22屆高中物理一輪總復(fù)習(xí)05牛頓運(yùn)動定律的理解（新高考）

高考物理一輪總復(fù)習(xí)2022基礎(chǔ)鞏固篇05牛頓運(yùn)動定律的理解一內(nèi)容索引010203素養(yǎng)導(dǎo)讀備考定向必備知識預(yù)案自診關(guān)鍵能力學(xué)案突破素養(yǎng)導(dǎo)讀備考定向【核心素養(yǎng)】

【試題情境】

生活實(shí)踐類

學(xué)習(xí)探索類

交通安全、體育運(yùn)動、娛樂活動,如汽車剎車、飛機(jī)起飛、滑雪、滑草等加速度測量、連接體問題、傳送帶問題、板塊模型問題等【考向預(yù)測】

本章內(nèi)容屬于高考考查的熱點(diǎn),題型為選擇題或計算題。考查的具體內(nèi)容主要包括以下幾個方面:①運(yùn)動圖像和牛頓第二定律的綜合應(yīng)用;②連接體問題、板塊模型問題;③結(jié)合交通安全、體育運(yùn)動、娛樂活動等新情境應(yīng)用類問題必備知識預(yù)案自診【知識梳理】

一、對力和運(yùn)動關(guān)系的認(rèn)識

科學(xué)家國籍觀點(diǎn)亞里士多德古希臘力是

維持

物體運(yùn)動狀態(tài)的原因

伽利略意大利通過理想斜面實(shí)驗提出力是

改變

物體運(yùn)動狀態(tài)的原因

笛卡兒法國如果運(yùn)動中的物體沒有受到力的作用,它將繼續(xù)以同一

速度

沿同一直線運(yùn)動,既不停下來也不偏離原來的方向

牛頓英國牛頓運(yùn)動定律二、慣性1.定義:物體具有

保持

原來勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)。

2.量度:

質(zhì)量

是慣性大小的唯一量度。

3.普遍性:慣性是物體的固有屬性,一切物體都具有慣性,與物體的

運(yùn)動

情況和

受力

情況無關(guān)。

三、牛頓運(yùn)動定律

牛頓第一定律①牛頓第二定律②牛頓第三定律③區(qū)別內(nèi)容一切物體總保持

勻速直線運(yùn)動

狀態(tài)或

靜止

狀態(tài),直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止

物體的加速度跟所受外力的合力成

正比

,跟物體的質(zhì)量成

反比

,加速度方向跟合外力的方向

相同

兩個

物體之間的作用力與反作用力總是大小

相等

,方向

相反

,作用在

同一直線

上

公式

F=maF=-F

牛頓第一定律①牛頓第二定律②牛頓第三定律③區(qū)別意義明確了力的概念,指出了力是物體運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變的原因,即力是產(chǎn)生

加速度

的原因

揭示了加速度是力作用的結(jié)果,揭示了

力

、

質(zhì)量

、

加速度

的定量關(guān)系

揭示了物體間力的作用的相互性,明確了

相互作用力

的關(guān)系

研究方法根據(jù)

理想實(shí)驗

歸納總結(jié)得出,不能直接用實(shí)驗驗證

用

控制變量法

研究F、m、a之間的關(guān)系,可用實(shí)驗驗證

由實(shí)際現(xiàn)象歸納總結(jié)得出,可用實(shí)驗驗證聯(lián)系牛頓三個運(yùn)動定律是一個整體,是動力學(xué)的基礎(chǔ),牛頓第二定律是以牛頓第一定律為基礎(chǔ),由實(shí)驗總結(jié)得出的【考點(diǎn)自診】

