22届高中物理一轮总复习05牛顿运动定律的理解（新高考）

高考物理一轮总复习2022基础巩固篇05牛顿运动定律的理解一内容索引010203素养导读备考定向必备知识预案自诊关键能力学案突破素养导读备考定向【核心素养】

【试题情境】

生活实践类

学习探索类

交通安全、体育运动、娱乐活动,如汽车刹车、飞机起飞、滑雪、滑草等加速度测量、连接体问题、传送带问题、板块模型问题等【考向预测】

本章内容属于高考考查的热点,题型为选择题或计算题。考查的具体内容主要包括以下几个方面:①运动图像和牛顿第二定律的综合应用;②连接体问题、板块模型问题;③结合交通安全、体育运动、娱乐活动等新情境应用类问题必备知识预案自诊【知识梳理】

一、对力和运动关系的认识

科学家国籍观点亚里士多德古希腊力是

维持

物体运动状态的原因

伽利略意大利通过理想斜面实验提出力是

改变

物体运动状态的原因

笛卡儿法国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,既不停下来也不偏离原来的方向

牛顿英国牛顿运动定律二、惯性1.定义:物体具有

保持

原来匀速直线运动状态或静止状态的性质。

2.量度:

质量

是惯性大小的唯一量度。

3.普遍性:惯性是物体的固有属性,一切物体都具有惯性,与物体的

运动

情况和

受力

情况无关。

三、牛顿运动定律

牛顿第一定律①牛顿第二定律②牛顿第三定律③区别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

物体的加速度跟所受外力的合力成

正比

,跟物体的质量成

反比

,加速度方向跟合外力的方向

相同

两个

物体之间的作用力与反作用力总是大小

相等

,方向

相反

,作用在

同一直线

上

公式

F=maF=-F

牛顿第一定律①牛顿第二定律②牛顿第三定律③区别意义明确了力的概念,指出了力是物体运动状态发生改变的原因,即力是产生

加速度

的原因

揭示了加速度是力作用的结果,揭示了

力

、

质量

、

加速度

的定量关系

揭示了物体间力的作用的相互性,明确了

相互作用力

的关系

研究方法根据

理想实验

归纳总结得出,不能直接用实验验证

用

控制变量法

研究F、m、a之间的关系,可用实验验证

由实际现象归纳总结得出,可用实验验证联系牛顿三个运动定律是一个整体,是动力学的基础,牛顿第二定律是以牛顿第一定律为基础,由实验总结得出的【考点自诊】

1.判断下列说法的正误。(1)物体不受外力时一定处于静止状态。(

×

)(2)物体运动必须有力的作用,没有力的作用,物体将静止。(

×

)(3)运动的物体惯性大,静止的物体惯性小。(

×

)(4)物体加速度的方向一定与合外力方向相同。(

√

)(5)质量越大的物体,加速度越小。(

×

)(6)可以利用牛顿第二定律确定自由电子的运动情况。

(

×

)(7)作用力与反作用力的效果可以相互抵消。(

×

)(8)人走在松软土地上下陷时,人对地面的压力大于地面对人的支持力。(

×

)2.(多选)下面对牛顿第一定律和惯性的分析正确的是(

)A.飞机投弹时,当目标在飞机的正下方时投下炸弹,能击中目标B.地球自西向东自转,人向上跳起来后,还会落到原地C.安全带的作用是防止汽车刹车时,人由于惯性作用发生危险D.有的同学说,向上抛出的物体,在空中向上运动时,肯定受到了向上的作用力答案BC

解析飞机在目标正上方投弹时,由于惯性,炸弹会落在目标的前方,选项A错误;地球自西向东自转,人向上跳起后,由于惯性,还会落在原地,选项B正确;汽车刹车时,由于惯性,人会向前冲,安全带可以防止人向前冲,选项C正确;物体被向上抛出后,在空中向上运动是由于惯性,选项D错误。3.(新教材人教版必修第一册P91例题改编)如图所示,某同学在列车车厢的顶部用细线悬挂一个小球,发现某段时间细线偏过一定角度并相对车厢保持静止,通过测定,发现悬线与竖直方向的夹角为θ,列车的加速度大小是多少?列车可能在做什么运动?答案见解析解析选择小球为研究对象,设小球的质量为m,小球在竖直平面内受到重力mg、绳的拉力FT,在这两个力的作用下,小球产生水平向右方向的加速度a。这表明,FT与mg的合力方向水平向右,且F=mgtan

