2019年高考物理二轮复习专题03牛顿运动定律（讲）（含解析）.docx

牛顿运动定律考点考纲要求专家解读牛顿运动定律及其应用1.从近几年的高考考点分布知道，本章主要考查考生能否准确理解牛顿运动定律的意义，能否熟练应用牛顿第二定律、牛顿第三定律和受力分析解决运动和力的问题；理解超重和失重现象，掌握牛顿第二定律的验证方法和原理。2高考命题中有关本章内容的题型有选择题、计算题。高考试题往往综合牛顿运动定律和运动学规律进行考查，考题中注重与电场、磁场的渗透，并常常与生活、科技、工农业生产等实际问题相联系。3本章是中学物理的基本规律和核心知识，在整个物理学中占有非常重要的地位，仍将为高考命题的重点和热点，考查和要求的程度往往层次较高。超重与失重单位制纵观近几年高考试题，预测2019年物理高考试题还会考：1、牛顿运动定律是中学物理的基本规律和核心知识，在整个物理学中占有非常重要的地位，题型主要有选择题，高考试题往往综合牛顿运动定律和运动学规律进行考查，考题中注重与动量、能量、电场、磁场的渗透，并常常与生活、科技、工农业生产等实际问题相联系2、本专题是高考命题的重点和热点，考查和要求的程度往往层次较高，单独考查的题目多为选择题，与直线运动、曲线运动、电磁学等知识结合的题目多为计算题。考向01 牛顿运动定律1.讲高考（1）考纲要求主要考查考生能否准确理解牛顿运动定律的意义，能否熟练应用牛顿第一定律、牛顿第二定律、牛顿第三定律和受力分析解决运动和力的问题（2）命题规律牛顿运动定律是中学物理的基本规律和核心知识，在整个物理学中占有非常重要的地位，题型主要有选择题，高考试题往往综合牛顿运动定律和运动学规律进行考查，考题中注重与电场、磁场的渗透，并常常与生活、科技、工农业生产等实际问题相联系案例1如图，轻弹簧的下端固定在水平桌面上，上端放有物块P，系统处于静止状态，现用一竖直向上的力F作用在P上，使其向上做匀加速直线运动，以x表示P离开静止位置的位移，在弹簧恢复原长前，下列表示F和x之间关系的图像可能正确的是（ ）A.B. C.D. 【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（新课标I卷）【答案】 A【点睛】牛顿运动定律是高中物理主干知识，匀变速直线运动规律贯穿高中物理。案例2【2017新课标卷】（12分）为提高冰球运动员的加速能力，教练员在冰面上与起跑线距离s0和s1（s1s0）处分别设置一个挡板和一面小旗，如图所示。训练时，让运动员和冰球都位于起跑线上，教练员将冰球以初速度v0击出，使冰球在冰面上沿垂直于起跑线的方向滑向挡板；冰球被击出的同时，运动员垂直于起跑线从静止出发滑向小旗。训练要求当冰球到达挡板时，运动员至少到达小旗处。假定运动员在滑行过程中做匀加速运动，冰球到达挡板时的速度为v1。重力加速度大小为g。求（1）冰球与冰面之间的动摩擦因数；（2）满足训练要求的运动员的最小加速度。【答案】（1） （2）【考点定位】牛顿第二定律；匀变速直线运动的规律【名师点睛】此题主要考查匀变速直线运动的基本规律的应用；分析物理过程，找到运动员和冰球之间的关联，并能灵活选取运动公式；难度中等。案例3【2017新课标卷】（20分）如图，两个滑块A和B的质量分别为mA=1 kg和mB=5 kg，放在静止于水平地面上的木板的两端，两者与木板间的动摩擦因数均为1=0.5；木板的质量为m=4 kg，与地面间的动摩擦因数为2=0.1。某时刻A、B两滑块开始相向滑动，初速度大小均为v0=3 m/s。A、B相遇时，A与木板恰好相对静止。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度大小g=10 m/s2。