1.判斷下列說法的正誤。(1)物體不受外力時一定處于靜止?fàn)顟B(tài)。(

×

)(2)物體運(yùn)動必須有力的作用,沒有力的作用,物體將靜止。(

×

)(3)運(yùn)動的物體慣性大,靜止的物體慣性小。(

×

)(4)物體加速度的方向一定與合外力方向相同。(

√

)(5)質(zhì)量越大的物體,加速度越小。(

×

)(6)可以利用牛頓第二定律確定自由電子的運(yùn)動情況。

(

×

)(7)作用力與反作用力的效果可以相互抵消。(

×

)(8)人走在松軟土地上下陷時,人對地面的壓力大于地面對人的支持力。(

×

)2.(多選)下面對牛頓第一定律和慣性的分析正確的是(

)A.飛機(jī)投彈時,當(dāng)目標(biāo)在飛機(jī)的正下方時投下炸彈,能擊中目標(biāo)B.地球自西向東自轉(zhuǎn),人向上跳起來后,還會落到原地C.安全帶的作用是防止汽車剎車時,人由于慣性作用發(fā)生危險D.有的同學(xué)說,向上拋出的物體,在空中向上運(yùn)動時,肯定受到了向上的作用力答案BC

解析飛機(jī)在目標(biāo)正上方投彈時,由于慣性,炸彈會落在目標(biāo)的前方,選項A錯誤;地球自西向東自轉(zhuǎn),人向上跳起后,由于慣性,還會落在原地,選項B正確;汽車剎車時,由于慣性,人會向前沖,安全帶可以防止人向前沖,選項C正確;物體被向上拋出后,在空中向上運(yùn)動是由于慣性,選項D錯誤。3.(新教材人教版必修第一冊P91例題改編)如圖所示,某同學(xué)在列車車廂的頂部用細(xì)線懸掛一個小球,發(fā)現(xiàn)某段時間細(xì)線偏過一定角度并相對車廂保持靜止,通過測定,發(fā)現(xiàn)懸線與豎直方向的夾角為θ,列車的加速度大小是多少?列車可能在做什么運(yùn)動?答案見解析解析選擇小球為研究對象,設(shè)小球的質(zhì)量為m,小球在豎直平面內(nèi)受到重力mg、繩的拉力FT,在這兩個力的作用下,小球產(chǎn)生水平向右方向的加速度a。這表明,FT與mg的合力方向水平向右,且F=mgtan

θ。根據(jù)牛頓第二定律,小球具有的加速度為a=gtan

θ,列車可能向右做加速運(yùn)動,也可能向左做減速運(yùn)動。關(guān)鍵能力學(xué)案突破考點(diǎn)一對牛頓第一定律的理解(自主探究)1.牛頓第一定律不是實(shí)驗定律它是在可靠的實(shí)驗事實(shí)(如伽利略斜面實(shí)驗)基礎(chǔ)上采用科學(xué)的邏輯推理得出的結(jié)論。2.慣性的兩種表現(xiàn)形式(1)當(dāng)物體不受力或所受合力為零時,慣性表現(xiàn)為保持原來的運(yùn)動狀態(tài)不變(靜止或勻速直線運(yùn)動);(2)當(dāng)物體受到合力不為零時,慣性表現(xiàn)為抗拒運(yùn)動狀態(tài)改變的能力。【對點(diǎn)演練】

1.下列關(guān)于慣性的說法正確的是(

)A.高速運(yùn)動的物體不容易停下來,所以物體運(yùn)動速度越大,慣性越大B.用相同的水平力分別推放在地面上的兩個材料不同的物體,則難以推動的物體慣性大C.慣性是物體的固有屬性,慣性大小只與質(zhì)量有關(guān)D.在月球上舉重比在地球上容易,所以同一物體在月球上比在地球上的慣性小答案

C解析

慣性是物體的固有屬性,慣性大小僅與物體的質(zhì)量有關(guān),與其他因素?zé)o關(guān),A、B、D錯誤,C正確。2.如圖所示,一盛水的容器固定在一個小車上,在容器中分別懸掛和拴住一只鐵球和一只乒乓球。容器中的水和鐵球、乒乓球都處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)容器隨小車突然向右運(yùn)動時,兩球的運(yùn)動情況是(以小車為參考系)(

