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适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第3章牛顿运动定律第2讲牛顿第二定律的应用课件
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这是一份适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第3章牛顿运动定律第2讲牛顿第二定律的应用课件，共37页。PPT课件主要包含了内容索引，强基础固本增分，研考点精准突破，超重失重等内容，欢迎下载使用。
一、单位制1.单位制:由 基本单位 和导出单位组成。 2.基本单位: 基本量 的单位。力学中的基本量有三个,它们分别是质量、时间、 长度 ,它们的国际单位分别是 千克 、秒、米。 3.导出单位:由基本量根据 物理关系 推导出来的其他物理量的单位。
4.国际单位制中的七个基本物理量和基本单位。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
易错辨析·判一判(1)物理公式不仅确定了物理量之间的数量关系,同时也确定了物理量间的单位关系。( √ )(2)牛顿、千克、米、秒、安培均为国际单位制中的基本单位。( × )
二、动力学的两类基本问题1.两类动力学问题第一类: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 求加速度以 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:
易错辨析·判一判(3)F=ma是矢量式,a的方向与F的方向相同,与速度方向无关。( √ )(4)物体所受的合外力减小,加速度一定减小,而速度不一定减小。( √ )
易错辨析·判一判(5)超重就是物体的重力变大了。( × )(6)物体完全失重时,加速度一定为重力加速度。( √ )(7)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。( × )教材情境·想一想阅读人教版教材必修第一册P111“做一做”,完成下面题目。某人乘坐电梯向上运动。电梯启动瞬间加速度沿什么方向?人受到的支持力比其所受重力大还是小?电梯匀速向上运动时,人受到的支持力比其所受重力大还是小?提示 电梯启动瞬间加速度方向向上,人受到的合力方向向上,所以人受到的支持力大于其所受重力;电梯匀速向上运动时,人受到的合力为零,所以人受到的支持力等于其所受重力。
1.解决动力学两类问题的两个关键点(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。
2.解决动力学基本问题的处理方法(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”。(2)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”。
典例1.避险车道是避免恶性交通事故的重要设施,由制动坡床和防撞设施等组成,如图所示的竖直平面内,制动坡床视为与水平面夹角为θ的斜面。一辆长12 m的载有货物的货车因刹车失灵从干道驶入制动坡床,当车速为23 m/s时,车尾位于制动坡床的底端,货物开始在车厢内向车头滑动,当货物在车厢内滑动了4 m时,车头距制动坡床顶端38 m,再过一段时间,货车停止。已知货车质量是货物质量的4倍,货物与车厢间的动摩擦因数为0.4,货车在制动坡床上运动受到的坡床阻力大小为货车和货物总重的0.44。货物与货车分别视为小滑块和平板,取cs θ=1,sin θ=0.1,g取10 m/s2。求:(1)货物在车厢内滑动时加速度的大小和方向;(2)制动坡床的长度。答案 (1)5 m/s2,方向沿制动坡床向下(2)98 m
解析 (1)设货物的质量为m,货物在车厢内滑动过程中,货物与车厢间的动摩擦因数为μ=0.4,受摩擦力大小为Ff,加速度大小为a1,则Ff+mgsin θ=ma1Ff=μmgcs θ解得a1=5 m/s2方向沿制动坡床向下。(2)设货车的质量为m0,车尾位于制动坡床底端时的车速为v=23 m/s,货物在车厢内开始滑动到车头距制动坡床顶端s0=38 m的过程中,用时为t,货物相对制动坡床的运动距离为s1,在车厢内滑动的距离为s=4 m,货车的加速度大小为a2,货车相对制动坡床的运动距离为s2,货车受到制动坡床的阻力大小为F,F是货车和货物总重的0.44,货车长度为l0=12 m,制动坡床的长度为l,则
