2024高考物理一輪復習第3章牛頓運動定律第1講牛頓運動定律的理解學案新人教版

PAGE13-第三章牛頓運動定律高考地位本章內容是高考的重點，單獨考查的題目多為選擇題，與直線運動、曲線運動、電磁學等學問結合的題目多為計算題?？季V下載1.牛頓運動定律及其應用(Ⅱ)2．超重和失重(Ⅰ)試驗四：驗證牛頓運動定律考綱解讀1.從近幾年的高考考點分布知道，本章主要考查考生能否精確理解牛頓運動定律的意義，能否嫻熟應用牛頓其次定律、牛頓第三定律和受力分析解決運動和力的問題，以及對超重和失重現(xiàn)象的理解，對牛頓其次定律的驗證方法和驗證原理的駕馭。2．高考命題中有關本章內容的題型有選擇題、試驗題、計算題。高考試題往往綜合牛頓運動定律和運動學規(guī)律進行考查，考題中留意與電場、磁場的滲透，并經(jīng)常與生活、科技、工農業(yè)生產等實際問題相聯(lián)系。3．本章內容含有中學物理的基本規(guī)律和核心學問，在整個物理學中占有特別重要的地位，且為高考命題的重點和熱點，考查和要求的程度往往較高。第1講牛頓運動定律的理解主干梳理對點激活對應學生用書P047學問點牛頓第確定律Ⅱ1．牛頓第確定律(1)內容：一切物體總保持eq\o(□,\s\up1(01))勻速直線運動狀態(tài)或eq\o(□,\s\up1(02))靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它eq\o(□,\s\up1(03))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eq\o(□,\s\up1(04))慣性，因此牛頓第確定律又叫eq\o(□,\s\up1(05))慣性定律。②揭示了力與運動的關系：力不是eq\o(□,\s\up1(06))維持物體運動的緣由，而是eq\o(□,\s\up1(07))變更物體運動狀態(tài)的緣由，即力是產生eq\o(□,\s\up1(08))加速度的緣由。(3)適用范圍：慣性參考系。2．慣性(1)定義：物體具有保持原來eq\o(□,\s\up1(09))勻速直線運動狀態(tài)或eq\o(□,\s\up1(10))靜止狀態(tài)的性質。(2)慣性的兩種表現(xiàn)①物體不受外力作用時，其慣性表現(xiàn)在保持靜止或eq\o(□,\s\up1(11))勻速直線運動狀態(tài)。②物體受外力作用時，其慣性表現(xiàn)在抗拒運動狀態(tài)的eq\o(□,\s\up1(12))變更。(3)量度：eq\o(□,\s\up1(13))質量是慣性大小的唯一量度，eq\o(□,\s\up1(14))質量大的物體慣性大，eq\o(□,\s\up1(15))質量小的物體慣性小。(4)普遍性：慣性是物體的eq\o(□,\s\up1(16))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eq\o(□,\s\up1(17))無關(選填“有關”或“無關”)。學問點牛頓其次定律Ⅱ單位制Ⅰ1.牛頓其次定律(1)內容：物體加速度的大小跟它受到的eq\o(□,\s\up1(01))作用力成正比，跟它的eq\o(□,\s\up1(02))質量成反比，加速度的方向跟eq\o(□,\s\up1(03))作用力的方向相同。(2)表達式：F＝kma，當F、m、a單位采納國際單位制時k＝eq\o(□,\s\up1(04))1，F(xiàn)＝eq\o(□,\s\up1(05))ma。(3)適用范圍①牛頓其次定律只適用于eq\o(□,\s\up1(06))慣性參考系(相對地面靜止或做勻速直線運動的參考系)。②牛頓其次定律只適用于eq\o(□,\s\up1(07))宏觀物體(相對于分子、原子)、eq\o(□,\s\up1(08))低速運動(遠小于光速)的狀況。2．單位制、基本單位、導出單位(1)單位制：eq\o(□,\s\up1(09))基本單位和eq\o(□,\s\up1(10))導出單位一起組成了單位制。①基本物理量：只要選定幾個物理量的單位，就能夠利用物理公式推導出其他物理量的單位，這些被選定的物理量叫做基本物理量。②基本單位：基本物理量的單位。