新高考物理一轮复习专题三牛顿运动定律教学课件

考点一牛顿第一定律牛顿第三定律一、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.意义(1)揭示了力的本质:力是改变物体运动状态的原因,而不是维持物体运动状态的原因。(2)揭示了物体的一种固有属性——惯性,即保持原来匀速直线运动状态或静止状态的

性质。3.惯性(1)惯性的表现形式①物体在不受外力或所受的合力为0时,惯性表现为物体保持原来的运动状态(静止状

态或匀速直线运动状态)不变。②物体受到外力时,惯性表现为物体运动状态改变的难易程度。(2)惯性大小的量度:质量是惯性大小的唯一量度。(3)惯性的普遍性:一切物体都具有惯性,与物体的运动情况和受力情况无关。二、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.作用力与反作用力的关系(1)三同:同性质;同大小;同时产生、变化和消失。(2)三异:反向;异体;不同效果。(3)三无关:与物体种类无关;与相互作用的两物体的运动状态无关;与是否和其他物体

相互作用无关。

一对相互作用力一对平衡力相同点等大、反向,作用在同一条直线上不同点受力物体作用在两个不同的物体上作用在同一个物体上依赖关系相互依存,不可单独存在无依赖关系,解除一个,另一个可依然存在,只是不再平衡力的效果两力作用效果不可抵消,不可叠加,不可求合力两力作用效果可相互抵消,可叠加,可求合力,合力为0力的性质一定相同不一定相同3.一对相互作用力和一对平衡力的比较考点二牛顿第二定律一、牛顿第二定律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=ma。3.牛顿第二定律的“六性”4.基本单位物理量名称物理量符号单位名称单位符号长度l米m质量m千克(公斤)kg时间t秒s电流I安[培]A热力学温度T开[尔文]K物质的量n,(ν)摩[尔]mol发光强度I,(IV)坎[德拉]cd二、牛顿第二定律的应用1.瞬时性问题(1)类型①轻绳、轻杆和接触面:不发生明显形变就能产生弹力,剪断或脱离后,不需要时间恢

复形变,弹力立即消失或改变。②弹簧、蹦床和橡皮筋:当弹簧的两端与物体相连(即两端为固定端)时,由于物体具有

惯性且弹簧的长度不会发生突变,所以在瞬时性问题中,其弹力的大小认为是不变的,

即此时弹簧的弹力不会发生突变。(2)求瞬时加速度的解题步骤2.超重和失重(1)实重和视重①实重:物体实际所受的重力,与物体的运动状态无关。②视重:当物体悬挂在弹簧测力计下或放在水平放置的台秤上时,弹簧测力计或台秤的示数称为视重。

超重失重完全失重现象视重大于实重视重小于实重视重等于零加速度方向向上方向向下方向向下,a=g受力特点F-mg=maF>mgmg-F=maF<mgF=0运动状态加速上升或减速下降加速下降或减速上升以a=g的加速度加速下降或减速上升(2)超重、失重和完全失重的比较注意

①发生超重或失重现象时,物体的重力没有变化,只是视重不等于实重。②只要物体有向上或向下的加速度,物体就处于超重或失重状态,与物体向上运动或

向下运动无关。③在完全失重的状态下,一切由重力产生的物理现象都会完全消失,如天平失效、浸

在水中的物体不再受浮力作用、液柱不再产生压强等。3.两类动力学问题(1)基本思路

(2)解决两类动力学问题的关键①两个分析:物体的受力情况分析和运动过程分析。②两个桥梁:加速度是联系物体运动和受力的桥梁;通过衔接点的速度是联系相邻两

个运动过程的桥梁。4.等时圆模型

例

如图所示,有3根光滑杆AC、BC和BD,其端点正好在同一个竖直的圆周上,A为最

高点,D为最低点。现有一穿孔的小球,分别穿过3根杆从杆的顶端静止滑下,从A到C、

B到C、B到D的时间分别为t1、t2、t3,下列判断正确的是(

)

A.t1>t2>t3

B.t1=t2=t3C.t1=t3<t2

D.t1=t3>t2

解析

如图甲所示,A为最高点,D为最低点,故连接AD,AD为圆周的直径,设直径为d,小球由A运动到C,对其受力分析,结合牛顿第二定律得mgsinα=ma,由匀变速直线运动

