2023年高考物理二轮复习专题03牛顿运动定律（讲）

专题03牛顿运动定律考点考纲要求专家解读牛顿运动定律及其应用Ⅱ1.从近几年的高考考点分布知道，本章主要考查考生能否准确理解牛顿运动定律的意义，能否熟练应用牛顿第二定律、牛顿第三定律和受力分析解决运动和力的问题；理解超重和失重现象，掌握牛顿第二定律的验证方法和原理。2．高考命题中有关本章内容的题型有选择题、计算题。高考试题往往综合牛顿运动定律和运动学规律进行考查，考题中注重与电场、磁场的渗透，并常常与生活、科技、工农业生产等实际问题相联系。3．本章是中学物理的根本规律和核心知识，在整个物理学中占有非常重要的地位，仍将为高考命题的重点和热点，考查和要求的程度往往层次较高。超重与失重Ⅰ单位制Ⅰ纵观近几年高考试题，预测2023年物理高考试题还会考：1、牛顿运动定律是中学物理的根本规律和核心知识，在整个物理学中占有非常重要的地位，，题型主要有选择题，高考试题往往综合牛顿运动定律和运动学规律进行考查，考题中注重与动量、能量、电场、磁场的渗透，并常常与生活、科技、工农业生产等实际问题相联系．2、本专题是高考命题的重点和热点，考查和要求的程度往往层次较高，单独考查的题目多为选择题，与直线运动、曲线运动、电磁学等知识结合的题目多为计算题。考向01牛顿运动定律1.讲高考〔1〕考纲要求主要考查考生能否准确理解牛顿运动定律的意义，能否熟练应用牛顿第一定律、牛顿第二定律、牛顿第三定律和受力分析解决运动和力的问题〔2〕命题规律牛顿运动定律是中学物理的根本规律和核心知识，在整个物理学中占有非常重要的地位，，题型主要有选择题，高考试题往往综合牛顿运动定律和运动学规律进行考查，考题中注重与电场、磁场的渗透，并常常与生活、科技、工农业生产等实际问题相联系．案例1．【2023·新课标Ⅱ卷】〔12分〕为提高冰球运发动的加速能力，教练员在冰面上与起跑线距离s0和s1〔s1<s0〕处分别设置一个挡板和一面小旗，如下图。训练时，让运发动和冰球都位于起跑线上，教练员将冰球以初速度v0击出，使冰球在冰面上沿垂直于起跑线的方向滑向挡板；冰球被击出的同时，运发动垂直于起跑线从静止出发滑向小旗。训练要求当冰球到达挡板时，运发动至少到达小旗处。假定运发动在滑行过程中做匀加速运动，冰球到达挡板时的速度为v1。重力加速度大小为g。求〔1〕冰球与冰面之间的动摩擦因数；〔2〕满足训练要求的运发动的最小加速度。【答案】〔1〕〔2〕【考点定位】牛顿第二定律；匀变速直线运动的规律【名师点睛】此题主要考查匀变速直线运动的根本规律的应用；分析物理过程，找到运发动和冰球之间的关联，并能灵活选取运动公式；难度中等。案例2．【2023·新课标Ⅲ卷】〔20分〕如图，两个滑块A和B的质量分别为mA=1kg和mB=5kg，放在静止于水平地面上的木板的两端，两者与木板间的动摩擦因数均为μ1=0.5；木板的质量为m=4kg，与地面间的动摩擦因数为μ2=0.1。某时刻A、B两滑块开始相向滑动，初速度大小均为v0=3m/s。A、B相遇时，A与木板恰好相对静止。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度大小g=10m/s2。求〔1〕B与木板相对静止时，木板的速度；〔2〕A、B开始运动时，两者之间的距离。【答案】〔1〕1m在t2时间间隔内，B〔以及木板〕相对地面移动的距离为⑭在〔t1+t2〕时间间隔内，A相对地面移动的距离为 ⑮A和B相遇时，A与木板的速度也恰好相同。因此A和B开始运动时，两者之间的距离为⑯联立以上各式，并代入数据得⑰〔也可用如图的速度–时间图线求解〕【考点定位】牛顿运动定律、匀变速直线运动规律【名师点睛】此题主要考查多过程问题，要特别注意运动过程中摩擦力的变化情况，A、B相对木板静止的运动时间不相等，应分阶段分析，前一阶段的末状态即后一阶段的初状态。案例3．【2023·江苏卷】〔多项选择〕如下图，一只猫在桌边猛地将桌布从鱼缸下拉出，鱼缸最终没有滑出桌面．假设鱼缸、桌布、桌面两两之间的动摩擦因数均相等，那么在上述过程中：〔〕A．