（通用版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第三章 第14課時(shí) 牛頓第二定律（雙基落實(shí)課）講義（含解析）

（通用版）2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 第三章 第14課時(shí) 牛頓第二定律（雙基落實(shí)課）講義（含解析）點(diǎn)點(diǎn)通(一)牛頓第二定律的理解1牛頓第二定律物體加速度的大小跟它受到的作用力成正比、跟它的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。表達(dá)式為：Fma。2適用范圍(1)只適用于慣性參考系(相對(duì)地面靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系)。(2)只適用于宏觀物體(相對(duì)于分子、原子)、低速運(yùn)動(dòng)(遠(yuǎn)小于光速)的情況。3牛頓第二定律的五個(gè)特性矢量性Fma是矢量式，a與F同向瞬時(shí)性a與F對(duì)應(yīng)同一時(shí)刻因果性F是產(chǎn)生a的原因同一性F、m、a對(duì)應(yīng)同一個(gè)物體，統(tǒng)一使用國(guó)際單位獨(dú)立性每一個(gè)力都產(chǎn)生各自的加速度4.合力、加速度、速度間的決定關(guān)系(1)不管速度是大是小，或是零，只要合力不為零，物體就有加速度。(2)a是加速度的定義式，a與v、t無(wú)必然聯(lián)系；a是加速度的決定式，aF，a。(3)合力與速度同向時(shí)，物體做加速運(yùn)動(dòng)；合力與速度反向時(shí)，物體做減速運(yùn)動(dòng)。 小題練通1(魯科教材原題)在粗糙的水平面上，物體在水平推力作用下由靜止開(kāi)始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。作用一段時(shí)間后，將水平推力逐漸減小到零(物體還在運(yùn)動(dòng))，則在水平推力逐漸減小到零的過(guò)程中()A物體速度逐漸減小，加速度逐漸減小B物體速度逐漸增大，加速度逐漸減小C物體速度先增大后減小，加速度先增大后減小D物體速度先增大后減小，加速度先減小后增大解析：選D由題意得推力F未減小之前物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則可判定推力F>摩擦力f，且 maFf；當(dāng)推力F逐漸減小時(shí)，加速度逐漸減小，但加速度方向與速度方向同向，物體仍加速即速度增大；當(dāng)推力F<摩擦力f后，此時(shí)mafF，推力F減小，加速度又增大，且加速度與速度方向相反，物體減速即速度減小，綜上所述，選項(xiàng)D正確。2.(2018·全國(guó)卷)如圖，輕彈簧的下端固定在水平桌面上，上端放有物塊P，系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)用一豎直向上的力F作用在P上，使其向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。以x表示P離開(kāi)靜止位置的位移，在彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)前，下列表示F和x之間關(guān)系的圖像可能正確的是()解析：選A設(shè)P靜止時(shí)，彈簧的壓縮量為x0，則有kx0mg，在彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)前，P受力如圖所示，根據(jù)牛頓第二定律得Fk(x0x)mgma，整理得Fkxma，即F是x的一次函數(shù)，選項(xiàng)A正確。3(多選)(2019·清遠(yuǎn)實(shí)驗(yàn)中學(xué)模擬)一質(zhì)量為2 kg的物體，在5個(gè)共點(diǎn)力作用下處于平衡狀態(tài)?