力學中的基本物理量有三個，它們是eq\o(□,\s\up1(11))質量、eq\o(□,\s\up1(12))時間、eq\o(□,\s\up1(13))長度，它們的單位千克、秒、米就是基本單位。③導出單位：由eq\o(□,\s\up1(14))基本單位依據(jù)物理關系推導出來的其他物理量的單位。(2)國際單位制中的基本單位基本物理量符號單位名稱單位符號質量m千克kg時間t秒s長度l米m電流I安[培]A熱力學溫度T開[爾文]K物質的量n摩[爾]mol發(fā)光強度I，(IV)坎[德拉]cd學問點牛頓第三定律Ⅱ1．作用力和反作用力兩個物體之間的作用總是eq\o(□,\s\up1(01))相互的。一個物體對另一個物體施加了力，后一物體確定同時對前一物體也施加了力。2．內容兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小eq\o(□,\s\up1(02))相等、方向eq\o(□,\s\up1(03))相反、作用在eq\o(□,\s\up1(04))同一條直線上。3．表達式：F＝－F′。4．意義：建立了相互作用物體之間的聯(lián)系，體現(xiàn)了作用力與反作用力的相互依靠關系。一堵點疏通1．牛頓第確定律是依據(jù)試驗得到的定律，可以通過試驗驗證。()2．環(huán)繞地球運動的宇宙飛船處于完全失重狀態(tài)，沒有慣性。()3．汽車速度越大，剎車時越難停下來，表明物體的速度越大，其慣性越大。()4．牛頓第確定律是牛頓其次定律的特例。()5．先有作用力，才有反作用力。()6．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。()7．大小相等，方向相反，作用在同始終線上，而且作用在兩個物體上的兩個力確定是作用力與反作用力。()8．力的單位是牛頓，簡稱牛，也屬于基本單位。()9．物理公式不僅確定了物理量之間的數(shù)量關系，同時也確定了物理量間的單位關系。()答案1.×2.×3.×4.×5.×6.×7.×8．×9.√二對點激活1．(人教版必修1·P70·T1～3改編)(多選)下列對牛頓第確定律和慣性的分析正確的是()A．飛機投彈時，假如當目標在飛機的正下方時投下炸彈，則能擊中目標B．地球自西向東自轉，人向上跳起來后，還會落到原地C．平安帶的作用是防止汽車剎車時人由于具有慣性仍向前運動而發(fā)生危急D．向上拋出的物體，在空中向上運動時，確定受到了向上的作用力答案BC解析飛機投下的炸彈由于慣性做平拋運動，所以目標在正下方時不能擊中；地球自西向東轉，人向上跳起后，由于慣性人也跟地球一起從西向東運動，故人仍落到原地；緊急剎車時，汽車停止運動，人由于慣性仍向前運動，簡單撞傷，所以系上平安帶對人起到愛護作用；向上拋出的物體，由于慣性，在空中接著向上運動，而不是受到向上的作用力。所以B、C正確。2．(多選)關于力學單位制，以下說法中正確的是()A．kg、m/s、N等單位為導出單位B．kg、m、s都是基本單位C．牛頓其次定律的表達式F＝kma，式中各物理量取國際單位時k＝1D．在國際單位制中，質量的單位可以是kg，也可以是g答案BC解析kg為基本單位，故A錯誤；kg、m、s是國際單位制中的基本單位，故B正確；F＝kma，質量取“kg”，a取“m/s2”，F(xiàn)取“N”時k＝1，C正確；國際單位制中質量的單位是kg，而不是g3.(人教版必修1·P82·做一做改編)(多選)用計算機協(xié)助試驗系統(tǒng)(DIS)做驗證牛頓第三定律的試驗，把兩個測力探頭的掛鉤鉤在一起，向相反方向拉動，視察顯示器屏幕上出現(xiàn)的結果(如圖所示)，分析兩個力傳感器的相互作用隨著時間變更的曲線，以下結論正確的是()A．作用力與反作用力同時產生B．作用力與反作用力作用在同一物體上C．作用力與反作用力大小相等D．作用力與反作用力的合力為零答案AC解析作用力與反作用力總是大小相等、方向相反，分別作用在兩個物體上，同時產生、同時消逝，故A、C正確，B錯誤；作用力與反作用力作用在兩個物體上，不能求合力，故D錯誤?？键c細研悟法培優(yōu)對應學生用書P048考點1牛頓第確定律的理解對牛頓第確定律的四點說明(1)明確慣性的概念：牛頓第確定律揭示了一切物體所具有的一種固有屬性——慣性。