2024年高考物理一轮复习（新人教版） 第3章 第1讲　牛顿第一定律　牛顿第二定律

考情分析牛顿其次定律的应用2022·全国乙卷·T152022·江苏卷·T12022·河北卷·T92021·北京卷·T132020·全国卷Ⅰ·T162020·山东卷·T12020·海南卷·T122020·江苏卷·T52019·全国卷Ⅱ·T192019·全国卷Ⅲ·T20牛顿其次定律与直线运动2022·辽宁卷·T72022·浙江6月选考·T192021·全国甲卷·T142021·全国乙卷·T212021·辽宁卷·T13试验：探究加速度与力、质量的关系2021·北京卷·T152021·湖南卷·T112020·浙江7月选考·T17(1)牛顿其次定律相关拓展创新试验2021·全国甲卷·T22(测量动摩擦因数)2021·福建卷·T12(阻力与速度的关系)2020·山东卷·T13(测重力加速度)2019·全国卷Ⅱ·T22(测量动摩擦因数)试题情境生活实践类跳水、蹦床、蹦极、火箭放射、无人机、跳伞运动、电梯内的超重及失重学习探究类传送带模型，板块模型，探究加速度与力、质量的关系，测量动摩擦因数第1讲牛顿第肯定律牛顿其次定律目标要求1.理解惯性的本质和牛顿第肯定律的内容.2.把握牛顿其次定律的内容及公式.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．考点一牛顿第肯定律一、牛顿第肯定律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转变这种状态．2．抱负试验：它是在阅历事实基础上接受科学的抽象思维来开放的试验，是人们在思想上塑造的抱负过程．牛顿第肯定律是通过抱负斜面试验得出的，它不能由实际的试验来验证．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．(2)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缘由，而是转变物体运动状态的缘由．强调：运动状态的转变指速度的转变，速度转变则必有加速度，故力是物体产生加速度的缘由．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．1．牛顿第肯定律是试验定律．(×)2．运动的物体惯性大，静止的物体惯性小．(×)3．物体不受力时，将处于静止状态或匀速直线运动状态．(√)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”“抵制转变”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．(4)惯性与物体的受力状况、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转变的难易程度．惯性越大，物体的运动状态越难转变．例1(多选)科学家关于物体运动的争辩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，必需有力作用在物体上，物体的运动状态才会转变B．伽利略通过“抱负试验”得出结论：假如物体不受力，它将以这一速度永久运动下去C．笛卡儿指出，假如运动中的物体没有受到力的作用，它将连续以同一速度沿同始终线运动，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，必需有力作用在物体上，物体才能运动，故A错误；伽利略通过“抱负试验”得出结论：力不是维持运动的缘由，假如物体不受力，它将以这一速度永久运动下去，故B正确；笛卡儿指出，假如运动中的物体没有受到力的作用，它将连续以同一速度沿同始终线运动，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，因此乒乓球相对于水向右偏移，相对于小车向右运动，故选A.考点二牛顿其次定律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.1．物体加速度的方向肯定与合外力方向相同．(√)2．由m＝eq\f(F,a)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．可以利用牛顿其次定律确定高速电子的运动状况．(×)1．对牛顿其次定律的理解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)a＝eq\f(Δv,Δt)是加速度的定义式，a与Δv、Δt无必定联系；a＝eq\f(F,m)是加速度的打算式，a∝F，a∝eq\f(1,m).(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1对牛顿其次定律的理解例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，物体马上获得加速度B．物体由于做加速运动，所以才受合外力作用C．F＝ma是矢量式，a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，加速度肯定减小，而速度不肯定减小答案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，物体会马上产生加速度，选项A正确；依据因果关系，合外力是产生加速度的缘由，即物体由于受合外力作用，才会产生加速度，选项B错误；F＝ma是矢量式，a的方向与F的方向相同，与速度方向无关，选项C正确；由牛顿其次定律可知物体所受合外力减小，加速度肯定减小，假如物体做加速运动，其速度会增大，假如物体做减速运动，速度会减小，选项D正确．