求（1）B与木板相对静止时，木板的速度；（2）A、B开始运动时，两者之间的距离。【答案】（1）1 m/s （2）1.9 m【解析】（1）滑块A和B在木板上滑动时，木板也在地面上滑动。设A、B和木板所受的摩擦力大小分别为f1、f2和f3，A和B相对于地面的加速度大小分别是aA和aB，木板相对于地面的加速度大小为a1。在物块B与木板达到共同速度前有（2）在t1时间间隔内，B相对于地面移动的距离为设在B与木板达到共同速度v1后，木板的加速度大小为a2，对于B与木板组成的体系，由牛顿第二定律有由式知，aA=aB；再由可知，B与木板达到共同速度时，A的速度大小也为v1，但运动方向与木板相反。由题意知，A和B相遇时，A与木板的速度相同，设其大小为v2，设A的速度大小从v1变到v2（也可用如图的速度时间图线求解）【考点定位】牛顿运动定律、匀变速直线运动规律【名师点睛】本题主要考查多过程问题，要特别注意运动过程中摩擦力的变化情况，A、B相对木板静止的运动时间不相等，应分阶段分析，前一阶段的末状态即后一阶段的初状态。2讲基础（1）牛顿第一定律内容：意义：指出力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因，即力是产生加速度的原因；指出了一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又称为惯性定律。惯性：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；普遍性：惯性是物体的固有属性，一切物体都有惯性，与物体的运动情况和受力情况无关。（2）牛顿第二定律内容：表达式：Fma，F与a具有瞬时对应关系。力学单位制：单位制由基本单位和导出单位共同组成。（3）牛顿第三定律内容：作用力和反作用力：作用力和反作用力与平衡力的比较3讲典例案例1如图所示，在水平地面上有一倾角为的斜面体B处于静止状态，其斜面上放有与之保持相对静止的物体A。现对斜面体B施加向左的水平推力，使物体A和斜面体B一起向左做加速运动，加速度从零开始逐渐增加，直到A和B开始发生相对运动，关于这个运动过程中A所受斜面的支持力N，以及摩擦力f的大小变化情况，下列说法中正确的是AN增大，f持续增大BN不变，f不变CN减小，f先增大后减小DN增大，f先减小后增大【答案】 D【解析】【详解】以A物体为研究对象，分析受力情况，设A所受的摩擦力方向沿斜面向上。将加速度a进行分解如图，根据牛顿第二定律得：沿斜面方向：mgsin-f=macos；垂直于斜面方向：N-mgcos=masin；得到：N=mgcos+masin，f=mgsin-macos；可见当加速度a增大时，N增大，f先减小到零后反向增大。故选D。【点睛】本题的技巧是分解加速度，很容易得出N和f与加速度的关系式也可以采用常规的方法，分解力，不分解加速度进行处理 【趁热打铁】关于一对作用力与反作用力，下面说法中正确的是（）A物体相互作用时，先产生作用力，然后才产生反作用力B作用力和反作用力的合力为零C作用力和反作用力总是同时产生，同时消失，分别作用在两个物体上D放在水平面上的书所受重力和桌面对书的支持力为一对作用力与反作用力【答案】 C【解析】【分析】由牛顿第三定律可知，作用力与反作用力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，作用在两个物体上，力的性质相同，它们同时产生，同时变化，同时消失【详解】【点睛】此题考查牛顿第三定律及其理解理解相互作用力与一对平衡力的区别，相互作用力不能合成案例2某杂枝演员在做手指玩耍盘高难度的表演，如图所示。