，F(xiàn)同時(shí)撤去大小分別為15 N和10 N的兩個(gè)力，其余的力保持不變，關(guān)于此后該物體運(yùn)動(dòng)的說(shuō)法中正確的是()A一定做勻變速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大小可能是5 m/s2B一定做勻變速運(yùn)動(dòng)，加速度大小可能等于重力加速度的大小C可能做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大小是2.5 m/s2D可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，向心加速度大小是5 m/s2解析：選BC根據(jù)平衡條件知，其余力的合力與撤去的兩個(gè)力的合力大小相等、方向相反，則撤去大小分別為15 N和10 N的兩個(gè)力后，物體的合力大小范圍為5 NF合25 N，根據(jù)牛頓第二定律a得，物體的加速度大小范圍為：2.5 m/s2a12.5 m/s2，若物體原來(lái)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)撤去的兩個(gè)力的合力方向與速度方向不在同一直線上時(shí)，物體做勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，加速度大小可能為5 m/s2，當(dāng)撤去的兩個(gè)力方向相反，但合力方向與速度方向相同時(shí)，物體做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，加速度大小是2.5 m/s2，故A錯(cuò)誤，C正確；由于撤去兩個(gè)力后其余力保持不變，則物體所受的合力不變，一定做勻變速運(yùn)動(dòng)，加速度大小可能等于重力加速度的大小，故B正確；由于撤去兩個(gè)力后其余力保持不變，在恒力作用下不可能做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤。 融會(huì)貫通(1)分析物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，要從受力分析入手，先求合力，然后根據(jù)牛頓第二定律分析加速度的變化。(2)速度增大或減小取決于加速度和速度方向間的關(guān)系，和加速度的大小沒(méi)有關(guān)系。(3)加速度如何變化取決于物體的質(zhì)量和合外力，與物體的速度沒(méi)有關(guān)系。點(diǎn)點(diǎn)通(二)瞬時(shí)性問(wèn)題1兩類(lèi)模型(1)剛性繩(或接觸面)不發(fā)生明顯形變就能產(chǎn)生彈力，剪斷(或脫離)后，其彈力立即消失，不需要形變恢復(fù)時(shí)間。(2)彈簧(或橡皮繩)兩端同時(shí)連接(或附著)有物體，特點(diǎn)是形變量大，其形變恢復(fù)需要較長(zhǎng)時(shí)間，在瞬時(shí)性問(wèn)題中，認(rèn)為彈力保持不變。2解題思路小題練通1.如圖所示，A、B、C三個(gè)小球質(zhì)量均為m，A、B之間用一根沒(méi)有彈性的輕質(zhì)細(xì)線連在一起，B、C之間用輕彈簧拴接，整個(gè)系統(tǒng)用細(xì)線懸掛在天花板上并且處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)將A上面的細(xì)線剪斷，使A的上端失去拉力，則在剪斷細(xì)線的瞬間，A、B、C三個(gè)小球的加速度分別是()A1.5g,1.5g,0 Bg,2g,0Cg，g，g Dg，g,0解析：選A剪斷細(xì)線前，由平衡條件可知，A上端細(xì)線的拉力為3mg，A、B之間細(xì)線的拉力為2mg，輕彈簧的拉力為mg。