2025版高考物理一轮复习第三章牛顿运动定律第1讲牛顿三定律的理解学案新人教版

PAGE11-第三章牛顿运动定律课标解读课程标准命题热点1．通过试验，探究物体运动的加速度与物体受力、质量的关系。理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律说明生产生活中的有关现象、解决有关问题。通过试验，相识超重和失重现象。2．了解单位制在物理学中的重要意义。知道国际单位制中的力学单位。(1)牛顿其次定律的应用，整体法与隔离法分析、求解加速度。(2)两类动力学问题的分析与计算。(3)动力学的图像问题。(4)探究加速度与物体受力、质量的关系、测定动摩擦因数等。第1讲牛顿三定律的理解学问梳理·双基自测ZHISHISHULISHUANGJIZICE学问梳理学问点1力与运动的关系1．运动状态及运动状态的变更速度是描述物体运动状态的物理量。“运动状态的变更”是指物体的运动速度发生变更。2．力是物体产生加速度的缘由外力的作用使物体的速度发生变更，而速度发生变更肯定有加速度，所以力是使物体产生加速度的缘由。学问点2牛顿第肯定律1．牛顿第肯定律的内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它变更这种状态为止。2．惯性的定义：一切物体都有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质。3．惯性的量度：质量是物体惯性大小的唯一量度，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小。学问点3牛顿其次定律单位制1．牛顿其次定律(1)内容：物体加速度的大小跟它受到的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。(2)表达式：F＝ma。(3)适用范围：①牛顿其次定律只适用于惯性参考系，即相对地面静止或做匀速直线运动的参考系。②牛顿其次定律只适用于宏观物体(相对于分子、原子)、低速运动(远小于光速)的状况。留意：应用F＝ma进行计算时，各量必需运用国际单位制中的单位。2．单位制(1)定义：由基本单位和导出单位一起组成了单位制。(2)分类：①基本单位：基本量的单位。力学中的基本量有三个，它们分别是质量、时间和长度，它们的国际单位分别是千克(kg)、秒(s)和米(m)。②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。学问点4牛顿第三定律1．牛顿第三定律的内容：两物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。2．作用力与反作用力的特点：同时产生、同时消逝、同时变更、同性质、分别作用在相互作用的两物体上，效果不能抵消。思索：人走在松软的土地上而下陷时，人对地面的压力大于地面对人的支持力，对吗？[答案]不对。属于作用力与反作用力，大小相等。双基自测一、堵点疏通1．牛顿第肯定律指出，当物体受到的合外力为零时，物体将处于静止状态。(×)2．运动的物体惯性大，静止的物体惯性小。(×)3．可以利用牛顿其次定律确定自由电子的运动状况。(×)4．物体所受的合外力减小，加速度肯定减小，而速度不肯定减小。(√)5．千克、秒、米、库仑、安培均为国际单位制的基本单位。(×)6．作用力与反作用力的效果可以相互抵消。(×)二、对点激活1．(2024·贵州贵阳期末)下列说法中正确的是(D)A．牛顿第肯定律又称惯性定律，所以惯性定律与惯性的实质相同B．牛顿第肯定律是牛顿其次定律的特别情形，它们都可通过试验来验证C．牛顿运动定律和动量守恒定律既适用于低速、宏观的物体，也适用于高速、微观的粒子D．伽利略通过志向斜面试验，证明物体的运动不须要力来维持[解析]本题考查对牛顿运动定律的理解。物体具有保持原来运动状态不变的性质，这种性质叫作惯性；惯性定律就是牛顿第肯定律，惯性定律与惯性的实质不同，故A错误。