例4某型号战斗机在某次起飞中，由静止开头加速，当加速度a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解析依据牛顿其次定律可知，当合力渐渐减小至零时加速度a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牛顿其次定律的简洁应用例52021年10月16日0时23分，“神舟十三号”成功放射，顺当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m1＝1.0kg的标准物体P施加一水平恒力F，测得其在1s内的速度变化量大小是10m/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F，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()A．3.0kg B．4.0kgC．5.0kg D．6.0kg答案B解析对P施加F时，依据牛顿其次定律有a1＝eq\f(F,m1)＝eq\f(Δv1,Δt)＝10m/s2，对P和Q整体施加F时，依据牛顿其次定律有a2＝eq\f(F,m1＋m2)＝eq\f(Δv2,Δt)＝2m/s2，联立解得m2＝4.0kg，故选B.例6(2022·全国乙卷·15)如图，一不行伸长轻绳两端各连接一质量为m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F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eq\f(3,5)L时，它们加速度的大小均为()A.eq\f(5F,8m)B.eq\f(2F,5m)C.eq\f(3F,8m)D.eq\f(3F,10m)答案A解析当两球运动至二者相距eq\f(3,5)L时，如图所示，由几何关系可知sinθ＝eq\f(\f(3L,10),\f(L,2))＝eq\f(3,5)，设绳子拉力为FT，水平方向有2FTcosθ＝F，解得FT＝eq\f(5,8)F，对任意小球由牛顿其次定律有FT＝ma，解得a＝eq\f(5F,8m)，故A正确，B、C、D错误．利用牛顿其次定律解题的思路(1)选取争辩对象进行受力分析；(2)应用平行四边形定则或正交分解法求合力；(3)依据F合＝ma求物体的加速度a.例7(多选)如图甲所示，一竖直放置的足够长的固定玻璃管中装满某种液体，一半径为r、质量为m的金属小球，从t＝0时刻起，由液面静止释放，小球在液体中下落，其加速度a随速度v的变化规律如图乙所示．已知小球在液体中受到的阻力Ff＝6πηvr，式中r是小球的半径，v是小球的速度，η是常数．忽视小球在液体中受到的浮力，重力加速度为g，下列说法正确的是()A．小球的最大加速度为gB．小球的速度从0增加到v0的过程中，做匀变速运动C．小球先做加速度减小的变加速运动，后做匀速运动D．小球的最大速度为eq\f(mg,6πηr)答案ACD解析当t＝0时，小球所受的阻力Ff＝0，此时加速度为g，A正确；随着小球速度的增加，加速度减小，小球的速度从0增加到v0的过程中，加速度减小，做变加速运动，B错误；依据牛顿其次定律有mg－Ff＝ma，解得a＝g－eq\f(6πηvr,m)，当a＝0时，速度最大，为v0，此后小球做匀速运动，最大速度v0＝eq\f(mg,6πηr)，C、D正确．考点三单位制1．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，单位分别是米、千克、秒．3．导出单位：由基本量依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例8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＝eq\f(1,2)cρSv2，其中c为空气阻力系数，ρ为空气密度，S为物体迎风面积，v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 B.eq\f(s,m)C.eq\f(s2,kg·m) D.eq\f(N·s2,kg2)答案A解析由f＝eq\f(1,2)cρSv2，可得c＝eq\f(2f,ρSv2)，右边式子代入单位可得eq\f(2kg·m/s2,kg/m3·m2·m/s2)＝2，即c为常数，没有单位，B、C、D错误，A正确．例9航天员王亚平在“天宫一号”目标飞行器里成功进行了我国首次太空授课．授课中的一个试验呈现了失重状态下液滴的表面张力引起的效应．在视频中可观看到漂移的液滴处于相互垂直的两个椭球之间不断变化的周期性“脉动”中．假设液滴处于完全失重状态，液滴的上述“脉动”可视为液滴外形的周期性微小变化(振动)，如图所示．已知液滴振动的频率表达式为f＝krαρβσγ，其中k为一个无单位的比例系数，r为液滴半径，ρ为液体密度，σ为液体表面张力系数(其单位为N/m)，α、β、γ是相应的待定常数．对于这几个待定常数的大小，下列表达式中可能正确的是()A．α＝eq\f(3,2)，β＝eq\f(1,2)，γ＝－eq\f(1,2)B．α＝eq\f(3,2)，β＝－eq\f(1,2)，γ＝eq\f(1,2)C．α＝－3，β＝－1，γ＝1D．α＝－eq\f(3,2)，β＝－eq\f(1,2)，γ＝eq\f(1,2)答案D解析从物理单位的方面来考虑，则A选项单位为＝s，而频率的单位是Hz(s－1)，故A错误；B选项单位为＝eq\f(m3,s)，故B错误；C选项单位为m－3(eq\f(kg,m3))－1eq\f(N,m)＝s－2，故C错误；D选项单位为＝s－1，故D正确．课时精练1.伽利略曾用如图所示的“抱负试验”来争辩力与运动的关系，则下列选项符合试验事实的是()A．小球由静止开头释放，“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θ，小球仍旧到达原来的高度D．连续减小斜面的倾角θ，最终使它成水平面，小球沿水平面永久运动下去答案A解析小球由静止开头释放，“冲”上对接的斜面，这是事实，故A正确；由于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θ，小球仍旧到达原来的高度是在B项的基础上进一步推理，故C错误；连续减小斜面的倾角θ，最终使它成水平面，小球沿水平面永久运动下去，这是在C项的基础上连续推理得出的结论，故D错误．2．(2023·上海市奉贤区模拟)下列每组三个单位均属于国际单位制中基本单位的是()A．g、s、N B．kg、A、NC．W、J、kg D．