【状元之路】高中物理 3.1牛顿运动定律课件 新人教版必修1.ppt

3 1牛顿运动定律 知识精要高效梳理 知识备考 一 牛顿第一定律 惯性定律 1 内容 一切物体总保持静止状态或匀速直线运动状态 直到有外力迫使它改变这种状态为止 2 意义 1 揭示了力和运动的关系 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 从而推翻了亚里士多德 力是维持物体运动的原因 的错误观点 2 揭示了任何物体都有保持原来运动状态的性质 惯性 二 惯性1 定义 物体所具有的保持静止状态或匀速直线运动状态的性质叫惯性 2 说明 1 惯性是物体本身的固有属性 与物体的受力情况无关 与物体的运动状态无关 与物体所处的地理位置无关 一切物体都具有惯性 2 质量是物体惯性大小的唯一量度 质量越大惯性也越大 3 惯性不是一种力 惯性的大小反映了改变物体运动状态的难易程度 三 牛顿第二定律1 内容 物体的加速度与所受合外力成正比 与物体的质量成反比 加速度的方向与合外力的方向相同 2 公式 f合 ma 3 适用范围 宏观物体 低速运动 四 牛顿第三定律1 内容 两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等 方向相反 作用在同一直线上 2 表达式 f f 3 说明 作用力与反作用力有 三同三不同 1 三同 大小相同 性质相同 例 如果是弹力都是弹力 产生 存在 消失 变化 具有同时性 2 三不同 方向不同 作用的对象不同 作用的效果不同 五 力学单位制在力学中 选用质量 长度 时间三个物理量的单位作为基本单位 选定基本单位后 由物理公式推导出的单位叫导出单位 基本单位和导出单位一起组成单位制 双基精练自主探究 基础备考1 关于力与运动的关系 下列描述正确的是 a 在物体的运动方向上一定有牵引力b 受外力的物体 其状态一定改变c 当物体的运动状态变化时 它一定受到外力作用d 做匀速直线运动的物体一定不受外力作用 解析 在物体的运动方向上一定有牵引力 是实际生活中的感受 但是当物体在光滑水平面上运动时 在运动方向上并不需要牵引力 a选项是错误的 由牛顿第一定律可知 不受外力的物体 状态将不发生变化 但是根据平衡条件 物体受到外力作用 只要外力的合力为零 它的状态同样不发生变化 b选项是错误的 物体的运动状态发生变化 一定是外力作用的结果 且外力的合力不是零 c选项是正确的 做匀速直线运动的物体 可能是不受外力作用 也可能是外力的合力为零 d选项是错误的 答案 c 2 关于牛顿第一定律的下列说法中 正确的是 a 牛顿第一定律是实验定律b 牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因c 惯性定律与惯性的实质是相同的d 物体的运动不需要力来维持 解析 牛顿第一定律是理想状态下的运动规律 反映的是物体在不受外力的条件下遵循的运动规律 而自然界中不受力的物体是不存在的 故a错误 惯性是物体保持原有运动状态不变的一种性质 惯性定律即牛顿第一定律则反映物体在一定条件下的运动规律 显然c也不正确 由牛顿第一定律可知 物体的运动不需要力来维持 但要改变物体的运动状态 则必须有力的作用 故b d正确 答案 bd 3 2008 广东理科基础 质量为m的物体从高处静止释放后竖直下落 在某时刻受到的空气阻力为ff 加速度为a 1 3g 则ff的大小是 a ff 1 3mgb ff 2 3mgc ff mgd ff 4 3mg解析 由牛顿第二定律a f合 m mg ff m 1 3g可得空气阻力大小ff 2 3mg b选项正确 答案 b 4 一物体在2n的外力作用下产生10cm s2的加速度 求该物体的质量 下面有几种不同的求法 其中单位运用正确 简洁而又规范的是 a m f a kg 0 2kg 答案 d 