第09讲 牛顿运动定律的理解及基本应用 (讲义)（原卷版）-2025年高考物理一轮复习讲练测（新教材新高考）

第09讲牛顿运动定律的理解及基本应用目录01、考情透视，目标导航TOC\o"1-3"\h\u02、知识导图，思维引航 3考点一牛顿第一定律 3知识点一牛顿第一定律 3知识点二惯性 4知识点三单位制 4考向1牛顿第一定律的理解 4考向2关于惯性的认识 5考点二牛顿第二定律 6考向1对牛顿第二定律的理解 7考向2．合力、加速度、速度之间的决定关系 7考向3．牛顿第二定律的简单应用 8考点三动力学的两类基本问题 8知识点一动力学的两类基本问题 8知识点二动力学问题的解题思路 9考向1已知受力求运动 9考向2已知运动求受力 11考点四动力学图像问题 14考向1由运动图像分析物体的受力情况 14考向2由力的图像分析物体的运动情况 16考向3由已知条件确定某物理量的图像 17考点五超失重问题 18知识点1超重、失重和完全失重的对比 18知识点2．判断超重和失重现象的三个角度 19知识点3．对超重和失重问题的三点提醒 19考向1．根据运动情况判断超重、失重 19考向2．根据超重、失重判断运动情况 20考向4．超重、失重现象的图像问题 2004、真题练习，命题洞见 21考情分析2024·安徽·高考物理试题2024·全国·高考物理试题2024·湖北·高考物理试题2024·河北·高考物理试题2024·浙江·高考物理试题2023·河北·高考物理试题试题情境生活实践类跳水、蹦床、蹦极、火箭发射、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，测量动摩擦因数复习目标目标1.理解牛顿第一定律的内容和惯性的本质。目标2.掌握牛顿第二定律的内容及公式，能够应用牛顿第二定律解决问题。目标3.了解单位制，并知道国际单位制中的七个基本单位，会用国际单位制检查结果表达式是否正确。目标4.掌握动力学两类基本问题的求解方法。目标5.理解各种动力学图像，并能分析图像特殊点、斜率、截距、面积的物理意义。考点一牛顿第一定律知识点一牛顿第一定律1．内容：一切物体总保持__________________或________，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_____(填“不能”或“可以”)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。(2)提出了一切物体都具有_______，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_________的原因，而是改变物体运动状态的原因。注意：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_______的原因。知识点二惯性1．定义：物体保持原来___________________或___________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_______；物体的质量越小，惯性_______。3．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)物体惯性的大小只取决于物体的________，与物体的受力情况、速度大小及所处位置_______。(3)物体惯性表现形式：①形式一：“保持原状”。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形式二：“反抗改变”。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。知识点三单位制1．单位制：由________和___________一起组成了单位制。2．基本单位：基本物理量的单位。力学中的基本量有三个，它们分别是_____、________和__________，它们的国际单位分别是_______、______和________。3．导出单位：由_________根据物理关系推导出来的其他物理量的单位。考向1牛顿第一定律的理解1．