2023屆高三物理一輪復(fù)習(xí)專題三：牛頓運動定律1

專題三牛頓運動定律1(教師)eq\a\vs4\al(考點一牛頓運動定律)1．思維辨析(1)牛頓第一定律是實驗定律。()(2)在水平面上運動的物體最終停下來，是因為水平方向沒有外力維持其運動的結(jié)果。()(3)物體的慣性越大，狀態(tài)越難改變。()(4)作用力與反作用力可以作用在同一物體上。()(5)作用力與反作用力的作用效果不能抵消。()(6)物體的質(zhì)量與加速度成反比。()(7)物體受到外力作用，立即產(chǎn)生加速度。()(8)可以利用牛頓第二定律確定自由電子的運動情況。()(9)千克、秒、米、庫侖、安培均為國際單位制的基本單位。()(10)力的單位牛頓，簡稱牛，屬于導(dǎo)出單位。()答案(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√(6)×(7)√(8)×(9)×(10)√2．在物理學(xué)史上，正確認(rèn)識運動和力的關(guān)系且推翻“力是維持物體運動的原因”這個觀點的物理學(xué)家及建立慣性定律的物理學(xué)家分別是()A．亞里士多德、伽利略B．伽利略、牛頓C．伽利略、愛因斯坦 D．亞里士多德、牛頓答案B解析伽利略通過斜面實驗正確認(rèn)識了運動和力的關(guān)系，從而推翻了亞里士多德“力是維持物體運動的原因”的錯誤觀點；牛頓在歸納總結(jié)伽利略、笛卡兒等科學(xué)家的結(jié)論基礎(chǔ)上得出了經(jīng)典的牛頓第一定律，即慣性定律，故選項B正確。3．(多選)用手托著一塊磚，開始靜止不動，當(dāng)手突然向上加速運動時，磚對手的壓力()A．一定小于手對磚的支持力B．一定等于手對磚的支持力C．一定大于手對磚的支持力D．一定大于磚的重力答案BD解析磚對手的壓力與手對磚的支持力是作用力與反作用力的關(guān)系，大小一定相等，故A、C錯B對；磚向上加速，由牛頓第二定律知，手對磚的支持力大于重力，因而磚對手的壓力大于重力，故D對。[考法綜述]本考點知識在高考中要求較高，為Ⅱ級要求，單一命題考查物理學(xué)史和物理思想的試題經(jīng)常出現(xiàn)，試題難度較低只要熟讀課本即可。交匯命題以牛頓第二定律、受力分析、圓周運動、功能關(guān)系等知識為載體，考查牛頓第三定律的試題，有一定的難度，因此復(fù)習(xí)本考點時應(yīng)掌握：1個概念——慣性3個定律——牛頓第一定律、牛頓第二定律、牛頓第三定律4位物理學(xué)家——亞里士多德、伽利略、笛卡兒、牛頓對力和運動之間關(guān)系的觀點1個區(qū)別——平衡力與作用力、反作用力的區(qū)別1種思想方法——轉(zhuǎn)換對象法1套制度——單位制命題法1對牛頓第一定律的理解典例1對一些實際生活中的現(xiàn)象，某同學(xué)試圖從慣性角度加以解釋，其中正確的是()A．采用了大功率的發(fā)動機(jī)后，某些一級方程式賽車(質(zhì)量不變)的速度甚至能超過某些老式螺旋槳飛機(jī)的速度。這表明，可以通過科學(xué)手段使小質(zhì)量的物體獲得大慣性B．射出槍膛的子彈在運動相當(dāng)長一段距離后連一件棉衣也穿不透，這表明它的慣性小了C．貨運列車運行到不同的車站時，經(jīng)常要摘下或加掛一些車廂，這會改變它的慣性D．摩托車轉(zhuǎn)彎時，車手一方面要控制適當(dāng)?shù)乃俣?