设该盘的质量为m，手指与盘之间的滑动摩擦因数为，重力加速度为g，设最大静摩擦等于滑动摩擦，盘底处于水平状态且不考虑盘的自转，则下列说法中正确的是（ ）A若手指支撑着盘，使盘保持静止状态，则手指对盘的作用力大于mgB若手指支撑着盘并一起水平向右匀速运动，则盘受到水平向右的静摩擦力C若手指支撑着盘并一起水平向右匀加速运动，则手对盘的作用力大小为mgD若盘随手指一起水平匀加速运动，则手对盘的作用力大小不可超过【答案】 D【解析】【详解】【趁热打铁】月球表面上的重力加速度约为地球表面上的重力加速度的，同一个飞行器在月球表面上时与在地球表面上时相比较（ ）A惯性不变，重力减小为在地球上的B惯性减小为在地球上的，重力不变C惯性和重力都减小为在地球上的D惯性和重力都不变【答案】 A【解析】【分析】惯性与质量有关，质量不变，惯性不变，重力与重力加速度有关。【详解】物体的惯性大小仅与物体的质量多少有关。因同一物体质量是恒量的，同一物体的质量与它所在位置及运动状态和受力无关，所以这个飞行器从地球到月球，其惯性大小不变。而物体的重力随着重力加速度的变化是个变量，这个飞行器在月球表面上的重力为：G月=mg月=G地，故A正确，B、C、D错误。故选：A【点睛】惯性是物体保持原来运动状态的性质，是物体固有的属性，质量是惯性大小唯一的量度。4讲方法（1）正交分解法的应用对受多个力作用的物体应用牛顿第二定律时，常用的方法是正交分解，分解时，可以分解力，也可以分解加速度。（2）解答瞬时性题目时应注意以下两点：当其他力变化时，弹簧的弹力不能在瞬间发生变化；当其他力变化时，细绳上的拉力可以在瞬间发生变化。5讲易错【题目】从地面以一定的速度竖直向上抛出一小球，小球从抛出点上升到最高点所用时间为 ，从最高点下落到抛出点所用时间为t2。若空气用力的作用不能忽略，则对于t1与t2大小的关系，下列列断中正确的是（ ）At1t2Bt1 t2D无法定t1, t2哪个较大【答案】 B【正解】【错因】本题容易出错的地方在于阻力的方向容易弄错，注意阻力方向与相对运动方向相反，上升和下降过程阻力方向不同 考向02 动力学的两类基本问题1.讲高考（1）考纲要求熟练应用牛顿运动定律和运动学公式解决两类动力学问题（2）命题规律是高考命题的重点和热点，考查和要求的程度往往层次较高，单独考查的题目多为选择题，与直线运动、曲线运动、电磁学等知识结合的题目多为计算题。案例1（多选）地下矿井中的矿石装在矿车中，用电机通过竖井运送至地面。某竖井中矿车提升的速度大小v随时间t的变化关系如图所示，其中图线分别描述两次不同的提升过程，它们变速阶段加速度的大小都相同；两次提升的高度相同，提升的质量相等。不考虑摩擦阻力和空气阻力。对于第次和第次提升过程，A. 矿车上升所用的时间之比为4:5B. 电机的最大牵引力之比为2:1C. 电机输出的最大功率之比为2:1D. 电机所做的功之比为4:5【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（全国III卷）【答案】 AC【解析】试题分析 本题考查速度图像，牛顿运动定律、功和功率及其相关的知识点。为21，选项C正确；加速上升过程的加速度a1=，加速上升过程的牵引力F1=ma1+mg=m(+g)，减速上升过程的加速度a2=-，减速上升过程的牵引力F2=ma2+mg=m(g -)，匀速运动过程的牵引力F3=mg。第次提升过程做功W1=F1t0v0+ F2t0v0=mg v0t0；第次提升过程做功W2=F1t0v0+ F3v03t0/2+ F2t0v0 =mg v0t0；两次做功相同，选项D错误。点睛 此题以速度图像给出解题信息。解答此题常见错误主要有四方面：一是对速度图像面积表示位移掌握不到位；二是运用牛顿运动定律求解牵引力错误；三是不能找出最大功率；四是不能得出两次提升电机做功。