5 一物体受绳子的拉力作用由静止开始前进 先做加速运动 然后改为匀速运动 再改做减速运动 则下列说法中正确的是 a 加速前进时 绳子拉物体的力大于物体拉绳子的力b 减速前进时 绳子拉物体的力小于物体拉绳子的力c 只有匀速前进时 绳子拉物体的力与物体拉绳子的力大小相等d 不管物体如何前进 绳子拉物体的力与物体拉绳子的力大小总相等 解析 绳子拉物体的力与物体拉绳子的力是一对作用力和反作用力 不管物体间的相互作用力的性质如何 物体的运动状态如何 物体间的相互作用力都遵循牛顿第三定律 即作用力和反作用力总是等大 反向 作用在同一条直线上的 所以d对 答案 d 疑难精讲名师解疑 能力备考疑难点一 牛顿第一定律是由实验直接总结出来的吗 名师在线 在实验中不受力的物体是不存在的 牛顿第一定律不能用实验直接验证 但是牛顿第一定律是建立在大量的实验现象的基础上 通过思维的逻辑推理而发现的 例如 伽利略的理想实验 疑难点二 由牛顿第二定律可知 当合外力为零时 物体的加速度为零 物体做匀速直线运动或静止 所以牛顿第一定律是牛顿第二定律的特例 你认为对吗 请说明 名师在线 牛顿第一定律定性地指出了力与运动的关系 力是改变物体运动状态的原因 特别是指出了在不受力的理想情况下物体的运动状态 静止或匀速运动 牛顿第二定律定量地指出了力与运动的关系 f ma 因此牛顿第一定律不是牛顿第二定律的特例 它们是两个不同的定律 疑难点三 作用力与反作用力和平衡力有哪些相同点和不同点 请归纳说明 名师在线 作用力与反作用力和平衡力的比较 易错点拨自我完善 误区备考 易错点一仅凭生活经验而不运用物理规律解答问题导致出错自我诊断1春天 河边的湿地很松软 人在湿地上行走时容易下陷 在人下陷时 a 人对湿地地面的压力等于他受的重力b 人对湿地地面的压力大于他受的重力c 人对湿地地面的压力大于湿地地面对他的支持力d 人对湿地地面的压力等于湿地地面对他的支持力 解析 人受重力g和湿地地面对他的支持力 在人下陷时 人的加速度方向向下 根据牛顿第二定律得g ma 所以 g 设人对湿地地面的压力大小为 根据牛顿第三定律得 所以人对湿地地面的压力小于他受的重力 选项a b错 人对湿地地面的压力等于湿地地面对他的支持力 选项c错 d对 答案 d 易错点二不理解 力是改变物体运动状态的原因 而出错自我诊断2图3 1 1如图3 1 1所示 一个劈形物体a 各面均光滑 放在固定的斜面上 上表面水平 在上表面上放一个光滑小球b 劈形物体从静止开始释放 则小球在碰到斜面前的运动轨迹是 a 沿斜面向下的直线b 竖直向下的直线c 曲线d 抛物线 解析 此题考查的知识点是 力是改变物体运动状态的原因 在劈形物体a沿斜面下滑的过程中 小球b在水平方向不受任何外力作用 小球与斜面之间光滑 所以小球在水平方向将保持原来的静止状态 而在竖直方向将在重力与支持力的共同作用下向下做直线运动 本题是易错题 造成错误的原因是没有将题中理想光滑的物理过程与实际过程相区别 而得出小球将随劈形物体a在水平方向运动的错误结论 如果将此题中小球的运动过程画状态图 可以用图3 1 2体现运动过程 答案 b 题型研练互动探究 方法备考牛顿第一定律 惯性 例1 以下说法中正确的是 a 运动得越快的汽车越不容易停下来 这是因为汽车运动得越快 其惯性越大的缘故b 物体匀速运动时 存在惯性 物体做变速运动时 不存在惯性c 同一物体 放在赤道上比放在两极时惯性小d 物体的惯性大小只与物体的质量有关 与其他因素无关 解析 质量是惯性大小的唯一量度 质量越大 物体的惯性就越大 汽车的质量一定 其惯性大小就一定 与汽车运动的速度无关 运动状态改变的难易程度是指用相同大小的力作用于不同物体上 在相同的时间内 速度改变越大的 运动状态越容易改变 其惯性越小 故a选项错误 惯性是物体的固有属性 不论物体是否运动 做什么样的运动 是否受到力 都具有惯性 故b选项错误 