(2)揭示力的本質：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。(3)志向化狀態(tài)：牛頓第確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。在實際狀況中，假如物體所受的合外力等于零，與物體不受外力時的表現(xiàn)是相同的。(4)與牛頓其次定律的關系：牛頓第確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。牛頓第確定律是經(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伽利略創(chuàng)建的把試驗、假設和邏輯推理相結合的科學方法，有力地促進了人類科學相識的發(fā)展。利用如圖所示的裝置做如下試驗：小球從左側斜面上的O點由靜止釋放后沿斜面對下運動，并沿右側斜面上升。斜面上先后鋪墊三種粗糙程度漸漸降低的材料時，小球沿右側斜面上升到的最高位置依次為1、2、3。依據(jù)三次試驗結果的對比，可以得到的最干脆的結論是()A．假如斜面光滑，小球將上升到與O點等高的位置B．假如小球不受力，它將始終保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)C．假如小球受到力的作用，它的運動狀態(tài)將發(fā)生變更D．小球受到的力確定時，質量越大，它的加速度越小(1)由題干可知，小球受到的阻力越小，小球上升的位置越高還是越低？提示：越高。(2)干脆結論包括推理過程后的結論嗎？提示：不包括。嘗試解答選A。依據(jù)試驗結果，得到的最干脆的結論是假如斜面光滑，小球將上升到與O點等高的位置，A項正確；而小球不受力時狀態(tài)不變，小球受力時狀態(tài)發(fā)生變更，是在假設和邏輯推理下得出的結論，而不是試驗的干脆結論，所以B和C選項錯誤；而D項不是本試驗所說明的問題，故錯誤。牛頓第確定律的應用技巧(1)應用牛頓第確定律分析實際問題時，要把生活感受和理論問題聯(lián)系起來深刻相識力和運動的關系，正確理解力不是維持物體運動狀態(tài)的緣由，克服生活中一些錯誤的直觀印象，建立正確的思維習慣。(2)假如物體的運動狀態(tài)發(fā)生變更，則物體必定受到不為零的合外力作用。因此，推斷物體的運動狀態(tài)是否變更，以及如何變更，應先分析物體所受的合外力狀況。[變式1－1](2024·云南玉溪第一中學期末)(多選)如圖所示，在向右行駛的汽車車廂的天花板上懸掛有一個小球A，在A的正下方地板上有一點B，則()A．若汽車勻速行駛的過程中細線突然斷裂，小球A將落在B點上B．若汽車勻速行駛的過程中細線突然斷裂，小球A將落在B點的左側C．若汽車加速行駛的過程中細線突然斷裂，小球A將落在B點的左側D．若汽車加速行駛的過程中細線突然斷裂，小球A將落在B點的右側答案AC解析若汽車勻速行駛，細線斷裂后，小球A由于慣性在水平方向接著向前運動，水平速度和汽車的速度相同，故小球A落地時將落在正下方的B點，A正確，B錯誤；若汽車加速行駛，細線斷裂后小球在水平方向接著保持原來的速度水平勻速運動，汽車加速行駛，其速度大于小球的水平速度，故小球A將落在B點的左側，C正確，D錯誤。[變式1－2]某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，另一手用力擊打羽毛球筒的上端，則()A．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，羽毛球筒受到羽毛球對它向上的摩擦力，而羽毛球受到筒對它向下的摩擦力，故D正確，A、B、C錯誤?？键c2牛頓其次定律的理解牛頓其次定律的性質例2(多選)關于速度、加速度、合力的關系，下列說法正確的是()A．原來靜止在光滑水平面上的物體，受到水平推力的瞬間，物體馬上獲得加速度B．加速度的方向與合力的方向總是一樣的，但與速度的方向可能相同，也可能不同C．在初速度為0的勻加速直線運動中，速度、加速度與合力的方向總是一樣的D．合力變小，物體的速度確定變小(1)a由什么確定？提示：由a＝eq\f(F,m)知a由合力F和質量m共同確定。(2)a變小v確定變小嗎？提示：不確定，當a與v同向時v變大；當a與v反向時v變小。