，另一方面要將身體稍微向里傾斜，通過調(diào)控人和車的慣性達(dá)到安全行駛的目的[答案]C【解題法】牛頓第一定律應(yīng)用技巧(1)應(yīng)用牛頓第一定律分析實際問題時，要把生活感受和理論問題聯(lián)系起來，深刻認(rèn)識力和運動的關(guān)系，正確理解力不是維持物體運動狀態(tài)的原因，克服生活中一些錯誤的直觀印象，建立正確的思維習(xí)慣。(2)如果物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變，則物體必然受到不為零的合外力作用。因此，判斷物體的運動狀態(tài)是否改變，以及如何改變，應(yīng)分析物體的受力情況。命題法2對牛頓第二定律的認(rèn)識典例2(多選)如圖甲、乙所示，圖中細(xì)線均不可伸長，兩小球質(zhì)量相同且均處于平衡狀態(tài)，細(xì)線和彈簧與豎直方向的夾角均為θ。如果突然把兩水平細(xì)線剪斷，則剪斷瞬間()A．圖甲中小球的加速度大小為gsinθ，方向水平向右B．圖乙中小球的加速度大小為gtanθ，方向水平向右C．圖甲中傾斜細(xì)線與圖乙中彈簧的拉力之比為1∶cos2θD．圖甲中傾斜細(xì)線與圖乙中彈簧的拉力之比為cos2θ∶1[答案]BD【解題法】用牛頓第二定律求瞬時加速度的兩種思路(1)輕質(zhì)彈簧(或橡皮繩)模型：因為形變需要時間，所以產(chǎn)生的彈力瞬間不會突變，可直接從受力分析入手確定合力，然后用牛頓第二定律確定加速度。(2)輕質(zhì)剛性繩或線(或接解面)模型：因為形變很小，可以認(rèn)為形變不需時間，所以產(chǎn)生的彈力可瞬間發(fā)生突變，應(yīng)從即將要發(fā)生的實際運動入手，分析相應(yīng)的受力，然后利用牛頓第二定律確定瞬時加速度。命題法3牛頓第三定律的應(yīng)用典例3如圖所示，甲、乙兩人在冰面上“拔河”。兩人中間位置處有一分界線，約定先使對方過分界線者為贏。若繩子質(zhì)量不計，冰面可看成光滑，則下列說法正確的是()A．甲對繩的拉力與繩對甲的拉力是一對平衡力B．甲對繩的拉力與乙對繩的拉力是作用力與反作用力C．若甲的質(zhì)量比乙大，則甲能贏得“拔河”比賽的勝利D．若乙收繩的速度比甲快，則乙能贏得“拔河”比賽的勝利[答案]C【解題法】判斷相互作用力與平衡力的方法(1)看作用點：作用力與反作用力的作用點在兩個不同的物體上，平衡力兩個力的作用點在同一物體上。(2)看產(chǎn)生力的原因：作用力與反作用力是由于相互作用產(chǎn)生的，一定是同一性質(zhì)的力，平衡力中兩力的性質(zhì)可同可不同。典例4置于水平面上的小車上有一彎折角度為θ的細(xì)桿，如圖所示，細(xì)桿一端固定了一個質(zhì)量為m的小球。當(dāng)小車以加速度a向左加速前進(jìn)時，小球?qū)?xì)桿的作用力多大？方向如何？[答案]大小：F＝meq\r(a2＋g2)方向：與豎直方向成arctaneq\f(a,g)角斜向右下方[解析]以小球為研究對象，小球受重力mg和細(xì)桿對它的作用力F，將F沿水平方向和豎直方向分解，水平分力為Fx，豎直分力為Fy，如圖所示。由牛頓第二定律可知Fy－mg＝0，F(xiàn)x＝ma故細(xì)桿對小球的作用力F＝eq\r(F\o\al(2,x)＋F\o\al(2,y))＝eq\r(ma2＋mg2)＝meq\r(a2＋g2)又α＝arctaneq\f(Fx,Fy)＝arctaneq\f(ma,mg)＝arctaneq\f(a,g)由牛頓第三定律可得，小球?qū)?xì)桿的作用力的大小為F′＝F＝meq\r(a2＋g2)方向與豎直方向成arctaneq\f(a,g)角斜向右下方?！