高考物理二轮复习专题一力与运动第3讲牛顿运动定律的理解和应用学案.docx

第3讲牛顿运动定律的理解和应用历次选考考情分析章知识内容考试要求历次选考统计必考加试2015/102016/042016/102017/042017/112018/04牛顿运动定律牛顿第一定律c1牛顿第二定律cc191919力学单位制b12123牛顿第三定律cc19牛顿运动定律应用dd1919191919超重与失重b128考点一牛顿运动定律的有关辨析1力与物体的运动力的作用效果是改变物体的运动状态，而不是维持物体的运动状态2惯性惯性是物体的固有属性，质量是惯性大小的唯一量度3单位制国际单位制规定了七个基本物理量，分别为长度、质量、时间、热力学温度、电流、发光强度、物质的量它们在国际单位制中的单位称为基本单位，而通过物理量之间的关系式推导出来的物理量的单位叫做导出单位4牛顿第二定律的五性五性5作用力与反作用力和平衡力的区别(1)作用力和反作用力作用在相互作用的两个物体上，平衡力作用在同一个物体上(2)作用力和反作用力是由于相互作用产生的，一定是同种性质的力1力与运动的关系伽利略和牛顿都是物理学发展史上最伟大的科学家下列关于力和运动关系的说法中，不属于他们观点的是()A自由落体运动是一种匀变速直线运动B力是使物体产生加速度的原因C物体都具有保持原来运动状态的属性，即惯性D力是维持物体运动的原因答案D2单位制(2017浙江11月选考2)在国际单位制中，属于基本量及基本单位的是()A质量，千克 B能量，焦耳C电阻，欧姆 D电量，库仑答案A解析国际单位制中基本量有：质量、长度、时间、电流、发光强度、热力学温度、物质的量，故选A.3惯性(2018嘉兴市期末)中华民族的优秀文化博大精深，其中古典诗词是优秀文化的代表从物理角度看古诗词会发现别有一番韵味下面四句诗词中涉及惯性知识的是()A毛泽东的长征中“红军不怕远征难，万水千山只等闲”B唐朝李白的早发白帝城中“朝辞白帝彩云间，千里江陵一日还”C宋代陈与义的襄邑道中中“卧看满天云不动，不知云与我俱东”D明代冯梦龙的醒世恒言中“临崖立马收缰晚，船到江心补漏迟”答案D4牛顿第二定律电梯内有一个物体，质量为m，用绳子挂在电梯的天花板上，当电梯以的加速度竖直加速下降时，绳子对物体的拉力大小为()A. B. C. Dmg答案A5.牛顿第三定律课间休息时，一位男生跟一位女生在课桌面上扳手腕比力气，结果男生把女生的手腕压倒到桌面上，如图1所示，对这个过程中作用于双方的力，描述正确的是()图1A男生扳女生手腕的力一定比女生扳男生手腕的力大B男生扳女生手腕的力与女生扳男生手腕的力一样大C男生扳女生手腕的力小于女生臂膀提供给自己手腕的力D男生扳女生手腕的力与女生臂膀提供给自己手腕的力一样大答案B解析根据牛顿第三定律，男生扳女生手腕的力与女生扳男生手腕的力大小相等考点二牛顿运动定律的应用1超重与失重只要物体有向上(或向下)的加速度，物体就处于超重(或失重)状态，与物体向上运动还是向下运动无关2受力分析中的突变问题(1)轻绳、轻杆和接触面的弹力可以突变(2)弹簧、橡皮筋的弹力不可以突变3解决动力学图象问题的关键(1)看清图象的横、纵坐标所表示的物理量及单位并注意坐标原点是否从0开始(2)理解图象的物理意义，能够抓住图象的一些关键点，如斜率、截距、面积、交点、拐点等，判断物体的运动情况或受力情况，再结合牛顿运动定律求解例1一物块沿倾角为的固定斜面上滑，到达最大高度处后又返回斜面底端已知物块下滑的时间是上滑时间的2倍，则物块与斜面间的动摩擦因数为()A.tan B.tan C.tan Dtan 答案C解析物块上滑的加速度a1gsin gcos ，则xa1t2；物块下滑的加速度a2gsin gcos ，则xa2(2t)2；联立解得tan ，故选C.6(2018宁波市期末)如图2所示，下列关于超重与失重的说法正确的是()图2A图甲中，汽车过凹形桥最低点时，汽车处于超重状态B图乙中，躺在水面上看书的人处于失重状态C图丙中，电梯匀速下降过程中，电梯里的小朋友处于失重状态D图丁中，宇宙飞船在加速上升过程中，坐在飞船里的航天员处于失重状态答案A7.