第三专题牛顿运动定律

第三专题牛顿运动定律一、复习要点1．牛顿第一定律、物体的惯性2．牛顿第二定律3．牛顿第三定律4．牛顿运动定律的应用：已知运动求受力；已知受力求运动5．超重与失重二、难点剖析（同学自己复习）1．牛顿第一定律⑴内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止．⑵说明：=1\*GB3①牛顿第一定律是物体不受外力作用时的规律，是独立的，与牛顿第二定律无关．=2\*GB3②牛顿第一定律不能用实验来验证，是通过理想实验方法总结出来的．=3\*GB3③牛顿第一定律的意义在于它科学的阐述了力和惯性的概念，正确揭示了力和运动的关系：力不是维持物体运动的原因，力是产生加速度、改变运动状态的原因．⑶理想实验：是在可靠的实验基础上采用科学的抽象思维来展开的实验，是人们在思想上塑造的理想过程．牛顿第一定律是通过理想实验得出的，它不能由实际的实验来验证．2．惯性⑴概念：物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性．⑵说明：=1\*GB3①惯性是一切物体都具有的性质，是物体的固有属性，质量是惯性大小的唯一量度，与物体的速度和受力等无关．=2\*GB3②惯性的表现：物体不受外力作用时，有保持静止或匀速直线运动的性质；物体受到外力作用时其惯性大小表现在运动状态改变的难易程度上．=3\*GB3③力和物体的惯性3．牛顿第二定律⑴内容：物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同．F=ma⑵说明：=1\*GB3①加速度与合外力关系的四性：相对性、矢量性、瞬时性、独立性．“相对性”指物体的加速度a是相对惯性参考系（相对于地面静止或匀速直线运动的参照系）；“矢量性”指加速度和合外力都是矢量，加速度的方向取决于合外力的方向；“瞬时性”指加速度与合外力存在瞬时对应关系，合外力改变，加速度随即相应改变，物体的加速度a总是与合外力F同步变化；“独立性”是指作用在物体上的每个力都将独立地产生各自的加速度，合外力的加速度即是这些加速度的矢量和。=2\*GB3②F＝ma只在一定的单位制里才适用。=3\*GB3③力、加速度、速度的关系：牛顿第二定律反映了力和加速度的瞬时关系．速度是描述物体运动的物理量，它与物体受的合外力和运动的加速度没有直接关系．当合外力为零时，加速度一定为零，但速度不一定为零．在直线运动中当物体的加速度与速度的方向相同时，物体的速度必增大，当物体的加速度方向与速度的方向相反时物体的速度必减小，与加速度的大小如何变化无关．物体受恒力作用时速度变化量的方向与加速度的方向一致．物体的运动状态由物体受的合外力和初始条件决定．特别提示：要学会通过分析物体的受力以及初始速度来分析物体的运动性质。4.牛顿第三定律．（1）内容：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上．（2）作用力和反作用力的关系=1\*GB3①研究两个物体间的相互作用时，区别哪个力是作用力、哪个是反作用力，是没有实际意义的，作用力和反作用力可以任意选取。=2\*GB3②作用力和反作用力是同时存在、同时消失、同时变化的。世界上没有一个物体只受到其他物体的作用而不对其他物体发生作用；也没有一个物体只对其他物体作用而不同时受到其他物体对它的作用。一旦它不对其他物体作用，也一定同时不受其他物体的作用；一旦它不受其他物体作用，同时就不对其他物体作用。=3\*GB3③作用力和反作用力是作用在两个不同的物体上，各自产生其作用效果。