2023届高考物理一轮复习 第12讲 牛顿第二定律应用(二) 讲义（考点+经典例题）

这是一份2023届高考物理一轮复习 第12讲 牛顿第二定律应用(二) 讲义（考点+经典例题），共5页。试卷主要包含了动力学图像问题，多运动过程问题等内容，欢迎下载使用。

1.常见图像
v－t图像、a－t图像、F－t图像、F－a图像等。
2.题型分类
(1)已知物体受到的力随时间变化的图线，要求分析物体的运动情况。
(2)已知物体的速度、加速度随时间变化的图线，要求分析物体的受力情况。
(3)由已知条件确定某物理量的变化图像。
3.解题策略
“一、二、三、四”快速解决动力学图像问题
【典例1】(多选)(2020·辽宁六校协作体开学考试)如图甲所示，物块的质量m＝1 kg，初速度v0＝10 m/s，在一水平向左的恒力F作用下从O点沿粗糙的水平面向右运动，某时刻F突然反向，大小不变，整个过程中物块速度的平方随位置坐标变化的关系图像如图乙所示，g＝10 m/s2.下列说法中正确的是( )
A．0～5 m内物块做匀减速运动
B．在t＝1 s时刻，恒力F反向
C．恒力F大小为10 N
D．物块与水平面间的动摩擦因数为0.3
答案 ABD
解析 0～5 m内，由v12－v02＝2a1x1，得v12＝2a1x1＋v02，由题图乙知，2a1＝－20 m/s2，则a1＝－10 m/s2，则物块做匀减速运动，A正确；由题图乙知，物块的初速度v0＝10 m/s，恒力F在5 m处反向，在0～5 m内物块运动的时间t＝eq \f(0－v0,a1)＝1 s，即在t＝1 s时刻，恒力F反向，B正确；5～13 m内，由v22＝2a2x2得物块的加速度a2＝eq \f(v\\al(22),2x2)＝eq \f(64,2×8) m/s2＝4 m/s2，由牛顿第二定律得－F－μmg＝ma1，F－μmg＝ma2，联立两式解得F＝7 N，μ＝0.3，D正确，C错误．
二 动力学中的连接体问题
1.连接体
多个相互关联的物体连接(叠放、并排或由绳子、细杆联系)在一起构成的物体系统称为连接体．连接体一般具有相同的运动情况(速度、加速度)．
2．常见连接体的类型
(1)弹簧连接体
(2)物物叠放连接体
(3)轻绳或轻杆连接体
2.连接体的运动特点
轻绳——轻绳在伸直状态下，两端的连接体沿绳方向的速度总是相等。
轻杆——轻杆平动时，连接体具有相同的平动速度；轻杆转动时，连接体具有相同的角速度，而线速度与转动半径成正比。
轻弹簧——在弹簧发生形变的过程中，两端连接体的速度不一定相等；在弹簧形变最大时，两端连接体的速率相等。
3.处理连接体问题的方法
【典例2】(多选)物块B放在光滑的水平桌面上，其上放置物块A，物块A、C通过细绳相连，细绳跨过定滑轮，如图所示，物块A、B、C质量均为m，现释放物块C，A和B一起以相同加速度加速运动，不计细绳与滑轮之间的摩擦力，重力加速度大小为g，则细线中的拉力大小及A、B间的摩擦力大小分别为( )
A．FT＝mg B．FT＝eq \f(2,3)mg
C．Ff＝eq \f(2,3)mg D．Ff＝eq \f(1,3)mg
答案 BD
解析 以C为研究对象，由牛顿第二定律得mg－FT＝ma；以A、B为研究对象，由牛顿第二定律得FT＝2ma，联立解得FT＝eq \f(2,3)mg，a＝eq \f(1,3)g，以B为研究对象，由牛顿第二定律得Ff＝ma，得Ff＝eq \f(1,3)mg，故选B、D.