(2018温州市六校期末)在排球比赛中，二传手将排球向上托起，主攻手腾空扣球，如图3所示为了简化问题，现假设某次进攻过程中二传手是将排球竖直向上托起的，已知空气阻力大小与速率成正比，则在排球离开二传手到主攻手击球的这段时间内，排球的速度(v)时间(t)图象可能正确的是()图3答案D解析排球先上升后下降，速度先正后负，故A、C错误由于空气阻力大小与速率成正比，所以排球运动过程中，所受的合力是变化的，加速度也是变化的，vt图象应是曲线，故B错误排球上升过程中，速度减小，空气阻力减小，合力减小，其加速度减小，则vt图象切线的斜率不断减小下降过程中，速度增大，空气阻力增大，合力减小，其加速度减小，则vt图象切线的斜率不断减小，故D正确8(2018宁波市期末)一物体放置在粗糙水平面上，处于静止状态，从t0时刻起，用一水平向右的拉力F作用在物块上，且F的大小随时间从零均匀增大，如图4所示，则下列关于物体的加速度a、摩擦力Ff、速度v随F的变化图象正确的是()图4答案B解析F较小时，物体静止，FFfkt，之后，物体开始滑动，加速度a，物体做a增大的加速运动，故B正确考点三动力学的两类基本问题1解决多过程动力学问题的两个桥梁(1)加速度是联系运动和力的桥梁(2)速度是各物理过程间相互联系的桥梁2解答动力学两类问题的基本程序(1)明确题目中给出的物理现象和物理过程的特点(2)对研究对象进行受力分析和运动过程分析，并画出示意图(3)应用牛顿运动定律和运动学公式求解，通常先用表示相应物理量的符号进行运算，解出所求物理量的表达式，然后将已知物理量的数值及单位代入，通过运算求结果模型1已知运动情况求物体受力例2(2017七彩阳光联盟联考)2017年1月25日，在中央电视台播出的“2016年度科技盛典”节目中，海军电力工程专家马伟明院士表示正在研制“国产003型航母电磁弹射器”(如图5所示)它是由电磁弹射车给飞机一个辅助作用力，使飞机在较短的直跑道上获得较大的速度假定航母处于静止状态，质量为M的飞机利用电磁弹射器起飞，飞机在t0时刻从静止开始在跑道上做匀加速运动，在t1时刻获得发射速度v.此过程中飞机发动机的推力恒为F，阻力恒为Ff.问：图5(1)电磁弹射车对飞机的辅助推力多大？(2)若在t1时刻突然接到飞机停止起飞的命令，立刻将该飞机的推力和电磁弹射车的辅助推力同时反向但大小不变要使飞机能安全停止，则飞行甲板L至少多长？答案(1)FFf(2)解析(1)设飞机在匀加速过程中加速度为a1，由运动学公式得a1，即a1由牛顿第二定律可得FFfF辅Ma1由可得F辅FFf.(2)飞机在匀加速过程中滑行的距离s1为s1t设飞机在减速过程中加速度为a2，由牛顿第二定律得FFfF辅Ma2飞机在减速过程中滑行的距离为s2，由运动学公式得0v22a2s2，可得s2由可得s2要使飞机能安全停止，则飞行甲板长L需满足Ls1s2.9爸爸和孩子们进行山坡滑草运动，该山坡可看成倾角37的斜面，一名孩子连同滑草装置总质量m80 kg，他从静止开始匀加速下滑，在时间t5 s内沿斜面滑下的位移x50 m(不计空气阻力，取g10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)问：(1)该孩子连同滑草装置在下滑过程中受到的摩擦力Ff为多大？(2)滑草装置与草皮之间的动摩擦因数为多大？