窘忸}法】轉(zhuǎn)移對象法“轉(zhuǎn)移對象法”是物體的受力分析中常用的一種方法，其本質(zhì)是牛頓第三定律的應(yīng)用。由于作用力與反作用力大小相等、方向相反，作用在同一直線上，當(dāng)待求的某個力不容易求時，可先求它的反作用力，再反過來求待求力。如求壓力時，可先求支持力。在求解摩擦力的問題中也經(jīng)常用到此法。命題法4單位制典例5聲音在空氣中傳播的速度v與空氣的密度ρ及壓強(qiáng)p有關(guān)，下列速度表達(dá)式(k為比例系數(shù)，無單位)中可能正確的是()A．v＝eq\r(\f(kp,ρ2))B．v＝eq\r(\f(kp,ρ))C．v＝eq\r(\f(kρ,p2)) D．v＝eq\r(kpρ2)[答案]B[解析]物理公式在確定了物理量的數(shù)學(xué)關(guān)系的同時，也確定了物理量的單位關(guān)系。題目中雖對速度v與密度ρ及壓強(qiáng)p的關(guān)系未作任何提示，但可以用單位關(guān)系來檢驗它們的數(shù)量關(guān)系。故可以把密度ρ及壓強(qiáng)p的國際單位用基本單位導(dǎo)出，再代入上述選項進(jìn)行檢驗其結(jié)果的單位是不是速度的國際單位“m/s”。壓強(qiáng)p的單位用1Pa＝1N/m2，1N＝1kg·m/s2，密度ρ的單位為kg/m3，k無單位，代入B項，eq\r(\f(p,ρ))＝eq\r(\f(kg·m·s－2·m－2,kg·m－3))＝eq\r(m2/s2)＝m/s，選項B正確?！窘忸}法】量綱檢驗法采用國際單位制，為我們提供了一種比較簡單的驗證法——量綱檢驗法，即當(dāng)進(jìn)行物理量運算時，最終的結(jié)果往往是一個表達(dá)式，很難判斷其正誤。這時，可將各物理量的單位全部代入式中，對單位進(jìn)行運算，若得到的單位不是所求物理量的國際單位，結(jié)果就一定是錯誤的。但值得注意的是，運用量綱檢驗法得到的結(jié)果不是肯定的。1．由庫侖定律可知，真空中兩個靜止的點電荷，帶電量分別為q1和q2，其間距離為r時，它們之間相互作用力的大小為F＝keq\f(q1q2,r2)，式中k為靜電力常量。若用國際單位制的基本單位表示，k的單位應(yīng)為()A．kg·A2·m3B．kg·A－2·m3·s－4C．kg·m2·C－2 D．N·m2·A－2答案B2．(多選)一人乘電梯上樓，在豎直上升過程中加速度a隨時間t變化的圖線如圖所示，以豎直向上為a的正方向，則人對地板的壓力()A．t＝2s時最大B．t＝2s時最小C．t＝8.5s時最大 D．t＝8.5s時最小答案AD3．伽利略創(chuàng)造的把實驗、假設(shè)和邏輯推理相結(jié)合的科學(xué)方法，有力地促進(jìn)了人類科學(xué)認(rèn)識的發(fā)展。利用如圖所示的裝置做如下實驗：小球從左側(cè)斜面上的O點由靜止釋放后沿斜面向下運動，并沿右側(cè)斜面上升。斜面上先后鋪墊三種粗糙程度逐漸降低的材料時，小球沿右側(cè)斜面上升到的最高位置依次為1、2、3。根據(jù)三次實驗結(jié)果的對比，可以得到的最直接的結(jié)論是()A．如果斜面光滑，小球?qū)⑸仙脚cO點等高的位置B．如果小球不受力，它將一直保持勻速運動或靜止?fàn)顟B(tài)C．如果小球受到力的作用，它的運動狀態(tài)將發(fā)生改變D．