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选修3-5第六章第1讲_04高考物理_新高考复习资料_2022年新高考复习资料_高考物理2022年一轮复习各版本_2.2022年高考物理一轮复习新高考1津鲁琼辽鄂适用_配套习题

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[高考导航] 高考(全国卷)三年命题情况对照分析 要 考点内容 求 2016 2017 2018 命题分析 动量、动量定 理、动量守恒定 Ⅱ 律及其应用 卷Ⅰ·T : 14 弹性碰撞和非 动量、动能 1.2017年高考将 Ⅰ 弹性碰撞 本章内容改为必 T :动量守 24 考,在2017年高 实验七:验证动 卷Ⅰ·T : 恒定律、机 35(2) 考中有2道选择 量守恒定律 动量定理和 械能守恒定 能量观点 卷Ⅰ·T 14 :动 律 题,在2018年高 量守恒定律 考中有2道选择 卷Ⅱ·T 35(2) : 的应用 卷Ⅱ·T 24 : 题,3道计算题中 动量守恒和 牛顿第二定 都涉及到动量的 能量守恒 卷Ⅲ·T 20 :动 律、动量守 知识。 量定理的应 恒定律 卷Ⅲ·T 35(2) : 用 2.考查热点是动量 动量守恒和 T :动量定 15 定理、动量守恒定 说明:只限于一维 能量守恒 理 律与牛顿运动定 卷Ⅲ·T : 律、能量守恒的综 25 动量、机械 合问题。 能守恒定律 第 1 讲 动量和动量定理 知识排查 动量 1.定义:运动物体的质量和速度的乘积叫做物体的动量,通常用p来表示。2.表达式:p= m 。 v 3.单位:kg·m/s。 4.标矢性:动量是矢量,其方向和速度方向相同。 冲量 1.定义:力和力的作用时间的乘积叫做这个力的冲量。 公式:I=Ft。 2.单位:冲量的单位是 牛 · 秒 ,符号是N·s。 3.方向:冲量是矢量,冲量的方向与力的方向相同。 动量定理 1.内容:物体所受合外力的冲量等于物体动量的变化。 2.表达式:Ft=Δp=p′-p。 3.矢量性:动量变化量的方向与合外力的方向相同,可以在某一方向上应用动量 定理。 小题速练 1.思考判断 (1)动量是矢量,其方向与物体速度的方向相同。( ) (2)做匀速圆周运动的物体的动量不变。( ) (3)物体静止在水平面上是因为受到的支持力的冲量为零。( ) (4)合外力的冲量等于物体的动量变化。( ) 答案 (1)√ (2)× (3)× (4)√ 2.一质量为m=100 g的小球从高h=0.8 m处自由下落,落到一个厚软垫上,若 从小球接触软垫到小球陷至最低点经历了t=0.2 s,以向下为正方向,则在这段时 间内,软垫对小球的冲量为(重力加速度大小g取10 m/s2)( ) A.0.4 N·s B.-0.4 N·s C.0.6 N·s D.-0.6 N·s 解析 设小球自由下落h=0.8 m的时间为t ,由h=gt得t ==0.4 s。设软垫对小 1 1 球的冲量为I ,则对小球整个运动过程运用动量定理得,mg(t +t)+I =0,得I = N 1 N N -0.6 N·s,选项D正确。答案 D 动量和冲量的理解 1.对动量的理解 (1)动量的两性 ①瞬时性:动量是描述物体运动状态的物理量,是针对某一时刻或位置而言的。 ②相对性:动量的大小与参考系的选取有关,通常情况是指相对地面的动量。 (2)动量与动能的比较 名称 动量 动能 动量变化量 项目 物体的质量和速度的 物体由于运动而具有 物体末动量与初动量 定义 乘积 的能量 的矢量差 定义式 p=m E =m 2 Δp=p′-p v k v 矢标性 矢量 标量 矢量 特点 状态量 状态量 过程量 关联方程 E =,E =p ,p=,p= k k v 2.对冲量的理解 (1)冲量的两性 ①时间性:冲量不仅由力决定,还由力的作用时间决定,恒力的冲量等于该力与 力的作用时间的乘积。 ②矢量性:对于方向恒定的力来说,冲量的方向与力的方向一致;对于作用时间 内方向变化的力来说,冲量的方向与相应时间内物体动量改变量的方向一致。 (2)作用力和反作用力的冲量:一定等大、反向,但作用力和反作用力做的功之间 并无必然联系。 【例1】 (2018·全国卷Ⅰ,14)高铁列车在启动阶段的运动可看作初速度为零的匀 加速直线运动。在启动阶段,列车的动能( ) A.与它所经历的时间成正比 B.与它的位移成正比 C.与它的速度成正比 D.与它的动量成正比 解析 列车启动的过程中加速度恒定,由匀变速直线运动的速度与时间关系可知=at,且列车的动能为E =m 2,由以上整理得E =ma2t2,动能与时间的平方成 v k v k 正比,动能与速度的平方成正比,A、C错误;将x=at2代入上式得E =max,则列 k 车的动能与位移成正比,B正确;由动能与动量的关系式E =可知,列车的动能 k 与动量的平方成正比,D错误。 答案 B 1.(多选)(2019·北京西城区模拟)关于动量和冲量,下列说法正确的是( ) A.物体所受合外力的冲量的方向与物体动量的方向相同 B.物体所受合外力的冲量等于物体动量的变化 C.物体所受合外力的冲量等于物体的动量 D.物体动量的方向与物体的运动方向相同 解析 物体所受合外力的冲量的方向与合外力的方向相同,与物体动量变化量的 方向相同,与动量的方向不一定相同,故选项A错误;由动量定理可知,物体所受 合外力的冲量等于物体动量的变化,故选项B正确,C错误;物体的动量p=m , v 故物体动量的方向与物体的运动方向相同,选项D正确。 答案 BD 2.质量为0.2 kg的球竖直向下以6 m/s的速度落至水平地面,再以4 m/s的速度 反向弹回。取竖直向上为正方向,在小球与地面接触的时间内,关于球的动量变 化量Δp和合外力对小球做的功W,下列说法正确的是( ) A.Δp=2 kg·m/s W=-2 J B.Δp=-2 kg·m/s W=2 J C.Δp=0.4 kg·m/s W=-2 J D.Δp=-0.4 kg·m/s W=2 J 解析 取竖直向上为正方向,则小球与地面碰撞过程中动量的变化量Δp=m - v2 m =0.2×4 kg·m/s-0.2×(-6) kg·m/s=2 kg·m/s,方向竖直向上。 v1由动能定理知,合外力做的功W=m -m =×0.2×42 J-×0.2×62 J=-2 J。 v v 答案 A 动量定理的理解及应用 1.动量定理的理解 (1)动量定理不仅适用于恒定的力,也适用于随时间变化的力。这种情况下,动量 定理中的力F应理解为变力在作用时间内的平均值。 (2)动量定理的表达式FΔt=Δp是矢量式,运用它分析问题时要特别注意冲量、动 量及动量变化量的方向,公式中的F是物体或系统所受的合力。 2.用动量定理解释现象 (1)Δp一定时,F的作用时间越短,力就越大;时间越长,力就越小。 (2)F一定,此时力的作用时间越长,Δp就越大;力的作用时间越短,Δp就越小。 分析问题时,要把哪个量一定、哪个量变化搞清楚。 【例2】 (2018·全国卷Ⅱ,15)高空坠物极易对行人造成伤害。若一个50 g的鸡蛋 从一居民楼的25层坠下,与地面的碰撞时间约为2 ms,则该鸡蛋对地面产生的 冲击力约为( ) A.10 N B.102 N C.103 N D.104 N 解析 根据自由落体运动和动量定理有 2=2gh(h为25层楼的高度,约70 m),Ft v =m ,代入数据解得F≈1×103 N,所以C正确。 v 答案 C 用动量定理解题的基本思路1.[应用动量定理解释生活现象]下列解释中正确的是( ) A.跳高时,在落地处垫海绵是为了减小冲量 B.在码头上装橡皮轮胎,是为了减小渡船靠岸过程受到的冲量 C.动量相同的两个物体受相同的制动力作用,质量小的先停下来 D.