桌布对鱼缸摩擦力的方向向左B．鱼缸在桌布上的滑动时间和在桌面上的相等C．假设猫增大拉力，鱼缸受到的摩擦力将增大D．假设猫减小拉力，鱼缸有可能滑出桌面【答案】BD【考点定位】力与运动【方法技巧】此题重在分析清楚鱼缸的受力情况、运动情况。先在桌布上加速，后在桌面上减速。鱼缸受桌布的滑动摩擦力与猫拉力的大小无关。2．讲根底〔1〕牛顿第一定律①内容：②意义：指出力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因，即力是产生加速度的原因；指出了一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又称为惯性定律。③惯性：量度：质量是物体惯性大小的唯一量度，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小；普遍性：惯性是物体的固有属性，一切物体都有惯性，与物体的运动情况和受力情况无关。〔2〕牛顿第二定律①内容：②表达式：F＝ma，F与a具有瞬时对应关系。③力学单位制：单位制由根本单位和导出单位共同组成。〔3〕牛顿第三定律①内容：②作用力和反作用力：③作用力和反作用力与平衡力的比拟3．讲典例案例1．〔多项选择〕将质量均为M=1kg的编号依次为1,2,...6的梯形劈块靠在一起构成倾角的三角形劈面，每个梯形劈块上斜面长度均为L=0.2m，如下图，质量m=lkg的小物块A与斜面间的动摩擦因数为，斜面与地面的动摩擦因数均为，假定最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，现使A从斜面底端以平行于斜面的初速度v0=4.5m/s冲上斜面，以下说法正确的选项是:()A.假设所有劈均固定在水平面上，物块最终从6号劈上冲出B.假设所有劈均固定在水平面上，物块最终能冲到6号劈上C.假设所有劈均不固定在水平面上，物块上滑到5号劈时，劈开始相对水平面滑动D.假设所有劈均不固定在水平面上.物块上滑到4号劈时，劈开始相对水平面滑动【答案】BC【解析】A、B项：假设所有劈均固定在水平面上，根据牛顿第二定律得，物块的加速度大小点晴：解决此题的关键能够正确地受力分析，运用共点力平衡、牛顿第二定律、运动学规律进行求解，知道加速度是联系力学和运动学的桥梁。【趁热打铁】如下图，将质量为m的滑块放在倾角为的固定斜面上，滑块与斜面之间的动摩擦因数为．假设滑块与斜面之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力大小相等，重力加速度为g．那么〔〕A.将滑块由静止释放，如果，滑块将下滑B.给滑块沿斜面向下的初速度，如果，滑块将减速下滑C.用平行于斜面向下的力拉滑块向下匀速滑动，如果，拉力大小应是D.用平行于斜面向上的力拉滑块向上匀速滑动，如果，拉力大小应是【答案】D【解析】物体由静止释放，对物体受力分析，受重力、支持力、摩擦力如图．物体下滑时，应满足条件：．解得．故A错误；给滑块沿斜面向下的初速度．如果，那么有：，物体将加速下滑．故B错误；用平行于斜面向下的力拉滑块向下匀速滑动，根据平衡条件，有，又．解得．故C错误；用平行于斜面向上的力拉滑块向上匀速滑动，根据平衡条件，有．由题．故解得．故D正确．应选D．案例2．质量为m0＝20kg、长为L=5m的木板放在水平面上，木板与水平面的动摩擦因数为μ1=0.15。将质量m=10kg的小木块(可视为质点)，以v0=4m/s的速度从木板的左端被水平抛射到木板上(如下图)，小木块与木板面的动摩擦因数为μ2=0.4(最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g=10m/s2)。那么以下判断正确的选项是()A.木板一定静止不动，小木块不能滑出木板B.木板一定静止不动，小木块能滑出木板C.木板一定向右滑动，小木块不能滑出木板D.木板一定向右滑动，小木块能滑出木板【答案】A【趁热打铁】为了缓解高三学生学习压力，学校往往会在高考前夕举行拔河比赛，帮助学生释放压力，激情迎考，如下图。