小球受到的力一定時，質(zhì)量越大，它的加速度越小答案A解析根據(jù)實驗結(jié)果，得到的最直接的結(jié)論是如果斜面光滑，小球?qū)⑸仙脚cO點等高的位置，A項正確。而小球不受力時狀態(tài)不變，小球受力時狀態(tài)發(fā)生變化，是在假設(shè)和邏輯推理下得出的結(jié)論，不是實驗直接結(jié)論，所以B和C選項錯誤。而D項不是本實驗所說明的問題，故錯誤。4．下列情境中，關(guān)于力的大小關(guān)系，說法正確的是()A．跳高運動員起跳，地面對運動員的支持力大于運動員對地面的壓力B．火箭加速上升時，火箭發(fā)動機(jī)的推力大于火箭的重力C．雞蛋撞擊石頭，雞蛋破碎，石頭對雞蛋的作用力大于雞蛋對石頭的作用力D．鋼絲繩吊起貨物加速上升時，鋼絲繩對貨物的拉力大于貨物對鋼絲繩的拉力答案B解析人對地面的壓力和地面對人的支持力是作用力與反作用力，故二者大小相等，選項A錯誤；火箭加速上升，則一定受到向上的合力，故發(fā)動機(jī)的推力大于火箭的重力，選項B正確；雞蛋對石頭的力和石頭對雞蛋的力是作用力與反作用力，故二者大小相等，選項C錯誤；鋼絲繩對貨物的拉力與貨物對鋼絲繩的拉力為作用力與反作用力，故二者大小相等，選項D錯誤。5．下列關(guān)于力學(xué)及其發(fā)展歷史，正確的說法是()A．牛頓根據(jù)伽利略等前輩的研究，用實驗驗證得出牛頓第一定律B．牛頓通過研究發(fā)現(xiàn)物體受到的外力總是迫使其改變運動狀態(tài)，而不是維持其運動狀態(tài)C．由牛頓第二定律得到m＝eq\f(F,a)，這說明物體的質(zhì)量跟所受外力成正比，跟物體的加速度成反比D．牛頓等物理學(xué)家建立的經(jīng)典力學(xué)體系不但適用于宏觀、低速研究領(lǐng)域，也能充分研究微觀、高速運動的物體答案B解析因為不受力作用的物體是不存在的，所以牛頓第一定律是利用邏輯思維對事實進(jìn)行分析的產(chǎn)物，不可能用實驗直接驗證，所以A項錯。牛頓研究發(fā)現(xiàn)力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而不是維持物體運動的原因，所以B項正確；因為物體的質(zhì)量由其所含物質(zhì)的多少決定，與其他因素?zé)o關(guān)，所以C項錯；牛頓等物理學(xué)家建立的經(jīng)典力學(xué)體系只適用于宏觀、低速研究領(lǐng)域，當(dāng)研究微觀、高速運動的物體時用愛因斯坦相對論，所以D項錯。6．牛頓在總結(jié)C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯等人的研究結(jié)果后，提出了著名的牛頓第三定律，闡述了作用力和反作用力的關(guān)系，從而與牛頓第一和第二定律形成了完整的牛頓力學(xué)體系。下列關(guān)于作用力和反作用力的說法正確的是()A．物體先對地面產(chǎn)生壓力，然后地面才對物體產(chǎn)生支持力B．物體對地面的壓力和地面對物體的支持力互相平衡C．人推車前進(jìn)，人對車的作用力大于車對人的作用力D．物體在地面上滑行，不論物體的速度多大，物體對地面的摩擦力與地面對物體的摩擦力始終大小相等答案Deq\a\vs4\al(考點二牛頓運動定律的綜合應(yīng)用)1．思維辨析(1)牛頓第二定律表達(dá)式F＝ma在任何情況下都適用。()(2)物體只有在受力的前提下才會產(chǎn)生加速度，因此，加速度的產(chǎn)生要滯后于力的作用。