关于力与运动的关系，下列说法中正确的是()A．必须有力的作用物体才能运动B．牛顿第一定律可以用实验直接验证C．理想斜面实验否定了“力是维持物体运动的原因”D．牛顿第二定律表明物体所受外力越大物体的惯性越大2．(多选)下列对牛顿第一定律的理解正确的是()A．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律B．不受外力作用时，物体的运动状态保持不变C．在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于没有外力维持木块运动的结果D．奔跑的运动员，由于遇到障碍而被绊倒，这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态考向2关于惯性的认识1.如图所示，滑冰运动员用力将冰刀后蹬，可以向前滑行；停止用力，会逐渐停下，且滑行的速度越大，停下所需时间越长，滑得越远。有四位同学对此过程发表了自己的看法，你认为正确的是()A．运动员的运动需要力来维持B．停止用力，运动员停下来是具有惯性的表现C．停止用力，运动员停下来是由于摩擦力的作用D．速度越大，停下所需时间越长，说明惯性的大小和速度有关2.大型油罐车内部设置了一些固定挡板，如图所示，油罐车在水平路面上行驶，下列说法正确的是()A．油罐车匀速前进时，油没有惯性B．油罐车加速前进时，油的液面仍然保持水平C．油罐车减速前进时，两挡板间油的液面前低后高D．挡板间油的质量相对小，可以有效减弱变速时油的涌动考点二牛顿第二定律1．内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成________，跟它的质量成________，加速度的方向跟作用力的方向相同。2．表达式：________。3．对牛顿第二定律的理解4．加速度两个表达式的对比理解(1)a＝eq\f(Δv,Δt)是加速度的定义式，a与Δv、Δt无必然联系；(2)a＝eq\f(F,m)是加速度的决定式，a的大小由合外力F和质量m决定，且a∝F，a∝eq\f(1,m)。考向1对牛顿第二定律的理解1．关于物体的运动状态和所受合力的关系，以下说法正确的是()A．物体所受合力为零，物体一定处于静止状态B．只有合力发生变化时，物体的运动状态才会发生变化C．物体所受合力不为零时，物体的速度一定不为零D．物体所受的合力不变且不为零，物体的运动状态一定变化考向2．合力、加速度、速度之间的决定关系1.在粗糙的水平面上，物体在水平推力作用下由静止开始做匀加速直线运动。经过一段时间后，水平推力逐渐减小到0(物体仍在运动)。在水平推力逐渐减小到0的过程中()A．物体加速度逐渐减小，速度逐渐减小B．物体加速度逐渐减小，速度逐渐增大C．物体加速度先增大后减小，速度先增大后减小D．物体加速度先减小后增大，速度先增大后减小2.将一个皮球竖直向上抛出，皮球运动时受到空气阻力的大小与速度的大小成正比。下列描绘皮球在上升过程中加速度的大小a与时间t关系的图像，可能正确的是()考向3．牛顿第二定律的简单应用4.2023年10月26日，“神舟十七号”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：如图乙所示，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考点三动力学的两类基本问题知识点一动力学的两类基本问题1．第一类问题：由因推果——已知受力情况求物体的_________。2．第二类问题：由果溯因——已知________求物体的___________。3．解决两类基本问题的方法以__________为“桥梁”，由运动学公式和____________列方程求解，具体逻辑关系如下图所示：知识点二动力学问题的解题思路明确研究对象根据问题需要和解题方便，选择某个物体或几个物体构成的系统为研究对象受力分析和运动过程分析画好受力示意图、情境示意图，明确物体的运动性质和运动过程选取正方向或建立坐标系通常以加速度的方向为正方向或以加速度方向为某一坐标的正方向确定合力F合若物体只受两个力作用，通常用合成法；若物体受三个或三个以上的力，一般用正交分解法列方程求解根据牛顿第二定律可得F合＝ma或eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(Fx＝max,Fy＝may))，列方程求解，必要时对结果进行讨论考向1已知受力求运动1．