规律得x1=

a

,其中x1=dsinα,联立解得t1=

;同理可得t3=

,所以t1=t3。如图乙所示,BC与BD上端相交,故以B点为顶点,过B点作竖直线,以BD为弦作圆心在竖直线上的

圆,该圆交BC于F点,故由等时圆模型可得t2>t3,C正确。

答案

C模型一连接体模型一、常见连接体的类型及特点1.物物叠放连接体物体通过弹力、摩擦力等作用,具有相同的速度和加速度。2.轻绳连接体轻绳在伸直状态下,两端的连接体沿绳方向的速度大小总是相等,轻绳对物体的弹力

方向始终沿绳。3.轻杆连接体轻杆平动时,连接体具有相同的速度和加速度;轻杆参与复合运动时,两端的连接体沿

杆方向的速度大小总是相等;轻杆转动时,两端连接体具有相同的角速度,而线速度与

转动半径成正比。两端连接体所受弹力方向可能沿杆,也可能不沿杆。速度、加速度相同4.轻弹簧连接体在弹簧发生形变的过程中,两端连接体的速度不一定相等;在弹簧形变量最大时,两端

连接体的速度相等。

二、处理连接体模型的方法1.方法整体法与隔离法。2.选取原则(1)整体法的选取原则:若连接体内各物体具有相同的加速度,且不需要求物体之间的

作用力,可以把它们看成一个整体,分析整体受到的外力,应用牛顿第二定律求出加速度。(2)隔离法的选取原则若连接体内各物体的加速度不相同,或者要求出系统内两物体之间的作用力时,就需要把物体从系统中隔离出来,应用牛顿第二定律列方程求解。(3)整体法、隔离法的交替运用若连接体内各物体具有相同的加速度,且要求物体之间的作用力时,可以先用整体法求出加速度,然后再用隔离法选取合适的研究对象,应用牛顿第二定律求作用力,即

“先整体求加速度,后隔离求内力”。知识拓展

连接体中力的“分配规律”如图所示,一起加速运动的物体系统,若力作用于质量为m1的物体上,则质量为m1的物

体和质量为m2的物体间的相互作用力F12=

。此结论与有无摩擦力无关(但有摩擦力时,两物体与接触面间的动摩擦因数必须相同),物体系统沿水平面、斜面、竖直方向运动时,此结论都成立。两物体的连接物为轻弹簧、轻杆时,此结论不变。例1

如图所示,在倾角为θ的光滑固定斜面上有两个用轻弹簧连接的物块A和B,它们

的质量分别为m和2m,弹簧的劲度系数为k,在外力F的作用下系统处于静止状态。已知

弹簧始终处于弹性限度内,重力加速度为g,则(

)

A.外力F的大小为2mgsinθB.弹簧的形变量为

C.若外力F的大小变为4mgsinθ,当A、B相对静止时,弹簧弹力的大小为2mgsinθD.若外力F的大小变为4mgsinθ,当A、B相对静止时,突然撤去外力F的瞬间,物块B的

加速度大小为

gsinθ

解析

系统静止时,对物块A、B及弹簧整体受力分析可得F=3mgsinθ,A错误;对物块B受力分析可得弹簧的弹力FT=2mgsinθ,由胡克定律可得FT=kx,所以弹簧的形变量x