)A.鐵球向左,乒乓球向右B.鐵球向右,乒乓球向左C.鐵球和乒乓球都向左D.鐵球和乒乓球都向右答案

A解析

因為小車突然向右運(yùn)動,鐵球和乒乓球都有向右運(yùn)動的趨勢,但由于與同體積的“水球”相比,鐵球質(zhì)量大、慣性大,鐵球的運(yùn)動狀態(tài)難改變,即速度變化慢,而同體積的“水球”的運(yùn)動狀態(tài)容易改變,即速度變化快,而且水和車一起向右運(yùn)動,所以小車向右運(yùn)動時,鐵球相對小車向左運(yùn)動。同理,由于乒乓球與同體積的“水球”相比,質(zhì)量小,慣性小,乒乓球相對小車向右運(yùn)動。3.如圖所示,在一輛表面光滑足夠長的小車上,有質(zhì)量為m1、m2的兩個小球(m1>m2),原來隨小車一起做勻速直線運(yùn)動,當(dāng)小車突然停止時,如不考慮其他阻力,則兩個小球(

)A.一定相碰B.一定不相碰C.不一定相碰D.無法確定,因為不知小車的運(yùn)動方向答案

B解析

小車停止前,兩個小球和小車一起做勻速直線運(yùn)動,并且兩個小球和小車具有共同的速度。當(dāng)小車突然停止時,由于接觸面光滑,因此兩個小球還要保持原來大小不變的速度做勻速直線運(yùn)動,又兩球的速度相同,相同時間內(nèi)通過的位移相同,因此兩個小球間的距離不變,一定不會相碰,故B正確,A、C、D錯誤。考點(diǎn)二對牛頓第二定律的理解(師生共研)1.牛頓第二定律的五個特性

矢量性F=ma是矢量式,a與F同向瞬時性a與F對應(yīng)同一時刻因果性F是產(chǎn)生a的原因同體性F、m、a對應(yīng)同一個物體,統(tǒng)一使用國際單位獨(dú)立性每一個力都產(chǎn)生各自的加速度3.牛頓第二定律瞬時性的兩種模型

【典例】

(2020河北保定高三模擬)如圖所示,小球在水平輕繩和輕彈簧拉力作用下靜止,彈簧與豎直方向夾角為θ。設(shè)重力加速度為g,下列說法正確的是(

)A.從A點(diǎn)剪斷彈簧瞬間,小球的加速度大小為g,方向豎直向下B.從A點(diǎn)剪斷彈簧瞬間,小球的加速度大小為,方向與豎直成θ角斜向右下C.從B點(diǎn)剪斷輕繩瞬間,小球的加速度大小為gsinθ,方向與水平成θ角斜向左下D.從B點(diǎn)剪斷輕繩瞬間,小球的加速度大小為gtanθ,方向與豎直成θ角斜向左上解題指導(dǎo)審題關(guān)鍵詞句分析解讀小球在水平輕繩和輕彈簧拉力作用下靜止不計繩和彈簧重力,且小球所受合力為零彈簧與豎直方向夾角為θ彈簧彈力方向確定從A點(diǎn)剪斷彈簧瞬間彈簧彈力突然消失從B點(diǎn)剪斷輕繩瞬間彈簧彈力不變破題

分“從A點(diǎn)剪斷彈簧瞬間”和“從B點(diǎn)剪斷輕繩瞬間”兩種情況受力分析,根據(jù)牛頓第二定律分析討論。【規(guī)律方法】分析瞬時問題的“兩關(guān)鍵”與“四步驟”(1)分析瞬時加速度的“兩個關(guān)鍵”:①明確繩或線類、彈簧或橡皮條類模型的特點(diǎn);②分析瞬時前、后的受力情況和運(yùn)動狀態(tài)。(2)“四個步驟”:第一步,分析原來物體的受力情況;第二步,分析物體在突變時的受力情況;第三步,由牛頓第二定律列方程;第四步,求出瞬時加速度,并討論其合理性。答案A解析

