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文档简介
第frfr二-----O早fic运动和力的关系
2022∙江苏卷∙T12022∙河北卷∙T92021∙北京卷∙T13
牛顿第二定律的应用
2020•山东卷∙T12020•海南卷∙T122020•江苏卷∙T5
考牛顿第二定律与直线
2022∙辽宁卷∙T72022•浙江6月选考∙T192021∙辽宁卷∙T13
情运动
分实验:探究加速度与2021∙北京卷・T152021∙湖南卷∙T112020•浙江7月选
析力、质量的关系考∙T17(1)
牛顿第二定律相关拓2021∙福建卷∙T12(阻力与速度的关系)
展创新实验2020•山东卷Tl3(测重力加速度)
试跳水、蹦床、蹦极、火箭发射、无人机、跳伞运动、电梯内
生活实践类
题的超重及失重
情传送带模型,板块模型,探究加速度与受力、质量的关系,
学习探究类
境测量动摩擦因数
第1讲牛顿第一定律牛顿第二定律
【目标要求】1.理解惯性的本质和牛顿第一定律的内容2掌握牛顿第二定律的内容及公式.3.
了解单位制,并知道七个基本单位.会用国际单位制检查结果表达式是否正确.
考点一牛顿第一定律
■梳理
一、牛顿第一定律
1.内容:一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改变
这种状态.
2.理想实验:它是在经验事实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斜面实验得出的,它不能由实际的实验来验证.
3.物理意义
(1)揭示了物体在不受外力或所受合外力为零时的运动规律.
⑵提出了一切物体都具有惯性,即物体维持其原有运动状态的特性.
(3)揭示了力与运动的关系,说明力不是维持物体运动状态的原因,而是改变物体运动状态的
原因.
强调:运动状态的改变指速度的改变,速度改变则必有加速度,故力是物体产生加速度的原因.
二、惯性
1.定义:物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性.
2.惯性大小的量度
质量是物体惯性大小的唯一量度.物体的质量越大,惯性越大;物体的质量越小,惯性越小.
■判断正误
1.牛顿第一定律是实验定律.(×)
2.运动的物体惯性大,静止的物体惯性小.(X)
3.物体不受力时,将处于静止状态或匀速直线运动状态.(√)
■提升
1.对惯性的理解
(1)惯性是物体的固有属性,一切物体都具有惯性.
(2)物体的惯性总是以“保持原状”“反抗改变”两种形式表现出来.
(3)物体惯性的大小取决于质量,质量越大,惯性越大.
(G惯性与物体的受力情况、运动状态及所处的位置无关.
2.惯性的表现形式
(1)物体不受外力或所受的合外力为零时,惯性表现为物体保持匀速直线运动状态或静止状态.
(2)物体受到外力且合外力不为零时,惯性表现为物体运动状态改变的难易程度.惯性越大,
物体的运动状态越难改变.
【例11(多选)科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用.下列说法中符
合历史事实的是()
A.亚里士多德认为,必须有力作用在物体上,物体的运动状态才会改变
B.伽利略通过“理想实验”得出结论:如果物体不受力,它将以这一速度永远运动下去
C.笛卡儿指出,如果运动中的物体没有受到力的作用,它将继续以同一速度沿同一直线运
动,既不会停下来,也不会偏离原来的方向
D.牛顿认为,物体都具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质
答案BCD
解析亚里士多德认为,必须有力作用在物体上,物体才能运动,故A错误;伽利略通过“理
想实验”得出结论:力不是维持运动的原因,如果物体不受力,它将以这一速度永远运动下
去,故B正确:笛卡儿指出,如果运动中的物体没有受到力的作用,它将继续以同一速度沿
同一直线运动,既不会停下来,也不会偏离原来的方向,故C正确;牛顿认为物体都具有保
持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质,故D正确.
【例2】如图所示,一只盛水的容器固定在一个小车上,在容器中分别用细绳悬挂和拴住一个
铁球和一个乒乓球,容器中水和铁球、乒乓球都处于静止状态,当容器随小车突然向右运动
时,两球的运动状况是(以小车为参考系)()
A.铁球向左,乒乓球向右
B.铁球向右,乒乓球向左
C.铁球和乒乓球都向左
D.铁球和乒乓球都向右
答案A
解析当容器突然向右运动时,同等体积的铁球和水比较,铁球的质量大,铁球保持原来的
运动状态,相对于水向左偏移,相对于小车向左运动,同等体积的乒乓球和水比较,水的质
量大,水相对于乒乓球向左偏移,因此¥乓球相对于水向右偏移,相对于小车向右运动,故
选A.
