專題14 牛頓三大定律（教師版）新高一物理多維度導學與分層專練

高一物理多維度導學與分層專練專題14牛頓三大定律導練目標導練內(nèi)容目標1牛頓第一定律和慣性目標2牛頓第三定律目標3牛頓第二定律及瞬時加速度問題【知識導學與典例導練】牛頓第一定律和慣性1.牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。(1)揭示了物體的慣性：不受力的作用時，一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)。(2)揭示了力的作用對運動的影響：力是改變物體運動狀態(tài)的原因。2．對慣性的理解(1)保持“原狀”：物體在不受力或所受合外力為零時，慣性表現(xiàn)為使物體保持原來的運動狀態(tài)(靜止或勻速直線運動)。(2)反抗改變：物體受到外力時，慣性表現(xiàn)為抗拒運動狀態(tài)改變。慣性越大，物體的運動狀態(tài)越難以被改變。(3)慣性的量度：質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度，質(zhì)量越大，慣性越大，與物體的速度和受力情況無關。3．牛頓第一、第二定律的關系(1)牛頓第一定律是以理解實驗為基礎，經(jīng)過科學抽象、歸納推理總結出來的，牛頓第二定律是實驗定律。(2)牛頓第一定律不是牛頓第二定律的特例，它揭示了物體運動的原因和力的作用對運動的影響；牛頓第二定律則定量指出了力和運動的聯(lián)系?！纠?】水平儀的主要測量裝置是一個內(nèi)部封有液體的玻璃管，液體中有一氣泡，水平靜止時，氣泡位于玻璃管中央，如圖所示。一輛在水平軌道上行駛的火車車廂內(nèi)水平放置兩個水平儀，一個沿車頭方向，一個垂直于車頭方向。某時刻，氣泡位置如圖2所示，則此時關于火車運動的說法可能正確的是（）A．加速行駛，且向左轉彎B．加速行駛，且向右轉彎C．減速行駛，且向左轉彎D．減速行駛，且向右轉彎【答案】B【詳解】CD．由題意可知，水平靜止或勻速直線運動時，氣泡位于玻璃管中央，由圖2可以看出:沿車頭方向的氣泡向車頭方向移動，當火車加速時，氣泡和液體由于慣性不會隨火車立即加速，還會以原來的速度運動，相對火車向后運動，因為氣泡密度小于液體密度，所以氣泡在液體作用下就向前運動，故CD錯誤；AB．垂直于車頭方向的裝置中氣泡處于右端，因原來火車做直線運動，氣泡位于中心位置，當火車向右轉彎時，氣泡和液體由于慣性不會立即隨火車右轉，還會沿直線運動，所以氣泡和液體就相對火車向左運動，因為氣泡密度小于液體密度，所以氣泡在液體的作用下相對中心位置向右運動；所以此時刻火車應是加速運動且向右轉彎，故A錯誤，B正確。故選B。牛頓第三定律1.內(nèi)容：兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。2.作用力與反作用力的特點(1)三同：①同大?。虎谕兓?；③同性質(zhì)(2)三異：①方向不同；②受力物體不同；③產(chǎn)生的效果不同(3)二無關：①與相互作用的物體運動狀態(tài)無關；②與是否和其他物體相互作用無關；3.作用力和反作用力與一對平衡力的區(qū)別名稱項目作用力與反作用力一對平衡力作用對象兩個相互作用的不同物體同一個物體作用時間一定同時產(chǎn)生、同時消失不一定同時產(chǎn)生、同時消失力的性質(zhì)一定相同不一定相同作用效果不可抵消可相互抵消【例2】2021年9月20日，我國天舟三號火箭在海南文昌發(fā)射中心發(fā)射升空，大約經(jīng)歷597秒后，飛船進入預定軌道并進行正常工作，這是我國載人航天工程的第20次發(fā)射任務，也是長征系列運載火箭的第389次飛行。如圖所示，火箭點火升空。燃料燃燒后的燃氣以很大的速度從火箭噴口噴出，火箭獲得推力而升空，則（）A．