为了分析问题的方便，我们把拔河比赛简化为两个人拔河，如果绳质量不计，且保持水平，甲、乙两人在“拔河〞比赛中甲获胜，那么以下说法中正确的选项是()A.甲对乙的拉力始终大于乙对甲的拉力B.甲把乙加速拉过去时，甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力C.只有当甲把乙匀速拉过去时，甲对乙的拉力大小才等于乙对甲的拉力大小D.甲对乙的拉力大小始终等于乙对甲的拉力大小，只是地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力【答案】D4．讲方法〔1〕正交分解法的应用对受多个力作用的物体应用牛顿第二定律时，常用的方法是正交分解，分解时，可以分解力，也可以分解加速度。〔2〕解答瞬时性题目时应注意以下两点：①当其他力变化时，弹簧的弹力不能在瞬间发生变化；②当其他力变化时，细绳上的拉力可以在瞬间发生变化。5．讲易错【题目】如下图，质量为m1和m2的两个材料相同的物体用细线相连，在大小恒定的拉力F作用下，先沿水平面，再沿斜面，最后竖直向上匀加速运动，不计空气阻力，在三个阶段的运动中，线上的拉力大小()A.由大变小B.由小变大C.由大变小再变大D.始终不变且大小为F【答案】【正解】D【错因】先对整体进行受力分析求出整体加速度，再对m1进行受力分析，根据牛顿第二定律求出细线上的弹力，m1的加速度和整体加速度相同．考向02动力学的两类根本问题1.讲高考〔1〕考纲要求熟练应用牛顿运动定律和运动学公式解决两类动力学问题．〔2〕命题规律是高考命题的重点和热点，考查和要求的程度往往层次较高，单独考查的题目多为选择题，与直线运动、曲线运动、电磁学等知识结合的题目多为计算题。案例1．【2023·上海卷】如图，顶端固定着小球的直杆固定在小车上，当小车向右做匀加速运动时，球所受合外力的方向沿图中的：〔〕A．OA方向 B．OB方向C．OC方向 D．OD方向【答案】D【解析】据题意可知，小车向右做匀加速直线运动，由于球固定在杆上，而杆固定在小车上，那么三者属于同一整体，根据整体法和隔离法的关系分析可知，球和小车的加速度相同，所以球的加速度也应该向右，应选项D正确。【考点定位】牛顿第二定律、整体法和隔离法【方法技巧】此题通过整体法和隔离法可以判断出做匀变速直线运动的物体局部加速度和整体加速度相同。案例2．【2023·海南卷】沿固定斜面下滑的物体受到与斜面平行向上的拉力F的作用，其下滑的速度–时间图线如下图。物体与斜面之间的动摩擦因数为常数，在0~5s、5~10s、10~15s内F的大小分别为F1、F2和F3，那么：〔〕A．F1<F2 B．F2>F3 C．F1>F3 D．F1=F3【答案】A【考点定位】图像，牛顿第二定律【名师点睛】此题考查了牛顿第二定律和运动学公式的根本运用，知道加速度是联系力学和运动学的桥梁，根底题。案例3．【2023·全国新课标Ⅱ·20】〔多项选择〕在一东西向的水平直铁轨上，停放着一列已用挂钩链接好的车厢。当机车在东边拉着这列车厢一大小为a的加速度向东行驶时，链接某两相邻车厢的挂钩P和Q间的拉力大小为F；当机车在西边拉着这列车厢一大小为a的加速度向东行驶时，链接某两相邻车厢的挂钩P和Q间的拉力大小仍为F。不计车厢与铁轨间的摩擦，每节车厢质量相同，那么这列车厢的节数可能为：〔〕A．8B．10C．15D．18【答案】BC【解析】由设这列车厢的节数为n，P、Q挂钩东边有m节车厢，每节车厢的质量为m，由牛顿第二定律可知：，解得：，k是正整数，n只能是5的倍数，故B、C正确，A、D错误。【考点定位】牛顿第二定律【名师点睛】此题主要是整体法和隔离法，以及牛顿第二定律的应用。2．讲根底〔1〕解两类问题的思路可用下面的框图来表示：分析解决这两类问题的关键：应抓住受力情况和运动情况之间联系的桥梁——加速度。〔2〕解答动力学两类问题的根本程序利用牛顿第二定律解决动力学问题的关键是利用加速度的“桥梁〞作用，将运动学规律和牛顿第二定律相结合，寻找加速度和未知量的关键，是解决这类问题的思考方向．