因为作用力和反作用力不是作用在同一个物体上的两个力，所以是不能进行合成运算的，它们永远不会抵消，永远不会达到“平衡”。=4\*GB3④作用力和反作用力是同一性质的力。如果作用力是万有引力，反作用力也必定是万有引力；同样，作用力是弹力，反作用力必定是弹力。(3)作用力和反作用力与平衡力的区别：比较项目作用力与反作用力平衡力受力物体作用在不同的物体上作用在同一物体上力的性质一定是同种性质的力可以是不同性质的力作用时间一定是同时产生、同时变化、同时消失的可以不同时产生、同时变化、同时消失作用效果作用效果不能抵消作用效果可以抵消5.超重和失重(1)超重现象：当物体具有向上的加速度时，物体对水平面的压力（或对悬绳的拉力）大于本身重力的现象，称为超重现象．(2)失重现象：当物体具有向下的加速度时，物体对水平面的压力（或对悬绳的拉力）小于本身重力的现象，称为失重现象．当向下的加速度为g时，压力或拉力为零，称为完全失重现象．处于完全失重时，平常一切由重力产生的物理现象会消失，如单摆停摆，天平失效，浮力消失等等．超重不是重力增加，失重不是重力减小，完全失重不是重力完全消失；在发生超重和失重现象时，物体受的重力依然存在，而且是不变的．三、方法介绍㈠正交分解法正交分解法是应用牛顿第二定律最普遍、最常用的方法。∑Fx=max∑Fy=may牛顿第二定律正交表达式为为解题方便，在建立直角坐标系时，要考虑尽量减少矢量的分解。有时分解力而不分解加速度；有时分解加速度而不分解力。【例题与习题】（09年安徽卷）17.为了节省能量，某商场安装了智能化的电动扶梯。无人乘行时，扶梯运转得很慢；有人站上扶梯时，它会先慢慢加速，再匀速运转。一顾客乘扶梯上楼，恰好经历了这两个过程，如图所示。那么下列说法中正确的是A.顾客始终受到三个力的作用B.顾客始终处于超重状态C.顾客对扶梯作用力的方向先指向左下方，再竖直向下FNFNmgfa答案：C解析：在慢慢加速的过程中顾客受到的摩擦力水平向左，电梯对其的支持力和摩擦力的合力方向指向右上，由牛顿第三定律，它的反作用力即人对电梯的作用方向指向向左下；在匀速运动的过程中，顾客与电梯间的摩擦力等于零，顾客对扶梯的作用仅剩下压力，方向沿竖直向下。㈡整体法和隔离法整体法和隔离法是牛顿第二定律应用中极为普遍的方法。隔离法是根本，但有时较烦琐；整体法较简便，但无法求解系统内物体间相互作用力。所以只有两种方法配合使用，才能有效解题。故二者不可取其轻重。在物理的学习中，学会对整体的、局部的、对变化全过程、对变化过程的细节进行细致的分析是一项十分重要的基本功。【例题与习题】如图所示，A物体质量为1千克，放于光滑的水平桌面上，在下列两种情况下，A的加速度为多少？用F=1牛顿的力拉绳子。在绳子上挂一个重1牛顿的物体。（g=10m/s2）一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套有一个环，箱与杆的总质量为M，环的质量为m，如图所示，已知环沿杆加速下滑，环与杆的摩擦力大小为f，则此时箱对地面的压力为：A．Mg；B．(M+m)g；C．Mg+f；D．(M+m)g-f。㈢牛顿第二定律瞬时效应的应用牛顿第二定律本身就是瞬时关系的表征，解题时应抓住某瞬间前后物体所受合外力的分析，特别注意有那些力变化了，那些力来不及变化。要特别注意：区别弹性连接物与非弹性连接物的不同作用：弹性连接物要发生形变，其弹力及弹力的变化才能呈现出来，所以弹簧中、弹性绳中的弹力不能发生突变；非弹性连接物中的弹力可以发生突变。【例题与习题】PQ如图所示，两物体PQ分别固定在质量可以忽略不计的弹簧两端，竖直放在一块水平板上并处于平衡状态，两物体的质量相等，若突然把平板撤开，则在刚撤开平板的瞬间：PQA.P的加速度为零；B.P的加速度大小为g；C.Q的加速度大小为g；D.Q的加速度大小为2g。