牛顿第肯定律揭示了物体不受力时的运动规律，是经典力学的基础，它不是牛顿其次定律的特别情形，牛顿其次定律可通过试验来验证，而牛顿第肯定律不能通过试验来验证，故B错误。牛顿运动定律适用于低速、宏观的物体，不适用于高速、微观的粒子；动量守恒定律具有普适性，既适用于低速、宏观的物体，也适用于高速、微观的粒子，故C错误。伽利略通过志向斜面试验，证明物体的运动不须要力来维持，故D正确。2．课间王同学叠了一只纸飞机，将纸飞机扔出去后，发觉有一段时间纸飞机沿虚线NM斜向下加速俯冲，由所学学问推想此过程中空气对纸飞机的作用力方向，可能的是(C)A．与NM在同始终线上 B．沿OC水平向右C．垂直MN，沿OB向上 D．沿OA竖直向上[解析]本题考查依据运动轨迹推断受力方向。由题可知，纸飞机沿虚线NM斜向下加速俯冲，其加速度的方向沿NM方向，由牛顿其次定律知它的合外力方向沿NM方向，纸飞机受重力和空气的作用力，依据平行四边形定则可知，在题中给出的四个方向中，只有空气对纸飞机的作用力方向垂直NM，沿OB向上，它的合外力才能沿NM方向，其他方向不行能，故C正确。3．(2024·江苏南京、盐城二模)如图所示，将物理课本放在水平桌面上，下列说法中正确的是(A)A．桌面对课本的支持力与课本的重力是一对平衡力B．桌面对课本的支持力与课本对桌面的压力是一对平衡力C．桌面对课本的支持力与课本的重力是一对作用力与反作用力D．课本对桌面的压力就是课本的重力[解析]本题考查作用力与反作用力和平衡力的区分。桌面对课本的支持力与课本的重力是一对平衡力，A正确，C错误；桌面对课本的支持力与课本对桌面的压力是一对作用力与反作用力，B错误；课本对桌面的压力是由于课本发生形变而产生的对桌面对下的弹力，施力物体是课本，大小等于课本的重力，但压力不是重力，D错误。核心考点·重点突破HEXINKAODIANZHONGDIANTUPO考点一牛顿第肯定律的理解与应用1．牛顿第肯定律的意义(1)揭示了物体的一种固有属性：牛顿第肯定律揭示了物体所具有的一个重要属性——惯性。(2)揭示了力的本质：牛顿第肯定律明确了力是变更物体运动状态的缘由，而不是维持物体运动的缘由，物体的运动不须要力来维持。(3)揭示了物体不受力作用时的运动状态：牛顿第肯定律描述的只是一种志向状态，而实际中不受力作用的物体是不存在的，当物体受外力但所受合力为零时，其运动效果跟不受外力作用时相同，物体将保持静止或匀速直线运动状态。2．理解牛顿第肯定律与牛顿其次定律的关系(1)牛顿第肯定律不是试验定律，它是以伽利略的“志向试验”为基础，经过科学抽象、归纳推理而总结出来的；牛顿其次定律是通过探究加速度与力和质量的关系得出的试验定律。(2)牛顿第肯定律不是牛顿其次定律的特例，而是不受任何外力的志向状况，在此基础上，牛顿其次定律定量地指出了力和运动的联系：F＝ma。例1(2024·辽宁抚顺六校协作体期末)(多选)下面是摘自20世纪美国报纸上的一篇小文章：阿波罗登月火箭在脱离地球飞向月球的过程中，飞船内宇航员通过无线电与在家中上小学的儿子汤姆通话。宇航员：“汤姆，我们现在已关闭火箭上全部的发动机，正向月球飞去。”汤姆：“你们关闭了全部的发动机，那么靠什么力气推动火箭向前运动呢？”宇航员迟疑了半天，说：“我想也许是伽利略在推动火箭向前运动吧。”若不计星球对火箭的作用力，由上述材料可知，下列说法正确的是(ACD)A．汤姆问话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的缘由”B．宇航员答话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的缘由”C．宇航员答话所体现的物理思想是“物体运动不须要力来维持”D．宇航员答话的真实意思是火箭正在依靠惯性飞行[解析]本题考查对牛顿第肯定律的理解。汤姆问话说明汤姆认为火箭向前运动须要一个力维持，也就是说“力是维持物体运动的缘由”，A正确；宇航员回答的意思是火箭向前运动没有力来推，也就是说“物体运动不须要力来维持”，向前运动是由于惯性，B错误，C、D正确。