人从越高的地方跳下,落地时越危险,是因为落地时人受到的冲量越大 解析 跳高时,在落地处垫海绵是为了延长作用时间减小冲力,不是减小冲量, 故选项A错误;在码头上装橡皮轮胎,是为了延长作用时间,从而减小冲力,不是 减小冲量,故选项B错误;动量相同的两个物体受相同的制动力作用,根据动量 定理Ft=m ,则知运动时间相等,故选项C错误;从越高的地方跳下,落地时速 v 度越大,动量越大,则冲量越大,故选项D正确。 答案 D 2.[应用动量定理求动量的变化量]如图1所示,跳水运动员从某一峭壁上水平跳 出,跳入湖水中,已知运动员的质量m=70 kg,初速度 =5 m/s,若经过1 s时, v0 速度为 =5 m/s,则在此过程中,运动员动量的变化量为(g=10 m/s2,不计空气阻 v 力)( )图1 A.700 kg·m/s B.350 kg·m/s C.350(-1) kg·m/s D.350(+1) kg·m/s 解析 根据动量定理得:Δp=F t,即Δp=mgt=70×10×1 kg·m/s=700 kg·m/s, 合 故选项A正确。 答案 A 3.[应用动量定理求变力的冲量](2019·佛山模拟)如图2所示,一轻质弹簧固定在 墙上,一个质量为m的木块以速度 从右侧沿光滑水平面向左运动并与弹簧发 v0 生相互作用。设相互作用的过程中弹簧始终在弹性限度范围内,那么,在整个相 互作用的过程中弹簧对木块冲量I的大小为( ) 图2 A.I=0 B.I=m C.I=2m D.I=3m v0 v0 v0 解析 设木块离开弹簧时的速度为 ,根据机械能守恒定律得:m 2=m ,所以 v v v v = ,设向右的速度方向为正方向,根据动量定理得:I=m -(-m )=2m ,故 v0 v v0 v0 选项C正确。 答案 C 4.[动量定理与图象的综合](多选)(2017·全国卷Ⅲ,20)一质量为2 kg的物块在合 外力F的作用下从静止开始沿直线运动。F随时间t变化的图线如图3 所示,则( ) 图3 A.t=1 s时物块的速率为1 m/sB.t=2 s时物块的动量大小为4 kg·m/s C.t=3 s时物块的动量大小为5 kg·m/s D.t=4 s时物块的速度为零 解析 由动量定理可得Ft=m ,解得 =。t=1 s时物块的速率为 == m/s=1 v v v m/s,故选项A正确;t=2 s时物块的动量大小p =F t =2×2 kg·m/s=4 kg·m/s, 2 2 2 故选项B正确;t=3 s时物块的动量大小为p =(2×2-1×1) kg·m/s=3 kg·m/s, 3 故选项C错误;t=4 s 时物块的动量大小为p =(2×2-1×2) kg·m/s=2 kg·m/s, 4 所以t=4 s时物块的速度为1 m/s,故选项D错误。 答案 AB 利用动量定理处理流体问题 1.研究对象 常常需要选取流体为研究对象,如水、空气等。 2.研究方法 先隔离出一定形状的一部分流体作为研究对象,然后列式求解。 3.基本思路 (1)在极短时间Δt内,取一小柱体作为研究对象。 (2)求小柱体的体积ΔV= SΔt v (3)求小柱体质量Δm=ρΔV=ρ SΔt v (4)求小柱体的动量变化Δp= Δm=ρ 2SΔt v v (5)应用动量定理FΔt=Δp 【例3】 [2016·全国卷Ⅰ,35(2)]某游乐园入口旁有一喷泉,喷出的水柱将一质量 为M的卡通玩具稳定地悬停在空中。为计算方便起见,假设水柱从横截面积为S 的喷口持续以速度 竖直向上喷出;玩具底部为平板(面积略大于S);水柱冲击 v0 到玩具底板后,在竖直方向水的速度变为零,在水平方向朝四周均匀散开。忽略 空气阻力。已知水的密度为ρ,重力加速度大小为g。求(ⅰ)喷泉单位时间内喷出的水的质量; (ⅱ)玩具在空中悬停时,其底面相对于喷口的高度。 解析 (ⅰ)在刚喷出一段很短的Δt时间内,可认为喷出的水柱保持速度 不变。 