2024高考物理一輪復習第三章牛頓運動定律第1講牛頓三定律的理解學案+作業(yè)含解析新人教版

PAGEPAGE1第1講牛頓三定律的理解五年高考(全國卷)命題分析五年?？紵狳c五年未考重點牛頓其次定律的理解和應用202420241卷15題1卷18題1.牛頓第肯定律和牛頓第三定律2.超重和失重問題3.瞬時問題4.動力學中的連接體問題5.動力學中的臨界與極值問題6.傳送帶模型問題7.動力學兩類基本問題v－t圖象與牛頓其次定律的結合202420243卷20題1卷20題動力學方法處理滑塊—木板模型問題202420243卷25題1卷25題、2卷25題試驗：探究加速度與力、質量的關系20243卷23題拓展試驗：測定物塊與木板間的動摩擦因數(shù)2024202420242卷22題2卷23題2卷22題1.考查方式：牛頓運動定律的理解和應用是中學物理教學中最重要的問題，并且從近幾年高考看，考查的頻率很高，不只在選擇題中考查牛頓運動定律的應用，在試驗題和計算題中仍舊是考查的重點.2.命題趨勢：本部分內(nèi)容高考命題存在以下特點和趨勢：一是高考考查的重點，命題次數(shù)較多；二是題型全面，從選擇題到試驗題、再到計算題；三是命題趨勢大體呈現(xiàn)以下特點：從以勻變速直線運動規(guī)律的應用為重點轉向以動力學方法的應用為重點.第1講牛頓三定律的理解一、牛頓第肯定律慣性1．牛頓第肯定律(1)內(nèi)容：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變更這種狀態(tài)．(2)意義：①揭示了物體的固有屬性：一切物體都有慣性，因此牛頓第肯定律又叫慣性定律；②揭示了力與運動的關系：力不是維持物體運動的緣由，而是變更物體運動狀態(tài)的緣由，即力是產(chǎn)生加速度的緣由．2．慣性(1)定義：物體具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質．(2)量度：質量是慣性大小的唯一量度，質量大的物體慣性大，質量小的物體慣性?。?3)普遍性：慣性是物體的固有屬性，一切物體都具有慣性，與物體的運動狀況和受力狀況無關．推斷正誤(1)物體只有在不受外力作用時，才會有保持原有運動狀態(tài)不變的性質，這特性質叫慣性，故牛頓第肯定律又叫慣性定律．(×)(2)牛頓第肯定律是牛頓其次定律在物體的加速度a＝0條件下的特例．(×)(3)伽利略依據(jù)志向試驗推出，假如沒有摩擦，在水平面上的物體，一旦具有某一個速度，將保持這個速度接著運動下去．(√)二、牛頓其次定律力學單位制1．牛頓其次定律(1)內(nèi)容：物體加速度的大小跟它受到的作用力成正比、跟它的質量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同．(2)表達式：F＝ma.(3)適用范圍①牛頓其次定律只適用于慣性參考系，即相對于地面靜止或勻速直線運動的參考系．②牛頓其次定律只適用于宏觀物體(相對于分子、原子等)、低速運動(遠小于光速)的狀況．2．力學單位制(1)單位制：基本單位和導出單位一起組成了單位制．(2)基本單位：基本物理量的單位．國際單位制中基本物理量共七個，其中力學有三個，是長度、質量、時間，單位分別是米、千克、秒．(3)導出單位：由基本物理量依據(jù)物理關系推導出來的其他物理量的單位．自測1(多選)關于運動狀態(tài)與所受外力的關系，下列說法中正確的是()A．物體受到恒定的力作用時，它的運動狀態(tài)不發(fā)生變更B．物體受到不為零的合力作用時，它的運動狀態(tài)要發(fā)生變更C．物體受到的合力為零時，它肯定處于靜止狀態(tài)D．