火箭獲得的推力來自空氣B．噴出燃氣對火箭的作用力與火箭的重力是一對作用力與反作用力C．噴出燃氣對火箭的作用力與火箭對噴出燃氣的作用力是一對作用力與反作用力D．火箭飛離大氣層后，不受重力作用【答案】C【詳解】A．火箭獲得的推力來自燃料燃燒后的燃氣，故A錯誤；BC．噴出燃氣對火箭的作用力與火箭對噴出燃氣的推力是一對作用力與反作用力，故B錯誤，C正確；D．火箭飛離大氣層后，沒有脫離地球的引力范圍，受重力作用，故D錯誤。故選C。牛頓第二定律及瞬時加速度問題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。2.表達式：F＝ma，其中F為物體受到的合外力。3.牛頓第二定律的五個特性4.合力、加速度、速度之間的決定關系(1)不管速度是大是小，或是零，只要合力不為零，物體都有加速度。(2)a＝eq\f(Δv,Δt)是加速度的定義式，a與Δv、Δt無必然聯(lián)系；a＝eq\f(F,m)是加速度的決定式，a∝F，a∝eq\f(1,m)。(3)合力與速度同向時，物體加速運動；合力與速度反向時，物體減速運動?！纠?】某人把一根細繩的下端綁著一支圓珠筆，上端臨時固定在地鐵豎直扶手上。地鐵起動后的某段運動過程中，細繩偏離了豎直方向，他用手機拍攝了當時的照片，拍攝方向跟地鐵前進方向垂直（）A．從圖中可以判斷地鐵的運動方向B．從圖中可以判斷地鐵的加速度方向C．若細繩與桿子的夾角增大，則地鐵速度增大D．若細繩與桿子的夾角增大，則地鐵的加速度減小【答案】B【詳解】AB．由于地鐵的加速度方向與筆的加速度方向相同，所以通過判斷筆的加速度方向可知地鐵的加速度方向；但是由于不知道地鐵速度的變化情況，故地鐵運動方向與加速度方向可能相同，也可能相反，所以不能判斷地鐵朝向哪一個方向運動，故A錯誤，B正確；CD．以筆為研究對象，筆受到重力及細繩拉力的共同作用，設繩子與桿子的夾角為，則由牛頓第二定律可得筆的加速度大小為，增大，則筆加速度增大，地鐵加速度增大，但是地鐵的速度不一定增大，CD錯誤。故選B。5.牛頓第二定律的瞬時加速度問題（1）輕繩、輕桿、硬接觸面模型的特點：對于輕繩、輕桿和硬接觸面這類物體認為是一種不發(fā)生明顯形變就能產(chǎn)生彈力的物體，剪斷(或脫離)后，其彈力立即改變或消失，不需要形變恢復時間。①在瞬時問題中，其彈力可以看成是瞬間改變的。②一般題目中所給細繩、輕桿和接觸面等在不加特殊說明時，均可按此模型處理。二、彈力不能瞬間改變的情形。（2）彈簧、橡皮繩模型的特點①當彈簧、橡皮繩的兩端與物體相連時，由于物體具有慣性，彈簧、橡皮繩的形變量不會瞬間發(fā)生突變。②在求解瞬時加速度的問題中，其彈力的大小可認為是不變的，即彈簧或橡皮繩的彈力不發(fā)生突變?！纠?】物塊A1、A2、B1和B2的質(zhì)量均為m，A1、A2用剛性輕桿連接，B1、B2用輕質(zhì)彈簧連結，兩個裝置都放在水平的木板上，處于平衡狀態(tài)，如圖所示。今突然撤去木板，讓物塊下落，在除去木板的瞬間，A1、A2的加速度分別為aA1和aA2，B1、B2的加速度分別為aB1和aB2，則（）A．a(chǎn)A1=g，aA2=g，aB1=0，aB2=2g B．a(chǎn)A1=g，aA2=2g，aB1=g，aB2=gC．a(chǎn)A1=g，aA2=g，aB1=g，aB2=g D．a(chǎn)A1=0，aA2=2g，aB1=0，aB2=2g【答案】A【詳解】在除去木板的瞬間，采用整體法研究A1、A2所受的力。A1、A2由于用剛性輕桿連接，加速度一定相等，將一起下落，整體的加速度等于重力加速度g。采用隔離法研究B1、B2受到的力，在除去木板前，根據(jù)平衡條件得知，彈簧的彈力大小等于mg，木板對B2的支持力大小等于2mg。