v0 该时间内,喷出水柱高度Δl= Δt① v0 喷出水柱质量Δm=ρΔV② 其中ΔV为水柱体积,满足ΔV=ΔlS③ 由①②③可得:喷泉单位时间内喷出的水的质量为 =ρ S v0 (ⅱ)设玩具底面相对于喷口的高度为h 由玩具受力平衡得F =Mg④ 冲 其中,F 为水柱对玩具底部柱的作用力 冲 由牛顿第三定律知F =F ⑤ 压 冲 其中,F 为玩具底部对水柱的作用力, ′为水柱到达玩具底部时的速度 压 v 由运动学公式得 ′2- =-2gh⑥ v v 在很短Δt时间内,冲击玩具水柱的质量为Δm Δm=ρ SΔt⑦ v0 由题意可知,在竖直方向上,对该部分水柱应用动量定理得 -(F +Δmg)Δt=-Δm ′⑧ 压 v 由于Δt很小,Δmg也很小,可以忽略,⑧式变为 F Δt=Δm ′⑨ 压 v 由④⑤⑥⑦⑨可得h=-答案 (ⅰ)ρ S (ⅱ)- v0 1.如图4所示,一个下面装有轮子的贮气瓶停放在光滑的水平地面上,底端与竖 直墙壁接触。现打开右端阀门,气体向外喷出,设喷口的面积为S,气体的密度为 ρ,气体向外喷出的速度为 ,则气体刚喷出时钢瓶底端对竖直墙面的作用力大小 v 是( ) 图4 A.ρ S B. C.ρ 2S D.ρ 2S v v v 解析 Δt时间内贮气瓶喷出气体的质量Δm=ρS ·Δt,对于贮气瓶、瓶内气体及 v 喷出的气体所组成的系统,由动量定理得F·Δt=Δm -0,解得F=ρ 2S,选项D v v 正确。 答案 D 2.如图5所示, 图5 水力采煤时,用水枪在高压下喷出强力的水柱冲击煤层,设水柱直径为 d=30 cm,水速为 =50 m/s,假设水柱射在煤层的表面上,冲击煤层后水的速度变为零, v 求水柱对煤层的平均冲击力。(水的密度ρ=1.0×103 kg/m3)解析 设在一小段时间Δt内,从水枪射出的水的质量为Δm,则Δm=ρS Δt。以 v Δm为研究对象,它在Δt时间内的动量变化Δp=Δm·(0- )=-ρS 2Δt。设F为水 v v 对煤层的平均作用力,即冲力,F′为煤层对水的反冲力,以 的方向为正方向,根 v 据动量定理(忽略水的重力),有F′·Δt=Δp=-ρ 2SΔt,即F′=-ρS 2。 根据牛顿 v v 第三定律知F=-F′=ρS 2,式中S=d2,代入数值得F≈1.77×105 N。 v 答案 1.77×105 N。 课时作业 (时间:40分钟) 基础巩固练 1.(2019·唐山统考)1998年6月8日,清华大学对富康轿车成功地进行了中国轿 车史上的第一次安全性碰撞试验,成为“中华第一撞”,从此,我国汽车整体安全 性碰撞试验开始与国际接轨,在碰撞过程中,下列关于安全气囊的保护作用认识 正确的是( ) A.安全气囊减小了驾驶员的动量的变化 B.安全气囊减小了驾驶员受到撞击力的冲量 C.安全气囊主要是减小了驾驶员的动量变化率 D.安全气囊延长了撞击力的作用时间,从而使动量变化更大 解析 碰撞过程中,驾驶员的初、末动量与是否使用安全气囊无关,选项A错误; 由动量定理可知,驾驶员受到的撞击力的冲量不变,选项B错误;安全气囊延长 了撞击力的作用时间,由于驾驶员的动量变化一定,动量变化率减小,即撞击力 减小,选项C正确,D错误。 答案 C2.(2019·河南开封模拟)将质量为0.5 kg的小球以20 m/s的初速度竖直向上抛出, 不计空气阻力,g取10 m/s2,以下判断正确的是 ( ) A.小球从被抛出至到达最高点受到的冲量大小为10 N·s B.小球从被抛出至落回出发点动量的变化量大小为零 C.小球从被抛出至落回出发点受到的冲量大小为10 N·s D.小球从被抛出至落回出发点动量的变化量大小为10 kg·m/s 解析 小球从被抛出至到达最高点经历时间t==2 s,受到的冲量大小为I=mgt =10 N·s,选项A正确;小球从被抛出至落回出发点经历时间4 s,受到的冲量大 小为20 N·s,动量是矢量,返回出发点时小球的速度大小仍为20 m/s,但方向与被 抛出时相反,故小球的动量变化量大小为20 kg·m/s,选项B、C、D错误。 