2024年4月3日，小米集团完成了小米SU7汽车的首批交付仪式。之后陆续有用户对小米SU7进行了性能测试。为提升了驾驶体验，为驾乘者提供更加安全和舒适的驾驶环境小米SU7具有AEB自动紧急制动性能并加入了AEBPro功能。某车主对此性能进行了测试。小米SU7在平直的封闭公路上以=108km/h的速度水平向右匀速行驶，检测到障碍物后在AEB和AEBPro功能作用下开始减速，车所受阻力f与车重力mg的比值随时间变化的情况可简化为如下图所示的图像，最终停在据障碍物1m的位置。取重力加速度g=10m/s2。求：（1）小米SU7开始减速瞬间的加速度；（2）小米SU7在1s末的速度大小；（3）小米SU7从开始减速位置到障碍物间的距离。2．人类从事滑雪活动已有数千年历史，滑雪爱好者可在雪场上轻松、愉快地滑行，饱享滑雪运动的乐趣。一名滑雪爱好者以1m/s的初速度沿山坡匀加速直线滑下，山坡的倾角为30°。若人与滑板的总质量为60kg，受到的总阻力为60N，重力加速度g取10m/s2，求：（1）滑雪者加速度的大小；（2）3s内滑雪者下滑位移的大小；（3）3s末人与滑板总重力的瞬时功率。考向2已知运动求受力3．冰壶是在冰上进行的一种投掷性竞赛项目。某次训练中，冰壶（可视为质点）被运动员掷出后，在水平冰面上沿直线依次经过A、B、C三点后停在O点。已知A、B间的距离x=26m，B、C间的距离x2=5.5m，冰壶通过AB段的时间t1=10s，通过BC段的时间t2=5s，假设冰壶和冰面间的动摩擦因数处处相等，重力加速度大小g=10m/s2。求：（1）C、O两点之间的距离x3；（2）冰壶和冰面间的动摩擦因数μ。4．2022年北京举办了第24届冬奥会，图甲是钢架雪车比赛项目的一段赛道，长12m水平直道AB与长20m的倾斜直道BC在B点平滑连接，斜道与水平面的夹角为。运动员从A点由静止出发，推着雪车匀加速到B点时速度大小为8m/s，紧接着快速俯卧到车上沿BC匀加速下滑（如图乙所示），运动员经过B点时速率未发生改变，到C点共计用时5.0s。若雪车（包括运动员）可视为质点，始终在冰面上运动，其总质量为100kg，，g取，求雪车（包括运动员）：（1）在直道AB上的加速度大小；（2）过C点的速度大小；（3）在斜道BC上运动时受到的阻力大小。【题后反思】分析动力学两类基本问题的关键【题后反思】分析动力学两类基本问题的关键(1)做好两类分析：物体的受力分析和物体的运动过程分析；(2)搭建两个桥梁：加速度是联系运动和力的桥梁；连接点的速度是联系各物理过程的桥梁。考点四动力学图像问题图像v-t图像、a-t图像、F-t图像、F-a图像等三种类型(1)已知物体的速度、加速度随时间变化的图像，求解物体的受力情况。(2)已知物体受到的力随时间变化的图像，求解物体的运动情况。(3)由已知条件确定某物理量的变化图像。解题策略(1)问题实质是力与运动的关系，要注意区分是哪一种动力学图像。(2)应用物理规律列出与图像对应的函数方程式，进而明确“图像与公式”“图像与物体”间的关系，以便对有关物理问题作出准确判断。破题关键(1)分清图像的类别：即分清横、纵坐标所代表的物理量，明确其物理意义，掌握物理图像所反映的物理过程，会分析临界点。(2)注意图像中的一些特殊点所表示的物理意义：图像与横、纵坐标的交点，图像的转折点，两图像的交点等。(3)明确能从图像中获得哪些信息：把图像与具体的题意、情境结合起来，再结合斜率、特殊点、面积等的物理意义，确定从图像中反馈出来的有用信息，这些信息往往是解题的突破口或关键点。考向1由运动图像分析物体的受力情况1．一个质量为6kg的物体在水平面上运动，图中的两条直线的其中一条为物体受水平拉力作用而另一条为不受拉力作用时的速度—时间图像，则物体所受摩擦力的大小的可能值为（）A．1N B．2N C．2.5N D．3N2.如图甲所示，质量为2kg的物块在水平恒力F的作用下由静止开始在粗糙地面上做直线运动，经0.6s撤去F，物块运动的速度一时间（）图像如图乙所示，则下列说法正确的是（