在剪斷細(xì)線的瞬間，輕彈簧中拉力不變，C所受合外力為零，所以C的加速度為0；A、B被細(xì)線拴在一起，對(duì)A、B整體受力分析知，受二者重力和輕彈簧向下的拉力，由牛頓第二定律得，3mg2ma，解得a1.5g，選項(xiàng)A正確。2如圖所示，A、B兩球質(zhì)量相等，光滑斜面的傾角為。圖甲中，A、B兩球用輕彈簧相連，圖乙中A、B兩球用輕質(zhì)桿相連。系統(tǒng)靜止時(shí)，擋板C與斜面垂直，輕彈簧、輕桿均與斜面平行，在突然撤去擋板的瞬間，則()A兩圖中兩球加速度均為gsin B兩圖中A球的加速度均為零C圖乙中輕桿的作用力一定不為零D圖甲中B球的加速度大小是圖乙中B球加速度大小的2倍解析：選D撤去擋板前，題圖甲和題圖乙中的A、B兩球的受力情況一樣，A球受輕彈簧(或輕桿)的彈力沿斜面向上，大小為mgsin ，B球受到輕彈簧(或輕桿)的彈力沿斜面向下，大小為mgsin ，B球受擋板的彈力沿斜面向上，大小為2mgsin ，撤去擋板瞬間，輕桿受力可突變，而輕彈簧因?yàn)闆](méi)有來(lái)得及改變形變量而不能改變彈力，所以題圖甲中A球的加速度為零，B球的加速度大小為2gsin ，題圖乙中輕桿的存在使A、B兩球的加速度相同，由2mgsin 2ma，可得A、B兩球的加速度大小agsin ，方向沿斜面向下，D正確，A、B錯(cuò)誤；由上可知，題圖乙中輕桿的作用力為零，C錯(cuò)誤。3.(多選)(2019·太原模擬)如圖所示，質(zhì)量為m的小球被一根橡皮筋A(yù)C和一根繩BC系住，當(dāng)小球靜止時(shí)，橡皮筋處在水平方向上。下列判斷中正確的是()A在AC被突然剪斷的瞬間，BC對(duì)小球的拉力不變B在AC被突然剪斷的瞬間，小球的加速度大小為gsin C在BC被突然剪斷的瞬間，小球的加速度大小為D在BC被突然剪斷的瞬間，小球的加速度大小為gsin 解析：選BC設(shè)小球靜止時(shí)BC繩的拉力為F，AC橡皮筋的拉力為T(mén)，由平衡條件可得：Fcos mg，F(xiàn)sin T，解得：F，Tmgtan ，在AC被突然剪斷的瞬間，BC上的拉力F也發(fā)生了突變，小球的加速度方向沿與BC垂直的方向且斜向下，大小為agsin ，B正確，A錯(cuò)誤；在BC被突然剪斷的瞬間，橡皮筋A(yù)C的拉力不變，小球的合力大小與BC被剪斷前拉力的大小相等，方向沿BC方向斜向下，故加速度大小為a，C正確，D錯(cuò)誤。 融會(huì)貫通(1)物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況是時(shí)刻對(duì)應(yīng)的，當(dāng)外界因素發(fā)生變化時(shí)，需要重新進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)分析。(2)加速度可以隨著力的突變而突變，而速度的變化需要一個(gè)積累的過(guò)程，不會(huì)發(fā)生突變。點(diǎn)點(diǎn)通(三)超重和失重問(wèn)題1超重和失重的概念視重當(dāng)物體掛在彈簧測(cè)力計(jì)下或放在水平臺(tái)秤上時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)或臺(tái)秤的示數(shù)稱(chēng)為視重。視重大小等于彈簧測(cè)力計(jì)所受物體的拉力或臺(tái)秤所受物體的壓力超重物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?大于物體所受重力的現(xiàn)象稱(chēng)為超重。超重的條件是：物體具有向上的加速度失重物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?小于物體所受重力的現(xiàn)象稱(chēng)為失重。失重的條件是：物體具有向下的加速度完全失重物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?等于零的現(xiàn)象稱(chēng)為完全失重。完全失重的條件是：物體的加速度為重力加速度2.