答案 A 3.如图1所示,运动员向球踢了一脚,踢球时的力F=100 N,球在地面上滚动了 10 s后停下来,则运动员对球的冲量为 ( ) 图1 A.1 000 N·s B.500 N·s C.0 D.无法确定 解析 滚动了10 s是地面摩擦力对足球的作用时间,不是踢球的力的作用时间, 由于不能确定运动员对球的作用时间,所以无法确定运动员对球的冲量,选项D 正确。 答案 D 4.(多选)恒力F作用在质量为m的物体上,如图2所示,由于地面对物体的摩擦 力较大,物体没有被拉动,则经时间t,下列说法正确的是( ) 图2 A.拉力F对物体的冲量大小为零B.拉力F对物体的冲量大小为Ft C.拉力F对物体的冲量大小是Ftcos θ D.合力对物体的冲量大小为零 解析 由冲量的定义式I=FΔt知拉力F对物体的冲量大小为I =Ft,由于物体 F 静止,所受合力为零,所以I =0,选项B、D正确。 合 答案 BD 5.(多选)一位质量为m的运动员从下蹲状态向上起跳,经Δt时间,身体伸直并刚 好离开地面,速度为 ,则在此过程中( ) v A.地面对他的冲量为m +mgΔt v B.地面对他的冲量为m -mgΔt v C.地面对他做的功为m 2 v D.地面对他做的功为零 解析 取运动员为研究对象,由动量定理得(F-mg)Δt=m -0,I=FΔt=m + v v mgΔt,运动员没有离开地面,地面对运动员做的功为零,所以A、D项正确。 答案 AD 6.质量为60 kg的建筑工人,不慎从高空跌下,幸好有弹性安全带的保护,使他悬 挂起来。已知弹性安全带的缓冲时间是1.2 s,安全带长5 m,g取10 m/s2,则安全 带所受的平均冲力的大小为( ) A.500 N B.1 100 N C.600 N D.100 N 解析 选取人为研究对象,人下落过程中由 2=2gh,=10 m/s,缓冲过程由动量 v v 定理得(F-mg)t=m ,F=+mg=1 100 N。由牛顿第三定律可知,安全带所受的 v 平均冲力的大小为1 100 N,B项正确。 答案 B 7.质量为1 kg的物体做直线运动,其速度—时间图象如图3所示。则物体在前10s内和后10 s内所受外力的冲量分别是( ) 图3 A.10 N·s,10 N·s B.10 N·s,-10 N·s C.0,10 N·s D.0,-10 N·s 解析 由图象可知,在前10 s内初、末状态的动量相同,p =p =5 kg·m/s,由动量 1 2 定理知I =0;在后10 s内末状态的动量p =-5 kg·m/s,由动量定理得I =p -p 1 3 2 3 2 =-10 N·s,故选项D正确。 答案 D 8.一质量为0.5 kg 的小物块放在水平地面上的A点,距离A点5 m的位置B处是 一面墙,如图4所示。物块以 =9 m/s 的初速度从A点沿AB方向运动,在与墙 v0 壁碰撞前瞬间的速度为7 m/s,碰后以6 m/s的速度反向运动直至静止。g取10 m/s2。 图4 (1)求物块与地面间的动摩擦因数μ; (2)若碰撞时间为0.05 s,求碰撞过程中墙面对物块平均作用力的大小F; (3)求物块在反向运动过程中克服摩擦力所做的功W。 解析 (1)由动能定理,有-μmgs=m 2-m , v v 可得μ=0.32 (2)规定向左为正,由动量定理FΔt=m ′-m ,可得 v vF=130 N (3)由功能关系得W=m ′2=9 J v 答案 (1)0.32 (2)130 N (3)9 J 综合提能练 9.(多选) (2018·安徽合肥二模)一质点静止在光滑水平面上,现对其施加水平外力 F,F随时间按正弦规律变化,如图5所示,下列说法中正确的是( ) 图5 A.第2 s末质点的动量为零 B.第4 s末,质点回到出发点 C.在0~2 s时间内,F的功率先增大后减小 D.