〔3〕动力学图象问题〔4〕连接体问题〔5〕多过程问题3．讲典例案例1．如图甲所示，一轻质弹簧的下端，固定在水平面上，上端叠放着两个质量均为m的物体A、B〔物体B与弹簧栓接〕，弹簧的劲度系数为k，初始时物体处于静止状态。现用竖直向上的拉力F作用在物体A上，使物体A开始向上做加速度为a的匀加速运动，测得两个物体的v﹣t图象如图乙所示〔重力加速度为g〕，那么〔〕A.施加外力的瞬间，F的大小为2m〔g﹣aB.A、B在t1时刻别离，此时弹簧的弹力大小m〔g+a〕C.弹簧弹力等于0时，物体B的速度到达最大值D.B与弹簧组成的系统的机械能先增大，后保持不变【答案】B【趁热打铁】：C。36．将地面上静止的货物竖直向上吊起，货物由地面运动至最高点的过程中，v﹣t图象如下图．以下判断正确的选项是〔〕A.前2s内货物处于超重状态B.第3s末至第5s末的过程中，货物完全失重C.最后2s内货物只受重力作用D.前2s内与最后2s内货物的平均速度和加速度相同【答案】A【解析】A.在前2s内，图象的斜率为正，加速度为正方向，说明加速度向上，货物处于超重状态，故A正确；点睛：速度图象的斜率等于物体的加速度．根据斜率的正负分析加速度的方向，根据加速度的方向判断货物是超重还是失重状态．加速度方向向上时，处于超重状态，反之，处于失重状态．根据求匀变速直线运动的平均速度．案例2．如图甲所示，一质量m=0.4kg的小物块，以v0=2m/s的初速度，在与斜面平行的拉力作用下，沿斜面向上做匀加速运动，经t=2s的时间物块由A点运动到B点，A、B之间的距离L=10m．斜面倾角θ=300，物块与斜面之间的动摩擦因数μ=．重力加速度g取10m/s2．求：(1)物块到达B点时速度的大小，物块加速度的大小；(2)拉力F的大小；(3)假设拉力F与斜面夹角为α，如图乙所示，试写出拉力F的表达式。【答案】〔1〕8m/s〔2〕5.2N〔3〕【解析】〔1〕物体做匀加速直线运动，根据运动学公式，有，，联立解得，〔2〕对物体受力分析，受重力、拉力、支持力和滑动摩擦力，根据牛顿第二定律有【趁热打铁】5个相同的木块紧挨着静止放在地面上，如下图。每块木块的质量为m=1kg，长L=1m。它们与地面间的动摩擦因数μ1=0.1，木块与地面的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。现有一质量为M=2.5kg的小铅块〔视为质点〕，以v0=4m/s的初速度向右滑上左边第一木块的左端，它与木块的动摩擦因数μ2=0.2。小铅块刚滑到第四块木块时，木块开始运动，求：〔1〕铅块刚滑到第四块木块时的速度。〔2〕通过计算说明为什么小铅块滑到第四块木块时，木块才开始运动。〔3〕小铅块停止运动后，离第一块木块的左端多远。【答案】〔1〕2m/s〔2〕n=4〔3〕【解析】试题分析：通过对长木板的受力分析知，滑块给长木板的摩擦力水平向右，地面给长木板的摩擦力水平向左，当滑块对木板的摩擦力大于地面对长木板的摩擦力时，长木板开始运动；根据牛顿运动定律和匀变速直线运动规律分析求解．，相对位移为△s，4、5木块运动的加速度为，④…⑤，…⑥，…⑦…⑧联立①④⑤⑥⑦⑧解得：⑨，⑩由于△s＜l〔s1＜l〕说明小铅块没有离开第四块木块，最后小铅块与4、5木块达共同速度一起减速为零．设小铅块与4、5木块到达共同速度为，一起减速的加速度大小为，减速位移为，，，联立以上各式得：小铅块最终离1木块左端为，联立以上各式，得4．讲方法(1)解决两类动力学的根本问题时在解决两类动力学的根本问题时，不管哪一类问题，都要进行受力分析和运动情况分析，如果物体的运动加速度或受力情况发生变化，那么要分段处理，此时加速度或受力改变时的瞬时速度即是前后过程的联系量。〔2〕利用整体法与隔离法求解动力学中的连接体问题解决这类问题的关键：正确地选取研究对象是解题的首要环节，弄清各物体之间哪些属于连接体，哪些物体应该单独分析，并分别确定出它们的加速度，然后根据牛顿运动定律列方程求解，一般是“先整体求加速度，后隔离求内力〞。