θ。根据牛顿第二定律,小球具有的加速度为a=gtan

θ,列车可能向右做加速运动,也可能向左做减速运动。关键能力学案突破考点一对牛顿第一定律的理解(自主探究)1.牛顿第一定律不是实验定律它是在可靠的实验事实(如伽利略斜面实验)基础上采用科学的逻辑推理得出的结论。2.惯性的两种表现形式(1)当物体不受力或所受合力为零时,惯性表现为保持原来的运动状态不变(静止或匀速直线运动);(2)当物体受到合力不为零时,惯性表现为抗拒运动状态改变的能力。【对点演练】

1.下列关于惯性的说法正确的是(

)A.高速运动的物体不容易停下来,所以物体运动速度越大,惯性越大B.用相同的水平力分别推放在地面上的两个材料不同的物体,则难以推动的物体惯性大C.惯性是物体的固有属性,惯性大小只与质量有关D.在月球上举重比在地球上容易,所以同一物体在月球上比在地球上的惯性小答案

C解析

惯性是物体的固有属性,惯性大小仅与物体的质量有关,与其他因素无关,A、B、D错误,C正确。2.如图所示,一盛水的容器固定在一个小车上,在容器中分别悬挂和拴住一只铁球和一只乒乓球。容器中的水和铁球、乒乓球都处于静止状态。当容器随小车突然向右运动时,两球的运动情况是(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

因为小车突然向右运动,铁球和乒乓球都有向右运动的趋势,但由于与同体积的“水球”相比,铁球质量大、惯性大,铁球的运动状态难改变,即速度变化慢,而同体积的“水球”的运动状态容易改变,即速度变化快,而且水和车一起向右运动,所以小车向右运动时,铁球相对小车向左运动。同理,由于乒乓球与同体积的“水球”相比,质量小,惯性小,乒乓球相对小车向右运动。3.如图所示,在一辆表面光滑足够长的小车上,有质量为m1、m2的两个小球(m1>m2),原来随小车一起做匀速直线运动,当小车突然停止时,如不考虑其他阻力,则两个小球(

)A.一定相碰B.一定不相碰C.不一定相碰D.无法确定,因为不知小车的运动方向答案

B解析

小车停止前,两个小球和小车一起做匀速直线运动,并且两个小球和小车具有共同的速度。当小车突然停止时,由于接触面光滑,因此两个小球还要保持原来大小不变的速度做匀速直线运动,又两球的速度相同,相同时间内通过的位移相同,因此两个小球间的距离不变,一定不会相碰,故B正确,A、C、D错误。考点二对牛顿第二定律的理解(师生共研)1.牛顿第二定律的五个特性

矢量性F=ma是矢量式,a与F同向瞬时性a与F对应同一时刻因果性F是产生a的原因同体性F、m、a对应同一个物体,统一使用国际单位独立性每一个力都产生各自的加速度3.牛顿第二定律瞬时性的两种模型

【典例】

(2020河北保定高三模拟)如图所示,小球在水平轻绳和轻弹簧拉力作用下静止,弹簧与竖直方向夹角为θ。设重力加速度为g,下列说法正确的是(

)A.从A点剪断弹簧瞬间,小球的加速度大小为g,方向竖直向下B.从A点剪断弹簧瞬间,小球的加速度大小为,方向与竖直成θ角斜向右下C.从B点剪断轻绳瞬间,小球的加速度大小为gsinθ,方向与水平成θ角斜向左下D.从B点剪断轻绳瞬间,小球的加速度大小为gtanθ,方向与竖直成θ角斜向左上解题指导审题关键词句分析解读小球在水平轻绳和轻弹簧拉力作用下静止不计绳和弹簧重力,且小球所受合力为零弹簧与竖直方向夹角为θ弹簧弹力方向确定从A点剪断弹簧瞬间弹簧弹力突然消失从B点剪断轻绳瞬间弹簧弹力不变破题