對(duì)超重和失重現(xiàn)象的理解(1)發(fā)生超重或失重現(xiàn)象時(shí)，物體所受的重力沒(méi)有變化，只是物體對(duì)支持物的壓力(或?qū)覓煳锏睦?變大或變小了(即“視重”變大或變小了)。(2)只要物體有向上或向下的加速度，物體就處于超重或失重狀態(tài)，與物體向上運(yùn)動(dòng)還是向下運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。(3)即使物體的加速度不沿豎直方向，但只要在豎直方向上有分量，物體就會(huì)處于超重或失重狀態(tài)。(4)物體超重或失重多少由物體的質(zhì)量m和豎直加速度a共同決定，其大小等于ma。(5)在完全失重的狀態(tài)下，一切由重力產(chǎn)生的物理現(xiàn)象都會(huì)完全消失，如天平失效、浸在水中的物體不再受浮力作用、液體柱不再產(chǎn)生壓強(qiáng)等。小題練通1應(yīng)用物理知識(shí)分析生活中的常見(jiàn)現(xiàn)象，可以使物理學(xué)習(xí)更加有趣和深入。例如平伸手掌托起物體，由靜止開(kāi)始豎直向上運(yùn)動(dòng)，直至將物體拋出。對(duì)此現(xiàn)象分析正確的是()A手托物體向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，物體始終處于超重狀態(tài)B手托物體向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，物體始終處于失重狀態(tài)C在物體離開(kāi)手的瞬間，物體的加速度大于重力加速度D在物體離開(kāi)手的瞬間，手的加速度大于重力加速度解析：選D手托物體由靜止開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)，一定先做加速運(yùn)動(dòng)，物體處于超重狀態(tài)；然后可能勻速上升，物體既不超重也不失重；也可能減速上升，物體處于失重狀態(tài)，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；在物體離開(kāi)手的瞬間，二者分離，不計(jì)空氣阻力，物體只受重力，物體的加速度一定等于重力加速度；要使手和物體分離，手向下的加速度一定大于物體向下的加速度，即手的加速度大于重力加速度，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。2廣州塔，昵稱(chēng)小蠻腰，總高度達(dá)600米，游客乘坐觀光電梯大約1 min就可以到達(dá)觀光平臺(tái)。若電梯簡(jiǎn)化成只受重力與繩索拉力，已知電梯在t0時(shí)由靜止開(kāi)始上升，at圖像如圖所示。則下列說(shuō)法正確的是()At4.5 s時(shí)，電梯處于失重狀態(tài)B555 s時(shí)間內(nèi)，繩索拉力最小Ct59.5 s時(shí)，電梯處于超重狀態(tài)Dt60 s時(shí)，電梯速度恰好為零解析：選D由題圖可判斷：t4.5 s時(shí)，電梯有向上的加速度，電梯處于超重狀態(tài)，A錯(cuò)誤；05 s時(shí)間內(nèi)，電梯處于超重狀態(tài)，拉力>重力，555 s時(shí)間內(nèi)，電梯處于勻速上升過(guò)程，拉力重力，5560 s時(shí)間內(nèi)，電梯處于失重狀態(tài)，拉力<重力，綜上所述，B、C錯(cuò)誤；因at圖線與t軸所圍的“面積”表示速度改變量，而題圖中橫軸上方的“面積”與橫軸下方的“面積”相等，則電梯的速度在t60 s時(shí)為零，D正確。3.為了讓乘客乘車(chē)更為舒適，某探究小組設(shè)計(jì)了一種新的交通工具，乘客的座椅能隨著坡度的變化而自動(dòng)調(diào)整，使座椅始終保持水平，如圖所示。