如图所示，一条轻弹簧和一跟细线共同拉住质量为m的小球，平衡时细线是水平的，弹簧与竖直方向的夹角为θ，若突然剪断细线，则在刚剪断细线的瞬间，弹簧的拉力为，小球加速度的方向与竖直方向的夹角为，若上述弹簧改为钢丝，则在剪断细线的瞬间，钢丝的拉力大小为，小球加速度的方向与竖直方向的夹角为。（四）极限分析法在临界问题中的应用凡题目中出现“最大、最小、恰好”等词语，一般都有临界现象出现，都要求出临界条件。分析时，为了把临界现象尽快地暴露出来，一般用临界分析法。特别当某些题目的文字比较隐蔽、物理现象又比较复杂时，用临界方法往往可以使临界现象很快暴露出来。【例题与习题】如图所示，质量m=1千克的物块，放在倾角为θ的斜面上，斜面体的质量为M=2千克，斜面与物块间的摩擦因数μ=0.2，地面光滑，θ=370，现对斜面体施以水平推力F，要使物块相对于斜面静止，力F应为多大？（g=10m/s2）2.一个质量为0.2千克的小球，用细绳吊在倾角为530的斜面顶端，斜面静止时，球紧靠在斜面上，绳与斜面平行，不计摩擦，当斜面以10m/s2的加速度向右作加速运动时，求绳子的拉力及斜面对小球的弹力？3如图所示，两细绳与水平车顶的夹角分别是300和600，物体的质量为m当小车以2g的加速度向右匀加速运动时，两细绳中的张力分别为多少？4如图所示平行于斜面的细绳把小球系在倾角为θ的斜面上，为使小球在光滑的斜面上不发生相对运动，斜面体的水平加速度应为多少？四、2009年高考题1、（09年上海卷）7．图为蹦极运动的示意图。弹性绳的一端固定在点，另一端和运动员相连。运动员从点自由下落，至点弹性绳自然伸直，经过合力为零的点到达最低点，然后弹起。整个过程中忽略空气阻力。分析这一过程，下列表述正确的是①经过点时，运动员的速率最大②经过点时，运动员的速率最大③从点到点，运动员的加速度增大④从点到点，运动员的加速度不变A．①③ B．②③ C．①④ D．②④2、（09年上海卷）46.与普通自行车相比，电动自行车骑行更省力。下表为某一品牌电动自行车的部分技术参数。在额定输出功率不变的情况下，质量为60Kg的人骑着此自行车沿平直公路行驶，所受阻力恒为车和人总重的0.04倍。当此电动车达到最大速度时，牵引力为N,当车速为2s/m时，其加速度为m/s2(g=10mm/s2)规格后轮驱动直流永磁铁电机车型14电动自行车额定输出功率200W整车质量40Kg额定电压48V最大载重120Kg额定电流4.5A3、（09年宁夏卷）20.如图所示，一足够长的木板静止在光滑水平面上，一物块静止在木板上，木板和物块间有摩擦。现用水平力向右拉木板，当物块相对木板滑动了一段距离但仍有相对运动时，撤掉拉力，此后木板和物块相对于水平面的运动情况为A.物块先向左运动，再向右运动B.物块向右运动，速度逐渐增大，直到做匀速运动C.木板向右运动，速度逐渐变小，直到做匀速运动D.木板和物块的速度都逐渐变小，直到为零4、（09年广东物理）8.某人在地面上用弹簧秤称得体重为490N。他将弹簧秤移至电梯内称其体重，至时间段内，弹簧秤的示数如图所示，电梯运行的v-t图可能是（取电梯向上运动的方向为正）5、（09年广东理科基础）4．建筑工人用图所示的定滑轮装置运送建筑材料。质量为70.0kg的工人站在地面上，通过定滑轮将20.0kg的建筑材料以0．500m／s2的加速度拉升，忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦，则工人对地面的压力大小为(g取lOm／s2)A．510NB．