尽管同一物体在赤道上的重力比在两极上小 但是 同一物体的质量是一定的 因而惯性也是一定的 故c选项错误 本题正确选项为d 答案 d 方法总结 惯性是物体的固有属性 不论物体处于什么位置 做何种运动 受力情况如何 都具有惯性 惯性大小只与质量有关 与其他因素无关 质量大的物体惯性大 创新预测1就一些实际生活中的现象 某同学试图从惯性角度加以解释 其中正确的是 a 采用了大功率的发动机后 某些一级方程式赛车的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度 这表明可以通过科学进步使小质量的物体获得大惯性b 射出枪膛的子弹在运动相当长一段距离后连一件棉衣也穿不透 这表明它的惯性变小了c 货运列车运行到不同的车站时 经常要摘下或加挂一些车厢 这会改变它的惯性d 摩托车转弯时 车手一方面要控制适当的速度 另一方面要将身体稍微向里倾斜 通过调控人和车的惯性达到转弯的目的 解析 采用了大功率的发动机后 某些一级方程式赛车的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度 原因是功率变大了 a错 射出枪膛的子弹在运动相当长一段距离后连一件棉衣也穿不透 原因是子弹对棉衣的作用力太小 但子弹的惯性不变 b错 摩托车转弯时 车手一方面要控制适当的速度 另一方面要将身体稍微向里倾斜 通过调控保持人和车的平衡 但整体的惯性不变 d错 应选择c 答案 c 题型二牛顿第三定律的理解和应用 例2 物体静止于水平桌面上 则 a 桌面对物体的支持力的大小等于物体的重力 这两个力是一对平衡力b 物体所受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 这两个力是同一种性质的力d 物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对平衡力 图3 1 3 解析 物体和桌面受力情况如图3 1 3所示 因物体处于平衡状态 且fn与g作用于同一物体 因此fn和g是一对平衡力 故a项正确 对b选项 因作用力和反作用力分别作用在两个物体上 而物体所受的重力和桌面对它的支持力都作用在物体上 故b项错 对c选项 因压力是弹力 而弹力与重力是性质不同的两种力 故c项错 对d选项 由于支持力和压力是物体与桌面相互作用 挤压 而产生的 因此fn和fn 是一对作用力和反作用力 故d项错 本题应选择a 答案 a 方法总结 一对相互作用力总保持大小相等 方向相反 作用在同一直线上 与物体的运动状态无关 创新预测2利用牛顿第三定律 有人设计了一种交通工具 如图3 1 4所示 在平板车上装了一个电风扇 风扇转动时吹出的风全部打到竖直固定在小车中间的风帆上 靠风帆受力而向前运动 对这种设计 下列分析中正确的是 a 根据牛顿第二定律 这种设计能使小车运行b 根据牛顿第三定律 这种设计能使小车运行c 这种设计不能使小车运行 因为它违反了牛顿第二定律d 这种设计不能使小车运行 因为它违反了牛顿第三定律 图3 1 4 解析 风从风扇吹出时 根据牛顿第三定律 风会给风扇一个向后的反作用力 风吹到风帆时 对风帆有一个向前的力 因此对于整个装置而言 作用力和反作用力都是内力 小车不会运动 故选d 答案 d 题型三牛顿第二定律的应用 例3 一倾角为30 的斜面上放一木块 木块上固定一支架 支架末端用细线悬挂一小球 木块在斜面上下滑时 小球与木块相对静止 如图3 1 5所示 当细线 1 沿竖直方向 2 与斜面方向垂直 3 沿水平方向时 求木块下滑的加速度 图3 1 5 解析 由题意知 小球与木块的加速度相等 必定沿斜面方向 答案 1 0 2 gsin 方向沿斜面向下 3 gsin 方向沿斜面向下方法总结 解答牛顿第二定律问题时常用到力的合成法 正交分解法等 创新预测3如图3 1 7所示 