（讲练测）高考物理二轮复习 专题03 牛顿运动定律（讲）（含解析）.doc

专题03 牛顿运动定律（讲）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2017年物理高考试题还会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【2016上海卷】如图，顶端固定着小球的直杆固定在小车上，当小车向右做匀加速运动时，球所受合外力的方向沿图中的： （ ）aoa方向bob方向 coc方向 dod方向【答案】d【方法技巧】本题通过整体法和隔离法可以判断出做匀变速直线运动的物体局部加速度和整体加速度相同。案例2 【2015上海3】如图，鸟沿虚线斜向上加速飞行，空气对其作用力可能是： （ ）a b c d【答案】b【解析】 小鸟沿虚线斜向上加速飞行，说明合外力方向沿虚线斜向上，小鸟受两个力的作用，空气的作用力和重力，如下图所示：【名师点睛】 本题以实际情境为命题背景，考查力与运动的关系、合力与分力的关系等知识点，意在考查考生对物理基本规律的理解能力和灵活运用物理规律解决实际问题的能力。本题的要点是理解合力和分力的关系，对小鸟进行受力分析可以较快解决问题。案例3 【2015海南8】（多选）如图所示，物块a、b和c的质量相同，a和b、b和c之间用完全相同的轻弹簧s1和s2相连，通过系在a上的细线悬挂于固定点o；整个系统处于静止状态；现将细绳剪断，将物块a的加速度记为a1，s1和s2相对原长的伸长分别为l1和l2，重力加速度大小为g，在剪断瞬间： （ ）aa1=3g ba1=0 cl1=2l2 dl1=l2【答案】ac【名师点睛】做本类型题目时，需要知道剪断细线的瞬间，弹簧来不及发生变化，即细线的拉力变为零，弹簧的弹力吧不变，然后根据整体和隔离法分析。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某运动员做跳伞训练，他从悬停在空中的直升飞机上由静止跳下，跳离飞机一段时间后打开降落伞做减速下落，他打开降落伞后的速度图线如图a降落伞用8 根对称的绳悬挂运动员，每根绳与中轴线的夹角均为37，如图b已知人的质量为50kg，降落伞质量也为50kg，不计人所受的阻力，打开伞后伞所受阻力f，与速度v成正比，即f=kv（g取10m/s2，sin53=08，cos53=06）求：（1）打开降落伞前人下落的距离为多大？（2）求阻力系数 k和打开伞瞬间的加速度a的大小和方向？（3）悬绳能够承受的拉力至少为多少？【答案】（1）；（2）；（3）（3）设每根绳的拉力为t，以运动员为研究对象，根据牛顿第二定律得：解得：所以悬绳能够承受的拉力至少为。【名师点睛】本题考查了共点力平衡和牛顿第二定律的基本运用，关键合理地选择研究的对象，运用牛顿第二定律进行求解。【趁热打铁】（多选）如图所示，质量为m的球置于斜面上，被一个竖直挡板挡住。现用一个恒力f拉斜面，使斜面在水平面上向右做加速度为a的匀加速直线运动，忽略一切摩擦，以下说法中正确的是： （ ）a若加速度很小，竖直挡板对球的弹力可能为零b若加速度很大，斜面对球的弹力可能为零c斜面对球的弹力大小与加速度大小无关d斜面、挡板对球的弹力与球的重力三者的合力等于ma【答案】cd【名师点睛】本题运用正交分解法，根据牛顿第二定律研究物体的受力情况，要正确作出物体的受力图，抓住竖直方向没有加速度。案例2如图所示，固定的两斜面ab、ac倾角分别为37和53，两物块p、q用一根不可伸长的轻绳相连，跨过固定在斜面顶端的定滑轮放在斜面上物块p在沿斜面ab向下的拉力f作用下处于静止状态p、q质量均为0.1kg，ac光滑，p与ab间的动摩擦因数为0.2最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，g=10m/s2，sin370=0.6,cos370=0.8求：abcpqf530370（1）拉力f大小满足的条件；（2）撤去拉力f时，物块p的加速度【答案】（1）（2）【解析】（1）对物块q，由平衡条件对物块p，当摩擦力沿斜面向上时f最大，由平衡条件解得：当摩擦力沿斜面向下时f最小，由平衡条件解得：即：（2）撤去拉力f后对物块q：对物块p：解得： 【名师点睛】本题考查了求拉力的范围、求加速度，分析清楚物体的受力情况，应用平衡条件与牛顿第二定律可以解题；应用平衡条件求出拉力的临界值是解题的关键。