當(dāng)此車(chē)減速上坡時(shí)，則乘客(僅考慮乘客與水平面之間的作用)()A處于超重狀態(tài)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所受合力豎直向上解析：選C當(dāng)車(chē)減速上坡時(shí)，加速度方向沿斜坡向下，人的加速度與車(chē)的加速度相同，根據(jù)牛頓第二定律知人所受的合力方向沿斜坡向下，合力的大小不變，則人受重力、支持力和水平向左的靜摩擦力，如圖所示。將加速度沿豎直方向和水平方向分解，則有豎直向下的加速度，所以乘客處于失重狀態(tài)，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確。融會(huì)貫通判斷超重和失重現(xiàn)象的三個(gè)角度和技巧(1)從受力的角度判斷。當(dāng)物體所受向上的拉力(或支持力)大于重力時(shí)，物體處于超重狀態(tài)，小于重力時(shí)處于失重狀態(tài)，等于零時(shí)處于完全失重狀態(tài)。(2)從加速度的角度判斷。當(dāng)物體具有向上的加速度時(shí)處于超重狀態(tài)，具有向下的加速度時(shí)處于失重狀態(tài)，向下的加速度為重力加速度時(shí)處于完全失重狀態(tài)。(3)從速度變化的角度判斷。物體向上加速或向下減速時(shí)，超重。物體向下加速或向上減速時(shí)，失重。點(diǎn)點(diǎn)通(四)單位制1單位制：由基本單位和導(dǎo)出單位組成。2基本單位：基本量的單位。力學(xué)中的基本量有三個(gè)，它們分別是質(zhì)量、時(shí)間、長(zhǎng)度，它們的國(guó)際單位分別是千克、秒、米。3導(dǎo)出單位：由基本量根據(jù)物理關(guān)系推導(dǎo)出來(lái)的其他物理量的單位。4國(guó)際單位制中的七個(gè)基本物理量和基本單位物理量名稱(chēng)物理量符號(hào)單位名稱(chēng)單位符號(hào)長(zhǎng)度l米m質(zhì)量m千克kg時(shí)間t秒s電流I安培A熱力學(xué)溫度T開(kāi)爾文K物質(zhì)的量n摩爾mol發(fā)光強(qiáng)度IV坎德拉cd小題練通1在國(guó)際單位制中，力學(xué)和電學(xué)的基本單位有：m(米)、kg(千克)、s(秒)、A(安培)。導(dǎo)出單位V(伏特)，用上述基本單位可表示為()Am2·kg·s4·A1 Bm2·kg·s3·A1Cm2·kg·s2·A1 Dm2·kg·s1·A1解析：選B由物理公式U，得1 V 1 1 kg·m2·s3·A1，選項(xiàng)B正確。2關(guān)于單位制，下列說(shuō)法中正確的是()Akg、m/s、N是導(dǎo)出單位Bkg、m、C是基本單位C在國(guó)際單位制中，電流的單位A是導(dǎo)出單位D在國(guó)際單位制中，力的單位N是根據(jù)牛頓第二定律定義的解析：選D在力學(xué)中m(長(zhǎng)度單位)、kg(質(zhì)量單位)、s(時(shí)間單位)作為基本單位，可以導(dǎo)出其他物理量的單位，力的單位N是根據(jù)牛頓第二定律Fma導(dǎo)出的，D正確，A錯(cuò)誤；電荷量的單位C屬于國(guó)際單位制中的導(dǎo)出單位，B錯(cuò)誤；電流的單位A屬于國(guó)際單位制中的基本單位，C錯(cuò)誤。3由庫(kù)侖定律可知，真空中兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷，帶電荷量分別為q1和q2，其間距離為r時(shí)，它們之間相互作用力的大小為Fk，式中k為靜電力常量。若用國(guó)際單位制的基本單位表示，k的單位應(yīng)為()Akg·A2·m3 Bkg·A2·m3·s4Ckg·m2·C2 DN·m2·A2解析：選B由公式Fk得，k，故k的單位為，又由公式qIt得1 C1 A·s，由Fma可知 1 N1 kg·m·s2，故1 1 kg·A2·m3·s4，選項(xiàng)B正確。1加速度的方向由合外力的方向決定，與物體運(yùn)動(dòng)速度方向無(wú)關(guān)。