物體的運動方向與它所受的合力的方向可能相同答案BD三、牛頓第三定律1．作用力和反作用力：兩個物體之間的作用總是相互的，一個物體對另一個物體施加了力，后一個物體同時對前一個物體也施加力．2．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．3．表達式：F＝－F′.自測2某物體靜止在水平桌面上，下列對它的描述正確的是()A．桌面對物體支持力的大小等于物體重力的大小，這兩個力是一對平衡力B．物體所受的重力和桌面對它的支持力是一對作用力和反作用力C．物體對桌面的壓力就是物體的重力，這兩個力是同一種性質的力D．物體對桌面的壓力和桌面對物體的支持力是一對平衡力答案A解析桌面對物體支持力的大小等于物體重力的大小，作用在同一物體上，這兩個力是一對平衡力，故A正確，B錯誤；物體對桌面的壓力不是重力，它們的施力物體、受力物體、作用點都不相同，它們也不是同種性質的力，故C錯誤；物體對桌面的壓力和桌面對物體的支持力是一對作用力與反作用力，故D錯誤.1．志向化狀態(tài)牛頓第肯定律描述的是物體不受外力時的狀態(tài)，而物體不受外力的情形是不存在的．假如物體所受的合外力等于零，其運動效果跟不受外力作用時相同，物體保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)．2．明確了慣性的概念牛頓第肯定律揭示了一切物體所具有的一種固有屬性——慣性，即物體保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質．3．揭示了力與物體運動狀態(tài)的關系力是變更物體運動狀態(tài)的緣由，而不是維持物體運動狀態(tài)的緣由．4．與牛頓其次定律的關系牛頓第肯定律和牛頓其次定律是相互獨立的．力是如何變更物體運動狀態(tài)的問題由牛頓其次定律來回答．牛頓第肯定律是經(jīng)過科學抽象、歸納推理總結出來的，而牛頓其次定律是一條試驗定律．例1如圖1所示，滑板運動員沿水平地面對前滑行，在橫桿前相對于滑板豎直向上起跳，人與滑板分別，分別從橫桿的上、下通過，忽視人和滑板在運動中受到的阻力，則運動員()圖1A．起跳時腳對滑板的作用力斜向后B．在空中水平方向先加速后減速C．越過桿后落在滑板的后方D．越過桿后仍落在滑板上起跳的位置答案D解析由于運動員相對于滑板豎直向上起跳，與滑板在水平方向無力的作用，故二者水平方向速度始終相同．變式1伽利略對自由落體運動及運動和力的關系的探討，開創(chuàng)了科學試驗和邏輯推理相結合的重要科學探討方法．圖2(a)、(b)分別表示這兩項探討中試驗和邏輯推理的過程，對這兩項探討，下列說法正確的是()圖2A．圖(a)通過對自由落體運動的探討，合理外推得出小球在斜面上做勻變速運動B．圖(a)中先在傾角較小的斜面上進行試驗，可“沖淡”重力，使時間測量更簡單C．圖(b)中完全沒有摩擦阻力的斜面是實際存在的，試驗可實際完成D．圖(b)的試驗為“志向試驗”，通過邏輯推理得出物體的運動須要力來維持答案B解析伽利略設想物體下落的速度與時間成正比，因為當時無法測量物體的瞬時速度，所以伽利略通過數(shù)學推導證明，假如速度與時間成正比，那么位移與時間的二次方就成正比．由于當時用滴水法計時，無法記錄自由落體的較短時間，伽利略設計了讓銅球沿阻力很小的斜面滾下，來“沖淡”重力的作用效果，而小球在斜面上運動的加速度要比它豎直下落的加速度小得多，運動相同位移所用時間長得多，所以簡單測量．伽利略做了上百次試驗，并通過抽象思維在試驗結果上做了合理外推，得出了正確結論，故A錯誤，B正確；完全沒有摩擦阻力的斜面是不存在的，故C錯誤；伽利略用抽象思維、數(shù)學推導和科學試驗相結合的方法得到物體的運動不須要力來維持的結論，故D錯誤．