嘗試解答選ABC。加速度與力同時產生、同時消逝、同時變更，A正確；加速度的方向由合力方向確定，與速度方向無關，B正確；在初速度為0的勻加速直線運動中，合力方向確定加速度方向，加速度方向確定末速度方向，C正確；合力變小，物體的加速度確定變小，但速度不確定變小，D錯誤。合力、加速度、速度間的確定關系(1)只要合力不為零，物體就會產生加速度，與物體的速度無關。(2)a＝eq\f(Δv,Δt)是加速度的定義式，a與Δv、Δt無必定聯(lián)系；a＝eq\f(F,m)是加速度的確定式，a∝F，a∝eq\f(1,m)。(3)合力與速度同向時，物體做加速運動；合力與速度反向時，物體做減速運動。[變式2]如圖所示，一木塊在光滑水平面上受一個恒力F作用而運動，前方固定一個輕質彈簧，當木塊接觸彈簧后，下列推斷正確的是()A．木塊將馬上做勻減速直線運動B．木塊將馬上做變減速直線運動C．在彈簧彈力大小等于恒力F時，木塊的速度最大D．在彈簧壓縮量最大時，木塊的加速度為零答案C解析木塊剛接觸彈簧時形變量較小，彈力小于F，木塊照舊做加速運動，只有彈力大于F之后，木塊才減速，故A、B錯誤，C正確；當彈簧處于最大壓縮量時，彈力大于F，彈力與恒力F的合力不為零，因此加速度不為零，故D錯誤。考點3牛頓第三定律的理解與應用1.作用力與反作用力的“六同、三異、二無關”(1)“六同”：①大小相同；②性質相同；③同始終線；④同時產生；⑤同時變更；⑥同時消逝。(2)“三異”：①方向不同；②受力物體不同；③產生效果不同。(3)“二無關”：①與物體的運動狀態(tài)無關；②與是否和另外物體相互作用無關。2．一對平衡力與作用力、反作用力的比較一對平衡力作用力與反作用力相同點大小相等、方向相反、作用在同一條直線上不同點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確定同時產生、同時變更、同時消逝確定同時產生、同時變更、同時消逝力的性質不確定相同確定相同作用效果可相互抵消不行抵消例3(多選)如圖所示，我國有一種傳統(tǒng)的民族體育項目叫做“押加”，事實上相當于兩個人拔河，假如甲、乙兩人在“押加”競賽中，甲獲勝，則下列說法中正確的是()A．甲對乙的拉力大于乙對甲的拉力，所以甲獲勝B．當甲把乙勻速拉過去時，甲對乙的拉力大小等于乙對甲的拉力大小C．當甲把乙加速拉過去時，甲對乙的拉力大于乙對甲的拉力D．甲對乙的拉力大小始終等于乙對甲的拉力大小，只是地面對甲的最大靜摩擦力大于地面對乙的最大靜摩擦力，所以甲獲勝(1)甲、乙兩人拉力大小有何關系？提示：兩人拉力大小相同。(2)甲為什么獲勝？提示：地面對甲的最大靜摩擦力大于地面對乙的最大靜摩擦力。嘗試解答選BD。甲對乙的拉力和乙對甲的拉力屬于作用力與反作用力，總是大小相等，與甲、乙運動狀態(tài)無關，故B正確，A、C錯誤；地面對甲的最大靜摩擦力大于地面對乙的最大靜摩擦力，所以甲獲勝，D正確。應用牛頓第三定律應留意的問題(1)對于任何物體，在任何條件下牛頓第三定律都是成立的。不能錯誤地認為只有物體受力平衡時，牛頓第三定律才成立。(2)作用力與反作用力雖然等大反向，但因所作用的物體不同，所產生的效果往往不同。(3)作用力與反作用力只能是一對物體間的相互作用力，不能牽扯第三個物體。[變式3－1](多選)如圖所示，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()A．水平力F跟墻壁對物體的彈力是一對作用力與反作用力B．物體的重力跟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跟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，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)，故這兩個力是一對平衡力，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，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，D正確。[變式3－2]沼澤地的下面隱藏著豐富的泥炭，泥炭是沼澤地積累的植物殘體，它的纖維狀和海綿狀的物理結構導致人在其上面行走時簡單下陷(設在下陷過程中，泥炭對人的阻力不計)。