在除去木板的瞬間，彈簧的彈力沒有來得及變化，B1的受力情況不變，則B1所受合力為零，即；B2受到重力mg和彈簧壓力mg，所以合力大小為2mg，即故A正確，BCD錯誤。故選A?！纠?】如圖所示，兩小球分別用輕質(zhì)細繩和輕彈簧系在天花板上，兩小球之間用一輕質(zhì)細繩連接，細繩、彈簧與豎直方向的夾角均為，細繩水平拉直，現(xiàn)將細繩剪斷，則細繩剪斷瞬間，下列說法正確的是（）A．細繩上的拉力與彈簧彈力之比為B．細繩上的拉力與彈簧彈力之比為C．A與B的加速度之比為D．A與B的加速度之比為【答案】BD【詳解】依題意，可知A、B兩球的質(zhì)量相等，均設為m，剪斷細繩L2瞬間，對A球受力分析，如圖1所示由于細繩L1的拉力突變，沿細繩L1方向和垂直于細繩L1方向進行力的分解，得FT=mgcosθ；ma1=mgsinθ剪斷細繩L2瞬間，對B球進行受力分析，如圖2所示，由于彈簧的彈力不發(fā)生突變，則彈簧的彈力還保持不變，有Fcosθ=mg；ma2=mgtanθ所以FT∶F=cos2θ∶1；a1∶a2=cosθ∶1故選BD。【多維度分層專練】1．如圖所示，放置在水平面上密閉的容器里充滿了某種無色液體，在水平外力F的作用下向右做加速運動。設容器后面部分液體密度為，前面部分液體密度為，關于容器內(nèi)液體前后密度的大小比較，正確的是：（）A． B．C． D．、大小無法比較【答案】C【詳解】因為容器在水平外力F的作用下向右做加速運動，容器后面部分液體密度為，前面部分液體密度為，根據(jù)牛頓第一定律可知，質(zhì)量大的物體慣性大，更不容易改變運動狀態(tài)，故，ABD錯誤，C正確。故選C。2．如圖所示為“摘燈籠”游戲示意圖，要求游戲者在規(guī)定的時間內(nèi)將盡可能多的燈籠摘下即可獲勝，已知燈籠上下用兩根相同的細繩L1、L2連接后懸掛于天花板上，人只能拉下面的細繩L1，若兩根細線繩能承受的最大拉力相同，則為了順利摘下燈籠（）A．在細繩L1下端緩慢增加拉力B．在細繩L1下端突然猛一拉C．由于細繩L2中的拉力大于細繩L1中的拉力，故細繩L2一定先斷D．細繩L1與細繩L2一定同時斷【答案】A【詳解】A．懸掛的燈籠受到自身重力G，細繩L2沿繩向上的拉力F2，細繩L1沿繩向下的拉力F1，由平衡可知顯然F2>F1則在緩慢增加拉力時，繩2先斷，能順利摘下燈籠，故A正確；BCD．若細繩1突然施加很大的力，此時由于慣性，燈籠有保持原狀態(tài)（靜止）的特性，使得繩2的形變量不能立即增加，繩2的拉力未明顯變化，所以繩1先斷。不能順利摘下燈籠，故BCD錯誤。故選A。3．小云同學為了取出如圖所示羽毛球筒中的羽毛球，一手拿著球筒的中部，另一手用一個較大的力擊打羽毛球筒的上端，則（）A．該同學無法取出羽毛球B．該同學是在利用羽毛球的慣性C．該同學擊打筒的上端是為了改變羽毛球筒的慣性D．羽毛球筒向下運動的過程中，羽毛球受到向上的摩擦力才會從上端出來【答案】B【詳解】A．羽毛球從上端出來，故A錯誤；B．用較大的力擊打羽毛球筒，羽毛球筒迅速向下運動，羽毛球由于慣性仍在原位置，羽毛球相對于羽毛球筒向上運動，故B正確；C．該同學擊打筒的上端是為了改變羽毛球筒的運動狀態(tài)，故C錯誤；D．羽毛球相對球筒向上運動，受到向下的摩擦力，故D錯誤。故選B。4．牛頓在總結C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯等人的研究結果后，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系。下列關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，人對車的作用力大小等于車對人的作用力大小D．物體在地面上滑行，物體對地面的摩擦力大于地面對物體的摩擦力【答案】C【詳解】A．作用力和反作用力是同時產(chǎn)生同時消失的，所以A錯誤；B．