=

,B错误;若外力F的大小变为4mgsinθ,当A、B相对静止时,对物块A、B及弹簧整体受力分析得加速度a=

=

gsinθ,对物块B由牛顿第二定律得FT'-2mgsinθ=2ma,解得弹簧的弹力FT'=

mgsinθ,C错误;突然撤去外力F的瞬间,物体B受力不变,所以加速度大小仍为

gsinθ,D正确。

答案

D一题多解当系统沿斜面向上做匀加速直线运动时,由连接体中力的“分配规律”可

得FT'=

,解得FT'=

mgsinθ。模型二传送带模型一、模型分类1.水平传送带模型常见情境物块的运动情况(加速度大小a=μg)传送带足够长传送带不够长

v0=v一直匀速0≤v0<vl>

,先匀加速后匀速l≤

,一直匀加速v0>vl>

,先匀减速后匀速l≤

,一直匀减速

v0>vl>

,先匀减速后反向匀加速再匀速l≤

,一直匀减速v0≤vl>

,先匀减速后反向匀加速常见情境传送带足够长传送带不够长物块的运动情况(加速度大小a=μg)2.倾斜传送带模型常见情境物块的运动情况传送带足够长传送带不够长

向上传送(μ>tanθ)0≤v0<va=(μcosθ-sinθ)gl>

,物块先匀加速后匀速l≤

,物块一直匀加速v0>va=(μcosθ+sinθ)gl>

,物块先匀减速后匀速l≤

,物块一直匀减速

向上传送(μ<tanθ)0<v0<va=(sinθ-μcosθ)gl>

,物块先匀减速后反向匀加速l≤

,物块一直匀减速v0>va1=(μcosθ+sinθ)ga2=(sinθ-μcosθ)gl>

+

,物块先以a1匀减速到v,再以a2匀减

速,最后以a2反向匀加速l≤

,物块一直以a1匀减速

<l≤

+

,物块先以a1匀减速到v,再以a2匀减速常见情境传送带足够长传送带不够长物块的运动情况

向下传送(μ>tanθ)0≤v0<va=(μcosθ+sinθ)gl>

,物块先匀加速后匀速l≤

,物块一直匀加速v0=v一直匀速v0>va=(μcosθ-sinθ)gl>

,物块先匀减速后匀速l≤

,物块一直匀减速常见情境传送带足够长传送带不够长物块的运动情况

向下传送(μ<tanθ)0≤v0<va1=(μcosθ+sinθ)ga2=(sinθ-μcosθ)gl>

,物块先以a1匀加速,与传送带共速后以

a2匀加速l≤

,物块一直以a1匀加速v0≥v物块以a=(sinθ-μcosθ)g匀加速常见情境物块的运动情况传送带足够长传送带不够长二、模型分析流程

例2如图所示,水平地面上有一倾角θ=37°的传送带,现让一小煤块以v1=8m/s从传送

带的底端滑上传送带,已知小煤块与传送带间的动摩擦因数μ=0.5,且传送带足够长,sin

37°=0.6,cos37°=0.8,g取10m/s2。求:

(1)若传送带静止,煤块滑动到最高点所用的时间;(2)若传送带以v2=2m/s顺时针旋转,煤块向上滑行的最大距离;(3)若传送带以v3=10m/s顺时针旋转,煤块到达最高点时传送带上的划痕长度。

解析

(1)若传送带静止,在上升过程中煤块受到沿传送带向下的摩擦力,根据牛顿第二定律可得ma1=mgsinθ+μmgcosθ代入数据解得a1=gsinθ+μgcosθ=10m/s2。煤块上升到最高点时速度为0,煤块滑动到最高点所用的时间t1=

=0.8s。(2)若传送带以v2=2m/s顺时针旋转,煤块先以加速度a1匀减速到速度v2,此过程煤块的

位移x1=

=3m由于μ<tanθ,故煤块与传送带不能共速,此后煤块继续做匀减速运动,所受摩擦力沿传

送带向上,加速度的大小a2=gsinθ-μgcosθ=2m/s2位移x2=

=1m煤块向上滑行的最大距离x=x1+x2=4m。(3)若传送带以v3=10m/s顺时针旋转,煤块的速度小于传送带的速度,煤块受到的摩擦

力方向沿传送带向上,煤块以加速度a2一直匀减速到最高点,经历的时间t2=

=4s此过程煤块的位移x煤=

=16m传送带的位移x传=v3t2=40m煤块到达最高点时传送带上的划痕长度Δx=x传-x煤=24m。

答案

(1)0.8s

(2)4m

(3)24m模型三板块模型一、模型分类1.力作用在“块”上示意图

条件水平面光滑:μ≠0,μ'=0水平面粗糙:μ≠0,μ'≠0且μmg>f'=μ'(m+M)g相对静止过程①“板块”对地静止:对整体有F=0②“板块”相对静止对地共同加速:对整体有F=(m+M)a对“块”有F-f静=ma对“板”有f静=Ma①“板块”相对地面静止:对整体有F=f地静②“板块”相对静止对地共同加速:对整体有F-f'=(m+M)a对“块”有F-f静=ma对“板”有f静-f'=Ma临界条件①“板块”对地滑动的临界条