质量为m的人站在自动扶梯上 扶梯正以加速度a向上减速运动 a与水平方向的夹角为 求人所受到的支持力和摩擦力 图3 1 7 解析 方法一 以人为研究对象 他站在减速上升的电梯上 受到竖直向下的重力mg和竖直向上的支持力fn 还受到水平方向的静摩擦力f 由于物体斜向下的加速度有一个水平向左的分量 故可判断静摩擦力的方向水平向左 人受力如图3 1 8 a 所示 建立如图所示的坐标系 并将加速度分解为水平方向的加速度ax和竖直方向的加速度ay 如图3 1 8 b 所示 则ax acos ay asin 由牛顿第二定律得f max mg fn may 解得f macos fn m g asin 方法二 以人为研究对象 受力分析如图3 1 9所示 因摩擦力f为待求 且必沿水平方向 设为水平向右 建立如图所示坐标系 并规定正方向 根据牛顿第二定律得 x方向 mgsin fnsin fcos ma y方向 mgcos fsin fncos 0 由以上两式可解得fn m g asin f macos f为负值 说明摩擦力的实际方向与假设方向相反 为水平向左 答案 m g asin 方向竖直向上macos 方向水平向左 题型四瞬时加速度的求解 例4 如图3 1 10 a 所示 一质量为m的物体系于长度分别为l1 l2的两根细线上 l1的一端悬挂在天花板上 与竖直方向夹角为 l2水平拉直 物体处于平衡状态 现将线l2剪断 求剪断细线瞬时物体的加速度 1 下面是某同学对该题的某种解法 解 设线l1上拉力为ft1 线l2上拉力为ft2 重力为mg 物体在三力作用下处于平衡状态 ft1cos mg ft1sin ft2 解得ft2 mgtan 剪断线l2的瞬间 ft2突然消失 物体却在ft2反方向获得加速度 因为mgtan ma 所以加速度a gtan 方向在ft2的反方向上 你认为这个结果正确吗 说明理由 2 若将图3 1 10 a 中的细线l1改为长度相同 质量不计的轻弹簧 如图3 1 10 b 所示 其他条件不变 求解的步骤和结果与 1 完全相同 即a gtan 你认为这个结果正确吗 请说明理由 解析 1 这个结果是错误的 当线l2被剪断的瞬间 因ft2突然消失 而引起l1上的张力发生突变 使物体的受力情况改变 瞬时加速度沿垂直l1斜向下方 由牛顿第二定律得mgsin ma 得a gsin 2 这个结果是正确的 当线l2被剪断时 ft2突然消失 而弹簧的形变还来不及变化 变化要有一个过程 不能突变 因而弹簧的弹力ft1不变 它与重力的合力与ft2等值反向 由平衡条件和牛顿第二定律得ft1cos mg 0 ft1sin ma 解得a gtan 答案 见解析 方法总结 分析物体的瞬时加速度问题 关键是分析瞬时前后的受力情况及运动状态 再由牛顿第二定律求出瞬时加速度 此类问题应注意两种基本模型的建立 1 钢性绳 或接触面 认为是一种不发生明显形变就能产生弹力的物体 若剪断 或脱离 后 其中弹力立即消失 不需要形变恢复时间 一般题目中所给细线和接触面在不加特殊说明时 均可按此模型处理 2 弹簧 或橡皮绳 此种物体的特点是形变量大 形变恢复需要较长时间 在瞬时问题中 其弹力的大小往往可以看成不变 创新预测4如图3 1 11所示 在光滑的水平面上 质量分别为m1和m2的木块a和b之间用轻弹簧相连 在拉力f作用下 以加速度a做匀加速直线运动 某时刻突然撤去拉力f 此瞬时a和b的加速度为a1和a2 则 a a1 a2 0b a1 a a2 0 解析 该题中拉力f突然减小至零 而a b因为惯性 速度不能突变 则a b间距离不会突变 即弹簧弹力不能突变 首先研究整体 则拉力f的大小为 f m1 m2 a 突然撤去拉力f 以a为研究对象 由于弹簧在短时间内弹力不会发生突变 所以a物体受力不变 其加速度a1 a 以b为研究对象 在没有撤去f时 f f m2a 而f m1 m2 