2牛頓第二定律是矢量式，列方程時(shí)常以加速度的方向?yàn)檎较颍眠\(yùn)動(dòng)學(xué)公式列方程時(shí)常以初速度方向?yàn)檎较?，注意兩種情況下加速度的符號(hào)關(guān)系。3解題中常用到的二級(jí)結(jié)論(1)沿粗糙水平面自由滑行的物體：ag。(2)沿光滑斜面自由滑行的物體：agsin 。(3)沿粗糙斜面自由下滑的物體：ag(sin cos )。(4)沿粗糙斜面自由上滑的物體：ag(sin cos )。 課堂綜合訓(xùn)練1(多選)一人乘電梯上樓，在豎直上升過(guò)程中加速度a隨時(shí)間t變化的圖線如圖所示，以豎直向上為a的正方向，則人對(duì)地板的壓力()At2 s時(shí)最大Bt2 s時(shí)最小Ct8.5 s時(shí)最大 Dt8.5 s時(shí)最小解析：選AD對(duì)人受力分析，受重力mg和支持力FN，由牛頓第二定律得FNmgma。由牛頓第三定律得人對(duì)地板的壓力FNFNmgma。當(dāng)t2 s時(shí)a有最大值，F(xiàn)N最大；當(dāng)t8.5 s時(shí)，a有最小值，F(xiàn)N最小，選項(xiàng)A、D正確。2.如圖所示，質(zhì)量為1.5 kg的物體A靜止在豎直的輕彈簧上，質(zhì)量為0.5 kg的物體B由細(xì)線懸掛在天花板上，B與A剛好接觸但不擠壓?，F(xiàn)突然將細(xì)線剪斷，則剪斷后瞬間A、B間的作用力大小為(g取10 m/s2)()A0 B2.5 NC5 N D3.75 N解析：選D當(dāng)細(xì)線剪斷瞬間，細(xì)線的彈力突然變?yōu)?，則B與A突然有了相互作用的彈力，此時(shí)彈簧形變?nèi)圆蛔?，?duì)A、B整體受力分析可知，整體受重力G(mAmB)g20 N，彈簧彈力為FmAg15 N，由牛頓第二定律GF(mAmB)a，解得a2.5 m/s2，對(duì)B受力分析，B受重力和A對(duì)B的彈力F1，對(duì)B有mBgF1mBa，解得F13.75 N，選項(xiàng)D正確。3.質(zhì)量為M的皮帶輪工件放置在水平桌面上，一細(xì)繩繞過(guò)皮帶輪的皮帶槽，一端系一質(zhì)量為m的重物，另一端固定在桌面上。如圖所示，皮帶輪與桌面、細(xì)繩之間以及細(xì)繩與桌子邊緣之間的摩擦都忽略不計(jì)，則重物下落過(guò)程中，皮帶輪的加速度大小為()A. B.C. D.解析：選C相等時(shí)間內(nèi)重物下落的距離是皮帶輪運(yùn)動(dòng)距離的2倍，因此，重物的加速度大小也是皮帶輪加速度大小的2倍，設(shè)細(xì)繩上的拉力為F，根據(jù)牛頓第二定律2·，解得F，皮帶輪加速度大小為a，所以C正確。4.(2019·泰安模擬)如圖所示，小球A置于固定在水平面上的光滑半圓柱體上，小球B用水平輕彈簧拉著，彈簧固定在豎直板上。兩小球A、B通過(guò)光滑滑輪O用輕質(zhì)細(xì)繩相連，兩球均處于靜止?fàn)顟B(tài)。已知小球B質(zhì)量為m，O在半圓柱體圓心O1的正上方，OA與豎直方向成30°角，OA長(zhǎng)度與半圓柱體半徑相等，OB與豎直方向成45°角?，F(xiàn)將細(xì)繩剪斷的瞬間(重力加速度為g)，下列說(shuō)法正確的是()A彈簧彈力大小為mgB小球B的加速度為gC小球A受到的支持力為mgD小球A的加速度為g解析：選D剪斷細(xì)繩前對(duì)小球B受力分析如圖所示，由平衡條件可得F繩mg，F(xiàn)彈mgtan 45°mg；剪斷細(xì)繩瞬間，細(xì)繩上彈力立即消失，而彈簧彈力F彈和小球B受到的重力的大小和方向均沒(méi)有改變，則F合mg，aBg，A、B項(xiàng)錯(cuò)誤；剪斷細(xì)繩前，小球A受到的重力大小mAg2F繩cos 30°mg，剪斷細(xì)繩瞬間，小球A受到的支持力FNAmAgcos 30°mg，C項(xiàng)錯(cuò)誤；剪斷細(xì)繩瞬間，對(duì)小球A由牛頓第二定律有mAgsin 30°mAaA，得小球A的加速度aAgsin 30°g，D項(xiàng)正確。