规律方法 解答动力学两类基本问题的思维流程
对点演练1.(多选)(2022山东淄博二模)古代劳动人民常用夯锤(如图甲所示)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,下列说法正确的是( )A.松手后,夯锤立刻做自由落体运动B.夯锤离地的最大高度为0.45 mC.夯锤上升过程所用的时间为0.45 sD.松手前,夯锤所受合外力的大小为300 N答案 BD
2.上海中心大厦内置观光电梯,电梯从地面到118层的观光厅只需55 s,整个过程经历匀加速、匀速和匀减速,当电梯匀加速上升时,质量为50 kg的人站在置于电梯地板上的台秤上,台秤的示数为56 kg,电梯加速上升60 m时达到最大速度,然后匀速行驶一段时间,最后减速9 s到达观光厅。g取10 m/s2,求:(1)电梯匀加速上升的加速度大小;(2)观光厅距离地面的高度。答案 (1)1.2 m/s2 (2)546 m解析 (1)台秤的示数为56 kg,则人对台秤的压力为560 N,由牛顿第三定律得,台秤对人的支持力为560 N,对电梯里的人,由牛顿第二定律有FN-mg=ma代入数据解得a=1.2 m/s2。
1.对超重、失重的理解(1)不论是超重、失重还是完全失重,物体的重力都不变,只是“视重”改变。(2)物体是否处于超重或失重状态,不在于物体向上运动还是向下运动,而在于物体的加速度方向,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。(3)当物体处于完全失重状态时,重力只有使物体产生a=g的加速度的效果,不再有其他效果。
2.判断超重和失重的方法
典例2.某人在地面上最多可举起50 kg的物体,某时刻他在竖直向上运动的电梯中最多可举起60 kg的物体,g取10 m/s2,据此判断此电梯加速度的大小和方向分别为( )A.2 m/s2,竖直向上
思维点拨 由人在地面上时求得人的最大举力(不变)→电梯失重状态下对物体由牛顿第二定律得物体的加速度→电梯的加速度。答案 D
解析 人在地面上时,对物体有FN=mg=50×10 N=500 N,所以人的最大举力F=500 N。设电梯加速度为a,对物体由牛顿第二定律得m2a=m2g-F,
对点演练3.(2023山东青岛二模)如图所示,垂直电梯有一个“轿厢”和一个“对重”,它们通过钢丝绳连接,驱动装置带动钢丝绳使“轿厢”和“对重”在竖直方向上做上下运动。当“轿厢”向上做匀加速直线运动时( )A.电梯的“对重”处于超重状态B.电梯的“对重”向下做匀减速直线运动C.钢丝绳的拉力等于“对重”的重力D.钢丝绳的拉力小于“对重”的重力答案 D解析 当“轿厢”向上做匀加速直线运动时,“轿厢”加速度向上,此时,“对重”向下做匀加速直线运动,加速度向下,则“对重”处于失重状态,钢丝绳的拉力小于“对重”的重力,选项D正确。
4.下图是某同学站在压力传感器上做下蹲—起立的动作时传感器记录的压力随时间变化的图线,纵坐标为压力,横坐标为时间。由图线可知,该同学的体重约为650 N,除此以外,还可以得到的信息有( )A.1 s时人处在下蹲的最低点B.2 s时人处于下蹲静止状态C.该同学做了2次下蹲—起立的动作D.下蹲过程中人始终处于失重状态答案 B
解析 人在下蹲的过程中,先加速向下运动,此时加速度方向向下,人处于失重状态,最后人静止,故后半段过程是减速向下的过程,此时加速度方向向上,人处于超重状态,故下蹲过程中人先失重后超重,选项D错误;在1 s时人向下的加速度最大,此时人并没有静止,不是下蹲的最低点,选项A错误;2 s前后的一段时间内人的受力情况不变,故2 s时人处于下蹲静止状态,选项B正确;该同学共做了1次下蹲—起立的动作,选项C错误。
1.数形结合解决动力学图像问题(1)在图像问题中,无论是读图还是作图,都应尽量先建立函数关系,进而明确“图像与公式”“图像与物体”间的关系;然后根据函数关系读取图像信息或者描点作图。(2)读图时,要注意图线的起点、斜率、截距、折点以及图线与横坐标包围的“面积”等所对应的物理意义,尽可能多地提取解题信息。(3)常见的动力学图像有v-t图像、a-t图像、F-t图像、F-a图像等。