分“从A点剪断弹簧瞬间”和“从B点剪断轻绳瞬间”两种情况受力分析,根据牛顿第二定律分析讨论。【规律方法】分析瞬时问题的“两关键”与“四步骤”(1)分析瞬时加速度的“两个关键”:①明确绳或线类、弹簧或橡皮条类模型的特点;②分析瞬时前、后的受力情况和运动状态。(2)“四个步骤”:第一步,分析原来物体的受力情况;第二步,分析物体在突变时的受力情况;第三步,由牛顿第二定律列方程;第四步,求出瞬时加速度,并讨论其合理性。答案A解析

从A点剪断弹簧瞬间,小球所受的弹簧拉力消失,所受的轻绳拉力突变为零,小球在重力作用下向下运动,小球的加速度大小为g,方向竖直向下,故选项A正确、B错误;剪断弹簧前,设弹簧的拉力为F1,轻绳的拉力为F2,由平衡条件可知

,F2=mgtan

θ,从B点剪断轻绳瞬间,小球所受的轻绳拉力消失,所受弹簧的拉力和重力不变,则小球所受的合力大小为mgtan

θ,mgtan

θ=ma,可得小球的加速度为a=gtan

θ,方向水平向左,故选项C、D错误。素养微点核心素养切入角度具体表现物理观念运动与相互作用分析小球受力,应用牛顿第二定律求加速度科学思维模型构建轻绳模型、轻弹簧模型科学推理科学论证平衡状态,受力分析由平衡条件求力;非平衡态,受力分析由牛顿第二定律求加速度【对点演练】

4.如图所示,在倾角为θ的光滑斜面上,用轻弹簧连接质量为2m的小球M和质量为m的小球N,N再用细线连接在斜面顶端,M、N都处于静止状态。现用剪刀剪断细线,在用剪刀剪断细线的瞬间,两小球加速度大小为(

)

A.aM=g

B.aM=gsinθC.aN=gsinθ

D.aN=3gsinθ答案

D解析

在剪断细绳的瞬间,弹簧的伸长量还没有来得及改变,恢复原状需要一个过程,所以在剪断细绳瞬间,弹簧的弹力不变,则M的受力情况不变,合力仍为0,加速度仍为0,故A、B错误;在剪断绳子之前,对M分析知,弹簧的弹力大小F=2mgsin

θ,剪断细绳瞬间,N受到重力、弹簧对它斜向下的拉力、斜面的支持力,根据牛顿第二定律得

,故D正确,C错误。答案

D解析

根据题干条件可知,A、B两球的质量相等,均设为m,剪断细绳L2瞬间,对A球受力分析,如图甲所示,由于细绳L1的拉力突变,沿细绳L1方向和垂直于细绳L1方向进行力的分解,得FT=mgcos

θ,ma1=mgsin

θ,剪断细绳L2瞬间,对B球进行受力分析,如图乙所示,由于弹簧的弹力不发生突变,则弹簧的弹力还保持不变,有Fcos

θ=mg,ma2=mgtan

θ,所以FT∶F=cos2θ∶1,a1∶a2=cos

θ∶1,则D正确,A、B、C错误。考点三对牛顿第三定律的理解(自主探究)1.作用力与反作用力的三个关系

2.相互作用力与平衡力的比较

作用力和反作用力一对平衡力不同点受力物体作用在两个相互作用的物体上作用在同一物体上依赖关系同时产生,同时消失不一定同时产生、同时消失叠加性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,合力为零力的性质一定是同性质的力性质不一定相同相同点大小、方向大小相等,方向相反,作用在同一条直线上【对点演练】

6.(2020浙江杭州第二中学高三模拟)如图所示,体操运动员在保持该姿势的过程中,以下说法中错误的是(

)A.环对运动员的作用力保持不变B.当运动员双臂的夹角变小时,运动员会相对轻