490NC．890ND．910N6、（09年广东理科基础）15．搬运工人沿粗糙斜面把一个物体拉上卡车，当力沿斜面向上，大小为F时，物体的加速度为a1；若保持力的方向不变，大小变为2F时，物体的加速度为a2，则A．al=a2B．a1<a2<2alC．a2=2a1D．a2>2al7、（09年山东卷）17．某物体做直线运动的v-t图象如图甲所示，据此判断图乙（F表示物体所受合力，x表示物体的位移）四个选项中正确的是8、（09年山东卷）18．2008年9月25日至28日我国成功实施了“神舟”七号载入航天飞行并实现了航天员首次出舱。飞船先沿椭圆轨道飞行，后在远地点343千米处点火加速，由椭圆轨道变成高度为343P地球P地球Q轨道1轨道2A．飞船变轨前后的机械能相等B．飞船在圆轨道上时航天员出舱前后都处于失重状态C．飞船在此圆轨道上运动的角度速度大于同步卫星运动的角速度D．飞船变轨前通过椭圆轨道远地点时的加速度大于变轨后沿圆轨道运动的加速度9、（09年山东卷）22．图示为某探究活动小组设计的节能运动系统。斜面轨道倾角为30°，质量为M的木箱与轨道的动摩擦因数为。木箱在轨道端时，自动装货装置将质量为m的货物装入木箱，然后木箱载着货物沿轨道无初速滑下，与轻弹簧被压缩至最短时，自动卸货装置立刻将货物卸下，然后木箱恰好被弹回到轨道顶端，再重复上述过程。下列选项正确的是A．m＝MB．m＝2MC．木箱不与弹簧接触时，上滑的加速度大于下滑的加速度D．在木箱与货物从顶端滑到最低点的过程中，减少的重力势能全部转化为弹簧的弹性势能10、（09年山东卷）24．（15分）如图所示，某货场而将质量为m1=100kg的货物（可视为质点）从高处运送至地面，为避免货物与地面发生撞击，现利用固定于地面的光滑四分之一圆轨道，使货物中轨道顶端无初速滑下，轨道半径R=1.8m。地面上紧靠轨道次排放两声完全相同的木板A、B，长度均为l=2m，质量均为m2=100kg，木板上表面与轨道末端相切。货物与木板间的动摩擦因数为1，木板与地面间的动摩擦因数=0.2。（最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，取g=10m/s2）（1）求货物到达圆轨道末端时对轨道的压力。（2）若货物滑上木板4时，木板不动，而滑上木板B时，木板B开始滑动，求1应满足的条件。（3）若1=0.5，求货物滑到木板A末端时的速度和在木板A上运动的时间。11、（09年安徽卷）22．（14分）在2008年北京残奥会开幕式上，运动员手拉绳索向上攀登，最终点燃了主火炬，体现了残疾运动员坚忍不拔的意志和自强不息的精神。为了探究上升过程中运动员与绳索和吊椅间的作用，可将过程简化。一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的定滑轮，一端挂一吊椅，另一端被坐在吊椅上的运动员拉住，如图所示。设运动员的质量为65kg，吊椅的质量为15kg，不计定滑轮与绳子间的摩擦。重力加速度取。当运动员与吊椅一起正以加速度上升时，试求（1）运动员竖直向下拉绳的力；（2）运动员对吊椅的压力。12、（09年江苏卷）13.（15分）航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器，其质量m=2㎏，动力系统提供的恒定升力F=28N。试飞时，飞行器从地面由静止开始竖直上升。设飞行器飞行时所受的阻力大小不变，g取10m/s2。（1）第一次试飞，飞行器飞行t1=8s时到达高度H=64m。求飞行器所阻力f的大小；（2）第二次试飞，飞行器飞行t2=6s时遥控器出现故障，飞行器立即失去升力。