件:F=0②“板块”相对滑动的临界条

件:f=fmax=μmg,此时a临界=

,外力F=F'=

μ(m+M)g①“板块”对地滑动的临界条

件:F=

=f'=μ'(m+M)g②“板块”相对滑动的临界条

件:f=fmax=μmg,此时a临界=

=

,外力F=F'=

相对滑动过程对“块”有F-μmg=ma1对“板”有μmg=Ma2对“块”有F-μmg=ma1对“板”有μmg-μ'(m+M)g=Ma2a-F图像

2.力作用在“板”上示意图

条件水平面光滑:μ≠0,μ'=0水平面粗糙:μ≠0,μ'≠0相对静止过程①“板块”对地静止:对整体有F

=0②“板块”相对静止,对地共同

加速:对整体有F=(m+M)a对“块”有f静=ma对“板”有F-f静=Ma①“板块”相对地面静止:对整

体有F=f地静②“板块”相对静止,对地共同

加速:对整体有F-f'=(m+M)a对“块”有f静=ma对“板”有F-f静-f'=Ma临界条件①“板块”对地滑动的临界条

件:F=0②“板块”相对滑动的临界条

件:f=fmax=μmg,此时a临界=μg,外力F

=F'=μ(m+M)g①“板块”对地滑动的临界条

件:F=

=f'=μ'(m+M)g②“板块”相对滑动的临界条

件:f=fmax=μmg,此时a临界=μg,外力F

=F'=(μ+μ')(m+M)g相对滑动过程对“块”有μmg=ma1对“板”有F-μmg=Ma2对“块”有μmg=ma1对“板”有F-μmg-μ'(m+M)g=

Ma2a-F图像

二、模型分析流程

例3如图所示,光滑水平面上放着一块长木板,木板处于静止状态,其长度L=1.6m,质

量M=3.0kg。质量m=1.0kg的小物块放在木板的最右端(小物块可视为质点),小物块

与木板之间的动摩擦因数μ=0.10。现对木板施加一个F=10N,方向水平向右的恒力,

取g=10m/s2,物块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力。(1)求木板开始运动时加速度的大小;(2)如果把木板从物块下方抽出来,那么F持续作用的时间至少需要多长?

解析

(1)①对木板施加F=10N、方向水平向右的恒力后,木板和小物块是否发生相对滑动?假设木板和小物块保持相对静止,一起加速运动,则对木板和小物块整体,有F=(M+m)a对小物块,有f=ma联立解得木板和小物块保持相对静止所需的摩擦力f=2.5N木板和小物块间的最大静摩擦力fm=μmg=1N由于f>fm,故假设不成立,木板和物块间会发生相对滑动。②如何求解木板开始运动时加速度的大小?需要运用什么物理规律?木板水平方向的受力情况如图甲所示,木板向右做匀加速直线运动,设木板的加速度为a1,根据牛顿第二定律可得F-μmg=Ma1,解得a1=

=3.0m/s2。

(2)③如果把木板从物块下方抽出来,是否需要拉力一直作用直到把木板抽出?为什么?不需要。如果一直作用直到抽出,F持续作用的时间不是最短。④在整个过程中,小物块做什么运动?在整个过程中小物块相对木板向左运动,一直受到向右恒定的滑动摩擦力,故小物块

一直向右做匀加速直线运动。设小物块的加速度为a2,a2=μg=1.0m/s2。⑤在整个过程中,木板做什么运动?在力F作用下,木板以加速度a1向右做匀加速直线运动,撤去F后,木板向右做匀减速直

线运动,加速度大小a1'=

=

m/s2。⑥把木板抽出来的临界条件是什么?如何根据临界条件建立等式求解未知量?临界条件是撤去力F后,物块到达木板边缘时刚好与木板共速。设F作用时间为t1,撤去力F后经过时间t2物块滑到木板的最左端,即a1t1-a1't2=a2(t1+t2)木板的位移x1=

a1

+(a1t1)t2-

a1'