名师点拨牛顿第肯定律的问题(1)留意联系实际状况，理解“惯性”与“力”的联系。物体在不受外力或所受的合外力为零时，惯性表现为使物体保持原来的运动状态不变。物体所受合外力不为零时，惯性表现为运动状态变更的难易程度。(2)假如物体的运动状态发生变更，则物体必定受到不为零的合外力作用。因此推断物体的运动状态是否变更以及如何变更，应分析物体的受力状况。考点二牛顿其次定律的理解瞬时性a与F对应同一时刻，即a为某时刻的加速度时，F为该时刻物体所受合力因果性F是产生a的缘由，物体具有加速度是因为物体受到了力同一性(1)加速度a相对于同一惯性系(一般指地面)(2)a＝eq\f(F,m)中，F、m、a对应同一物体或同一系统(3)a＝eq\f(F,m)中，各量统一运用国际单位独立性(1)作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵循牛顿其次定律(2)物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和(3)力和加速度在各个方向上的重量也遵循牛顿其次定律，即ax＝eq\f(Fx,m)，ay＝eq\f(Fy,m)例2(多选)如图，穿在水平直杆上质量为m的小球起先时静止。现对小球沿杆方向施加恒力F0，垂直于杆方向施加竖直向上的力F，且F的大小始终与小球的速度成正比，即F＝kv(图中未标出)。已知小球与杆间的动摩擦因数为μ，小球运动过程中未从杆上脱落，球上小孔直径略大于直杆直径，且F0>μmg。下列说法正确的是(BCD)A．小球先做加速度减小的加速运动，后做加速度增大的减速运动直到静止B．小球先做加速度增大的加速运动，后做加速度减小的加速运动，直到最终做匀速运动C．小球的最大加速度为eq\f(F0,m)D．小球的最大速度为eq\f(F0＋μmg,μk)[解析]本题考查受约束的直线运动。由牛顿其次定律有F0－μ(mg－kv)＝ma，小球在F0作用下向右做加速运动，随着速度的增加，向上的力F越来越大，导致杆对小球的弹力越来越小，摩擦力越来越小，加速度越来越大，当F＝mg时，弹力减小到零，摩擦力减小到零，此时加速度达到最大值，最大加速度a＝eq\f(F0,m)，C正确；接下来，F>mg杆对小球的弹力向下，随速度的增加，F越来越大，杆对小球的弹力越来越大，摩擦力越来越大，加速度越来越小，当摩擦力增大到与拉力F0相等时，小球匀速运动，因此小球的加速度先增大后减小，最终做匀速运动，B正确，A错误；小球取得最大速度时，F0＝μ(F－mg)，而F＝kv，可求得最大速度v＝eq\f(F0＋μmg,μk)，故D正确。〔变式训练1〕(2024·河南郑州模拟)在倾角为30°的斜面上有一个箱子，箱内有一个斜面，在斜面上放置一个重力为60N的球，如图所示。忽视一切摩擦，当箱子沿斜面下滑时，球对箱子后壁和箱内斜面的压力大小分别是(g取10m/s2)(C)A．40N,30N B．30N,50NC．40eq\r(3)N,50eq\r(3)N D．50eq\r(3)N,60eq\r(3)N[解析]本题考查牛顿其次定律的相关计算。设球的质量为m，箱子的质量为M，加速度大小为a，对箱子和球整体分析，依据牛顿其次定律，有(M＋m)gsin30°＝(M＋m)a，解得a＝gsin30°＝5m/s2。对球受力分析，如图所示，在平行于斜面方向，有mgsin30°＋FN1－FN2sin53°＝ma，在垂直于斜面方向，有mgcos30°－FN2cos53°＝0，联立解得FN1＝40eq\r(3)N，FN2＝50eq\r(3)N，依据牛顿第三定律可知，球对箱子后壁的压力大小为40eq\r(3)N，对箱内斜面的压力大小为50eq\r(3)N，故C正确。〔变式训练2〕如图所示，在水平地面的平板小车上放一质量m＝2kg的滑块，滑块与车上右侧挡板用水平的轻弹簧连接，小车在水平向右的力的作用下以a＝1m/s2的加速度做匀加速运动，运动过程中弹簧处于压缩状态，弹力为1N，滑块与小车保持相对静止，现减小外力使小车的加速度渐渐减小到零，则(D)A．