实际上，可以根据两次提升的高度相同，提升的质量相同，利用功能关系得出两次做功相同。案例2（多选）如图所示，轻质弹簧一端固定，另一端连接一小物块，O点为弹簧在原长时物块的位置物块由A点静止释放，沿粗糙程度相同的水平面向右运动，最远到达B点在从A到B的过程中，物块（ ）A. 加速度先减小后增大B. 经过O点时的速度最大C. 所受弹簧弹力始终做正功D. 所受弹簧弹力做的功等于克服摩擦力做的功【来源】2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（江苏卷）【答案】 AD点睛：本题以弹簧弹开物体的运动为背景考查力与运动的关系和功能关系，解题的关键是要分阶段将物体的受力情况和运动情况综合分析，另外还要弄清整个运动过程中的功能关系。案例3【2015全国新课标20】（多选）在一东西向的水平直铁轨上，停放着一列已用挂钩链接好的车厢。当机车在东边拉着这列车厢一大小为a的加速度向东行驶时，链接某两相邻车厢的挂钩P和Q间的拉力大小为F；当机车在西边拉着这列车厢一大小为a的加速度向东行驶时，链接某两相邻车厢的挂钩P和Q间的拉力大小仍为F。不计车厢与铁轨间的摩擦，每节车厢质量相同，则这列车厢的节数可能为： （ ）A8 B10 C15 D18【答案】BC【考点定位】牛顿第二定律【名师点睛】本题主要是整体法和隔离法，以及牛顿第二定律的应用。2讲基础（1）解两类问题的思路可用下面的框图来表示：分析解决这两类问题的关键：应抓住受力情况和运动情况之间联系的桥梁加速度。（2）解答动力学两类问题的基本程序利用牛顿第二定律解决动力学问题的关键是利用加速度的“桥梁”作用，将运动学规律和牛顿第二定律相结合，寻找加速度和未知量的关键，是解决这类问题的思考方向（3）动力学图象问题（4）连接体问题（5）多过程问题3讲典例案例1如图所示，一个竖直固定在地面上的透气圆筒，筒中有一劲度系数为k的轻弹簧，其下端固定，上端连接一质量为m的薄滑块，圆筒内壁涂有一层新型智能材料ER流体，它对滑块的阻力可调滑块静止时，ER流体对其阻力为零，此时弹簧的长度为L.现有一质量也为m(可视为质点)的物体在圆筒正上方距地面2L处自由下落，与滑块碰撞(碰撞时间极短)后黏在一起，并以物体碰前瞬间速度的一半向下运动ER流体对滑块的阻力随滑块下移而变化，使滑块做匀减速运动，当下移距离为d时，速度减小为物体与滑块碰撞前瞬间速度的四分之一取重力加速度为g，忽略空气阻力，试求：(1)物体与滑块碰撞前瞬间的速度大小；(2)滑块向下运动过程中的加速度大小；(3)当下移距离为d时，ER流体对滑块的阻力大小.【答案】 （1） （2） （3）【解析】【分析】（1）由速度位移公式求的速度（2）由物体的运动过程可以求得物体的加速度的大小；（3）对物体受力分析，由牛顿第二定律可以求得滑块受到的阻力的大小。【详解】(3)设下移距离d时弹簧弹力为F，ER流体对滑块的阻力为，对物体与滑块组成的整体，受力分析如图所示由牛顿第二定律得：又，联立解得：【点睛】本题考查了求速度、加速度、阻力大小，分析清楚物体运动过程，应用自由落体运动规律、运动学公式、牛顿第二定律即可正确解题，题目的综合性较强，能够很好考查学生的分析问题的能力【趁热打铁】如图为某一个质点所受的合力F与时间t的关系，各段的合力大小相同，作用时间相同，设质点从静止开始运动，由此可判断（ ）A质点始终向前运动B质点向前运动一段时间后停止C质点向前运动，再返回不会停止D质点向前运动，再返回停止【答案】 A【解析】【详解】【点睛】本题物体在周期性外力作用运动，往往分析一个周期内物体的运动情况，再周期性重复。