假如整個下陷的過程是先加速再減速最終勻速的運動，那么，下列說法中正確的是()A．在加速向下運動時，人對沼澤地的壓力大于人的重力B．在減速向下運動時，人對沼澤地的壓力小于人的重力C．在整個運動過程中，人對沼澤地的壓力是先大于后等于沼澤地對人的支持力D．在整個運動過程中，人對沼澤地的壓力大小總是等于沼澤地對人的支持力大小答案D解析沼澤地對人的支持力和人對沼澤地的壓力是一對相互作用力，二者大小相等、方向相反，故C錯誤，D正確；加速向下運動時，重力大于沼澤地對人的支持力，即人對沼澤地的壓力小于人的重力，故A錯誤；減速向下運動時，加速度向上，重力小于沼澤地對人的支持力，即人對沼澤地的壓力大于人的重力，故B錯誤。思想方法3牛頓第三定律在受力分析中的妙用1．方法概述在對物體進行受力分析時，假如不便于分析物體受到的某些力，則可以通過分析其反作用力來解決問題，牛頓第三定律將起到特別重要的轉換探討對象的作用，使得我們對問題的分析思路更敏捷、更寬敞。2．常見類型物體與地面(或其他受力未知的物體)相互作用，求物體對地面(或其他物體)的作用力。3．解題思路(1)依據(jù)所求問題應用整體法或隔離法選擇探討對象。(2)依據(jù)牛頓第三定律轉換探討對象，進行受力分析?！镜漕}例證】一個箱子放在水平地面上，箱內有一固定的豎直桿，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f，則此時箱對地面的壓力大小為()A．Mg＋f B．Mg－fC．Mg＋mg D．Mg－mg[解析]環(huán)在豎直方向上受重力及桿給它的豎直向上的摩擦力f，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f′，故箱子豎直方向上受重力Mg、地面對它的支持力N及環(huán)給它的摩擦力f′，受力狀況如圖乙所示，由于箱子處于平衡狀態(tài)，可得N＝f′＋Mg＝f＋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，即N′＝Mg＋f，故選項A正確。[答案]A名師點睛題中箱對地面的壓力作用在地面上，因不能以地面為探討對象，這時必需轉換探討對象，先以箱為探討對象，求地面對箱的支持力，再通過牛頓第三定律求箱對地面的壓力。而求地面對箱的支持力時，要先分析箱的受力；求環(huán)對桿的摩擦力時，也要轉換探討對象，先以環(huán)為探討對象，求桿對環(huán)的摩擦力，再通過牛頓第三定律求環(huán)對桿的摩擦力?！踞槍τ柧殹?多選)如圖，一個人站在水平地面上的長木板上用力F向右推箱子，木板、人、箱子均處于靜止狀態(tài)，三者的質量均為m，重力加速度為g，則()A．箱子對木板的摩擦力方向向右B．木板對地面的摩擦力方向向左C．木板對地面的壓力大小為3mgD．若人用斜向下的力推箱子，則木板對地面的壓力會大于3mg答案AC解析以箱子為探討對象，水平方向上，木板對箱子的摩擦力與人推箱子的力平衡，所以，木板對箱子的摩擦力方向向左，依據(jù)牛頓第三定律，箱子對木板的摩擦力方向向右，A正確；以整體為探討對象，地面對木板的支持力與整體所受的重力平衡，所以地面對木板的支持力為3mg，依據(jù)牛頓第三定律，木板對地面的壓力大小為3mg，C正確，D錯誤；以整體為探討對象，地面對木板的摩擦力為0，所以木板對地面的摩擦力為0，B錯誤。高考模擬隨堂集訓對應學生用書P0511．(2024·全國卷Ⅰ)(多選)一質點做勻速直線運動?，F(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．質點單位時間內速率的變更量總是不變答案BC解析由題意知此恒力即為質點所受合外力，若原速度與該恒力在一條直線上，則質點做勻變速直線運動，質點單位時間內速率的變更量總是不變的；若原速度與該恒力不在一條直線上，則質點做勻變速曲線運動，速度與恒力間夾角漸漸減小，質點單位時間內速度的變更量是不變的，但速率的變更量是變更的，A、D兩項錯誤，B項正確；由牛頓其次定律知，質點加速度的方向總與該恒力方向相同，C項正確。2.(2024·上海高考)如圖，在勻強電場中，懸線一端固定于地面，另一端拉住一