專題14 牛頓三大定律（教師版）新高一物理多維度導(dǎo)學(xué)與分層專練

高一物理多維度導(dǎo)學(xué)與分層專練專題14牛頓三大定律導(dǎo)練目標(biāo)導(dǎo)練內(nèi)容目標(biāo)1牛頓第一定律和慣性目標(biāo)2牛頓第三定律目標(biāo)3牛頓第二定律及瞬時(shí)加速度問(wèn)題【知識(shí)導(dǎo)學(xué)與典例導(dǎo)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(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(shí)，一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)。(2)揭示了力的作用對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響：力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。2．對(duì)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(shí)，慣性表現(xiàn)為使物體保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng))。(2)反抗改變：物體受到外力時(shí)，慣性表現(xiàn)為抗拒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變。慣性越大，物體的運(yùn)動(dòng)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(wú)關(guān)。3．牛頓第一、第二定律的關(guān)系(1)牛頓第一定律是以理解實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)科學(xué)抽象、歸納推理總結(jié)出來(lái)的，牛頓第二定律是實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)的原因和力的作用對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響；牛頓第二定律則定量指出了力和運(yùn)動(dòng)的聯(lián)系?！纠?】水平儀的主要測(cè)量裝置是一個(gè)內(nèi)部封有液體的玻璃管，液體中有一氣泡，水平靜止時(shí)，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(gè)水平儀，一個(gè)沿車頭方向，一個(gè)垂直于車頭方向。某時(shí)刻，氣泡位置如圖2所示，則此時(shí)關(guān)于火車運(yùn)動(dòng)的說(shuō)法可能正確的是（）A．加速行駛，且向左轉(zhuǎn)彎B．加速行駛，且向右轉(zhuǎn)彎C．減速行駛，且向左轉(zhuǎn)彎D．減速行駛，且向右轉(zhuǎn)彎【答案】B【詳解】CD．由題意可知，水平靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(dòng)，當(dāng)火車加速時(shí)，氣泡和液體由于慣性不會(huì)隨火車立即加速，還會(huì)以原來(lái)的速度運(yùn)動(dòng)，相對(duì)火車向后運(yùn)動(dòng)，因?yàn)闅馀菝芏刃∮谝后w密度，所以氣泡在液體作用下就向前運(yùn)動(dòng)，故CD錯(cuò)誤；AB．垂直于車頭方向的裝置中氣泡處于右端，因原來(lái)火車做直線運(yùn)動(dòng)，氣泡位于中心位置，當(dāng)火車向右轉(zhuǎn)彎時(shí)，氣泡和液體由于慣性不會(huì)立即隨火車右轉(zhuǎn)，還會(huì)沿直線運(yùn)動(dòng)，所以氣泡和液體就相對(duì)火車向左運(yùn)動(dòng)，因?yàn)闅馀菝芏刃∮谝后w密度，所以氣泡在液體的作用下相對(duì)中心位置向右運(yùn)動(dòng)；所以此時(shí)刻火車應(yīng)是加速運(yùn)動(dòng)且向右轉(zhuǎn)彎，故A錯(cuò)誤，B正確。故選B。牛頓第三定律1.內(nèi)容：兩個(gè)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(diǎn)(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(wú)關(guān)：①與相互作用的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)；②與是否和其他物體相互作用無(wú)關(guān)；3.作用力和反作用力與一對(duì)平衡力的區(qū)別名稱項(xiàng)目作用力與反作用力一對(duì)平衡力作用對(duì)象兩個(gè)相互作用的不同物體同一個(gè)物體作用時(shí)間一定同時(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(guó)天舟三號(hào)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(jìn)入預(yù)定軌道并進(jìn)行正常工作，這是我國(guó)載人航天工程的第20次發(fā)射任務(wù)，也是長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭的第389次飛行。如圖所示，火箭點(diǎn)火升空。燃料燃燒后的燃?xì)庖院艽蟮乃俣葟幕鸺龂娍趪姵?，火箭獲得推力而升空，則（）A．火箭獲得的推力來(lái)自空氣B．噴出燃?xì)鈱?duì)火箭的作用力與火箭的重力是一對(duì)作用力與反作用力C．噴出燃?xì)鈱?duì)火箭的作用力與火箭對(duì)噴出燃?xì)獾淖饔昧κ且粚?duì)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(lái)自燃料燃燒后的燃?xì)猓蔄錯(cuò)誤；BC．噴出燃?xì)鈱?duì)火箭的作用力與火箭對(duì)噴出燃?xì)獾耐屏κ且粚?duì)作用力與反作用力，故B錯(cuò)誤，C正確；D．火箭飛離大氣層后，沒(méi)有脫離地球的引力范圍，受重力作用，故D錯(cuò)誤。故選C。