㉓(0.5分)上述过程中A与传送带间因摩擦产生的总热量Q=Ff(Δx1+Δx2+Δx3)=(7+3 ) J㉔(1分)
1.第(1)问中,必要的文字说明不完整,没有指明所选的正方向,应当进行补充。技巧:列式前一定要选好正方向,然后根据所选方向列方程。2.①、②、③三个式子正确得分。3.该同学没有分析出加速度大小发生变化,而是认为做加速度大小一直不变的减速运动。由于A的运动情况没有分析清楚,造成解答错误。技巧:对于传送带问题,一定要把摩擦力分析清楚,当速度相等时,摩擦力发生突变。4.由于第(1)问的错误,造成第(2)、第(3)问的思维出现偏差,没有把A物体运动的不同过程分析出来,导致错误。解题的基本思路还算清晰,根据所列方程或公式,分步给分。
总评:该题满分18分,该同学开始思路较清晰,中间由于摩擦力分析错误,造成错解;该同学的优点是做题过程较规范,物理字母符号应用较好;分步列式,分步得分,减少了失分,总分得到11分。
考点二　牛顿运动定律解决多过程直线运动问题
匀变速直线运动和匀速直线运动都是理想化的模型,而社会生活中的实际运动往往是一个复杂的过程,是多种运动形式的结合。单个物体的多过程运动和多个物体相关联的复合运动,近些年浙江高考常以计算题形式考查。对于此类问题,解题的关键是对复杂运动进行正确分解,把复杂的运动转换为熟知的匀速直线运动和匀变速直线运动的组合。
典例　高空坠物危及人身安全,已成为城市公害。因此有专家建议在高楼外墙安装防高空坠物网。某公司的一座高楼在2楼安装了防坠物网,网底水平,与2楼地板等高。该高楼地板离地面的高度为3.75 m,2楼及以上每层高度为2.8 m。现让一瓶矿泉水从26楼的窗台自由坠落进行测试,矿泉水的质量为500 g,窗台离地板的高度为1.25 m,矿泉水落到防坠物网上后最大下陷深度为37 cm。矿泉水下落过程中空气阻力不计,水瓶接触网面后的运动可视作匀减速运动,重力加速度g取10 m/s2。(1)求矿泉水刚落到网面时的速度大小;(2)求矿泉水从开始下落到下陷最大深度时所需的时间;(3)矿泉水对防坠物网的作用力大小是一名中学生(质量50 kg)所受重力的多少倍?
答案 (1)37 m/s (2)3.72 s (3)1.86解析 (1)矿泉水落到网面时通过的位移为HH=1.25 m+24×2.8 m=68.45 m可求出矿泉水刚落到网面时的速度v1=37 m/s。(2)设矿泉水从开始下落到刚落到网面所需时间为t1,矿泉水从刚落到网面到下陷到最大深度所需时间为t2、位移为h,则有得t=t1+t2=3.72 s。
(3)设匀减速运动的加速度大小为a',则 =2a'h设防坠物网对矿泉水的作用力大小为F,由牛顿第二律可知F-mg=ma'得F=930 N由牛顿第三定律可知,矿泉水对防坠物网的作用力F'=F=930 N倍数
变式练 (2023浙江东阳高三模拟)如图1所示,甲同学用平板车搬运学习用品,经过一段校园道路。平板车和用品的总质量为30 kg,如图2所示,道路可以简化为由一段长为13.5 m的水平道路AB和一段倾角为37°的斜坡BC组成。甲同学拉动平板车由静止从A点出发,经9 s时间运动至B点,然后冲上斜坡。甲同学的拉力大小恒定,且拉力方向始终沿着平板车的运动方向。当平板车刚滑上斜坡运动,乙同学在后面帮助推车,其推力大小为104 N,方向沿斜面向上。已知平板车所受摩擦力为其对接触面压力的 ,重力加速度g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,求:
(1)平板车到达B点时的速度大小;(2)甲同学的拉力大小;(3)平板车刚滑上斜面时的加速度大小和方向。
答案 (1)3 m/s(2)100 N(3)1.6 m/s2　方向沿斜面向下解析 (1)从A点到B点,由匀加速直线运动规律解得平板车到达B点时的速度大小vB=3 m/s。
(3)平板车刚滑上斜面时,设乙同学的推力为F',由牛顿第二定律F+F'-mgsin θ- mgcs θ=ma'解得a'=-1.6 m/s2所以平板车刚滑上斜面时的加速度大小为1.6 m/s2,方向沿斜面向下。
规律方法求解多过程运动问题的方法(1)根据题意画出物体在各阶段的运动示意图,直观呈现物体的运动过程。(2)明确物体在各阶段的运动性质,找出题目给定的已知量、待求量以及中间量。(3)合理选择运动学公式,列出物体在各阶段的运动方程,同时列出物体各阶段间的关联方程,联立求解。注意:物体前一阶段的末速度是后一阶段的初速度,即速度是联系各阶段运动的桥梁。
考点三　超重与失重问题
超重和失重的判断方法(1)若物体加速度已知,看加速度的方向,方向向上则超重,方向向下则失重。(2)若拉力或压力已知,看拉力或压力与重力的大小关系,大于重力则超重,小于重力则失重。
(3)物体超重、失重与运动状态的关系
典例　(2023浙江绍兴高三诊断性考试)小明站在装有力传感器的台秤上,完成下蹲、起立动作。计算机采集到的力传感器示数随时间变化情况如图所示。下列判断正确的是(　　)A.a点对应时刻,小明向下的速度最大B.a点对应时刻,小明向下的加速度最大C.b点对应时刻,小明处于超重状态D.图示时间内,小明完成了两次下蹲和两次起立
解析 小明在下蹲过程中先向下加速再向下减速,即先失重后超重;起立过程中先向上加速再向上减速,即先失重后超重,所以由题图可知,小明先下蹲后起立,小明完成了1次下蹲和1次起立,且a点对应时刻F=mg,小明的加速度为0,向下的速度达到最大,故A正确,B、D错误;b点对应时刻,小明正在起立减速上升的过程,所以小明处于失重状态,故C错误。
变式练(多选)课堂上,物理老师将一张面巾纸夹在一本厚词典的最下层两个页面之间,将它们静置于桌面上并要求学生抽出,结果面巾纸总被拉断。然后物理老师为学生表演了一项“绝活”——手托词典让其运动并完好无损地抽出了面巾纸,则词典可能的运动情况是(　　)A.向下加速运动B.向上加速运动C.向下减速运动D.向上减速运动