【典例3】(多选)如图所示，倾角为θ的斜面体放在粗糙的水平地面上，现有一带固定支架的滑块m正沿斜面加速下滑．支架上用细线悬挂的小球达到稳定(与滑块相对静止)后，悬线的方向与竖直方向的夹角也为θ，斜面体始终保持静止，则下列说法正确的是( )
A．斜面光滑
B．斜面粗糙
C．达到稳定状态后，地面对斜面体的摩擦力水平向左
D．达到稳定状态后，地面对斜面体的摩擦力水平向右
答案 AC
三、多运动过程问题
解题关键
(1)注意应用v－t图像和情景示意图帮助分析运动过程。
(2)抓住两个分析：受力分析和运动过程分析。
【典例4】(2021·辽宁大连市四十八中模拟)如图所示，光滑斜面AB与一粗糙水平面BC连接，斜面倾角θ＝30°，质量m＝2 kg的物体置于水平面上的D点，DB间的距离d＝7 m，物体与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2，将一水平向左的恒力F＝8 N作用在该物体上，t＝2 s后撤去该力，不考虑物体经过B点时的速度损失．求撤去拉力F后，经过多长时间物体经过B点？(g取10 m/s2)
答案 1 s和1.8 s
解析 撤去F前，由牛顿第二定律得F－μmg＝ma1，解得a1＝2 m/s2，
由匀变速直线运动规律得x1＝eq \f(1,2)a1t2＝4 m，v1＝a1t＝4 m/s，
撤去F后，由牛顿第二定律得μmg＝ma2， 解得a2＝μg＝2 m/s2，
d－x1＝v1t1－eq \f(1,2)a2t12，解得第一次到达B点的时间t1＝1 s，t1＝3 s(舍去)，
第一次到达B点的速度v2＝v1－a2t1＝2 m/s，
之后物体滑上斜面，由牛顿第二定律得mgsin θ＝ma3，解得a3＝gsin θ＝5 m/s2，
物体再经t2＝2eq \f(v2,a3)＝0.8 s第二次到达B点，
故撤去拉力F后，经过1 s和1.8 s时物体经过B点．
【典例5】某次新能源汽车性能测试中，如图甲显示的是牵引力传感器传回的实时数据随时间变化的关系，但由于机械故障，速度传感器只传回了第25 s以后的数据，如图乙所示。已知汽车质量为1 500 kg，若测试平台是水平的，且汽车由静止开始做直线运动，设汽车所受阻力恒定。求：
(1)18 s末汽车的速度是多少？
(2)前25 s内的汽车的位移是多少？
答案 (1)26 m/s (2)608 m
解析 (1)0～6 s内由牛顿第二定律得
F1－Ff＝ma1
6 s末车速为v1＝a1t1
在6～18 s内，由牛顿第二定律得
F2－Ff＝ma2
第18 s末车速为v2＝v1＋a2t2
由题图知18 s后汽车匀速直线运动，牵引力等于阻力，
故有Ff＝F＝1 500 N，解得v1＝30 m/s，v2＝26 m/s。
(2)汽车在0～6 s内的位移为x1＝eq \f(v1,2)t1＝90 m
汽车在6～18 s内的位移为x2＝eq \f(v1＋v2,2)t2＝336 m
汽车在18～25 s内的位移为x3＝v2t3＝182 m
故汽车在前25 s内的位移为x＝x1＋x2＋x3＝608 m。
整体法的选取原则
若连接体内各物体具有相同的加速度，且不需要求物体之间的作用力，可以把它们看成一个整体，分析整体受到的外力，应用牛顿第二定律求出加速度或其他未知量
隔离法的选取原则
若连接体内各物体的加速度不相同，或者要求出系统内两物体之间的作用力时，就需要把物体从系统中隔离出来，应用牛顿第二定律列方程求解
整体法、隔离法的交替运用
若连接体内各物体具有相同的加速度，且要求物体之间的作用力时，可以先用整体法求出加速度，然后再用隔离法选取合适的研究对象，应用牛顿第二定律求作用力。即“先整体求加速度，后隔离求内力”