在1~3 s时间内,F的冲量为0 解析 由图象可知在0~2 s内质点一直加速,2 s末速度最大,后减速,由对称性 可知第4 s末,质点速度为零,位移不为零,故A、B错误;由图可知在0~2 s时间 内,速度逐渐增大,F先增大后减小到0,所以F的功率先增大后减小,故C正确; 由对称性可知第1 s末和第3 s末的速度相等,由动量定理可知F的冲量为I= m -m =0,故D正确。 v3 v1 答案 CD 10.(2018·河南郑州三模)如图6甲所示为杂技中的“顶竿”表演,水平地面上演 员B用肩部顶住一根长直竹竿,另一演员A爬至竹竿顶端完成各种动作。某次顶 竿表演结束后,演员A自竿顶由静止开始下落。滑到竿底时速度正好为零,然后 屈腿跳到地面上,演员A、B质量均为50 kg,长竹竿质量为5 kg,A下滑的过程中 速度随时间变化的图象如图乙所示。取重力加速度g=10 m/s2,下列说法中正确 的是( )图6 A.竹竿的总长度约为3 m B.0~6 s内,演员B对地面的压力大小始终为1 050 N C.0~6 s内,竹竿对演员B的压力的冲量大小为3 300 N·s D.演员A落地时向下屈腿,是为了缩短作用时间以减小地面的冲击力 解析 由 -t图象可知竹竿的总长度l=×2×6 m=6 m,故A错误;在0~4 s内 v 加速向下运动,属于失重,在4~6 s内,加速度向上,属于超重,故B错误;在0~ 4 s内,由图象可知加速度为a =0.5 m/s2,则mg-f =ma ,解得f =475 N,此过 1 1 1 1 程竹竿对演员B的压力F =f +m g=525 N,在4~6 s内,由图象可知加速度为 N1 1 1 a =-1 m/s2,则mg-f =ma ,解得f =550 N,此过程竹竿对演员B的压力F = 2 2 2 2 N2 f +m g=600 N,所以0~6 s 内,竹竿对演员B的压力的冲量大小为I=I +I = 2 1 1 2 525×4 N·s+600×2 N·s=3 300 N·s,故C正确;演员A落地时向下屈腿,是为了 延长作用时间以减小地面的冲击力,故D错误。 答案 C 11.一艘宇宙飞船以 =1.0×104 m/s的速度进入密度为ρ=2.0×10-7 kg/m3的微 v 陨石流中,如果飞船在垂直于运动方向上的最大截面积 S=5 m2,且认为微陨石 与飞船碰撞后都附着在飞船上,为使飞船的速度保持不变,飞船的牵引力应为多 大? 解析 设t时间内附着在飞船上的微陨石总质量为Δm,则Δm=ρS t① v 这些微陨石由静止至随飞船一起运动,其动量增加是受飞船对其作用的结果,由 动量定理有Ft=Δp=Δm ② v 则微陨石对飞船的冲量大小也为Ft,为使飞船速度保持不变,飞船应增加的牵引力为ΔF=F③ 综合①②③并代入数值得ΔF=100 N,即飞船的牵引力应为100 N。 答案 100 N 12.(2018·北京理综,22)2022年将在我国举办第二十四届冬奥会,跳台滑雪是其 中最具观赏性的项目之一。某滑道示意图如图7,长直助滑道AB与弯曲滑道BC 平滑衔接,滑道BC高h=10 m,C是半径R=20 m 圆弧的最低点。质量m=60 kg 的运动员从A处由静止开始匀加速下滑,加速度a=4.5 m/s2,到达B点时速度 vB =30 m/s,取重力加速度g=10 m/s2。 图7 (1)求长直助滑道AB的长度L; (2)求运动员在AB段所受合外力的冲量I的大小; (3)若不计BC段的阻力,画出运动员经过C点时的受力图,并求其所受支持力F N 的大小。 解析 (1)根据匀变速直线运动公式, 有L==100 m (2)根据动量定理有I=m -m =1 800 N·s vB vA (3)运动员经C点时的受力分析如图所示 根据动能定理,运动员在BC段运动的过程中,有 mgh=m -m v v 根据牛顿第二定律,有F -mg=m N 联立解得F =3 900 N N答案 (1)100 m (2)1 800 N·s (3)图见解析 3 900 N