〔3〕动力学图象问题牛顿第二定律与v－t图象相结合的问题，一般先由v－t图象分析物体的加速度及其变化规律，再由牛顿第二定律列方程求解问题，或者先由牛顿第二定律分析加速度及其变化规律，再作出v－t图象。〔4〕多过程运动问题分析要点:①题目中有多少个物理过程？②每个过程物体做什么运动？③每种运动满足什么物理规律？④运动过程中的一些关键位置(时刻)是哪些?5．讲易错【题目】如下图，水平传送带在电动机带动下始终保持以速度v匀速运动，某时刻质量为m的物块无初速地放在传送带的左端，经过一段时间物块能与传送带保持相对静止。物块与传送带间的动摩擦因数为μ。假设当地的重力加速度为g，对于物块放上传送带到物块与传送带相对静止的过程，以下说法中正确的选项是〔〕A.物块所受摩擦力的方向水平向左B.物块运动的时间为C.物块相对地面的位移大小为D.物块相对传送带的位移大小为【答案】【正解】D【解析】试题分析：物块相对传送带向左滑动，摩擦力方向水平向右，即物块所受合外力为，加速度，物块运动的时间，物块相对地面的位移大小，物块相对传送带的位移大小，故ABC错误，D正确.应选D.【错因】根据相对运动方向求得摩擦力方向；由受力分析求得合外力，即可由牛顿第二定律求得加速度，然后根据匀变速运动规律求得运动时间、位移，然后由几何关系求得相对位移．考向03超重和失重1.讲高考〔1〕考纲要求掌握超重、失重的概念，会分析有关超重、失重的问题。〔2〕命题规律考查的题目多为选择题；注意与力的平衡、运动学公式相结合；注意图象问题。案例1．【2023·江苏·6】〔多项选择〕一人乘电梯上楼，在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图线如下图，以竖直向上为a的正方向，那么人对地板的压力：〔〕A．t=2s时最大B．t=2s时最小C．t=8.5s时最大D．t=8.5s时最小【答案】AD【解析】由题意知在上升过程中：，所以向上的加速度越大，人对电梯的压力就越大，故A正确，B错误；由图知，7s以后加速度向下，由知，向下的加速度越大，人对电梯的压力就越小，所以C错误，D正确。【考点】此题考查牛顿第二定律【名师点睛】此题主要是识图能力，利用加速度与时间的关系，结合牛顿第二定律F=ma，由运动分析物体的受力情况。案例2．【2023·重庆·5】假设货物随升降机运动的图像如题5图所示〔竖直向上为正〕，那么货物受到升降机的支持力与时间关系的图像可能是：〔〕【答案】B【考点定位】图像、超重与失重、牛顿第二定律。【名师点睛】图象从六个方面认识：一看轴，二看线，三看斜率，四看面，五看截距，六看点。超重和失重、平衡状态是由竖直方向的加速度决定。案例3．【2023·全国新课标Ⅰ·20】〔多项选择〕如图〔a〕，一物块在t=0时刻滑上一固定斜面，其运动的v—t图线如图〔b〕所示。假设重力加速度及图中的、、均为量，那么可求出：〔〕A．斜面的倾角B．物块的质量C．物块与斜面间的动摩擦因数D．物块沿斜面向上滑行的最大高度【答案】ACD【考点定位】牛顿运动定律【名师点睛】速度时间图像的斜率找到不同阶段的加速度，结合受力分析和运动学规律是解答此类题目的不二法门。2．讲根底〔1〕实重和视重①实重：②视重：〔2〕超重、失重和完全失重的产生条件〔3〕超重、失重和完全失重的比拟不管超重、失重或完全失重，物体的重力依然不变，只是“视重〞改变3．讲典例案例1．在电梯内的地板上，竖直放置一根轻质弹簧，弹簧上端固定一个质量为m的物体．当电梯匀速运动时，弹簧被压缩了x，某时刻后观察到弹簧又被继续压缩了〔重力加速度为g〕．那么电梯在此时刻后的运动情况可能是〔〕A.以大小为g的加速度加速上升B.以大小为g的加速度减速上升C.以大小为的加速度加速下降D.以大小为的加速度减速下降【答案】D【趁热打铁】年月日，在国际泳联跳水系列赛喀山站米台决赛中，我国男女选手双双夺得冠军．如图是运发动某次跳台比赛中的图像〔取竖直向下为正方向〕，时运发动起跳离开跳台．将运发动视为质点，那么运发动A.时刻到达水面B.时刻到达水下最深处C.时刻处于超重状态D.时刻浮出水面【答案】C【解析】由