22屆高中物理一輪總復(fù)習(xí)05牛頓運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(shí)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(dòng)、娛樂活動(dòng),如汽車剎車、飛機(jī)起飛、滑雪、滑草等加速度測(cè)量、連接體問題、傳送帶問題、板塊模型問題等【考向預(yù)測(cè)】

本章內(nèi)容屬于高考考查的熱點(diǎn),題型為選擇題或計(jì)算題?？疾榈木唧w內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:①運(yùn)動(dòng)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(dòng)、娛樂活動(dòng)等新情境應(yīng)用類問題必備知識(shí)預(yù)案自診【知識(shí)梳理】

一、對(duì)力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的認(rèn)識(shí)

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(dòng)狀態(tài)的原因

伽利略意大利通過理想斜面實(shí)驗(yàn)提出力是

改變

物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因

笛卡兒法國如果運(yùn)動(dòng)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(dòng),既不停下來也不偏離原來的方向

牛頓英國牛頓運(yùn)動(dòng)定律二、慣性1.定義:物體具有

保持

原來勻速直線運(yùn)動(dòng)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(dòng)

情況和

受力

情況無關(guān)。

三、牛頓運(yùn)動(dòng)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(dòng)

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(gè)

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(dòng)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(yàn)

歸納總結(jié)得出,不能直接用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

用

控制變量法

研究F、m、a之間的關(guān)系,可用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

由實(shí)際現(xiàn)象歸納總結(jié)得出,可用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證聯(lián)系牛頓三個(gè)運(yùn)動(dòng)定律是一個(gè)整體,是動(dòng)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(yàn)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(shí)一定處于靜止?fàn)顟B(tài)。(

×

)(2)物體運(yùn)動(dòng)必須有力的作用,沒有力的作用,物體將靜止。(

×

)(3)運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(shí),人對(duì)地面的壓力大于地面對(duì)人的支持力。(

×

)2.(多選)下面對(duì)牛頓第一定律和慣性的分析正確的是(

)A.飛機(jī)投彈時(shí),當(dāng)目標(biāo)在飛機(jī)的正下方時(shí)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(huì)落到原地C.安全帶的作用是防止汽車剎車時(shí),人由于慣性作用發(fā)生危險(xiǎn)D.有的同學(xué)說,向上拋出的物體,在空中向上運(yùn)動(dòng)時(shí),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(shí),由于慣性,炸彈會(huì)落在目標(biāo)的前方,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;地球自西向東自轉(zhuǎn),人向上跳起后,由于慣性,還會(huì)落在原地,選項(xiàng)B正確;汽車剎車時(shí),由于慣性,人會(huì)向前沖,安全帶可以防止人向前沖,選項(xiàng)C正確;物體被向上拋出后,在空中向上運(yùn)動(dòng)是由于慣性,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。3.(新教材人教版必修第一冊(cè)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(gè)小球,發(fā)現(xiàn)某段時(shí)間細(xì)線偏過一定角度并相對(duì)車廂保持靜止,通過測(cè)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(dòng)?答案見解析解析選擇小球?yàn)檠芯繉?duì)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(gè)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(dòng),也可能向左做減速運(yùn)動(dòng)。關(guān)鍵能力學(xué)案突破考點(diǎn)一對(duì)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(yàn)定律它是在可靠的實(shí)驗(yàn)事實(shí)(如伽利略斜面實(shí)驗(yàn))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(shí),慣性表現(xiàn)為保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變(靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng));(2)當(dāng)物體受到合力不為零時(shí),慣性表現(xiàn)為抗拒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的能力?！緦?duì)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(dòng)的物體不容易停下來,所以物體運(yùn)動(dòng)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(gè)材料不同的物體,則難以推動(dòng)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(cuò)誤,C正確。2.如圖所示,一盛水的容器固定在一個(gè)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(dòng)時(shí),兩球的運(yùn)動(dòng)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?yàn)樾≤囃蝗幌蛴疫\(yùn)動(dòng),鐵球和乒乓球都有向右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),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(dòng)狀態(tài)難改變,即速度變化慢,而同體積的“水球”的運(yùn)動(dòng)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(dòng),所以小車向右運(yùn)動(dòng)時(shí),鐵球相對(duì)小車向左運(yùn)動(dòng)。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(duì)小車向右運(yùn)動(dòng)。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(gè)小球(m1>m2),原來隨小車一起做勻速直線運(yùn)動(dòng),當(dāng)小車突然停止時(shí),如不考慮其他阻力,則兩個(gè)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?yàn)椴恢≤嚨倪\(yùn)動(dòng)方向答案

B解析

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

矢量性F=ma是矢量式,a與F同向瞬時(shí)性a與F對(duì)應(yīng)同一時(shí)刻因果性F是產(chǎn)生a的原因同體性F、m、a對(duì)應(yīng)同一個(gè)物體,統(tǒng)一使用國際單位獨(dú)立性每一個(gè)力都產(chǎn)生各自的加速度3.牛頓第二定律瞬時(shí)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(jì)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?！疽?guī)律方法】分析瞬時(shí)問題的“兩關(guān)鍵”與“四步驟”(1)分析瞬時(shí)加速度的“兩個(gè)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(shí)前、后的受力情況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(2)“四個(gè)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(shí)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(shí)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(dòng),小球的加速度大小為g,方向豎直向下,故選項(xiàng)A正確、B錯(cuò)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(xiàng)C、D錯(cuò)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(dòng)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(duì)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)。現(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(gè)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(cuò)誤;在剪斷繩子之前,對(duì)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(duì)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(cuò)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(duì)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(duì)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(cuò)誤。考點(diǎn)三對(duì)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(gè)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(duì)平衡力不同點(diǎn)受力物體作用在兩個(gè)相互作用的物體上作用在同一物體上依賴關(guān)系同時(shí)產(chǎn)生,同時(shí)消失不一定同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)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(duì)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(dòng)員在保持該姿勢(shì)的過程中,以下說法中錯(cuò)誤的是(

)A.環(huán)對(duì)運(yùn)動(dòng)員的作用力保持不變B.當(dāng)運(yùn)動(dòng)員雙臂的夾角變小時(shí),運(yùn)動(dòng)員會(huì)相對(duì)輕