a 所以f m1a 撤去f 则有 f m2a2 所以a2 m1m2a 故选项d正确 答案 d 高效作业自我测评 技能备考一 选择题1 下列关于惯性的说法正确的是 a 汽车受到外力时惯性消失b 汽车速度越大越难停下来 表明速度越大惯性越大c 在宇宙飞船中的物体处于完全失重状态 所以没有惯性d 兵乓球可以快速抽杀 是因为乒乓球的惯性小 答案 d解析 惯性是物体的固有属性 质量是惯性大小的唯一量度 惯性与所处的运动状态无关 与物体是否受力无关 所以选项a b c均错 正确选项为d 2 伽利略的理想实验证明了 a 要物体运动必须有力作用 没有力作用物体将静止b 要物体静止必须有力作用 没有力作用物体就运动c 物体不受外力作用时 一定处于静止状态d 物体不受外力作用时 总保持原来的匀速直线运动或静止状态答案 d解析 由实验的原理和过程可以得出答案为d 3 有一次学校组织的拔河比赛中甲队胜 乙队负 在分析总结会上有以下几种说法 正确的是 a 由于甲队胜 乙队负 所以甲队拉乙队的力大于乙队拉甲队的力b 只有在两队相持不动时 两队拉力才大小相等c 不管什么情况下两队的拉力大小总是相等的d 甲队胜 乙队负是因为甲队与地面间的最大静摩擦力大于乙队与地面间的最大静摩擦力答案 cd 解析 两个物体之间的作用力和反作用力 大小相等 方向相反的规律 与两个物体分别受其他外力无关 至于每个物体的运动情况与各自所受合外力有关 因此不能因物体的运动状态不同而否定了牛顿第三定律 只要是两个物体间的作用力和反作用力 就大小相等方向相反 所以a b项错 c对 甲队的最大静摩擦力大于乙队拉甲队的力 因此甲队不动而获胜 甲队拉乙队的力大于乙队的最大静摩擦力 乙队负 所以d对 4 一个物体在几个力作用下处于静止状态 若保持其他力不变 将其中一个力f1逐渐减小到零 方向保持不变 然后又将f1逐渐恢复原状 在这个过程中 物体的 a 加速度增大 速度增大b 加速度减小 速度增大c 加速度先增大后减小 速度增大d 加速度和速度都是先增大后减小答案 c 解析 当物体静止时 其他力的合力与f1等大 反向 在f1减小到零的过程中 合力增大 加速度增大 在f1再增大的过程中合力减小 但方向不变 所以加速度减小 速度增大 因此正确选项为c 5 2008 高考广东卷 伽利略在著名的斜面实验中 让小球分别沿倾角不同 阻力很小的斜面从静止开始滚下 他通过实验观察和逻辑推理 得到的正确结论有 a 倾角一定时 小球在斜面上的位移与时间成正比b 倾角一定时 小球在斜面上的速度与时间成正比c 斜面长度一定时 小球从顶端滚到底端时的速度与倾角无关d 斜面长度一定时 小球从顶端滚到底端所需的时间与倾角无关 答案 b解析 小球运动的加速度a gsin 位移x gt2sin a d错误 速度v gtsin b正确 v l为斜面长度 c错误 6 如图3 1 12所示 质量为10kg的物体静止在平面直角坐标系xoy的坐标原点 某时刻只受到f1和f2的作用 且f1 10n f2 102n 则物体的加速度 g取10m s2 a 方向沿y轴正方向b 方向沿y轴负方向c 大小等于1m s2d 大小等于2m s2 答案 c解析 fy f1 f2cos45 0 fx f2sin45 10n 故方向沿x轴正方向 7 就一些实际生活中的现象 某同学试图从惯性角度加以解释 其中正确的是 a 采用了大功率的发动机后 某些一级方程式赛车的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度 这表明可以通过科学进步使小质量的物体获得大惯性b 射出枪膛的子弹在运动相当长一段距离后连一件棉衣也穿不透 这表明它的惯性变小了c 货运列车运行到不同的车站时 经常要摘下或加挂一些车厢 这会改变它的惯性 d 摩托车转弯时 车手一方面要控制适当的速度 另一方面要将身体稍微向里倾斜 通过调控人和车的惯性达到转弯的目的答案 