2.动力学图像问题的类型图像类问题的实质是力与运动的关系问题,以牛顿第二定律F=ma为纽带,理解图像的种类,图像的轴、点、线、截距、斜率、面积所表示的意义。一般包括下列几种类型:
3.动力学图像问题的解题策略
典例3.(多选)(2021全国乙卷)水平地面上有一质量为m1的长木板,木板的左端上有一质量为m2的物块,如图甲所示。用水平向右的拉力F作用在物块上,F随时间t的变化关系如图乙所示,其中F1、F2分别为t1、t2时刻F的大小。木板的加速度a1随时间t的变化关系如图丙所示。已知木板与地面间的动摩擦因数为μ1,物块与木板间的动摩擦因数为μ2。假设最大静摩擦力均与相应的滑动摩擦力相等,重力加速度大小为g。则( )A.F1=μ1m1g
思维点拨 明确图像信息→分时间段对两物体受力分析→明确物体所受摩擦力的种类→确定物块与木板间有无相对滑动→据牛顿运动定律分析解答。答案 BCD
对点演练5.(2023湖北七市联考)图甲是一种常见的小玩具,它利用橡皮筋将飞箭弹射升空,再徐徐下落,其运动可简化为如下过程:飞箭以初速度v0竖直向上射出,在t2时刻恰好回到发射点,其速度随时间的变化关系如图乙所示。则下列关于飞箭运动的描述正确的是( )A.上升和下落过程运动时间相等B.上升和下落过程中平均速度大小相等C.0~t2过程中加速度先减小后增大D.0~t2过程中所受阻力先减小后增大答案 D
解析 由题图乙可知,t2-t1>t1,则上升和下落时间不同,A项错误。由题可知,整个运动过程飞箭位移为零,上升过程和下降过程位移大小相等,但时间不相等,所以平均速度大小不相等,B项错误。速度—时间图像斜率的绝对值表示加速度大小,0~t2过程中加速度一直减小,C项错误。由牛顿第二定律, 0~t1过程中mg+Ff=ma1,飞箭向上运动加速度减小,故阻力减小;t1~t2过程中mg-Ff=ma2,飞箭向下运动加速度减小,故阻力增大,所以0~t2过程中所受阻力先减小后增大,D项正确。
6.(2022江西四校联考)如图甲所示,用一水平外力F推物体,使其静止在倾角为θ的光滑斜面上。逐渐增大F,物体开始做变加速运动,其加速度a随F变化的图像如图乙所示。重力加速度g取10 m/s2。根据图中所提供的信息不能计算出的是( )A.物体的质量B.斜面的倾角C.使物体静止在斜面上时水平外力F的大小D.加速度为6 m/s2时物体的速度答案 D
一、单位制1.单位制:由 基本单位 和导出单位组成。 2.基本单位: 基本量 的单位。力学中的基本量有三个,它们分别是质量、时间、 长度 ,它们的国际单位分别是 千克 、秒、米。 3.导出单位:由基本量根据 物理关系 推导出来的其他物理量的单位。
4.国际单位制中的七个基本物理量和基本单位。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
易错辨析·判一判(1)物理公式不仅确定了物理量之间的数量关系,同时也确定了物理量间的单位关系。( √ )(2)牛顿、千克、米、秒、安培均为国际单位制中的基本单位。( × )
二、动力学的两类基本问题1.两类动力学问题第一类: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 求加速度以 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:
易错辨析·判一判(3)F=ma是矢量式,a的方向与F的方向相同,与速度方向无关。( √ )(4)物体所受的合外力减小,加速度一定减小,而速度不一定减小。( √ )
易错辨析·判一判(5)超重就是物体的重力变大了。( × )(6)物体完全失重时,加速度一定为重力加速度。( √ )(7)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。( × )教材情境·想一想阅读人教版教材必修第一册P111“做一做”,完成下面题目。某人乘坐电梯向上运动。电梯启动瞬间加速度沿什么方向?人受到的支持力比其所受重力大还是小?电梯匀速向上运动时,人受到的支持力比其所受重力大还是小?提示 电梯启动瞬间加速度方向向上,人受到的合力方向向上,所以人受到的支持力大于其所受重力;电梯匀速向上运动时,人受到的合力为零,所以人受到的支持力等于其所受重力。