(3)该孩子连同滑草装置滑到坡底后，爸爸需把他连同装置拉回到坡顶，试求爸爸至少用多大的力才能拉动？答案(1)160 N(2)0.25(3)640 N解析(1)由位移公式有：xat2解得：a m/s24 m/s2沿斜面方向，由牛顿第二定律得：mgsin Ffma代入数值解得：Ffm(gsin a)80(100.64) N160 N(2)在垂直斜面方向上，有：FNmgcos 0又有：FfFN联立并代入数据解得：0.25(3)根据平衡条件，沿斜面方向，有：FFfmgsin 37160 N80100.6 N640 N模型2已知物体受力求运动情况例3有一种公交电车站，车站站台的路轨建得高些，车辆进站时要上坡，出站时要下坡，如图6甲所示，这样既可以节能又可以节省停车所需的时间为简化问题，现设两边倾斜部分AB段和CD段均为直轨道，长度均为L200 m，水平部分BC段长度也为L200 m，站台的高度h未知，如图乙所示，各段道路交接处均为圆滑连接一长度可忽略的电车自站台左前方以v072 km/h的速度驶向站台，为了节能，司机在未到站时即关闭电车电源，经过时间t1100 s后到达A点，接着冲上了倾斜轨道，到达站台上的B点时速度为vB18 km/h，此时司机还需启动刹车系统，使得电车最终正好停在了BC段的中点已知电车在各段轨道上所受摩擦力(不含刹车时所增加的阻力)可认为等于其自身总重力的0.01倍，刹车过程所增加的阻力可看做恒力，空气阻力忽略不计，忽略电车经过各道路交接处的能量损失及可能腾空对研究问题的影响，g取10 m/s2，求：图6(1)电车到达A点时的速度大小vA；(2)电车从站台B点到最终停止所需的时间t；(3)该电车站台的高度h.答案(1)10 m/s(2)40 s(3)1.75 m解析(1)电车从切断电源到A点由牛顿第二定律得001mgma1，解得a10.1 m/s2由运动学公式得vAv0a1t1解得vA10 m/s(2)机车从B点到停止，有LvBt，解得t40 s(3)机车从A点到B点，由运动学公式得vv2a2L，由牛顿第二定律得0.01mgmgsin ma2其中sin 联立解得h1.75 m.10.(201891高中联盟期中)皮划艇是一项激烈的水上比赛项目，如图7所示为静水中某运动员正在皮划艇上进行划水训练，船桨与水间断且周期性的发生作用假设初始阶段中，运动员每次用船桨向后划水的时间t11 s，获得水平向前的持续动力恒为F480 N，而船桨离开水的时间t20.4 s，他与皮划艇的总质量为120 kg，他和皮划艇受到的阻力恒为150 N，并从静止开始沿直线运动在该阶段中：图7(1)他在用船桨划水时与船桨离开水时加速度大小分别为多少？(2)若他从静止开始后，第一次划水后就停止划水，总计皮划艇前行多长距离？(3)若他从静止开始后，2.8 s末速度为多大？答案(1)2.75 m/s21.25 m/s2(2)4.4 m(3)4.5 m/s解析(1)划桨时，FFfma1得：a12.75 m/s2未划桨时：Ffma2得：a21.25 m/s2(2)1 s末速度：v1a1t12.75 m/s滑行总位移：x4.4 m(3)1.4 s末速度：v2v1a2t22.25 m/s24 s末速度：v3v2a1t15 m/s28 s末速度：v4v3a2t24.5 m/s考点四用动力学方法解决传送带问题1在确定研究对象并进行受力分析之后，首先判定摩擦力突变(含大小和方向)点，给运动分段(1)传送带传送的物体所受摩擦力，不论是其大小的突变，还是其方向的突变，都发生在物体的速度与传送带速度相同的时刻(2)物体在传送带上运动时的极值问题大都发生在物体速度与传送带速度相同的时刻(3)v物与v传相同的时刻是运动分段的关键点2判定运动中的速度变化(相对运动方向和对地速度变化)的关键是v物与v传的大小与方向，二者的大小和方向决定了此后的运动过程和状态3考虑传送带长度判定到达临界状态之前是否滑出以及物体与传送带共速以后物体是否一定与传送带保持相对静止一起做匀速运动例4某飞机场利用如图8所示的传送带将地面上的货物运送到飞机上，传送带与地面的夹角30，传送带两端A、B的长度L10 m传送带以v5 m/s的恒定速度匀速向上运动在传送带底端A轻轻放一质量m5 kg的货物(可视为质点)，货物与传送带间的动摩擦因数.