變式2某同學為了取出如圖3所示羽毛球筒中的羽毛球，一只手拿著球筒的中部，另一只手用力擊打羽毛球筒的上端，則()圖3A．此同學無法取出羽毛球B．羽毛球會從筒的下端出來C．羽毛球筒向下運動過程中，羽毛球受到向上的摩擦力才會從上端出來D．該同學是在利用羽毛球的慣性答案D解析羽毛球筒被手擊打后快速向下運動，而羽毛球具有慣性要保持原來的靜止狀態(tài)，所以會從筒的上端出來，D正確．1．對牛頓其次定律的理解2．解題的思路和關鍵(1)取探討對象進行受力分析；(2)應用平行四邊形定則或正交分解法求合力；(3)依據(jù)F合＝ma求物體的加速度a.例2(多選)(2024·全國卷Ⅰ·18)一質點做勻速直線運動，現(xiàn)對其施加一恒力，且原來作用在質點上的力不發(fā)生變更，則()A．質點速度的方向總是與該恒力的方向相同B．質點速度的方向不行能總是與該恒力的方向垂直C．質點加速度的方向總是與該恒力的方向相同D．質點單位時間內(nèi)速率的變更量總是不變答案BC解析質點一起先做勻速直線運動，處于平衡狀態(tài)，施加恒力后，則該質點所受的合外力為該恒力．若該恒力方向與質點原運動方向不共線，則質點做曲線運動，質點速度方向與恒力方向不同，故A錯誤；若恒力的方向某一時刻與質點運動方向垂直，之后質點做曲線運動，力與速度方向不再垂直，例如平拋運動，故B正確；由牛頓其次定律可知，質點加速度方向總是與其所受合外力方向相同，C正確；依據(jù)加速度的定義知，單位時間內(nèi)速度變更量相同，而速率變更量不肯定相同，故D錯誤．變式3關于速度、加速度和合外力之間的關系，下述說法正確的是()A．做勻變速直線運動的物體，它所受合外力是恒定不變的B．做勻變速直線運動的物體，它的速度、加速度、合外力三者總是在同一方向上C．物體受到的合外力增大時，物體的運動速度肯定加快D．物體所受合外力為零時，肯定處于靜止狀態(tài)答案A解析做勻變速直線運動的物體，加速度恒定不變，由牛頓其次定律知，它所受合外力是恒定不變的，且加速度與合外力方向相同，與速度方向在同始終線上，不肯定在同一方向上，故A正確，B錯誤；物體受到的合外力增大時，加速度肯定增大，物體的運動速度變更肯定加快，而速度不肯定加快，故C錯誤；物體所受合外力為零時，物體的加速度肯定等于零，速度不肯定為零，故D錯誤．例3(2024·湖北十堰市上學期期末)如圖4所示，處于自然狀態(tài)下的輕彈簧一端固定在水平地面上，質量為m的小球從彈簧的另一端所在位置由靜止釋放，設小球和彈簧始終處于豎直方向，彈簧的勁度系數(shù)為k，重力加速度為g.在小球將彈簧壓縮到最短的過程中，下列敘述中不正確的是()圖4A．小球的速度先增大后減小B．小球的加速度先減小后增大C．小球速度最大時彈簧的形變量為eq\f(mg,k)D．彈簧的最大形變量為eq\f(mg,k)答案D解析起先時，小球的重力大于彈力，加速度方向向下，小球向下加速運動，隨著彈簧的壓縮，彈力漸漸變大，則加速度漸漸減小，當彈力等于重力時，加速度為零，即mg＝kx，即x＝eq\f(mg,k)，此時小球的速度最大，然后小球接著向下運動壓縮彈簧，彈力大于重力，加速度變?yōu)橄蛏?，速度漸漸減小，直到速度減小到零，到達最低點，由對稱性可知，此時彈簧的壓縮量為2x＝eq\f(2mg,k)，故選項A、B、C正確，D錯誤．變式4(2024·寧夏銀川市上學期期末)一個質量為2kg的物體，放在光滑水平面上，在水平面內(nèi)3個共點力作用下處于平衡狀態(tài)．現(xiàn)同時撤去大小分別為8N和12N的兩個力，其余的力保持不變，關于此后該物體運動的說法正確的是()A．肯定做勻變速直線運動，加速度大小可能是5m/s2B．肯定做勻變速運動，加速度大小可能等于重力加速度的大小C．