物體對地面的壓力和地面對物體的支持力是作用力與反作用力，所以B錯誤；C．作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，所以人推車前進，人對車的作用力大小等于車對人的作用力大小，則C正確；D．物體在地面上滑行，物體對地面的摩擦力與地面對物體的摩擦力互為相互作用力，所以物體對地面的摩擦力于地面對物體的摩擦力等大反向，則D錯誤；故選C。5．如圖，站在滑輪車上的甲、乙兩人原來靜止不動，甲、乙相互猛推一下后分別向相反方向運動，滑輪車與地面間的動摩擦因數(shù)相同。甲在水平地面上滑行的距離比乙遠，這是因為（）A．在推的過程中，甲推乙的力小于乙推甲的力B．在推的過程中，甲推乙的時間小于乙推甲的時間C．在剛分開時，甲的初速度大于乙的初速度D．在分開后，甲的加速度大小小于乙的加速度大小【答案】C【詳解】A．在推的過程中，甲推乙的力和乙推甲的力是一對作用力和反作用力，根據(jù)牛頓第三定律，作用力和反作用力大小相等，方向相反。故A錯誤；B．根據(jù)作用力與反作用力的特點可知，作用力與反作用力的時間總是相等的。故B錯誤；C．由運動學公式可知剛分開時，甲的初速度大于乙的初速度，故C正確；D．分開后，兩人受到的合力都是摩擦力，根據(jù)牛頓第二定律所以甲乙的加速度大小相等，故D錯誤；故選C。6．為了讓乘客乘車更為舒適，某探究小組設計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調(diào)整，使座椅始終保持水平，如圖所示。當此車減速上坡時，則乘客（僅考慮乘客與水平面之間的作用）（）A．處于失重狀態(tài) B．不受摩擦力的作用C．受到向前（水平向右）的摩擦力作用 D．所受合力豎直向上【答案】A【詳解】A．當此車減速上坡時，整體的加速度沿斜面向下，乘客具有向下的分加速度，所以處于失重狀態(tài)。故A正確；BC．同理，乘客具有水平向左的分加速度，所以靜摩擦力水平向左。故BC錯誤；D．根據(jù)牛頓第二定律，可知乘客所受合力沿斜面向下。故D錯誤。故選A。7．如圖所示，小車內(nèi)一根沿豎直方向的輕質(zhì)彈簧和兩根與豎直方向成θ角的細繩OA，OB拴接一小球．當小車和小球相對靜止，一起在水平面上向右運動時，下列說法正確的是（

）A．不可能兩根繩都沒有拉力 B．輕彈簧對小球可能沒有彈力C．細繩AO對小球可能沒有拉力 D．兩根細繩不一定對小球有拉力，但是輕彈簧對小球一定有彈力【答案】BC【詳解】A．當小車和小球一起向右勻速運動時，小球的合力為零，可能兩繩均無拉力，只受重力和彈簧的彈力作用，A錯誤；BCD．若小球和小車向右做勻加速運動，小球的合力一定水平向右，小球的受力可能是：①彈簧和繩AO對小球均無彈力，小球受重力和繩OB的彈力；②彈簧對小球無彈力，小球受重力和兩根繩的拉力；BC正確，D錯誤。故選BC。8．如圖所示，質(zhì)量分別為，的兩物體置于光滑的水平面上，中間用輕質(zhì)彈簧測力計連接。兩個大小分別為，的水平拉力分別作用在、上，彈簧測力計未超出彈性限度，則（）A．彈簧測力計的示數(shù)是50NB．若增大，兩物體一起做勻加速直線運動時，彈簧測力計示數(shù)可能不變C．在突然撤去的瞬間，的加速度大小為4D．在突然撤去的瞬間，的加速度大小為15【答案】D【詳解】A．對兩物體和彈簧測力計組成的系統(tǒng)，根據(jù)牛頓第二定律得整體的加速度隔離，根據(jù)牛頓第二定律有解得所以彈簧測力計的示數(shù)為45N，A錯誤；B．根據(jù)增大，變大，B錯誤；C．在突然撤去的瞬間，彈簧的彈力不變，的加速度不變，為，的加速度C錯誤；D．在突然撤去的瞬間，彈簧的彈力不變，的加速度不變，為，的加速度，D正確。故選D。9．如圖所示，光滑斜面的傾角為，A球質(zhì)量為2m、B球質(zhì)量為m，圖甲中A、B兩球