考点二牛顿第二定律
■梳理必备知识
1.内容:物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比,跟它的质量成反比,加速度的方向跟
作用力的方向相同.
2.表达式:F=Ina.
■判断正误
1.物体加速度的方向一定与合外力方向相同.(√)
2.由〃?=/可知,物体的质量与其所受合外力成正比,与其运动的加速度成反比.(×)
3.可以利用牛顿第二定律确定高速电子的运动情况.(×)
・提升关键能力
1.对牛顿第二定律的理解
,矢量性)_-[α与尸方向相同)
」瞬时性)——一Ia与广对应同一时刻]
T因果性)~“F是产生α的原因]
Ha、F、ff∣对应同一物体]
六一q*尸、,”统一使用国际单位制单位)
世4独立性I每一个力都可以产生各自的加速度)
只适用于宏观、低速运动的物体,
不适用于微观、高速运动的粒子
q局限性卜
物体的加速度必须是相对惯性系
而言的
2.力和运动之间的关系
(1)不管速度是大是小,或是零,只要合力不为零,物体就有加速度.
(2)α=辞是加速度的定义式,ɑ与△/无必然联系;a=/是加速度的决定式,“ocF,aoc∖.
(3)合力与速度同向时,物体做加速直线运动;合力与速度反向时,物体做减速直线运动.
考向L对牛顿第二定律的理解
【例3】(多选)下列说法正确的是()
A.对静止在光滑水平面上的物体施加一个水平力,当力刚作用瞬间,物体立即获得加速度
B.物体由于做加速运动,所以才受合外力作用
C.f=〃也是矢量式,。的方向与F的方向相同,与速度方向无关
D.物体所受合外力减小,加速度一定减小,而速度不一定减小
答案ACD
解析由于物体的加速度和合外力是瞬时对应关系,由此可知当力作用瞬间,物体会立即产
生加速度,选项A正确:根据因果关系,合外力是产生加速度的原因,即物体由于受合外力
作用,才会产生加速度,选项B错误;尸是矢量式,的方向与尸的方向相同,与速度
方向无关,选项C正确;由牛顿第二定律可知物体所受合外力减小,加速度一定减小,如果
物体做加速运动,其速度会增大,如果物体做减速运动,速度会减小,选项D正确.
【例4】某型号战斗机在某次起飞中,由静止开始加速,当加速度。不断减小至零时,飞机刚
好起飞.关于起飞过程,下列说法正确的是()
A.飞机所受合力不变,速度增加得越来越慢
B.飞机所受合力减小,速度增加得越来越快
C,速度方向与加速度方向相同,速度增加得越来越快
D.速度方向与加速度方向相同,速度增加得越来越慢
答案D
解析根据牛顿第二定律可知,当合力逐渐喊小至零时加速度。不断减小到零;飞机做加速
运动,加速度方向与速度方向相同,加速度减小,即速度增加得越来越慢,故A、B、C项
错误,D项正确.
考向2牛顿第二定律的简单应用
工例5J2021年10月16日0时23分,“神舟十三号”成功发射,顺利将三名航天员送入
太空并进驻空间站.在空间站中,如需测量一个物体的质量,需要运用一些特殊方法:如图
所示,先对质量为加=kg的标准物体户施加一水平恒力凡测得其在1S内的速度变化量
大小是IOm∕s,然后将标准物体与待测物体Q紧靠在一起,施加同一水平恒力凡测得它们
1S内速度变化量大小是2m∕s.则待测物体Q的质量m2为()
ɪI
PQ
A.kgB.kg
C.kgD.kg
答案B
解析对P施加F时,根据牛顿第二定律有。|=£=*=I。m⅛2,对尸和Q整体施加F时,
Fʌrɔ
根据牛顿第二定律有42=ɪ—ʌ—2m∕s2,联工解得他=kg,故选B.
m∖+1n2Z
工例6](2022•全国乙卷•15)如图,一不可伸长轻绳两端各连接一质量为的小球,初始时整
个系统静置于光滑水平桌面上,两球间的距离等于绳长L一大小为尸的水平恒力作用在轻绳
的中点,方向与两球连线垂直.当两球运动至二者相距至<时,它们加速度的大小均为()
mθ
n
inO
5Fc2b「3Fc3尸
Aa诟B与C诟D.同
答案A
解析当两球运动至二者相距时,如图所示,
3L
由几何关系可知Sine=乎=∙∣,设绳子拉力为Fτ,水平方向有2Fτ∞s解得FT="∣F,
LJo
2
5F
对任意小球由牛顿第二定律有Fr=Z≡,解得〃=[,故A正确,B、C、D错误.