牛頓第二定律及瞬時(shí)加速度問(wèn)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(dá)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(gè)特性4.合力、加速度、速度之間的決定關(guān)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(wú)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(shí)，物體加速運(yùn)動(dòng)；合力與速度反向時(shí)，物體減速運(yùn)動(dòng)?！纠?】某人把一根細(xì)繩的下端綁著一支圓珠筆，上端臨時(shí)固定在地鐵豎直扶手上。地鐵起動(dòng)后的某段運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，細(xì)繩偏離了豎直方向，他用手機(jī)拍攝了當(dāng)時(shí)的照片，拍攝方向跟地鐵前進(jìn)方向垂直（）A．從圖中可以判斷地鐵的運(yùn)動(dòng)方向B．從圖中可以判斷地鐵的加速度方向C．若細(xì)繩與桿子的夾角增大，則地鐵速度增大D．若細(xì)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(guò)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(yùn)動(dòng)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(gè)方向運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤，B正確；CD．以筆為研究對(duì)象，筆受到重力及細(xì)繩拉力的共同作用，設(shè)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(cuò)誤。故選B。5.牛頓第二定律的瞬時(shí)加速度問(wèn)題（1）輕繩、輕桿、硬接觸面模型的特點(diǎn)：對(duì)于輕繩、輕桿和硬接觸面這類物體認(rèn)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(fù)時(shí)間。①在瞬時(shí)問(wèn)題中，其彈力可以看成是瞬間改變的。②一般題目中所給細(xì)繩、輕桿和接觸面等在不加特殊說(shuō)明時(shí)，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(diǎn)①當(dāng)彈簧、橡皮繩的兩端與物體相連時(shí)，由于物體具有慣性，彈簧、橡皮繩的形變量不會(huì)瞬間發(fā)生突變。②在求解瞬時(shí)加速度的問(wèn)題中，其彈力的大小可認(rèn)為是不變的，即彈簧或橡皮繩的彈力不發(fā)生突變。【例4】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(jié)，兩個(gè)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(duì)B2的支持力大小等于2mg。在除去木板的瞬間，彈簧的彈力沒(méi)有來(lái)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(cuò)誤。故選A。【例5】如圖所示，兩小球分別用輕質(zhì)細(xì)繩和輕彈簧系在天花板上，兩小球之間用一輕質(zhì)細(xì)繩連接，細(xì)繩、彈簧與豎直方向的夾角均為，細(xì)繩水平拉直，現(xiàn)將細(xì)繩剪斷，則細(xì)繩剪斷瞬間，下列說(shuō)法正確的是（）A．細(xì)繩上的拉力與彈簧彈力之比為B．細(xì)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(shè)為m，剪斷細(xì)繩L2瞬間，對(duì)A球受力分析，如圖1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=mgcosθ；ma1=mgsinθ剪斷細(xì)繩L2瞬間，對(duì)B球進(jìn)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?！径嗑S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(wú)色液體，在水平外力F的作用下向右做加速運(yùn)動(dòng)。設(shè)容器后面部分液體密度為，前面部分液體密度為，關(guān)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(wú)法比較【答案】C【詳解】因?yàn)槿萜髟谒酵饬的作用下向右做加速運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)狀態(tài)，故，ABD錯(cuò)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(shí)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(xì)繩L1、L2連接后懸掛于天花板上，人只能拉下面的細(xì)繩L1，若兩根細(xì)線繩能承受的最大拉力相同，則為了順利摘下燈籠（）A．在細(xì)繩L1下端緩慢增加拉力B．在細(xì)繩L1下端突然猛一拉C．由于細(xì)繩L2中的拉力大于細(xì)繩L1中的拉力，故細(xì)繩L2一定先斷D．細(xì)繩L1與細(xì)繩L2一定同時(shí)斷【答案】A【詳解】A．懸掛的燈籠受到自身重力G，細(xì)繩L2沿繩向上的拉力F2，細(xì)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(shí)，繩2先斷，能順利摘下燈籠，故A正確；BCD．若細(xì)繩1突然施加很大的力，此時(shí)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(cuò)誤。故選A。3．小云同學(xué)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(gè)較大的力擊打羽毛球筒的上端，則（）A．該同學(xué)無(wú)法取出羽毛球B．該同學(xué)是在利用羽毛球的慣性C．