案例2如图所示，有一水平传送带以6 m/s的速度按顺时针方向匀速转动，传送带右端连着一段光滑水平面BC，紧挨着BC的水平地面DE上放置一个质量M= 1kg的木板，木板上表面刚好与BC面等高.现将质量m=1 kg的滑块轻轻放到传送带的左端A处，当滑块滑到传送带右端B时刚好与传送带的速度相同，之后滑块又通过光滑水平面BC 滑上木板。滑块与传送带间的动摩擦因数,滑块与木板间的动摩擦因数,木板与地面间的动摩擦因数,取g= 10m/s2。求：(1)滑块从传送带A端滑到B端，相对传送带滑动的路程；(2)滑块从传送带A端滑到B端，传送带因传送该滑块多消耗的电能；(3)设木板受到的最大静摩擦力跟滑动摩擦力相等，则木板至少多长 才倉旨使滑块不从木板上掉下来。【答案】 (1)4m (2)36J (3)L=6m【解析】【分析】(1)滑块在传送带上运动，摩擦力提供加速度，由牛顿第二定律即可求出加速度，然后由运动学的公式即可求出；(2)传送带因传送滑块多消耗的电能转化为滑块的动能和内能；(3)滑块滑上木板，对滑块和木板受力分析，求出加速度，结合速度相等是恰好不滑下的临界条件，由运动学的公式即可求出.【详解】(2)传送带因传送滑块多消耗的电能(3)滑块以6m/s的速度滑上木板，对滑块和木板受力分析,滑块受到木板对其向左的摩擦力，设滑块减速晕的加速度为a滑.则a滑=g2=2m/s2木板受到滑块对其向右的摩擦力和地面对其向左的摩擦力，由牛顿第二定律得：Ma木=mg2-(M+m)g3解得：a木=1m/s2假设滑块在木板上经过时间t，木板和滑块达到共同速度v共对滑块：,v共=v-a滑t对木板：, v共= a木t则木板长度L=x滑-x木代入数据得：L=6m【点睛】该题考查传送带模型与滑块-木板模型，解决本题的关键理清物块在传送带上和木板上的运动规律，结合运动学公式和牛顿第二定律进行求解.滑块-木板也可以使用动量守恒定律来解答. 【趁热打铁】一个小球从水面上方某一高度处由静止落下，进入水中后受到的浮力大小恒定，受到水的黏滞阻力的大小与速度成正比，浮力大于重力，水足够深，关于小球在水中运动的加速度，下列说法正确的是A小球向下运动时，加速度方向一直向下B小球向下运动时，加速度一直减小C小球向上运动时，加速度方向一直向下D小球向上运动时，加速度一直增大【答案】 B【解析】【分析】根据牛顿第二定律进行分析，注意对小球进行受力分析，受到重力、浮力和黏滞阻力；【详解】【点睛】本题考查牛顿第二定律的应用问题，注意题中浮力不变，但是黏滞阻力会随着速度的变化而变化。4讲方法(1) 解决两类动力学的基本问题时在解决两类动力学的基本问题时，不论哪一类问题，都要进行受力分析和运动情况分析，如果物体的运动加速度或受力情况发生变化，则要分段处理，此时加速度或受力改变时的瞬时速度即是前后过程的联系量。（2）利用整体法与隔离法求解动力学中的连接体问题解决这类问题的关键：正确地选取研究对象是解题的首要环节，弄清各物体之间哪些属于连接体，哪些物体应该单独分析，并分别确定出它们的加速度，然后根据牛顿运动定律列方程求解，一般是“先整体求加速度，后隔离求内力”。（3）动力学图象问题牛顿第二定律与vt图象相结合的问题，一般先由vt图象分析物体的加速度及其变化规律，再由牛顿第二定律列方程求解问题，或者先由牛顿第二定律分析加速度及其变化规律，再作出vt图象。（4）多过程运动问题分析要点:题目中有多少个物理过程？每个过程物体做什么运动？每种运动满足什么物理规律？运动过程中的一些关键位置(时刻)是哪些?5讲易错【题目】如图所示，一固定粗糙斜面与水平面夹角.一个质量的小物体（可视为质点），在F10N的沿斜面向上的拉力作用下，由静止开始沿斜面向上运动.已知斜面与物体间的动摩擦因数，取.