OAH
方法点拨利用牛顿第二定律解题的思路
(1)选取研究对象进行受力分析;
(2)应用平行四边形定则或正交分解法求合力;
(3)根据Fff=ma求物体的加速度a.
【例71(多选)某物体在光滑的水平面上受到两个恒定的水平共点力的作用,以10m∕s2的加速
度做匀加速直线运动,其中Fl与加速度方向的夹角为37°,某时刻撤去Fi,此后该物体(Sin37°
=)()
A.加速度可能为5πVs2
B.速度的变化率可能为6m⅛2
C.1秒内速度变化大小可能为20m∕s
D.加速度大小一定不为Iom/S?
答案BC
解析根据牛顿第二定律F⅛∙=,加Z=I0,",Fl与加速度方向的夹角为37°,根据几何知识可知,
B有最小值,最小值为&min=F⅛∙Sin37°=6〃?.所以当B撤去后,合力的最小值为尸min=6m,
合力的取值范围为6"lWF⅛∙,所以加速度的最小值为4min=今,=6m∕s2.故B、C正确.
考点三单位制
・梳理必备知识
I.单位制:基本单位和导出单位一起组成了单位制.
2.基本单位:基本量的单位.国际单位制中基本量共七个,其中力学有三个,是长度、质量、
时间,单位分别是光、壬克、秒.
3.导出单位:由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位.
4.国际单位制的基本单位
物理量名称物理量符号单位名称单位符号
长度Im
质量m千克(公斤)kg
时间/秒S
电流I安[培]A
热力学温度T开[尔文]K
物质的量〃,(V)摩你]mol
发光强度(A)坎[德拉]cd
【例81(2023•浙江1月选考⑴下列属于国际单位制中基本单位符号的是()
A.JB.KC.WD.Wb
答案B
解析国际单位制中的七个基本单位分别是千克、米、秒、安培、开尔文、坎德拉、摩尔,
符号分别是kg、m、s>A、K、cd、mol,其余单位都属于导出单位,故选B.
【例9】汽车在高速行驶时会受到空气阻力的影响,已知空气阻力F=*切5/,其中C为空气阻
力系数,P为空气密度,S为物体迎风面积,。为物体与空气的相对运动速度.则空气阻力系
数C的国际单位是()
A.常数,没有单位
_s2rN∙s2
C.;-----D.τ-τ
kg∙mkg-
答案A
解析由六&OS/,可得C=悬,右边式子代入单位可得kg;舞喘∕S)2=2,即C为常数,
没有单位,B、C、D错误,A正确.
课时精练
固基础落实练
L伽利略曾用如图所示的“理想实验”来研究力与运动的关系,则下列选项符合实验事实的
是()
A∙小球由静止开始释放,“冲”上对接的斜面
B.没有摩擦,小球上升到原来释放时的高度
C.减小斜面的倾角仇小球仍然到达原来的高度
D.继续减小斜面的倾角仇最后使它成水平面,小球沿水平面永远运动下去
答案A
解析小球由方争止开始释放,“冲”上对接的斜面,这是事实,故A正确;因为生活中没有
无摩擦的轨道,所以小球上升到原来释放时的高度为推理,故B错误;减小斜面的倾角仇
小球仍然到达原来的高度是在B项的基础上进一步推理,故C错误;继续减小斜面的倾角θ,
最后使它成水平面,小球沿水平面永远运动下去,这是在C项的基础上继续推理得出的结论,
故D错误.