K、mol、s答案D解析国际单位制中基本单位有七个，分别为米(m)、秒(s)、千克(kg)、开尔文(K)、安培(A)、坎德拉(cd)、摩尔(mol)，故A、B、C错误，D正确．3．对一些生活中的现象，某同学试图从惯性角度加以分析．其中正确的是()A．太空中处于失重状态的物体没有惯性B．“平安带，生命带，前排后排都要系”．系好平安带可以防止因人的惯性而造成的损害C．“强弩之末，势不能穿鲁缟”，是由于“强弩”的惯性减小了D．战斗机作战前抛掉副油箱，是为了增大战斗机的惯性答案B解析惯性只与质量有关，所以太空中处于失重状态的物体还是具有惯性，A错误；系好平安带可以防止因人的惯性而造成的损害，B正确；“强弩之末，势不能穿鲁缟”，是由于“强弩”的速度减小了，惯性不变，C错误；战斗机作战前抛掉副油箱，是为了减小战斗机的惯性，增加机敏性，D错误．4．(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0.4，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．2.0m/s2 B．4.0m/s2C．6.0m/s2 D．8.0m/s2答案B解析书放在水平桌面上，若书相对于桌面不滑动，则最大静摩擦力供应加速度，即有Ffm＝μmg＝mam，解得am＝μg＝4m/s2，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．5.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θ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① B．方向②C．方向③ D．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θ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．6.(2023·河北衡水市冀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．7.5m/s2C．10m/s2D．5m/s2答案A解析对圆珠笔进行受力分析，如图所示，依据牛顿其次定律有F合＝ma，由图可分析出eq\f(F合,mg)＝eq\f(a,g)＝tan30°，解得a≈6m/s2，故A正确，B、C、D错误．7.(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始终尺．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()A．30cm刻度对应的加速度为－0.5gB．40cm刻度对应的加速度为gC．50cm刻度对应的加速度为2gD．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弹，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弹－mg＝ma，有a＝－0.5g，A正确；由分析可知，在50cm刻度处，有F弹－mg＝ma，代入数据有a＝0.5g，C错误；设某刻度对应值为x，结合分析可知m)或a＝－5gx(m/s2)(x<0.2m)，依据以上分析，加速度a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．8．(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F＝kx，k的值与橡皮筋未受到拉力时的长度L、横截面积S有关，理论与实践都表明k＝Yeq\f(S,L)，其中Y是一个由材料打算的常数，材料学上称之为杨氏模量．在国际单位制中，杨氏模量Y的单位应当是()A．NB．mC．N/mD．Pa答案D解析依据k＝Yeq\f(S,L)，可得Y＝eq\f(kL,S)，则Y的单位是eq\f(\f(N,m)·m,m2)＝eq\f(N,m2)＝Pa，故选D.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a、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b悬浮于容器内的液体中，忽视a、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a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b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b排开水的质量等于b本身的质量，a排开水的质量小于a本身的质量；则当容器向右做匀加速运动时，由牛顿第肯定律可知，物块a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0.4m后锁定，t＝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v－t图线如图乙所示，其中Oab段为曲线，bc段为直线，倾斜直线Od是t＝0时图线的切线，已知小物块的质量为m＝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0.3B．小物块与地面间的动摩擦因数为0.4C．弹簧的劲度系数为175N/mD．弹簧的劲度系数为150N/m答案C解析依据v－t图线斜率的确定值表示加速度大小，由题图乙知，物块脱离弹簧后的加速度大小a＝eq\f(Δv,Δt)＝eq\f(1.5,0.55－0.25)m/s2＝5m/s2，由牛顿其次定律得μmg＝ma，所以μ＝eq\f(a,g)＝0.5，A、B错误；刚释放时物块的加速度大小为a′＝eq\f(Δv′,Δt′)＝eq\f(3,0.1)m/s2＝30m/s2，由牛顿其次定律得kx－μmg＝ma′，代入数据解得k＝175N/m，C正确，D错误．11.(多选)如图所示，一个小球O用1、2两根细绳连接并分别系于箱子上的A点和B点，OA与水平方向的夹角为θ，OB水平，开头时箱子处于静止状态，下列说法正确的是(