()(3)F＝ma是矢量式，a的方向與F的方向相同，與速度方向無關(guān)。()(4)物體所受的合外力減小，加速度一定減小，而速度不一定減小。()(5)物體超重時，加速度向上，速度也一定向上。()(6)物體失重時，也可能向上運動。()(7)應(yīng)用牛頓運動定律進(jìn)行整體分析時，可以分析內(nèi)力。()(8)物體完全失重時，說明物體的重力為零。()答案(1)×(2)×(3)√(4)√(5)×(6)√(7)×(8)×2．關(guān)于超重和失重現(xiàn)象，下列描述中正確的是()A．電梯正在減速上升，在電梯中的乘客處于超重狀態(tài)B．磁懸浮列車在水平軌道上加速行駛時，列車上的乘客處于超重狀態(tài)C．蕩秋千時秋千擺到最低位置時，人處于失重狀態(tài)D．“神舟九號”飛船在繞地球做圓軌道運行時，飛船內(nèi)的宇航員處于完全失重狀態(tài)答案D解析物體是否超重或失重取決于加速度方向，當(dāng)加速度向上時物體處于超重狀態(tài)，當(dāng)加速度向下時物體處于失重狀態(tài)，當(dāng)加速度向下且大小等于重力加速度時物體處于完全失重狀態(tài)。電梯正在減速上升，加速度向下，乘客失重，選項A錯誤；列車加速時加速度水平向前，乘客既不超重也不失重，選項B錯誤；蕩秋千到最低位置時加速度向上，人處于超重狀態(tài)，選項C錯誤；飛船繞地球做勻速圓周運動時，其加速度等于飛船所在位置的重力加速度，宇航員處于完全失重狀態(tài)，選項D正確。3．如圖(甲)所示，質(zhì)量m＝2kg的物體在水平面上向右做直線運動。過a點時給物體作用一個水平向左的恒力F并開始計時，選水平向右為速度的正方向，通過速度傳感器測出物體的瞬時速度，所得v-t圖象如圖(乙)所示。取重力加速度為g＝10m/s2。求：(1)物體在0～4s內(nèi)和4～10s內(nèi)的加速度的大小和方向；(2)力F的大小和物體與水平面間的動摩擦因數(shù)μ；(3)10s末物體離a點的距離；(4)10s后撤去拉力F，求物體再過15s離a點的距離。答案(1)2m/s2與初速度方向相反1m/s2與初速度方向相反(2)3N0.05(3)2m(4)38m解析(1)設(shè)物體向右做勻減速直線運動的加速度為a1，則由v-t圖得加速度大小a1＝2m/s2，方向與初速度方向相反。設(shè)物體向左做勻加速直線運動的加速度為a2，則由v-t圖得加速度大小a2＝1m/s2，方向與初速度方向相反。(2)在0～4s內(nèi)，根據(jù)牛頓第二定律，有F＋μmg＝ma1在4～10s內(nèi)，F(xiàn)－μmg＝ma2代入數(shù)據(jù)解得：F＝3N，μ＝0.05。(3)設(shè)10s末物體的位移為x，x應(yīng)為v-t圖線與坐標(biāo)軸所圍的面積，則x＝eq\f(1,2)×4×8m－eq\f(1,2)×6×6m＝－2m，即物體在a點左側(cè)2m處。(4)設(shè)撤去拉力F后物體做勻減速直線運動的加速度大小為a3，根據(jù)牛頓第二定律，有μmg＝ma3得a3＝0.5m/s2則物體減速到零的時間t＝eq\f(v,a3)＝eq\f(6,0.5)s＝12s則物體在15s內(nèi)的位移即為12s內(nèi)的位移，則物體在12s內(nèi)的位移x′＝eq\f(v2,2a3)＝eq\f(36,2×0.5)m＝36m物體在15s后離a點的距離d＝|x|＋x′＝38m。