弹簧的弹力渐渐减小B．滑块受到的摩擦力保持不变C．当小车加速度为零时，滑块不受摩擦力作用D．滑块与小车仍保持相对静止[解析]本题考查依据带弹簧的连接体的运动状况分析其受力状况。设滑块受到的摩擦力为f，弹簧的弹力为N，依据牛顿其次定律有f－N＝ma，解得起先时f＝3N，小车的加速度渐渐减小到零，则滑块受到的摩擦力渐渐减小到1N，弹力不变，故A、B、C错误；起先时f＝3N，则滑块所受的最大静摩擦力大于等于3N，由于整个过程滑块受到的摩擦力始终不大于3N，滑块与小车仍保持相对静止，故D正确。考点三牛顿第三定律的理解与应用1．作用力与反作用力的“三同、三异、三无关”(1)“三同”：①大小相同；②性质相同；③变更状况相同。(2)“三异”：①方向不同；②受力物体不同；③产生的效果不同。(3)“三无关”：①与物体的种类无关；②与物体的运动状态无关；③与物体是否和其他物体存在相互作用无关。2．“一对相互作用力”与“一对平衡力”的比较内容一对相互作用力一对平衡力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作用时间同时产生，同时消逝，同时变更不肯定同时产生或消逝力的性质肯定是同性质的力可以是同性质的力，也可以是不同性质的力大小关系大小相等大小相等方向关系方向相反且共线方向相反且共线依靠关系相互依存，不行单独存在无依靠关系，撤除一个力，另一个力依旧可以存在，只是不再平衡例3(2024·陕西渭南期末)(多选)足球运动是目前体育界最具影响力的项目之一，深受青少年宠爱，在下列有关足球的情景中，说法正确的是(AC)A．静止在地面上的足球，足球对地面的压力和地面对足球的支持力是一对作用力与反作用力B．足球被运动员踢起时，脚对足球的作用力大于足球对脚的作用力C．足球被运动员踢起时，足球既是受力物体，也是施力物体D．守门员用手接住足球时，手对足球的作用力先于足球对手的作用力，所以能将足球接住[解析]本题借助足球运动考查相互作用力。足球对地面的压力和地面对足球的支持力作用在相互作用的两个不同的物体上，是一对作用力和反作用力，故A正确；脚对足球的作用力和足球对脚的作用力是两个物体之间的相互作用，二者大小相等，故B错误；足球被运动员踢起时，足球既是受力物体，同时也是施力物体，故C正确；手对足球的作用力和足球对手的作用力是一对作用力与反作用力，二者是同时产生的，故D错误。名师点拨应用牛顿第三定律应留意的三个问题(1)定律中的“总是”说明对于任何物体，在任何状况下牛顿第三定律都是成立的。(2)作用力与反作用力虽然等大反向，但因所作用的物体不同，所产生的效果(运动效果或形变效果)往往不同。(3)作用力与反作用力只能是一对物体间的相互作用力，不能牵扯第三个物体。〔变式训练3〕(多选)物体静止于水平桌面上，则(AD)A．若在物体上增加一个竖直向下的作用力，则物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力会同时增加B．物体的重力和桌面对它的支持力是一对作用力与反作用力C．物体对桌面的压力就是物体的重力，这两个力性质相同D．桌面对物体的支持力大小等于物体的重力大小，这两个力是一对平衡力[解析]物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对作用力与反作用力，同时变更，故A正确；物体的重力和物体对地球的吸引力是一对作用力与反作用力，故B错误；压力属于弹力，与重力性质不同，故C错误；物体的重力是作用在物体上的力，支持力也是作用在这个物体上的力，这两个力大小相等、方向相反且作用在同始终线上，所以这两个力是一对平衡力，故D正确。拓展点应用牛顿第三定律转换探讨对象转换探讨对象是解决力学问题时常常用到的解题策略。当物体的某个力不简单求时，可依据作用力与反作用力的关系，先求它的反作用力，如求压力时，可先求支持力，摩擦力的求解在许多问题中亦是如此。