從A點(diǎn)剪斷彈簧瞬間,小球所受的彈簧拉力消失,所受的輕繩拉力突變?yōu)榱?小球在重力作用下向下運(yùn)動,小球的加速度大小為g,方向豎直向下,故選項A正確、B錯誤;剪斷彈簧前,設(shè)彈簧的拉力為F1,輕繩的拉力為F2,由平衡條件可知

,F2=mgtan

θ,從B點(diǎn)剪斷輕繩瞬間,小球所受的輕繩拉力消失,所受彈簧的拉力和重力不變,則小球所受的合力大小為mgtan

θ,mgtan

θ=ma,可得小球的加速度為a=gtan

θ,方向水平向左,故選項C、D錯誤。素養(yǎng)微點(diǎn)核心素養(yǎng)切入角度具體表現(xiàn)物理觀念運(yùn)動與相互作用分析小球受力,應(yīng)用牛頓第二定律求加速度科學(xué)思維模型構(gòu)建輕繩模型、輕彈簧模型科學(xué)推理科學(xué)論證平衡狀態(tài),受力分析由平衡條件求力;非平衡態(tài),受力分析由牛頓第二定律求加速度【對點(diǎn)演練】

4.如圖所示,在傾角為θ的光滑斜面上,用輕彈簧連接質(zhì)量為2m的小球M和質(zhì)量為m的小球N,N再用細(xì)線連接在斜面頂端,M、N都處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)用剪刀剪斷細(xì)線,在用剪刀剪斷細(xì)線的瞬間,兩小球加速度大小為(

)

A.aM=g

B.aM=gsinθC.aN=gsinθ

D.aN=3gsinθ答案

D解析

在剪斷細(xì)繩的瞬間,彈簧的伸長量還沒有來得及改變,恢復(fù)原狀需要一個過程,所以在剪斷細(xì)繩瞬間,彈簧的彈力不變,則M的受力情況不變,合力仍為0,加速度仍為0,故A、B錯誤;在剪斷繩子之前,對M分析知,彈簧的彈力大小F=2mgsin

θ,剪斷細(xì)繩瞬間,N受到重力、彈簧對它斜向下的拉力、斜面的支持力,根據(jù)牛頓第二定律得

,故D正確,C錯誤。答案

D解析

根據(jù)題干條件可知,A、B兩球的質(zhì)量相等,均設(shè)為m,剪斷細(xì)繩L2瞬間,對A球受力分析,如圖甲所示,由于細(xì)繩L1的拉力突變,沿細(xì)繩L1方向和垂直于細(xì)繩L1方向進(jìn)行力的分解,得FT=mgcos

θ,ma1=mgsin

θ,剪斷細(xì)繩L2瞬間,對B球進(jìn)行受力分析,如圖乙所示,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Fcos

θ=mg,ma2=mgtan

θ,所以FT∶F=cos2θ∶1,a1∶a2=cos

θ∶1,則D正確,A、B、C錯誤?？键c(diǎn)三對牛頓第三定律的理解(自主探究)1.作用力與反作用力的三個關(guān)系

2.相互作用力與平衡力的比較

作用力和反作用力一對平衡力不同點(diǎn)受力物體作用在兩個相互作用的物體上作用在同一物體上依賴關(guān)系同時產(chǎn)生,同時消失不一定同時產(chǎn)生、同時消失疊加性兩力作用效果不可抵消,不可疊加,不可求合力兩力作用效果可相互抵消,可疊加,可求合力,合力為零力的性質(zhì)一定是同性質(zhì)的力性質(zhì)不一定相同相同點(diǎn)大小、方向大小相等,方向相反,作用在同一條直線上【對點(diǎn)演練】

6.(2020浙江杭州第二中學(xué)高三模擬)如圖所示,體操運(yùn)動員在保持該姿勢的過程中,以下說法中錯誤的是(

)A.環(huán)對運(yùn)動員的作用力保持不變B.當(dāng)運(yùn)動員雙臂的夾角變小時,運(yùn)動員會相對輕