2020高考物理一轮复习专题3-2 牛顿第二定律及其应用(精讲)含答案

专题3.2 牛顿第二定律及其应用（精讲）

1.理解牛顿第二定律的内容、表达式及性质。

2.应用牛顿第二定律解决瞬时问题和两类动力学问题。

知识点一牛顿第二定律、单位制

1．牛顿第二定律

(1)内容

物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟它的质量成反比。加速度的方向与作用力的方向相同。

(2)表达式a＝F

m或F＝ma。

(3)适用范围

①只适用于惯性参考系(相对地面静止或做匀速直线运动的参考系)。

②只适用于宏观物体(相对于分子、原子)、低速运动(远小于光速)的情况。

2．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的其他物理量的单位。

知识点二动力学中的两类问题

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，具体逻辑关系如下：

【方法技巧】两类动力学问题的解题步骤

知识点三超重和失重

1．实重和视重

(1)实重：物体实际所受的重力，与物体的运动状态无关，在地球上的同一位置是不变的。

(2)视重

①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视重大小等于弹簧测力计所受物体的拉力或台秤所受物体的压力。

2．超重、失重和完全失重的比较

超重现象失重现象完全失重

概念

物体对支持物的压力

(或对悬挂物的拉力)大于

物体所受重力的现象

物体对支持物的压力

(或对悬挂物的拉力)小于物

体所受重力的现象

物体对支持物的压力

(或对悬挂物的拉力)等于零

的现象

产生条件物体的加速度方向向上物体的加速度方向向下

物体的加速度方向向

下，大小a＝g

原理方程

F－mg＝ma

F＝m(g＋a) mg－F＝ma

F＝m(g－a)

mg－F＝mg

F＝0

运动状态加速上升或减速下降加速下降或减速上升

无阻力的抛体运动；绕

地球匀速圆周运动

知识点四动力学中整体法、隔离法的应用

1．外力和内力

如果以物体系统为研究对象，受到系统之外的物体的作用力，这些力是该系统受到的外力，而系统内各物体间的相互作用力为内力。应用牛顿第二定律列方程时不考虑内力。如果把某物体隔离出来作为研究对象，则原来的内力将转换为隔离体的外力。

2．整体法

当连接体内(即系统内)各物体的加速度相同时，可以把系统内的所有物体看成一个整体，分析其受力和运动情况，运用牛顿第二定律对整体列方程求解的方法。

3．隔离法

当求系统内物体间相互作用的内力时，常把某个物体从系统中隔离出来，分析其受力和运动情况，再用牛顿第二定律对隔离出来的物体列方程求解的方法。

考点一牛顿第二定律

【典例1】（2019·新课标全国Ⅲ卷）如图（a），物块和木板叠放在实验台上，物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连，细绳水平。t=0时，木板开始受到水平外力F的作用，在t=4 s时撤去外力。细绳对物块的拉力f随时间t变化的关系如图（b）所示，木板的速度v与时间t的关系如图（c）所示。木板与实验台之间的摩擦可以忽略。重力加速度取g=10 m/s2。由题给数据可以得出（）

A．木板的质量为1 kg B．2 s~4 s内，力F的大小为0.4 N

C．0~2 s内，力F的大小保持不变D．物块与木板之间的动摩擦因数为0.2

【答案】AB

【解析】结合两图像可判断出0~2 s物块和木板还未发生相对滑动，它们之间的摩擦力为静摩擦力，此过程力F等于f，故F在此过程中是变力，即C错误；2~5 s内木板与物块发生相对滑动，摩擦力转变为滑动摩擦力，由牛顿第二运动定律，对2~4 s和4~5 s列运动学方程，可解出质量m为1 kg，2~4 s内的力F为0.4 N，故A、B正确；由于不知道物块的质量，所以无法计算它们之间的动摩擦因数μ，故D错误。

【方法技巧】合力、加速度、速度间的决定关系

1.物体所受合力的方向决定了其加速度的方向，只要合力不为零，不管速度是大是小，或是零，物体都有加速度，只有合力为零时，加速度才为零。一般情况下，合力与速度无必然的联系。

2.合力与速度同向时，物体加速运动；合力与速度反向时，物体减速运动。

3.a ＝Δv Δt 是加速度的定义式，a 与Δv 、Δt 无直接关系；a ＝F m 是加速度的决定式，a ∝F ，a ∝1m

。

【变式1】（2019·湖南雅礼中学模拟） 一物体重为50 N ，与水平桌面间的动摩擦因数为0.2，现加上如图所示的水平力F 1和F 2，若F 2＝15 N 时物体做匀加速直线运动，则F 1的值可能是(g 取10 m/s 2)( )

A ．3 N

B ．25 N

C ．30 N

D ．50 N 【答案】ACD

【解析】若物体向左做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律可知F 2－F 1－μG ＝ma >0，解得F 1<5 N ，A 正确；若物体向右做匀加速直线运动，根据牛顿第二定律可知F 1－F 2－μG ＝ma >0，解得F 1>25 N ，C 、D 正确。

考点二 动力学中的两类问题

【典例2】 (2017·全国卷Ⅱ·24)为提高冰球运动员的加速能力，教练员在冰面上与起跑线相距x 0和x 1(x 1

(1)冰球与冰面之间的动摩擦因数； (2)满足训练要求的运动员的最小加速度．

【解析】(1)设冰球的质量为m ，冰球与冰面之间的动摩擦因数为μ，由牛顿第二定律得： μmg ＝ma

①

由运动学公式得：

v 20－v 21＝2ax 0

②