可能做勻減速直線運動，加速度大小是1.5m/s2D．可能做勻速圓周運動，向心加速度大小是6m/s2答案B解析由平衡條件得知，余下力的合力與撤去的兩個力的合力大小相等、方向相反，則撤去大小分別為8N和12N的兩個力后，物體的合力大小范圍為4N≤F合≤20N，物體的加速度大小范圍為：2m/s2≤a≤10m/s2；若物體原來做勻速直線運動，撤去的兩個力的合力方向與速度方向不在同始終線上時，物體做勻變速曲線運動，加速度大小可能是5m/s2，故A錯誤；若物體原來做勻速直線運動，撤去的兩個力的合力方向與速度方向相同時，物體做勻減速直線運動，加速度大小最小可能是2m/s2，不行能為1.5m/s2，故C錯誤；撤去兩個力后，肯定做勻變速運動，加速度大小可能等于重力加速度的大小，故B正確；撤去兩個力后，物體受到的合力恒定，不行能做勻速圓周運動，故D錯誤．變式5(多選)(2024·山東泰安市3月第一輪模擬)雨滴在空氣中下落時會受到空氣阻力的作用．假設阻力大小只與雨滴的速率成正比，全部雨滴均從相同高度處由靜止起先下落，到達地面前均達到最大速率．下列推斷正確的是()A．達到最大速率前，全部雨滴均做勻加速運動B．全部雨滴的最大速率均相等C．較大的雨滴最大速率也較大D．較小的雨滴在空中運動的時間較長答案CD解析依據(jù)牛頓其次定律可得a＝eq\f(mg－kv,m)，則雨滴下落時，隨速度的增加，加速度漸漸減小，則達到最大速率前，全部雨滴均做加速度減小的變加速運動，選項A錯誤；當a＝0時速度最大，vm＝eq\f(mg,k)，則質量越大，最大速度越大，選項B錯誤，C正確；較小的雨滴在空中運動的最大速度較小，整個過程的平均速度較小，則在空中運動的時間較長，選項D正確．1．相互作用力的特點(1)三同eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(同大小,同時產(chǎn)生、變更、消逝,同性質))(2)三異eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(反向,異體，即作用力、反作用力作用在不同物體上,不同效果))(3)二無關eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(與相互作用的兩物體的運動狀態(tài)無關,與是否和其他物體相互作用無關))2．一對平衡力與作用力、反作用力的比較名稱項目一對平衡力作用力與反作用力作用對象同一個物體兩個相互作用的不同物體作用時間不肯定同時產(chǎn)生、同時消逝肯定同時產(chǎn)生、同時消逝力的性質不肯定相同肯定相同作用效果可相互抵消不行抵消例4(2024·廣東深圳市上學期模擬)如圖5所示，手推車的籃子里裝有一籃球，女孩把手推車沿斜面對上勻速推動，籃子的底面平行于斜面，靠近女孩的右側面垂直于底面，下列說法正確的有()圖5A．籃子底面受到的壓力大于籃球的重力B．籃子對籃球的作用力小于籃球的重力C．人對籃球的作用力等于籃球的重力D．籃子右側面受到的壓力小于籃球的重力答案D解析對籃球受力分析，并運用合成法如圖所示：設斜面傾角為θ，依據(jù)幾何學問可知，籃子底部對籃球的支持力大小FN1＝mgcosθ，依據(jù)牛頓第三定律，則籃子底面受到的壓力大小為mgcosθ<mg，A錯誤；籃子右側面對籃球的支持力大小FN2＝mgsinθ，依據(jù)牛頓第三定律，則籃子右側面受到的壓力大小為mgsinθ<mg，籃子對籃球的作用力為FN1、FN2的合力，大小等于籃球的重力，B錯誤，D正確；人對籃球沒有作用力，C錯誤．變式6如圖6所示，跳水運動員最終踏板的過程可以簡化為下述模型：運動員從高處落到處于自然狀態(tài)的跳板上，隨跳板一同向下做變速運動到達最低點，然后隨跳板反彈，則()圖6A．