）A．恒力F的大小为24NB．物块与地面间的动摩擦因数为0.8C．物块在0.7s时的加速度大小为D．1.0s时物块的速度大小为0.8m/s考向2由力的图像分析物体的运动情况3．如图甲所示，质量为m的物块在水平力F的作用下可沿竖直墙面滑动，水平力F随时间t变化的关系图像如图乙所示，物块与竖直墙面间的动摩擦因数为μ，物块所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，竖直墙面足够高，重力加速度大小为g。下列说法正确的是()A．物块一直做匀加速直线运动B．物块先做加速度减小的加速运动，后做匀速直线运动C．物块的最大速度为eq\f(1,2)gt0D．t＝t0时，物块停止下滑考向3由已知条件确定某物理量的图像4．以不同初速度将Ⅰ、Ⅱ两个小球同时竖直向上抛出并开始计时，Ⅰ球所受空气阻力可忽略，Ⅱ球所受空气阻力大小与速率v成正比。下列小球上升阶段的v-t图像中，可能正确的是()【【题后反思】分析动力学图像问题的方法技巧1．分清图像的类别：即分清横、纵坐标所代表的物理量，明确其物理意义，掌握物理图像所反映的物理过程。2．建立图像与物体运动间的关系：把图像与具体的题意、情景结合起来，明确图像反映的是怎样的物理过程。3．建立图像与公式间的关系：对于a－F图像、F－x图像、v－t图像、v2－x图像等，都应先建立函数关系，然后根据函数关系读取信息或描点作图，特别要明确图像斜率、“面积”、截距等对应的物理意义。4．读图时要注意一些特殊点：比如起点、截距、转折点、两图线的交点，特别注意临界点(在临界点物体运动状态往往发生变化)。考点五超失重问题知识点1超重、失重和完全失重的对比名称超重失重完全失重产生条件物体的加速度_____物体的加速度_______物体竖直向下的加速度等于g对应运动情境_____上升或____下降_____下降或_____上升自由落体运动、竖直上抛运动等原理F－mg＝maF＝_______mg－F＝maF＝_________mg－F＝mgF＝______说明(1)发生超重或失重现象时，物体所受的重力没有变化，只是压力(或拉力)变大或变小了。(2)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。知识点2．判断超重和失重现象的三个角度从受力的角度判断当物体受到的向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体处于超重状态；小于重力时处于失重状态；等于零时处于完全失重状态从加速度的角度判断当物体具有向上的加速度时，物体处于超重状态；具有向下的加速度时，处于失重状态；向下的加速度恰好等于重力加速度时，处于完全失重状态从速度变化角度判断物体向上加速或向下减速时，物体处于超重状态；物体向下加速或向上减速时，物体处于失重状态知识点3．对超重和失重问题的三点提醒(1)发生超重或失重现象与物体的速度方向无关，只取决于加速度的方向。(2)并非物体在竖直方向上运动时，才会出现超重或失重现象。只要加速度具有竖直向上的分量，物体就处于超重状态；同理，只要加速度具有竖直向下的分量，物体就处于失重状态。(3)发生超重或者失重时，物体的实际重力并没有发生变化，变化的只是物体的视重。考向1．根据运动情况判断超重、失重1.自由式滑雪大跳台比赛中比赛场地可简化为如图所示的助滑区、弧形过渡区、着陆区、减速区等组成。若将运动员看作质点，且忽略空气阻力，下列说法正确的是()A．运动员在助滑区加速下滑时处于超重状态B．运动员在跳离弧形过渡区至着陆区之前的过程中处于完全失重状态C．运动员在弧形过渡区运动过程中处于失重状态D．运动员在减速区减速过程中处于失重状态考向2．根据超重、失重判断运动情况3.在竖直方向运动的电梯地板上放置一台秤，将物体放在台秤上。电梯静止时台秤示数为FN，在电梯运动的某段过程中，台秤示数大于FN。在此过程中()A．物体受到的重力增大B．物体处于失重状态C．电梯可能正在加速下降D．电梯可能正在加速上升考向3．超重、失重现象的应用3.如图所示，台秤上放一个木箱，木箱内有质量分别为m1和m2的两物体P、Q，用细绳通过光滑定滑轮相连，m1＞m2。