1.解决动力学两类问题的两个关键点(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。
2.解决动力学基本问题的处理方法(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”。(2)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”。
典例1.避险车道是避免恶性交通事故的重要设施,由制动坡床和防撞设施等组成,如图所示的竖直平面内,制动坡床视为与水平面夹角为θ的斜面。一辆长12 m的载有货物的货车因刹车失灵从干道驶入制动坡床,当车速为23 m/s时,车尾位于制动坡床的底端,货物开始在车厢内向车头滑动,当货物在车厢内滑动了4 m时,车头距制动坡床顶端38 m,再过一段时间,货车停止。已知货车质量是货物质量的4倍,货物与车厢间的动摩擦因数为0.4,货车在制动坡床上运动受到的坡床阻力大小为货车和货物总重的0.44。货物与货车分别视为小滑块和平板,取cs θ=1,sin θ=0.1,g取10 m/s2。求:(1)货物在车厢内滑动时加速度的大小和方向;(2)制动坡床的长度。答案 (1)5 m/s2,方向沿制动坡床向下(2)98 m
解析 (1)设货物的质量为m,货物在车厢内滑动过程中,货物与车厢间的动摩擦因数为μ=0.4,受摩擦力大小为Ff,加速度大小为a1,则Ff+mgsin θ=ma1Ff=μmgcs θ解得a1=5 m/s2方向沿制动坡床向下。(2)设货车的质量为m0,车尾位于制动坡床底端时的车速为v=23 m/s,货物在车厢内开始滑动到车头距制动坡床顶端s0=38 m的过程中,用时为t,货物相对制动坡床的运动距离为s1,在车厢内滑动的距离为s=4 m,货车的加速度大小为a2,货车相对制动坡床的运动距离为s2,货车受到制动坡床的阻力大小为F,F是货车和货物总重的0.44,货车长度为l0=12 m,制动坡床的长度为l,则
规律方法 解答动力学两类基本问题的思维流程
对点演练1.(多选)(2022山东淄博二模)古代劳动人民常用夯锤(如图甲所示)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,下列说法正确的是( )A.松手后,夯锤立刻做自由落体运动B.夯锤离地的最大高度为0.45 mC.夯锤上升过程所用的时间为0.45 sD.松手前,夯锤所受合外力的大小为300 N答案 BD
2.上海中心大厦内置观光电梯,电梯从地面到118层的观光厅只需55 s,整个过程经历匀加速、匀速和匀减速,当电梯匀加速上升时,质量为50 kg的人站在置于电梯地板上的台秤上,台秤的示数为56 kg,电梯加速上升60 m时达到最大速度,然后匀速行驶一段时间,最后减速9 s到达观光厅。g取10 m/s2,求:(1)电梯匀加速上升的加速度大小;(2)观光厅距离地面的高度。答案 (1)1.2 m/s2 (2)546 m解析 (1)台秤的示数为56 kg,则人对台秤的压力为560 N,由牛顿第三定律得,台秤对人的支持力为560 N,对电梯里的人,由牛顿第二定律有FN-mg=ma代入数据解得a=1.2 m/s2。
1.对超重、失重的理解(1)不论是超重、失重还是完全失重,物体的重力都不变,只是“视重”改变。(2)物体是否处于超重或失重状态,不在于物体向上运动还是向下运动,而在于物体的加速度方向,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。(3)当物体处于完全失重状态时,重力只有使物体产生a=g的加速度的效果,不再有其他效果。
2.判断超重和失重的方法
典例2.某人在地面上最多可举起50 kg的物体,某时刻他在竖直向上运动的电梯中最多可举起60 kg的物体,g取10 m/s2,据此判断此电梯加速度的大小和方向分别为( )A.2 m/s2,竖直向上
思维点拨 由人在地面上时求得人的最大举力(不变)→电梯失重状态下对物体由牛顿第二定律得物体的加速度→电梯的加速度。答案 D
解析 人在地面上时,对物体有FN=mg=50×10 N=500 N,所以人的最大举力F=500 N。设电梯加速度为a,对物体由牛顿第二定律得m2a=m2g-F,