物块的位移x2=

a2(t1+t2)2由图乙可知x1-x2=L联立并代入数据解得t1=0.8s。

答案

(1)3.0m/s2

(2)0.8s

一题多解

如图所示,分别画出小物块和木板的速度随时间变化的图像,其中,表示长木板的“速度-时间”图线是OAB,表示小物块的“速度-时间”图线是OB。根据图像的物理意义可知△OAB的面积表示全过程中物块在长木板上滑行的位移,即L=

。撤去F时,木板的速度v1=a1t1,物块的速度v2=a2t1;设撤去F后经过t2物块滑到木板的最左端,两者达到相同速度v,则v=v1-a1't2=v2+a2t2。联立以上各式,代入数据解得t1=0.8s。微专题3动力学综合问题一、动力学图像问题1.常见图像(1)v-t图像:根据图线上某点的切线斜率判断加速度的大小和方向,进而根据牛顿第二

定律求合力。(2)a-t图像:要注意加速度的正负,正确分析每一段的运动情况,然后结合物体受力情况

根据牛顿第二定律列方程。(3)F-t图像:要结合物体受到的力,根据牛顿第二定律求出加速度,分析每一时间段的运

动性质。(4)F-a图像:首先要根据具体的物理情境,对物体进行受力分析,然后根据牛顿第二定律推导出F、a两个量间的函数关系式,结合图像明确图像的斜率、截距的意义,从而由

图像给出的信息求出未知量。2.两个考向(1)已知图像确定运动或受力例1

A、B两物体同时受到同样的水平拉力后,分别在水平面上从静止开始做匀加速

直线运动,1s后,同时撤去拉力,它们均做匀减速直线运动,直到停止,其v-t图像如图所

示,重力加速度g取10m/s2。在A、B整个运动过程中,下列说法正确的是

(

)

A.A、B两物体质量之比为4∶3B.A、B两物体受到的摩擦力之比为3∶2C.A、B两物体位移之比为3∶4D.A、B两物体与水平面间的动摩擦因数之比为1∶2

解析

v-t图像中图线与时间轴所围面积表示位移,可得

=

=2∶3,C错误。撤去拉力后,两物体均只受摩擦力,由图像得A物体的加速度大小aA=6m/s2,B物体的加

速度大小aB=3m/s2,由牛顿第二定律得aA=μAg,aB=μBg,可得

=2∶1,D错误。0~1s时间内,由图像得两物体的加速度大小a=6m/s2,根据牛顿第二定律,对A物体分析可得F-μA

mAg=mAa,对B物体分析可得F-μBmBg=mBa,联立解得

=3∶4,A错误。A、B两物体受到的摩擦力之比

=

=3∶2,B正确。

答案

B例2如图所示,一长木板a在水平地面上运动,t=0时刻将一相对于地面静止的物块b轻

放到木板上,此时a的速度为v0,同时对a施加一个水平向右的恒力F,已知物块与木板的

质量相等,物块与木板间及木板与地面间的动摩擦因数相等,物块与木板间的最大静

摩擦力等于滑动摩擦力,且物块始终在木板上。在物块放到木板上之后,a、b运动的

速度-时间图像可能是下列图中的

(

)

(2)已知运动或受力确定图像

解析

设物块与木板的质量均为m,两接触面间动摩擦因数均为μ,重力加速度为g。a、b共速前,对b由牛顿第二定律可得μmg=mab,解得ab=μg,对a由牛顿第二定律可

得F-μmg-2μmg=maa,解得aa=

-3μg;a、b共速后,对整体由牛顿第二定律可得F-2μmg=2ma共,解得a共=

-μg。在A选项图中,a、b共速前由图像得ab=-aa,解得F=2μmg,将其代入a共=

-μg,解得a、b共速后a共=0,整体做匀速直线运动,速度应不变,故A错误。在B选项图中,a、b共速前,由图像得a做匀速直线运动,aa=0,解得F=3μmg,则a、b共速后应

有a共=

<ab,B错误。在C、D选项图中,a、b共速前,由图像得0<aa<ab,可得3μmg<F<4μmg,则a、b共速后,整体加速度的取值范围应为

<a共<μg=ab,C正确,D错误。

答案

C二、动力学临界极值问题1.动力学常见的临界条件(1)接触与分离的临界条件:在即将分离的瞬间,两物体间的弹力为0,两物体在垂直于接

触面方向的速度和加速度仍然相等。(2)相对静止与相对