運動員與跳板接觸的全過程中只有超重狀態(tài)B．運動員把跳板壓到最低點時，他所受外力的合力為零C．運動員能跳得高的緣由從受力角度來看，是因為跳板對他的作用力遠大于他的重力D．運動員能跳得高的緣由從受力角度來看，是因為跳板對他的作用力遠大于他對跳板的作用力答案C解析運動員與跳板接觸的下降過程中，先向下加速，然后向下減速，最終速度為零，則加速度先向下，然后向上，所以下降過程中既有失重狀態(tài)也有超重狀態(tài)，同理上升過程中也存在超重和失重狀態(tài)，故A錯誤；運動員把跳板壓到最低點時，跳板給運動員的彈力大于運動員受到的重力，合外力不為零，故B錯誤；從最低點到運動員離開跳板過程中，跳板對運動員的作用力做正功，重力做負功，二力做功位移一樣，運動員動能增加，跳板對他的作用力大于他的重力，所以運動員跳得高，故C正確；跳板對運動員的作用力與運動員對跳板的作用力是一對作用力與反作用力，大小相等，故D錯誤．變式7(多選)如圖7所示，用水平力F把一個物體緊壓在豎直墻壁上靜止，下列說法中正確的是()圖7A．水平力F與墻壁對物體的彈力是一對作用力與反作用力B．物體的重力與墻壁對物體的靜摩擦力是一對平衡力C．水平力F與物體對墻壁的壓力是一對作用力與反作用力D．物體對墻壁的壓力與墻壁對物體的彈力是一對作用力與反作用力答案BD解析水平力F與墻壁對物體的彈力作用在同一物體上，大小相等、方向相反，且作用在同一條直線上，是一對平衡力，選項A錯誤；物體在豎直方向上受豎直向下的重力以及墻壁對物體豎直向上的靜摩擦力的作用，因物體處于靜止狀態(tài)，這兩個力是一對平衡力，選項B正確；水平力F作用在物體上，而物體對墻壁的壓力作用在墻壁上，這兩個力不是平衡力，也不是相互作用力，選項C錯誤；物體對墻壁的壓力與墻壁對物體的彈力是兩個物體間的相互作用力，是一對作用力與反作用力，選項D正確．拓展點牛頓第三定律在受力分析中的應用由于作用力與反作用力的關系，當待求的某個力不簡單求時，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．例5(2024·河北邢臺市質檢)一個箱子放在水平地面上，箱內(nèi)有一固定的豎直桿，在桿上套著一個環(huán)，箱與桿的質量為M，環(huán)的質量為m，如圖8所示．已知環(huán)沿桿勻加速下滑時，環(huán)與桿間的摩擦力大小為Ff，重力加速度為g，則此時箱子對地面的壓力大小為()圖8A．Mg＋Ff B．Mg－FfC．Mg＋mg D．Mg－mg答案A解析環(huán)在豎直方向上受重力及箱子內(nèi)的桿給它的豎直向上的摩擦力Ff，受力狀況如圖甲所示，依據(jù)牛頓第三定律，環(huán)應給桿一個豎直向下的摩擦力Ff′，故箱子豎直方向上受重力Mg、地面對它的支持力FN及環(huán)給它的摩擦力Ff′，受力狀況如圖乙所示，由于箱子處于平衡狀態(tài)，可得FN＝Ff′＋Mg＝Ff＋Mg.依據(jù)牛頓第三定律，箱子對地面的壓力大小等于地面對箱子的支持力大小，即FN′＝Mg＋Ff，故選項A正確．變式8(2024·遼寧沈陽市模擬)如圖9所示，質量為m的物體放在質量為M、傾角為θ的斜面體上，斜面體置于粗糙的水平地面上，用平行于斜面的力F拉物體使其沿斜面對下勻速運動，斜面體始終靜止，重力加速度為g，則下列說法正確的是()圖9A．斜面體對地面的摩擦力大小為FcosθB．斜面體對地面的支持力為(M＋m)gC．物體對斜面體的摩擦力的大小為FD．