【趁热打铁】如图所示，带支架的平板小车沿水平面向左做直线运动，小球a用细线悬挂于支架前端，质量为m的物块b始终相对于小车静止地摆放在右端.b与小车平板间的动摩擦因数为.若某时刻观察到细线偏离竖直方向角，则此刻小车对物块b产生的作用力的大小和方向为： （ ）a. ，斜向右上方 b. ，斜向左上方c.，水平向右 d. ，竖直向上【答案】a【名师点睛】本题考查了牛顿第二定律的应用；解题时要抓住小球、物块b和小车的加速度相同的特点，根据牛顿第二定律采用隔离法研究.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】如图所示，质量为4kg的物体a静止在竖直的轻弹簧上面。质量为1kg的物体b用细线悬挂起来，a、b紧挨在一起但a. b之间无压力。某时刻将细线剪断，则细线剪断瞬间，b对a的压力大小为（取g=10m/s2）： （ ）a. 0 n b. 8 n c. 10 n d. 50 n【错因】注意弹簧的弹力不会突变。【名师点睛】本题关键是先采用整体法求解加速度，再隔离物体b并根据牛顿第二定律列式求解；注意剪断细线的瞬时弹簧的弹力是不能突变的。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【2016海南卷】沿固定斜面下滑的物体受到与斜面平行向上的拉力f的作用，其下滑的速度时间图线如图所示。已知物体与斜面之间的动摩擦因数为常数，在05 s、510 s、1015 s内f的大小分别为f1、f2和f3，则： （ ）af1f3cf1f3df1=f3【答案】a【解析】由vt图象可知，05 s内加速度a1=0.2 m/s2，沿斜面向下，根据牛顿第二定律有mgsin ff1=ma1，f1=mgsin f0.2m；510 s内加速度a2=0，根据牛顿第二定律有mgsin ff2=ma2，f2=mgsin f；1015 s内加速度a3=0.2 m/s2，沿斜面向上，根据牛顿第二定律有mgsin ff3=ma3，f3=mgsin f+0.2m。故可得：f3f2f1，选项a正确。【名师点睛】本题考查了牛顿第二定律和运动学公式的基本运用，知道加速度是联系力学和运动学的桥梁，基础题。案例2 【2015全国新课标25】一长木板置于粗糙水平地面上，木板左端放置一小物块，在木板右方有一墙壁，木板右端与墙壁的距离为4.5m，如图（a）所示。时刻开始，小物块与木板一起以共同速度向右运动，直至时木板与墙壁碰撞（碰撞时间极短）。碰撞前后木板速度大小不变，方向相反；运动过程中小物块始终未离开木板。已知碰撞后1s时间内小物块的图线如图（b）所示。木板的质量是小物块质量的15倍，重力加速度大小g取10m/s2。求（1）木板与地面间的动摩擦因数及小物块与木板间的动摩擦因数；（2）木板的最小长度；（3）木板右端离墙壁的最终距离。【答案】（1）（2）（3）（2）碰撞后，木板向左匀减速，依据牛顿第二定律有可得对滑块，则有加速度滑块速度先减小到0，此时碰后时间为此时，木板向左的位移为末速度滑块向右位移此后，木块开始向左加速，加速度仍为木块继续减速，加速度仍为假设又经历二者速度相等，则有解得此过程，木板位移末速度滑块位移此后木块和木板一起匀减速。二者的相对位移最大为滑块始终没有离开木板，所以木板最小的长度为【名师点睛】分阶段分析，环环相扣，前一阶段的末状态即后一阶段的初始状态，认真沉着，不急不躁.案例3【2014四川卷】（多选）如图所示，水平传送带以速度v1匀速运动，小物体p、q由通过定滑轮且不可伸长的轻绳相连，t = 0时刻p在传送带左端具有速度v2，p与定滑轮间的绳水平，t = t0时刻p离开传送带。不计定滑轮质量和摩擦，绳足够长。正确描述小物体p速度随时间变化的图象可能是： （ ）【答案】bc【方法技巧】本题关键是由速度的大小关系，分析清楚物块与传送带之间的摩擦力，结合牛顿第二定律，判断物块的运动。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，“”型木块放在光滑水平地面上，木块的水平表面ab粗糙，与水平面成夹角= 37的表面bc光滑。木块右侧与竖直墙壁紧靠在一起，一个可视为质点的滑块从c点由静止开始下滑，滑块在cba运动过程中，滑块运动的速度和时间的关系如图所示.滑块经过b点时无能量损失.（已知sin37= 0.6,cos37= 0.8，取g = 10m/s2)求： （1）斜面bc的长度l；（2）滑块和木块的水平表面ab间的动摩擦因数（3）如果滑块的质量m=2kg，木块的质量m=4kg，最终滑块恰好没有从木块上滑下来，求木块水平ab段的长度lab为多少？