c 解析 采用了大功率的发动机后 某些一级方程式赛车的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度 原因是功率变大了 a错 射出枪膛的子弹在运动相当长一段距离后连一件棉衣也穿不透 原因是子弹对棉衣的作用力太小 但子弹的惯性不变 b错 摩托车转弯时 车手一方面要控制适当的速度 另一方面要将身体稍微向里倾斜 通过调控保持人和车的平衡 但整体的惯性不变 d错 应选择c 8 2009 广东卷 搬运工人沿粗糙斜面把一个物体拉上卡车 当力沿斜面向上 大小为f时 物体的加速度为a1 若保持力的方向不变 大小变为2f时 物体的加速度为a2 则 a a1 a2b a1 a2 2a1c a2 2a1d a2 2a1答案 d 解析 当拉力为f时有a1 当拉力为2f时有可知a2 2a1 d对 9 2009 北京卷 如图3 1 13所示 将质量为m的滑块放在倾角为 的固定斜面上 滑块与斜面之间的动摩擦因数为 若滑块与斜面之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力大小相等 重力加速度为g 则 a 将滑块由静止释放 如果 tan 滑块将下滑b 给滑块沿斜面向下的初速度 如果 tan 滑块将减速下滑c 用平行于斜面向上的力拉滑块向上匀速滑动 如果 tan 拉力大小应是2mgsin d 用平行于斜面向下的力拉滑块向下匀速滑动 如果 tan 拉力大小应是mgsin 答案 c解析 对处于斜面上的物块受力分析 要使物块沿斜面下滑则mgsin mgcos 故 tan 故ab错误 若要使物块在平行于斜面向上的拉力f的作用下沿斜面匀速上滑 由平衡条件有 f mgsin mgcos 0 故f mgsin mgcos 若 tan 则mgsin mgsin 即f 2mgsin 故c正确 若要使物块在平行于斜面向下的拉力f作用下沿斜面向下匀速滑动 由平衡条件有 f mgsin mgcos 0 则f mgcos mgsin 若 tan 则mgsin mgcos 即f 0 故d项错误 10 质量为m的小车放在光滑水平面上 小车上用细线悬挂另一质量为m的小球 且m m 用一力f水平向右拉小球 使小球和小车一起以加速度a向右运动 细线与竖直方向成 角 细线的拉力为f1 如图3 1 14 a 若用一力f 水平向左拉小车 使小球和车一起以加速度a 向左运动时 细线与竖直方向也成 角 细线的拉力为f1 则 a a a f1 f1b a a f1 f1c a a f1 f1d a a f1 f1 答案 b解析 先以小球为研究对象 两球竖直方向加速度为零 合外力为零 所以两球所受绳子拉力的竖直分力相等 都等于小球重力 又因为两细绳与竖直方向夹角相等 所以两绳拉力相等 即f1 f1 对 a 图选小车为研究对象 由牛顿第二定律得 对 b 图选小球为研究对象 由牛顿第二定律得 因f1 f1 m m 所以a a 综上所述 可知选项b正确 11 如图3 1 15所示 自由落下的小球 从接触竖直放置的弹簧开始到弹簧的压缩量最大的过程中 小球的速度及所受的合外力的变化情况是 a 合力变小 速度变小b 合力变小 速度变大c 合力先变小后变大 速度先变大后变小d 合力先变大后变小 速度先变小后变大 答案 c解析 速度大小的变化情况取决于加速度的方向与速度方向的关系 当两者同向时小球做加速运动 当两者反向时小球做减速运动 而加速度是由合外力决定的 所以对小球进行受力分析成为解答此题的关键 小球接触弹簧上端后受两个力作用 竖直向下的重力和竖直向上的弹力 在接触后的开始阶段 重力大于弹力 合力竖直向下 因为弹力 f kx 不断增大 所以合力不断减小 故加速度也不断减小 由于加速度与速度同向 因此速度不断变大 当弹力增大到与重力大小相等时 合外力为零 加速度为零 速度达到最大 此位置叫