对点演练3.(2023山东青岛二模)如图所示,垂直电梯有一个“轿厢”和一个“对重”,它们通过钢丝绳连接,驱动装置带动钢丝绳使“轿厢”和“对重”在竖直方向上做上下运动。当“轿厢”向上做匀加速直线运动时( )A.电梯的“对重”处于超重状态B.电梯的“对重”向下做匀减速直线运动C.钢丝绳的拉力等于“对重”的重力D.钢丝绳的拉力小于“对重”的重力答案 D解析 当“轿厢”向上做匀加速直线运动时,“轿厢”加速度向上,此时,“对重”向下做匀加速直线运动,加速度向下,则“对重”处于失重状态,钢丝绳的拉力小于“对重”的重力,选项D正确。
4.下图是某同学站在压力传感器上做下蹲—起立的动作时传感器记录的压力随时间变化的图线,纵坐标为压力,横坐标为时间。由图线可知,该同学的体重约为650 N,除此以外,还可以得到的信息有( )A.1 s时人处在下蹲的最低点B.2 s时人处于下蹲静止状态C.该同学做了2次下蹲—起立的动作D.下蹲过程中人始终处于失重状态答案 B
解析 人在下蹲的过程中,先加速向下运动,此时加速度方向向下,人处于失重状态,最后人静止,故后半段过程是减速向下的过程,此时加速度方向向上,人处于超重状态,故下蹲过程中人先失重后超重,选项D错误;在1 s时人向下的加速度最大,此时人并没有静止,不是下蹲的最低点,选项A错误;2 s前后的一段时间内人的受力情况不变,故2 s时人处于下蹲静止状态,选项B正确;该同学共做了1次下蹲—起立的动作,选项C错误。
1.数形结合解决动力学图像问题(1)在图像问题中,无论是读图还是作图,都应尽量先建立函数关系,进而明确“图像与公式”“图像与物体”间的关系;然后根据函数关系读取图像信息或者描点作图。(2)读图时,要注意图线的起点、斜率、截距、折点以及图线与横坐标包围的“面积”等所对应的物理意义,尽可能多地提取解题信息。(3)常见的动力学图像有v-t图像、a-t图像、F-t图像、F-a图像等。
2.动力学图像问题的类型图像类问题的实质是力与运动的关系问题,以牛顿第二定律F=ma为纽带,理解图像的种类,图像的轴、点、线、截距、斜率、面积所表示的意义。一般包括下列几种类型:
3.动力学图像问题的解题策略
典例3.(多选)(2021全国乙卷)水平地面上有一质量为m1的长木板,木板的左端上有一质量为m2的物块,如图甲所示。用水平向右的拉力F作用在物块上,F随时间t的变化关系如图乙所示,其中F1、F2分别为t1、t2时刻F的大小。木板的加速度a1随时间t的变化关系如图丙所示。已知木板与地面间的动摩擦因数为μ1,物块与木板间的动摩擦因数为μ2。假设最大静摩擦力均与相应的滑动摩擦力相等,重力加速度大小为g。则( )A.F1=μ1m1g
思维点拨 明确图像信息→分时间段对两物体受力分析→明确物体所受摩擦力的种类→确定物块与木板间有无相对滑动→据牛顿运动定律分析解答。答案 BCD
对点演练5.(2023湖北七市联考)图甲是一种常见的小玩具,它利用橡皮筋将飞箭弹射升空,再徐徐下落,其运动可简化为如下过程:飞箭以初速度v0竖直向上射出,在t2时刻恰好回到发射点,其速度随时间的变化关系如图乙所示。则下列关于飞箭运动的描述正确的是( )A.上升和下落过程运动时间相等B.上升和下落过程中平均速度大小相等C.0~t2过程中加速度先减小后增大D.0~t2过程中所受阻力先减小后增大答案 D
解析 由题图乙可知,t2-t1>t1,则上升和下落时间不同,A项错误。由题可知,整个运动过程飞箭位移为零,上升过程和下降过程位移大小相等,但时间不相等,所以平均速度大小不相等,B项错误。速度—时间图像斜率的绝对值表示加速度大小,0~t2过程中加速度一直减小,C项错误。由牛顿第二定律, 0~t1过程中mg+Ff=ma1,飞箭向上运动加速度减小,故阻力减小;t1~t2过程中mg-Ff=ma2,飞箭向下运动加速度减小,故阻力增大,所以0~t2过程中所受阻力先减小后增大,D项正确。
6.(2022江西四校联考)如图甲所示,用一水平外力F推物体,使其静止在倾角为θ的光滑斜面上。逐渐增大F,物体开始做变加速运动,其加速度a随F变化的图像如图乙所示。重力加速度g取10 m/s2。根据图中所提供的信息不能计算出的是( )A.物体的质量B.斜面的倾角C.使物体静止在斜面上时水平外力F的大小D.加速度为6 m/s2时物体的速度答案 D
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