2.(2020.浙江7月选考∙7)如图所示,底部均有4个轮子的行李箱α竖立、b平卧放置在公交车
上,箱子四周有一定空间.当公交车()
A.缓慢启动时,两只行李箱一定相对车子向后运动
B.急刹车时,行李箱”一定相对车子向前运动
C.缓慢转弯时,两只行李箱一定相对车子向外侧运动
D.急转弯时,行李箱b一定相对车子向内侧运动
答案B
解析4行李箱与车厢底面接触的为4个轮子,而人行李箱与车麻)底面接触的为箱体平面.缓
慢启动时,加速度较小,两只行李箱所受静摩擦力可能小于最大静摩擦力,故两只行李箱可
能相对公交车静止,不会向后运动,故A错误;急刹车时,纵b行李箱由于惯性,要保持原
来的运动状态,但“行李箱与车厢!底面的摩擦力比较小,故α行李箱会向前运动,。行■李箱
可能静止不动,也可能向前运动,故B正确;缓慢转弯时,向心加速度较小,两只行李箱特
别是b行李箱所受静摩擦力可能足以提供向心力,则。行李箱可能相对公交车静止,不一定
相对车子向外侧运动,故C错误;急转弯时,若行李箱人所受静摩擦力不足以提供所需向心
力时会发生离心运动,可能会向外侧运动,故D错误.
3.(2022∙江苏卷∙1)高铁车厢里的水平桌面上放置一本书,书与桌面间的动摩擦因数为,最大
静摩擦力等于滑动摩擦力,取重力加速度g=10m∕s2.若书不滑动,则高铁的最大加速度不超
过()
A.m∕s2B.m∕s2
C.m∕s2D.m∕s2
答案B
解析书放在水平桌面上,若书相对于桌面不滑动,则最大静摩擦力提供加速度,即有Ffm
=μmg=ιnam,解得“m=〃g=4m/s?,书相对高铁静止,故若书不滑动,高铁的最大加速度为
4m∕s2,B正确,A、C、D错误.
4.如图,某飞行器在月球表面起飞后,一段时间内沿与月面夹角为。的直线做加速运动.此
段时间飞行器发动机的喷气方向可能沿()
A.方向①B.方向②
C.方向③D.方向④
答案C
解析飞行器在起飞后的某段时间内的飞行方向与水平面成e角,且速度在不断增大,说明
飞船所受合外力的方向与速度同向,飞行器受重力和喷气推力的作用,即重力与推力的合力
与速度方向相同,飞行器所受喷气的反冲力与喷气方向相反,由题图可知,只有推力在③的
反方向时,合力才可能与速度同向,故C正确,A、B、D错误.
5.(2023•河北衡水市箕州区第一中学高三检测)某人想测量地铁启动过程中的加速度,他把一
根细绳的下端绑着一支圆珠笔,细绳的上端用电工胶布临时固定在地铁的竖直扶手上.在地
铁启动后的某段加速过程中,细绳偏离了竖直方向,他用手机拍摄了当时情景的照片,拍摄
方向跟地铁前进方向垂直.细绳偏离竖直方向约为30。角,此时地铁的加速度约为()
A.6m∕s2B.m∕s2
C.10m∕s2D.5m∕s2
答案A
解析对圆珠笔进行受力分析,如图所示,根据牛顿第二定律有F令=m”,由图可分析出i
="=tan30。,解得。心6m/s2,故A正确,B、C、D错误.
O
6.如图所示,轻弹簧左端固定,右端自由伸长到。点并系住质量为,”的物体,现将弹簧压缩
到A点,然后释放,物体可以一直运动到B点.如果物体受到的阻力恒定,则()
AOB
A.物体从A到。先加速后减速
B.物体从A到O做加速运动,从。到8做减速运动
C.物体运动到O点时,所受合力为零
D.物体从A到。的过程中,加速度逐渐减小
答案A
解析物体从A到0,初始阶段受到的向右的弹力大于阻力,合力向右.随着物体向右运动,
弹力逐渐减小,合力逐渐减小,由牛顿第二定律可知,加速度向右且逐渐减小,由于加速度
与速度同向,物体的速度逐渐增大.当物体向右运动至Ao间某点(设为点0')时,弹力减小
到与阻力相等,物体所受合力为零,加速度为零,速度达到最大.此后,随着物体继续向右
运动,弹力继续减小,阻力大于弹力,合力方向变为向左.至。点时弹力减为零.所以物体
越过0'点后,合力(加速度)方向向左且逐渐增大,由于加速度与速度反向,故物体做加速
度逐渐增大的减速运动,综上所述A正确.
7.(2023•江苏省南师附中模拟)橡皮筋也像弹簧一样,在弹性限度内,伸长量X与弹力F的大
小成正比,即尸=履,k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度乙、横截面积S有关,理论与实践
都表明其中Y是一个由材料决定的常数,材料学上称之为杨氏模量.在国际单位制
中,杨氏模量y的单位应该是()
A.NB.mC.N/mD.Pa
答案D
N
SkLmrnN
解析根据左=#,可得y=^γ,则y的单位是二^-=F=Pa,故选D.