利用牛顿第三定律转换探讨对象，可以使我们分析问题的思路更敏捷，更开阔。例4(2024·山东青岛市模拟)(多选)木箱重G1，人重G2，人站在木箱里用力F向上推木箱，如图所示，则有(AD)A．人对木箱底的压力大小为G2＋FB．人对木箱底的压力大小为G2C．木箱对地面的压力大小为G2＋G1－FD．木箱对地面的压力大小为G1＋G2[解析]对人隔离受力分析有：竖直向下的重力G2、向下的作用力F、向上的支持力FN，可得FN＝G2＋F，依据牛顿第三定律，人对木箱底的压力大小为G2＋F，选项A正确，B错误；将人与木箱看成一个整体，可得木箱对地面的压力大小为G1＋G2，选项C错误，D正确。名师讲坛·素养提升MINGSHIJIANGTANSUYANGTISHENG惯性的“相对性”一、空气中的铁球和塑料球例5如图所示，一容器固定在一个小车上，在容器中分别悬挂一只铁球和一只塑料球，容器中铁球和塑料球都处于静止状态，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)(C)A．铁球向左，塑料球向右B．铁球向右，塑料球向左C．铁球和塑料球都向左D．铁球和塑料球都向右[解析]由于惯性，当容器随小车突然向右运动时，铁球和塑料球都相对容器向左运动，C正确。二、水中的铁球和塑料球例6(原创题)甲瓶子盛满水，在密封塞上用细绳悬挂一个铁球，乙瓶子盛满水，在密封塞上用等长细绳悬挂与小铁球体积相同的小泡沫塑料球，且将乙瓶子倒置，如下图(1)所示，甲乙两个瓶子均固定在小车上。当小车突然向前运动时，则两球的存在状态为(A)[解析]对A选项所示状况，可设想一个与金属小球等体积的水球。金属球位置的变更，必定代替这个水球的位置。而同体积的水球和金属球，金属球的质量大，惯性大，运动状态不简单变更，故相对水球来说滞后。同理，由于同体积水球的质量大于泡沫塑料球的质量，水球惯性大，相对泡沫塑料球来说水球滞后，泡沫塑料球相对水球在前，因此A选项正确。反思领悟(1)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，状态越难变更。(2)悬挂在空气中的铁球和塑料球的惯性都比对应的“空气球”的惯性大，但悬挂在水中的塑料球的惯性没有对应的“水球”的惯性大。2年高考·1年模拟2NIANGAOKAO1NIANMONI1．(2024·浙江7月选考)如图所示，底部均有4个轮子的行李箱a直立、b平卧放置在公交车上，箱子四周有肯定空间。当公交车(B)A．缓慢起动时，两只行李箱肯定相对车子向后运动B．急刹车时，行李箱a肯定相对车子向前运动C．缓慢转弯时，两只行李箱肯定相对车子向外侧运动D．急转弯时，行李箱b肯定相对车子向内侧运动[解析]缓慢起动时，两只行李箱处于受力平衡状态，行李箱的运动状态不会变更，即两只行李箱会与车子保持相对静止，选项A错误；急刹车时，行李箱a由于惯性保持原有运动状态，因此会相对车子向前运动，选项B正确；依据F向＝meq\f(v2,r)可知，缓慢转弯时，所需向心力很小，因此静摩擦力足够供应两只行李箱转弯所需的向心力，所以两只行李箱会与车子保持相对静止，选项C错误；依据F向＝meq\f(v2,r)可知，急转弯时行李箱须要的向心力较大，假如行李箱b所受最大静摩擦力不足以供应向心力，则会做离心运动，即可能会相对车子向外侧运动，选项D错误。2．(2024·北京，20)国际单位制(缩写SI)定义了米(m)、秒(s)等7个基本单位，其他单位均可由物理关系导出。例如，由m和s可以导出速度单位m·s－1。历史上，曾用“米原器”定义米，用平均太阳日定义秒。但是，以实物或其运动来定义基本单位会受到环境和测量方式等因素的影响，而采纳物理常量来定义则可避开这种困扰。1967年用铯－133原子基态的两个超精细能级间跃迁辐射的频率Δν＝9192631770Hz定义s；1983年用真空中的光速c＝299792458m·s－1定义m。2024年第26届国际计量大会确定，7个基本单位全部