第3章 第2讲 牛顿第二定律的应用—2022届高中物理一轮复习讲义（机构专用）学案

这是一份第3章 第2讲 牛顿第二定律的应用—2022届高中物理一轮复习讲义（机构专用）学案，共17页。学案主要包含了教学目标，重、难点，知识梳理，能力展示，课堂练习，提能训练等内容，欢迎下载使用。
【教学目标】1、应用受力情况（运动情况）分析运动情况（受力情况）；
2、掌握动力学中临界与极值的条件和特点；
3、具备以超重和失重现象为背景的物理问题的分析、判断、推力能力；
【重、难点】1、临界问题、极值问题的条件和特点，超重、失重产生的原因；
2、灵活应用牛顿运动定律解决力学问题。
【知识梳理】
一、牛顿运动定律在动力学问题中的应用
1．两类动力学问题
（1）已知受力情况求物体的运动情况；（2）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：
3．应用牛顿运动定律解题的一般步骤
（1）认真分析题意，明确已知条件和所求量，搞清所求问题的类型。
（2）选取研究对象。所选取的研究对象可以是一个物体，也可以是几个物体组成的整体。同一题目，根据题意和解题需要也可以先后选取不同的研究对象。
（3）分析研究对象的受力情况和运动情况。
（4）当研究对象所受的外力不在一条直线上时：如果物体只受两个力，可以用平行四边形定则求其合力；如果物体受力较多，一般把它们正交分解到两个方向上去分别求合力；如果物体做直线运动，一般把各个力分解到沿运动方向和垂直运动的方向上。
（5）根据牛顿第二定律和运动学公式列方程，物体所受外力、加速度、速度等都可根据规定的正方向按正、负值代入公式，按代数和进行运算。
（6）求解方程，检验结果，必要时对结果进行讨论。
二、超重、失重和视重
1．超重与失重的概念
2．超重与失重的理解
（1）当出现超重、失重时，物体的重力并没变化．
（2）物体处于超重状态还是失重状态，只取决于加速度方向向上还是向下，而与速度方向无关．
（3）当物体处于完全失重状态时，平常一切由于重力产生的物理现象都会完全消失，如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不再受浮力，液柱不再产生向下的压强等．
3．尽管物体的加速度不在竖直方向，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．
考点一 已知受力分析运动
例1、（多选）利用传感器和计算机可以测量快速变化的力的瞬时值，如图所示是用这种方法获得的弹性细绳中拉力F随时间t变化的图线．实验时，把小球举到悬点O处，然后放手让小球自由落下，由图线所提供的信息可以判断（ ）
A．t1时刻小球处在最低点 B．t2时刻小球的速度最大
C．绳子的自然长度为eq \f(gt\\al(2,1),2) D．t1时刻到t2时刻小球的速度先增大后减小
例2、（2014·新课标全国Ⅰ·24）公路上行驶的两汽车之间应保持一定的安全距离．当前车突然停止时，后车司机可以采取刹车措施，使汽车在安全距离内停下而不会与前车相碰．通常情况下，人的反应时间和汽车系统的反应时间之和为1s．当汽车在晴天干燥沥青路面上以108 km/h的速度匀速行驶时，安全距离为120 m．设雨天时汽车轮胎与沥青路面间的动摩擦因数为晴天时的eq \f(2,5)。若要求安全距离仍为120 m，求汽车在雨天安全行驶的最大速度．
考点二 已知运动分析力
例3、质量为2 kg的物体在水平推力F的作用下沿水平面做直线运动，一段时间后撤去F，其运动的v－t图象如图所示．g取10 m/s2，求：
（1）物体与水平面间的动摩擦因数μ；
（2）水平推力F的大小；
（3）0～10 s内物体运动位移的大小．
例4、如图所示为一滑梯的示意图，滑梯的长度AB为L＝5.0 m，倾角θ＝37°。BC段为与滑梯平滑连接的水平地面。一个小孩从滑梯顶端由静止开始滑下，离开B点后在地面上滑行了S＝2.25 m后停下。小孩与滑梯间的动摩擦因数为μ＝0.3。不计空气阻力。取g＝10 m/s2。已知sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8。求：（1）小孩沿滑梯下滑时的加速度a的大小；
（2）小孩滑到滑梯底端B时的速度v的大小；
（3）小孩与地面间的动摩擦因数μ′。
考点三 多过程问题
例5、“引体向上运动”是同学们经常做的一项健身运动。如图所示，质量为m的某同学两手正握单杠，开始时，手臂完全伸直，身体呈自然悬垂状态，此时他的下颚距单杠面的高度为H，然后他用恒力F向上拉，下颚必须超过单杠面方可视为合格。已知H＝0.6 m，m＝60 kg，重力加速度g＝10 m/s2。不计空气阻力，不考虑因手臂弯曲而引起的人的重心位置的变化。