试求：（1）物体在拉力F作用下运动的加速度；（2）若力F作用1.2s后撤去，物体在上滑过程中距出发点的最大距离s；（3）物体从静止出发，到再次回到出发点的过程中，物体克服摩擦所做的功.【答案】 （1）（2）（3）【正解】(1)对物体受力分析，依据牛顿第二定律：物体受到斜面对它的支持力物体受到斜面对它的摩擦力物体的加速度.（3）整个运动过程所通过的路程为克服摩擦所做的功.【错因】（1）对物体受力分析，求出摩擦力大小，再根据牛顿第二定律即可求得加速度大小；（2）根据速度公式和位移公式分别求出速度和位移，再对撤去拉力后过程分析，根据牛顿第二定律可求得加速度，再根据速度和位移关系即可求得上滑的位移，从而求出总位移；（3）整个过程中摩擦力不变，且一直做负功，故根据摩擦力与路程的乘积即可求得克服摩擦力所做的功考向03 超重和失重1.讲高考（1）考纲要求掌握超重、失重的概念，会分析有关超重、失重的问题。（2）命题规律考查的题目多为选择题；注意与力的平衡、运动学公式相结合；注意图象问题。案例1如图所示，小芳在体重计上完成下蹲动作，下列F-t图像能反应体重计示数随时间变化的是A. B. C. D. 【来源】浙江新高考2018年4月选考科目物理试题【答案】 C【点睛】人在加速下蹲的过程中，有向下的加速度，处于失重状态，在减速下蹲的过程中，加速度方向向上，处于超重状态。案例2【2015江苏6】（多选）一人乘电梯上楼，在竖直上升过程中加速度a随时间t变化的图线如图所示，以竖直向上为a的正方向，则人对地板的压力： （ ）At=2s时最大 Bt=2s时最小 Ct=8.5s时最大 Dt=8.5s时最小【答案】AD【解析】 由题意知在上升过程中：，所以向上的加速度越大，人对电梯的压力就越大，故A正确，B错误；由图知，7s以后加速度向下，由知，向下的加速度越大，人对电梯的压力就越小，所以C错误，D正确。【考点】本题考查牛顿第二定律【名师点睛】本题主要是识图能力，利用加速度与时间的关系，结合牛顿第二定律F=ma，由运动分析物体的受力情况。案例3【2015重庆5】若货物随升降机运动的图像如题5图所示（竖直向上为正），则货物受到升降机的支持力与时间关系的图像可能是： （ ）【答案】B【考点定位】图像、超重与失重、牛顿第二定律。【名师点睛】图象从六个方面认识：一看轴，二看线，三看斜率，四看面，五看截距，六看点。超重和失重、平衡状态是由竖直方向的加速度决定。2讲基础（1）实重和视重实重：视重：（2）超重、失重和完全失重的产生条件（3）超重、失重和完全失重的比较不论超重、失重或完全失重，物体的重力依然不变，只是“视重”改变3讲典例案例1如下图所示，一个质量为M的人站在台秤上，用跨过定滑轮的绳子将质量为m的物体自高处放下，当物体以加速度a加速下降(avBBvAvBC绳的拉力等于B的重力D绳的拉力小于B的重力【答案】 A【解析】【详解】小车的运动可分解为沿绳方向和垂直于绳的方向的两个运动，设斜拉绳子与水平面的夹角为，由几何关系可得：vB=vAcos，所以vAvB； 【点睛】解决本题的关键将汽车的运动分解为沿绳子方向和垂直于绳子方向，知道沿绳子方向的速度等于重物的速度大小案例2一位同学的家住在一座25层的高楼内，他每天乘电梯上楼，经过多次仔细观察和反复测量，他发现电梯启动后的运动速度符合如图所示的规律，他就根据这一特点在电梯内用台秤、重物和停表测量这座楼房的高度。他将台秤放在电梯内，将重物放在台秤的托盘上，电梯从第一层开始启动，经过不间断的运行，最后停在最高层。在整个过程中，他记录了台秤不同时间段内的示数。记录的数据如下表所示。但由于03.0s段的时间太短，他没来得及将台秤的示数记录下来。假设在每个时间段内台秤示数都是稳定的。重力加速度g取10m/s2。时间/s台秤示数/kg电梯启动前5.003.03.013.05.013.019.