【答案】（1）3m（2）0.2（3）6m (3)法一：图象法：木块从1s到3s做初速度为零的匀加速运动，最后与滑块共速，在图象上做木块的速度图象可知：木块的长度为1s3s内梯形的面积减去三角形的面积：（上底+下地）高-底高， 代入数据：法二：由图象可知：a滑=-2m/s2, ff=ma滑=ma木，a木=1m/s2 代入数据：【名师点睛】此题是牛顿第二定律的综合应用问题；解题的关键是从给定的v-t图像中获取信息，找到物体的运动规律，结合图像的物理意义及牛顿定律列方程求解.【趁热打铁】如图甲所示，以速度 v 逆时针匀速转动的足够长的传送带与水平面的夹角为。现将一个质量为 m 的小木块轻轻地放在传送带的上端，小木块与传送带间的动摩擦因数为，则乙图中能够正确地描 述小木块的速度随时间变化关系的图线可能是： （ ）【答案】a【解析】木块放上后一定先向下加速，由于传送带足够长，所以一定有木块速度大小等于传送带速度大小的机会，此时若重力沿传送带向下的分力大小大于最大静摩擦力，则之后木块继续加速，但加速度变小了；而若重力沿传送带向下的分力大小小于或等于最大静摩擦力则木块将随传送带匀速运动，故a正确，bcd错误。【名师点睛】本题关键是加速到速度等于传送带速度后，要分两种情况讨论，即重力的下滑分力小于或等于最大静摩擦力和重力的下滑分力大于最大静摩擦力两种情况。案例2如图12所示，在水平面上有a、b两块相同的质量的木板放在一起不粘连，每块木板长l=1 m，木板与水平面间的动摩擦因数，木板与水平面间的最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，现有一质量的金属块以初速度从a的左端向右滑动，金属块与木板间的动摩擦因数，取10 m/s2，试求：c a b v0 （1）金属块滑上b的左端时速度为多少？（2）金属块停在木块b上何处？（3）整个过程中木块b的位移.【答案】（1）2m/s；（2）m；（3）【解析】（1）ab与地面：fab=1（2m+m）g=8nac间：fac=2mg=8n故开始时ab静止，对c有：v02- v12=22 g，v1=2m/s （4分）（3）此后bc一起减速，a=1g=1m/s2，b位移为：sb=m （4分）【名师点睛】本题主要考查了牛顿第二定律及运动学基本公式的应用，关键是能正确对金属块和木板进行受力分析，正确判断三者的运动情况，难度适中（1）先根据滑动摩擦力公式求出ab与地面之间的摩擦力和ac间摩擦力，判断ab的运动状态，再根据运动学基本公式求出速度；（2）求出bc间和b地间滑动摩擦力，判断滑上b后，金属块和b的运动情况，当金属块和b速度相同时，一起向前做匀减速运动，再根据运动学基本公式求出金属块停在b上的位置和整个过程中木块b的位移【趁热打铁】如图所示，质量m=2kg、长l=1m的木板由不同材质的ab、bc两部分组成，b是木板中点，木板放在光滑水平地面上；质量m=1kg的物块放在木板左端现对物块施加水平向右的力f=4n，使物块向右滑动，物块滑动到b点时撤去拉力，此时木板恰好与右侧墙壁相撞木板ab部分与物块间的动摩擦因数，g=10m/s2abcf（1）求木板与墙壁相撞前的加速度大小；（2）求开始时木板右端与墙壁的距离；（3）木板与墙壁相撞后以原速率返回，物块滑动到木板最右端时二者速度均为零，求木板bc部分与物块间的动摩擦因数【答案】（1）1m/s2（2）0.5m （3）0.6（3）撤去f瞬间两物体速度v物=a物tv板=a板t撤去f后对物体：对木板：物体与木板位移满足解得：【名师点睛】本题采用隔离法分析两个物体的运动情况的同时，关键要把握它们之间的联系，如位移关系、时间关系，运用牛顿定律和运动学公式结合解答.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】如图甲所示，水平地面上有一静止平板车，车上放一质量为m的物块，物块与平板车的动摩擦因数为0.2（设最大静摩擦擦等于滑动摩擦），t0时，车在外力作用下开始沿水平面做直线运动，其vt图象如图乙所示，已知t=12s时，平板车停止运动，此后平板车始终静止g取10 m/s2，在运动过程中物块未从平板车上掉下。（1）求t=3s时物块的加速度；（2）求t=8s时物块的速度；（3）若物块相对平板车的运动会留下痕迹，请求出物块整个运动过程中在平板车上留下的痕迹的长度；【错因】注意平板车与物块是摩擦力最大静摩擦力，还是滑动摩擦力；平板车的加速度是关键。