LtJmm
“能力综合练
8.(2023∙北京市第四十三中学月考)某同学使用轻弹簧、直尺、钢球等制作了一个“竖直加速
度测量仪”.如图所示,弹簧上端固定,在弹簧旁沿弹簧长度方向固定一直尺.不挂钢球时,
弹簧下端指针位于直尺20cm刻度处;下端悬挂钢球,静止时指针位于直尺40Cm刻度处.将
直尺不同刻度对应的加速度标在直尺上,就可用此装置直接测量竖直方向的加速度.取竖直
向上为正方向,重力加速度大小为g.下列说法正确的是()
/〃〃〃/〃//
T-aO
-ΞO
A.30Cm刻度对应的加速度为一g
B.40Cm刻度对应的加速度为g
C.50Cm刻度对应的加速度为2g
D.各刻度对应加速度的值是不均匀的
答案A
解析在40Cm刻度处,有mg=F*,则40Cm刻度对应的加速度为0,B错误;由分析可知,
在30Cm刻度处,有F理一mg=∕n",有α=-∙g,A正确;由分析可知,在50Cm刻度处,有
mg.
0.2m&fg
F许一Ing=ma,代入数据有a=g,C错误;设某刻度对应值为x,结合分析可知~
—a,∆x=χ-0.2m(取竖直向上为正方向),经过计算有a-5gx-2g(m∕s2)(x>0.2m)或a--5gx
(m∕s2)(xm),根据以上分析,加速度”与刻度对应值X成线性关系,则各刻度对应加速度的
值是均匀的,D错误.
9.(多选)如图,圆柱形玻璃容器内装满液体静置于水平面上,容器中有。、b、C三个不同材质
的物块,物块a、C均对容器壁有压力,物块&悬浮于容器内的液体中,忽略。、C•与容器壁
间的摩擦.现给容器施加一个水平向右的恒力,使容器向右做匀加速直线运动.下列说法正
确的是()
A.三个物块将保持图中位置不变,与容器一起向右加速运动
B.物块〃将相对于容器向左运动,最终与容器右侧壁相互挤压
C.物块匕将相对于容器保持静止,与容器一起做匀加速运动
D.物块C将相对于容器向右运动,最终与容器右侧壁相互挤压
答案CD
解析由题意可知,C浮在上面对上壁有压力,可知C排开水的质量大于C本身的质量,同
理。排开水的质量等于人本身的质量,4排开水的质量小于“本身的质量:则当容器向右做
句加速运动时,由牛顿第一定律可知,物块”将相对于容器向左运动,最终与容器左侧壁相
互挤压;物块b将相对于容器保持静止,与容器一起做匀加速运动:物块C•因相等体积的水
将向左运动,则导致C将相对于容器向右运动,最终与容器右侧壁相互挤压(可将C想象为一
个小气泡),故选C、D.
10.如图甲所示,水平地面上轻弹簧左端固定,右端通过小物块压缩m后锁定,f=0时解
除锁定,释放小物块.计算机通过小物块上的速度传感器描绘出它的。一r图线如图乙所示,
其中。岫段为曲线,松段为直线,倾斜直线Od是r=0时图线的切线,已知小物块的质量为
∕∏=2kg,重力加速度取g=10m∕s2,则下列说法正确的是()
A.小物块与地面间的动摩擦因数为
B.小物块与地面间的动摩擦因数为
C.弹簧的劲度系数为175N/m
D.弹簧的劲度系数为150N/m
答案C
解析根据。一/■图线斜率的绝对值表示加速度大小,由题图乙知,物块脱离弹簧后的加速度
大小“=第==m∕s2=5m∕s2,由牛顿第二定律得Wng=Wα,所以〃=j=,A、B错误;刚
释放时物块的加速度大小为a'=~p-=3m∕s2=30m∕s2,由牛顿第二定律得kχ-μmg=
ma',代入数据解得Z=I75N/m,C正确,D错误.
11.(多选)如图所示,一个小球。用1、2两根细绳连接并分别系于箱子上的A点和8点,OA
与水平方向的夹角为aOB水平,开始时箱子处于静止状态,下列说法正确的是()
,-fftiθ-2--B
0
A.若使箱子水平向右加速运动,则绳
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