（1）第一次上拉时，该同学持续用力，经过t＝1 s时间，下颚到达单杠面，求该恒力F的大小及此时他的速度大小；
（2）第二次上拉时，用恒力F′＝720 N拉至某位置时，他不再用力，而是依靠惯性继续向上运动，为保证此次引体向上合格，恒力F′的作用时间至少为多少？
变式1、如图所示，长L＝1.5 m，高h＝0.45 m，质量M＝10 kg的长方体木箱，在水平面上向右做直线运动．当木箱的速度v0＝3.6 m/s时，对木箱施加一个方向水平向左的恒力F＝50 N，并同时将一个质量m＝1 kg的小球轻放在距木箱右端eq \f(L,3)的P点（小球可视为质点，放在P点时相对于地面的速度为零），经过一段时间，小球脱离木箱落到地面．木箱与地面的动摩擦因数为0.2，其他摩擦均不计．取g＝10 m/s2。求：
（1）小球从离开木箱开始至落到地面所用的时间；
（2）小球放在P点后，木箱向右运动的最大位移；
（3）小球离开木箱时木箱的速度。
解决两类动力学问题的两个关键点
1．把握“两个分析”“一个桥梁”
两个分析：物体的受力情况分析和运动过程分析．
一个桥梁：加速度是联系物体运动和受力的桥梁．
2．寻找多过程运动问题中各过程间的相互联系．如第一个过程的末速度就是下一个过程的初速度，画图找出各过程的位移之间的联系．
考点四 多物体问题
例6、如图所示，质量为M=4kg的木板静止在光滑的水平面上，在木板的右端放置一个质量m=1kg大小可以忽略的铁块，铁块与木板之间的摩擦因数μ=0.4，在铁块上加一个水平向左的恒力F=8N，铁块在长L=6m的木板上滑动。取g=10m/s2。求经过多长时间铁块运动到木板的左端。
变式2、如图所示，长12 m、质量为50 kg的木板右端有一立柱。木板置于水平地面上，木板与地面间的动摩擦因数为0.1，质量为50 kg的人立于木板左端，木板与人均静止，当人以4 m/s2的加速度匀加速向右奔跑至木板右端时，立刻抱住立柱（取g＝10 m/s2），求：
（1）人在奔跑过程中受到的摩擦力的大小和方向；
（2）人在奔跑过程中木板的加速度的大小和方向；
（3）人从开始奔跑至到达木板右端所经历的时间．
考点五 超重与失重的判断
例7、关于超重和失重现象，下列描述中正确的是（ ）
A．电梯正在减速上升，在电梯中的乘客处于超重状态
B．磁悬浮列车在水平轨道上加速行驶时，列车上的乘客处于超重状态
C．荡秋千时秋千摆到最低位置时，人处于失重状态
D．“神舟九号”飞船在绕地球做圆轨道运行时，飞船内的航天员处于完全失重状态
考点六 斜面上的超重与失重的判断
例8、为了让乘客乘车更为舒适，某探究小组设计了一种新的交通工具，乘客的座椅能随着坡度的变化而自动调整，使座椅始终保持水平，如图所示，当此车减速上坡时，则乘客（仅考虑乘客与水平面之间的作用）（ ）
A．处于超重状态 B．不受摩擦力的作用
C．受到向后（水平向左）的摩擦力作用 D．所受合力竖直向上
考点七 应用牛顿第二定律求解超、失重问题
例9、（多选） （2015·江苏卷）一人乘电梯上楼，在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图线如图所示，以竖直向上为a的正方向，则人对电梯的压力（ ）
A．t＝2 s时最小 B．t＝2 s时最大 C．t＝8.5 s时最大 D．t＝8.5 s时最小
变式3、在电梯内的地板上，竖直放置一根轻质弹簧，弹簧上端固定一个质量为m的物体．当电梯静止时，弹簧被压缩了x；当电梯运动时，弹簧又被继续压缩了eq \f(x,10)。则电梯运动的情况可能是 （ ）
A．以大小为eq \f(11,10)g的加速度加速上升 B．以大小为eq \f(1,10)g的加速度减速上升
C．以大小为eq \f(1,10)g的加速度加速下降 D．以大小为eq \f(1,10)g的加速度减速下降
考点八 巧用超重和失重观点分析系统
例10、（多选）如图所示，斜面体M始终处于静止状态，当物体m沿斜面下滑时有（ ）
A．匀速下滑时，M对地面压力等于（M+m）g
B．加速下滑时，M对地面压力小于（M+m）g
C．减速下滑时，M对地面压力小于（M+m）g
D．M对地面压力始终等于 （M+m）g
变式4、如图所示，A为电磁铁，C为胶木秤盘，A和C（包括支架）的总质量为M，B为铁块、质量为m，整个装置用轻绳悬挂在O点，在电磁铁通电，铁块被吸引加速上升的过程中，轻绳上拉力F的大小为（ ）
A．F＝mg B．Mg