【正解】（1）平板车对物块的摩擦力最大值为fmax=mg，故物块的加速度最大值为但平板车的加速度由图象知为4m/s2amax故平板车不可能与物块一起向右加速，其加速度只能取a1= amax=2m/s2(2)物块向右做加速度为2m/s2的匀加速运动，而平板车则做加速度为a0=4 m/s2的加速运动；当t=t1=6s时，物块速度v1=a1t1=12m/s此后，由图像可知平板车在外力作用下做初速度为v0=24m/s、加速大小为a0=4 m/s2的匀减速运动，开始时物块的速度仍小于平板车的速度，故物块仍加速，直至两者共速。设平板车减速持续时间为t2，两者共速，则：v=v1+a1t2= v0- a0 t2解得：t2=2s，v=16m/s故t=8s时物块的速度为v=16m/s【名师点睛】此题是关于物体与车的相对运动情况，主要考查牛顿定律的综合应用，从而根据运动情况来确定受力情况，并掌握牛顿第二定律的应用，注意分清研究对象，同时掌握读取图象信息的能力。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【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【解析】 由图知：过程为向下匀加速直线运动（加速度向下，失重，）；过程为向下匀速直线（平衡，）；过程为向下匀减速直线运动（加速度向上，超重，）；过程为向上匀加速直线运动（加速度向上，超重，）；过程为向上匀速直线运动（平衡，）；过程为向上匀减速直线运动（加速度向下，失重，）；综合各个过程可知b选项正确。【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。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【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 【2014上海卷】如图，水平地面上的矩形箱子内有一倾角为的固定斜面，斜面上放一质量为m的光滑球。静止时，箱子顶部与球接触但无压力。箱子由静止开始向右做匀加速运动，然后改做加速度大小为a的匀减速运动直至静止，经过的总路程为s，运动过程中的最大速度为v。（1）求箱子加速阶段的加速度大小a。（2）若ag tan，求减速阶段球受到箱子左壁和顶部的作用力。【答案】（1）（2）左壁作用力为0，顶部作用力（2）光滑球不受车厢作用力时，只有自身重力和斜面支持力，水平方向加速度加速度所需要的合力由斜面弹力在水平方向的分力提供，若加速度，则车厢左壁提供弹力满足合力需要，若加速度，则车厢左侧壁 弹力为0.所以当时，左侧壁弹力为0.对小球受力分析如下图水平竖直方向正交分解可得水平方向整理可得，即顶部作用力为【方法技巧】由物体的运动状态分析受力情况，合外力的方向与加速度的方向相同，结合正交分解求解物体的受力。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（多选）如图所示，在原来静止的木箱内，放有a物体，a物体被伸长的弹簧拉住且静止。现发现物体a被拉动，木箱的运动情况可能是： （ ）a.加速下降 b.减速上升 c.匀速向右运动 d.加速向左运动【答案】abd【名师点睛】对物体进行受力分析，可知物体在水平方向受弹力及摩擦力，只有摩擦力减小时物体才会向右运动，分析升降机的运动情况可得出摩擦力的变化是否符合题意【趁热打铁】 电梯在t=0时由静止开始上升，运动的a-t图象如图所示(选取向上为正)，电梯内乘客的质量m050kg，重力加速度g取10 m/s2。下列说法正确的是： （ ）a. 第9s内乘客处于失重状态b. 18 s内乘客处于平衡状态c. 第2s内乘客对电梯的压力大小为550 nd. 第9s内电梯速度的增加量为1 m/s【答案】c【解析】加速度方向向上，物体处于超重状态，加速度方向向下，物体处于失重状态，第9s内加速度为正，方向向上，处于超重状态，只不过加速度在减小，不影响超重失重的判断，a错误；18 s内加速度大小恒定，方向向上，处于超重状态，b错误；第2s内乘客受电梯的支持力和重力，根据牛顿第二定律有，解得，根据牛顿第三定律可得乘客对电梯的压力为550n，c正确；第9s内电梯的加速度平均值小于1，所以第9s内电梯速度的增加量小于1m/s，d错误【名师点睛】当加速度向上时，根据牛顿第二定律可得，即只要加速度向上，则物体处于超重状态，反之，只要加速度方向向下，则物体处于失重状态，该结论需要掌握案例2一位