求飞行器能达到的最大高度h；（3）为了使飞行器不致坠落到地面，求飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间t3。13、（09年海南物理）15．（9分）一卡车拖挂一相同质量的车厢，在水平直道上以的速度匀速行驶，其所受阻力可视为与车重成正比，与速度无关。某时刻，车厢脱落，并以大小为的加速度减速滑行。在车厢脱落后，司机才发觉并紧急刹车，刹车时阻力为正常行驶时的3倍。假设刹车前牵引力不变，求卡车和车厢都停下后两者之间的距离。答案与解析：1、答案：B2、（答案：40：0.63、答案：BC4、答案：A解析：由图可知，在t0-t1时间内，弹簧秤的示数小于实际重量，则处于失重状态，此时具有向下的加速度，在t1-t2阶段弹簧秤示数等于实际重量，则既不超重也不失重，在t2-t3阶段，弹簧秤示数大于实际重量，则处于超重状态，具有向上的加速度，若电梯向下运动，则t0-t1时间内向下加速，t1-t2阶段匀速运动，t2-t3阶段减速下降，A正确；BD不能实现人进入电梯由静止开始运动，C项t0-t1内超重，不符合题意。5、答案：B解析：对建筑材料进行受力分析。根据牛顿第二定律有,得绳子的拉力大小等于F=210N,然后再对人受力分析由平衡的知识得,得FN=490N,根据牛顿第三定律可知人对地面间的压力为490N.B对。6、答案：D解析：当为F时有，当为2F时有，可知，D对。7、答案：B解析：由图甲可知前两秒物体做初速度为零的匀加速直线运动，所以前两秒受力恒定，2s-4s做正方向匀加速直线运动，所以受力为负，且恒定，4s-6s做负方向匀加速直线运动，所以受力为负，恒定，6s-8s做负方向匀减速直线运动，所以受力为正，恒定，综上分析B正确。考点：v-t图象、牛顿第二定律提示：在v-t图象中倾斜的直线表示物体做匀变速直线运动，加速度恒定，受力恒定。8、答案：BC解析：飞船点火变轨，前后的机械能不守恒，所以A不正确。飞船在圆轨道上时万有引力来提供向心力，航天员出舱前后都处于失重状态，B正确。飞船在此圆轨道上运动的周期90分钟小于同步卫星运动的周期24小时，根据可知，飞船在此圆轨道上运动的角度速度大于同步卫星运动的角速度，C正确。飞船变轨前通过椭圆轨道远地点时只有万有引力来提供加速度，变轨后沿圆轨道运动也是只有万有引力来提供加速度，所以相等，D不正确。考点：机械能守恒定律，完全失重，万有引力定律提示：若物体除了重力、弹性力做功以外，还有其他力(非重力、弹性力)不做功，且其他力做功之和不为零，则机械能不守恒。根据万有引力等于卫星做圆周运动的向心力可求卫星的速度、周期、动能、动量等状态量。由得，由得，由得，可求向心加速度。9、答案：BC解析：受力分析可知，下滑时加速度为，上滑时加速度为，所以C正确。设下滑的距离为l，根据能量守恒有，得m＝2M。也可以根据除了重力、弹性力做功以外，还有其他力(非重力、弹性力)做的功之和等于系统机械能的变化量，B正确。在木箱与货物从顶端滑到最低点的过程中，减少的重力势能转化为弹簧的弹性势能和内能，所以D不正确。考点：能量守恒定律，机械能守恒定律，牛顿第二定律，受力分析提示：能量守恒定律的理解及应用。10、解析：（1）设货物滑到圆轨道末端是的速度为，对货物的下滑过程中根据机械能守恒定律得，①设货物在轨道末端所受支持力的大小为,根据牛顿第二定律得，②联立以上两式代入数据得③根据牛顿第三定律，货物到达圆轨道末端时对轨道的压力大小为3000N，方向竖直向下。（2）若滑上木板A时，木板不动，由受力分析得④若滑上木板B时，木板B开始滑动，由受力分析得⑤联立④⑤式代入数据得⑥。（3），由⑥式可知，货物在木板A上