斜面體對物體的作用力豎直向上答案A解析由于斜面體和物體都處于平衡狀態(tài)，將斜面體和物體看成一個整體，由受力狀況可得：地面對斜面體的摩擦力大小為Fcosθ，地面對斜面體的支持力大小為(M＋m)g＋Fsinθ，由牛頓第三定律可知，A對，B錯；隔離物體進行受力分析，斜面體對物體的摩擦力大小為F＋mgsinθ，由牛頓第三定律可知，C錯；斜面體對物體的作用力即為物體受到的支持力與摩擦力的合力，由力的合成可知斜面體對物體的作用力與物體的重力和F的合力大小相等、方向相反，故斜面體對物體的作用力不在豎直方向上，D錯.1．下列說法正確的是()A．力是維持物體運動的緣由B．物體的速度方向變更，則加速度方向肯定變更C．物體運動狀態(tài)的變更是指其加速度在變更D．物體運動狀態(tài)的變更是指其速度在變更答案D解析力是變更物體運動狀態(tài)的緣由，不是維持物體運動的緣由，故A錯誤；速度方向變更，但加速度方向不肯定變更，如平拋運動，故B錯誤；運動狀態(tài)是指物體的速度，故運動狀態(tài)的變更即為速度的變更，故C錯誤，D正確．2．在某次交通事故中一輛載有30噸“工”字形鋼材的載重汽車由于避讓橫穿公路的電動車而緊急制動，結果車廂上的鋼材向前沖出，壓扁駕駛室．關于這起事故緣由的分析正確的是()A．由于車廂上的鋼材有慣性，在汽車制動時，接著向前運動，壓扁駕駛室B．由于汽車緊急制動，使其慣性減小，而鋼材慣性較大，所以接著向前運動C．由于車廂上的鋼材所受阻力太小，不足以克服其慣性，所以接著向前運動D．由于汽車制動前的速度太大，汽車的慣性比鋼材的慣性大，在汽車制動后，鋼材接著向前運動答案A3．夸克(quark)是一種基本粒子，也是構成物質的基本單元．其中正、反頂夸克之間的強相互作用勢能可寫為Ep＝－keq\f(4αs,3r)，式中r是正、反頂夸克之間的距離，αs是無單位的常量，k是與單位制有關的常數(shù)，則在國際單位制中常數(shù)k的單位是()A．N·m B．NC．J/m D．J·m答案D解析由題意有k＝－eq\f(3Epr,4αs)，αs是無單位的常量，Ep的國際單位是J，r的國際單位是m，則在國際單位制中常數(shù)k的單位是J·m，D正確，A、B、C錯誤．4．(2024·陜西黃陵中學模擬)我國首臺新型墻壁清潔機器人“蜘蛛俠”是由青島高校學生自主研制開發(fā)的，“蜘蛛俠”利用8只“爪子”上的吸盤吸附在接觸面上，通過“爪子”交替伸縮，就能在墻壁或玻璃上自由移動．如圖1所示，假設“蜘蛛俠”在豎直玻璃墻面上由A點沿直線勻加速“爬行”到右上方B點，在這一過程中，關于“蜘蛛俠”在豎直面內(nèi)的受力分析正確的是()圖1答案C解析“蜘蛛俠”由A點到B點做勻加速直線運動，則依據(jù)牛頓其次定律可知，在豎直平面內(nèi)“蜘蛛俠”所受合力方向應當是從A點指向B點，故C正確，A、B、D錯誤．5．(2024·福建寧德市期末質檢)我國自主研制的水陸兩棲飛機“鯤龍”AG600已試飛勝利．當“鯤龍”AG600在水面加速直線滑行時，受到的合力()A．大小為零B．方向豎直向上C．方向與滑行方向相同D．方向沿滑行方向斜向上答案C解析“鯤龍”AG600在水面做加速直線運動，加速度方向與滑行方向相同，由牛頓其次定律知合外力方向與加速度方向相同，所以合外力方向與滑行方向相同，故選C.6.(2024·河南九師聯(lián)盟質檢)如圖2所示，物塊M左側貼著一豎直墻面，物塊N置于物塊M上．現(xiàn)將豎直向上的恒力F作用在M上，M、N一起向上做勻減速直線運動．M、N之間相對靜止，物塊N的質量為m，重力加速度為g，不計空氣阻力．下列說法正確的是()圖2A．物塊N可能只受到一個力B．物塊M與墻面之間肯定沒有摩擦力C．物塊N對物塊M的作用力大小可能為mgD．物塊M與N之間可能沒有摩擦力，但肯定有彈力答案B解析若物塊N只受到一個力，那肯定是重力，則N的加速度是向下的g，整體的加速度也是向下的g，則F只