现剪断Q下端的细绳，在P下落但还没有到达箱底的过程中，台秤的示数与未剪断Q下端的细绳前的示数相比将()A．变大 B．变小C．不变 D．先变小后变大考向4．超重、失重现象的图像问题4.小明站在装有力传感器的台秤上，完成下蹲、起立动作。计算机采集到的力传感器示数随时间变化情况如图所示。下列判断正确的是()A．a点对应时刻，小明向下的速度最大B．a点对应时刻，小明向下的加速度最大C．b点对应时刻，小明处于超重状态D．图示时间内，小明完成了两次下蹲和两次起立1．（2024·广东·高考真题）如图所示，轻质弹簧竖直放置，下端固定。木块从弹簧正上方H高度处由静止释放。以木块释放点为原点，取竖直向下为正方向。木块的位移为y。所受合外力为F，运动时间为t。忽略空气阻力，弹簧在弹性限度内。关于木块从释放到第一次回到原点的过程中。其图像或图像可能正确的是（） B．C． D．2.（2024·安徽·高考真题）倾角为的传送带以恒定速率顺时针转动。时在传送带底端无初速轻放一小物块，如图所示。时刻物块运动到传送带中间某位置，速度达到。不计空气阻力，则物块从传送带底端运动到顶端的过程中，加速度a、速度v随时间t变化的关系图线可能正确的是（

） B． C． D．3．（2024·全国·高考真题）学生小组为了探究超重和失重现象，将弹簧测力计挂在电梯内，测力计下端挂一物体。已知当地重力加速度大小为。(1)电梯静止时测力计示数如图所示，读数为N（结果保留1位小数）；(2)电梯上行时，一段时间内测力计的示数为，则此段时间内物体处于（填“超重”或“失重”）状态，电梯加速度大小为（结果保留1位小数）。4．（2023·全国·高考真题）一同学将排球自O点垫起，排球竖直向上运动，随后下落回到O点。设排球在运动过程中所受空气阻力大小和速度大小成正比。则该排球（

）A．上升时间等于下落时间 B．被垫起后瞬间的速度最大C．达到最高点时加速度为零 D．下落过程中做匀加速运动5．（2023·浙江·高考真题）如图所示，在考虑空气阻力的情况下，一小石子从O点抛出沿轨迹运动，其中P是最高点。若空气阻力大小与瞬时速度大小成正比，则小石子竖直方向分运动的加速度大小（）A．O点最大 B．P点最大C．Q点最大 D．整个运动过程保持不变6．（2023·浙江·高考真题）一位游客正在体验蹦极，绑上蹦极专用的橡皮绳后从跳台纵身而下。游客从跳台下落直到最低点过程中（）A．弹性势能减小 B．重力势能减小C．机械能保持不变 D．绳一绷紧动能就开始减小7．（多选）（2023·全国·高考真题）使甲、乙两条形磁铁隔开一段距离，静止于水平桌面上，甲的N极正对着乙的S极，甲的质量大于乙的质量，两者与桌面之间的动摩擦因数相等。现同时释放甲和乙，在它们相互接近过程中的任一时刻（）

A．甲的速度大小比乙的大 B．甲的动量大小比乙的小C．甲的动量大小与乙的相等 D．甲和乙的动量之和不为零8．（2023·辽宁·高考真题）某大型水陆两栖飞机具有水面滑行汲水和空中投水等功能。某次演练中，该飞机在水面上由静止开始匀加速直线滑行并汲水，速度达到v₁=80m/s时离开水面，该过程滑行距离L=1600m、汲水质量m=1.0×10⁴kg。离开水面后，飞机攀升高度h=100m时速度达到v₂=100m/s，之后保持水平匀速飞行，待接近目标时开始空中投水。取重力加速度g=10m/s²。求：（1）飞机在水面滑行阶段的加速度a的大小及滑行时间t；（2）整个攀升阶段，飞机汲取的水的机械能增加量ΔE。9．（2022·天津·高考真题）冰壶是冬季奥运会上非常受欢迎的体育项目。如图所示，运动员在水平冰面上将冰壶A推到M点放手，此时A的速度，匀减速滑行到达N点时，队友用毛刷开始擦A运动前方的冰面，使A与间冰面的动摩擦因数减小，A继续匀减速滑行，与静止在P点的冰壶B发生正碰，碰后瞬间A、B的速度分别为和。已知A、B质量相同，A与间冰面的动摩擦因数，重力加速度取，运动过程中两冰壶均视为质点，A、B碰撞时间极短。求冰壶A（1）在N点的速度的大小；（2）与间冰面的动摩擦因数。10.（2022·广东·高考真题）图是滑雪道的示意图。可视为质点的运动员从斜坡上的M点由静止自由滑下，经过水平NP段后飞入空中，在Q点落地。不计运动员经过N点的机械能