[考法綜述]本考點知識在高考中屬于必考內(nèi)容，單一命題考查的頻率、難度都較低，但交匯命題、與多種知識結(jié)合、以多種形式出現(xiàn)的試題一定會有，可能是選擇題形式、也可能是計算題形式，因此在復(fù)習(xí)本考點知識時一定要掌握：2個概念——超重、失重2類問題——動力學(xué)中的兩類問題4種圖象——v-t，a-t，F(xiàn)-t，F(xiàn)-a圖象。1種意識——分階段處理多過程問題的意識命題法1運用牛頓運動定律解決兩類基本問題典例1為了研究魚所受水的阻力與其形狀的關(guān)系，小明同學(xué)用石蠟做成兩條質(zhì)量均為m、形狀不同的“A魚”和“B魚”，如圖所示。在高出水面H處分別靜止釋放“A魚”和“B魚”，“A魚”豎直下潛hA后速度減為零，“B魚”豎直下潛hB后速度減為零?！棒~”在水中運動時，除受重力外，還受浮力和水的阻力。已知“魚”在水中所受浮力是其重力的eq\f(10,9)倍，重力加速度為g，“魚”運動的位移遠(yuǎn)大于“魚”的長度。假設(shè)“魚”運動時所受水的阻力恒定，空氣阻力不計。求：(1)“A魚”入水瞬間的速度vA1；(2)“A魚”在水中運動時所受阻力FfA；(3)“A魚”與“B魚”在水中運動時所受阻力之比FfA∶FfB。[答案](1)eq\r(2gH)(2)mgeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(H,hA)－\f(1,9)))(3)eq\f(hB9H－h(huán)A,hA9H－h(huán)B)[解析](1)“A魚”在入水前做自由落體運動，有veq\o\al(2,A1)－0＝2gH①得：vA1＝eq\r(2gH)②(2)“A魚”在水中運動時受重力、浮力和阻力的作用，做勻減速運動，設(shè)加速度為aA，有F合＝F?。獸fA－mg③F合＝maA④0－veq\o\al(2,A1)＝－2aAhA⑤由題意：F?。絜q\f(10,9)mg綜合上述各式，得FfA＝mgeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(H,hA)－\f(1,9)))⑥(3)考慮到“B魚”的受力、運動情況與“A魚”相似，有FfB＝mgeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(H,hB)－\f(1,9)))⑦綜合⑥⑦兩式，得eq\f(FfA,FfB)＝eq\f(hB9H－h(huán)A,hA9H－h(huán)B)?！窘忸}法】解決兩類動力學(xué)問題的兩個關(guān)鍵點“兩個分析”“一個橋梁”是解決兩類動力學(xué)問題的兩個關(guān)鍵點，“兩個分析”：是指在解決兩類動力學(xué)的基本問題時，不論哪一類問題，都要進(jìn)行受力分析和運動情況分析?！耙粋€橋梁”：是指物體運動的加速度是聯(lián)系運動和力的橋梁，是將物體的運動學(xué)規(guī)律和物體的受力分析聯(lián)系在一起的紐帶。命題法2運用牛頓定律解決多過程問題典例2一長木板在水平地面上運動，在t＝0時刻將一相對于地面靜止的物塊輕放到木板上，以后木板運動的速度－時間圖象如圖所示。已知物塊與木板的質(zhì)量相等，物塊與木板間及木板與地面間均有摩擦，物塊與木板間的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，且物塊始終在木板上。取重力加速度的大小g＝10m/s2，求：(1)物塊與木板間、木板與地面間的動摩擦因數(shù)；(2)從t＝0時刻到物塊與木板均停止運動時，物塊相對于木板的位移大小。[答案](1)0.200.