該同學(xué)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(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，羽毛球受到向上的摩擦力才會(huì)從上端出來(lái)【答案】B【詳解】A．羽毛球從上端出來(lái)，故A錯(cuò)誤；B．用較大的力擊打羽毛球筒，羽毛球筒迅速向下運(yùn)動(dòng)，羽毛球由于慣性仍在原位置，羽毛球相對(duì)于羽毛球筒向上運(yùn)動(dòng)，故B正確；C．該同學(xué)擊打筒的上端是為了改變羽毛球筒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；D．羽毛球相對(duì)球筒向上運(yùn)動(dòng)，受到向下的摩擦力，故D錯(cuò)誤。故選B。4．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。下列關(guān)于作用力和反作用力的說(shuō)法正確的是（）A．物體先對(duì)地面產(chǎn)生壓力，然后地面才對(duì)物體產(chǎn)生支持力B．物體對(duì)地面的壓力和地面對(duì)物體的支持力互相平衡C．人推車前進(jìn)，人對(duì)車的作用力大小等于車對(duì)人的作用力大小D．物體在地面上滑行，物體對(duì)地面的摩擦力大于地面對(duì)物體的摩擦力【答案】C【詳解】A．作用力和反作用力是同時(shí)產(chǎn)生同時(shí)消失的，所以A錯(cuò)誤；B．物體對(duì)地面的壓力和地面對(duì)物體的支持力是作用力與反作用力，所以B錯(cuò)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(jìn)，人對(duì)車的作用力大小等于車對(duì)人的作用力大小，則C正確；D．物體在地面上滑行，物體對(duì)地面的摩擦力與地面對(duì)物體的摩擦力互為相互作用力，所以物體對(duì)地面的摩擦力于地面對(duì)物體的摩擦力等大反向，則D錯(cuò)誤；故選C。5．如圖，站在滑輪車上的甲、乙兩人原來(lái)靜止不動(dòng)，甲、乙相互猛推一下后分別向相反方向運(yùn)動(dòng)，滑輪車與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同。甲在水平地面上滑行的距離比乙遠(yuǎn)，這是因?yàn)椋ǎ〢．在推的過(guò)程中，甲推乙的力小于乙推甲的力B．在推的過(guò)程中，甲推乙的時(shí)間小于乙推甲的時(shí)間C．在剛分開(kāi)時(shí)，甲的初速度大于乙的初速度D．在分開(kāi)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(guò)程中，甲推乙的力和乙推甲的力是一對(duì)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(cuò)誤；B．根據(jù)作用力與反作用力的特點(diǎn)可知，作用力與反作用力的時(shí)間總是相等的。故B錯(cuò)誤；C．由運(yùn)動(dòng)學(xué)公式可知?jiǎng)偡珠_(kāi)時(shí)，甲的初速度大于乙的初速度，故C正確；D．分開(kāi)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(cuò)誤；故選C。6．為了讓乘客乘車更為舒適，某探究小組設(shè)計(jì)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(dòng)調(diào)整，使座椅始終保持水平，如圖所示。當(dāng)此車減速上坡時(shí)，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(dāng)此車減速上坡時(shí)，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(cuò)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(cuò)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(xì)繩OA，OB拴接一小球．當(dāng)小車和小球相對(duì)靜止，一起在水平面上向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是（

）A．不可能兩根繩都沒(méi)有拉力 B．輕彈簧對(duì)小球可能沒(méi)有彈力C．細(xì)繩AO對(duì)小球可能沒(méi)有拉力 D．兩根細(xì)繩不一定對(duì)小球有拉力，但是輕彈簧對(duì)小球一定有彈力【答案】BC【詳解】A．當(dāng)小車和小球一起向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球的合力為零，可能兩繩均無(wú)拉力，只受重力和彈簧的彈力作用，A錯(cuò)誤；BCD．若小球和小車向右做勻加速運(yùn)動(dòng)，小球的合力一定水平向右，小球的受力可能是：①?gòu)椈珊屠KAO對(duì)小球均無(wú)彈力，小球受重力和繩OB的彈力；②彈簧對(duì)小球無(wú)彈力，小球受重力和兩根繩的拉力；BC正確，D錯(cuò)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(cè)力計(jì)連接。兩個(gè)大小分別為，的水平拉力分別作用在、上，彈簧測(cè)力計(jì)未超出彈性限度，則（）A．彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)是50NB．若增大，兩物體一起做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)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(duì)兩物體和彈簧測(cè)力計(jì)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(cè)力計(jì)的示數(shù)為45N，A錯(cuò)誤；B．根據(jù)增大，變大，B錯(cuò)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(cuò)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