求货物从A端运送到B端所需的时间(g取10 m/s2)图8答案3 s解析由牛顿第二定律得：mgcos 30mgsin 30ma解得a2.5 m/s2货物匀加速运动的时间t12 s货物匀加速运动的位移x1at122.522 m5 m随后货物做匀速运动运动位移x2Lx15 m匀速运动时间t21 s总时间tt1t23 s.11.如图9所示，水平传送带AB长L10 m，向右匀速运动的速度v04 m/s，一质量为1 kg的小物块(可视为质点)以v16 m/s的初速度从传送带右端B点冲上传送带，物块与传送带间的动摩擦因数0.4，g取10 m/s2.求：图9(1)物块相对地面向左运动的最大距离；(2)物块从B点冲上传送带再次回到B点所用的时间答案(1)4.5 m(2)3.125 s解析(1)物块的加速度大小ag4 m/s2物块向左匀减速运动，v0时向左运动的距离最大由运动学公式得0v122ax，解得x m4.5 m.(2)物块向左运动速度减为0的时间：t1 s1.5 s由于v1v0，所以物块向右先加速到4 m/s，后匀速到达B点，加速时间为t2 s1 s加速的距离x1t2t21 m2 m所以匀速时间为t3 s0.625 s总时间为：tt1t2t31.5 s1 s0.625 s3.125 s.专题强化练1(2018宁波市重点中学联考)请你利用已经学过的物理知识进行判断，下列说法正确的是()A伽利略通过逻辑推理，推翻了“重物比轻物落得快”的观点B牛顿通过“理想斜面实验”得出“力不是维持物体运动的原因”的观点C汽车上坡时，司机应该使用较高转速的挡位来行驶D超速行驶是安全行车的大敌，其原因是汽车的速度越大，其惯性也越大答案A2电导率是用来描述物质中电荷流动难易程度的参数，为电阻率的倒数，即.用国际单位制中的基本单位表示电导率的单位应为()A. B. C. D.答案B解析由单位制可知电导率的单位为1111，选B.3(2017温州市九校高三上学期期末)根据图1，下列关于运动和力的叙述正确的是()图1A图甲中，运动员在弯道处，若地面摩擦力突然消失，他将沿着半径方向“离心”而去B图乙中，在碗里做匀速圆周运动的小球受到的合外力是恒力C图丙中，在水平直跑道上减速运动的航天飞机，伞对飞机的拉力大于飞机对伞的拉力D图丁中，人在体重计上站起的瞬间指针示数会变大答案D解析A中摩擦力消失，由于惯性，他将沿切线方向飞出；B中小球受到的合外力大小不变，但方向变化，故是变力；C中由相互作用力的关系，伞对飞机的拉力等于飞机对伞的拉力；D中站起瞬间有向上的加速度，人对体重计的压力大于重力，故示数会变大4(2018名校协作体联考)下列情景中属于超重现象的是()答案C5.(2018金华市十校期末)一个质量为50 kg的人，站在竖直方向运动着的升降机地板上他看到升降机上弹簧测力计挂着一个质量为5 kg重物，弹簧测力计的示数为40 N，重物相对升降机静止，如图2所示，则(g取10 m/s2)()图2A升降机一定向上加速运动B升降机一定向上减速运动C人对地板的压力一定为400 ND人对地板的压力一定为500 N答案C解析对重物，由mgFma得a2 m/s2，方向竖直向下，升降机可能减速上升或者加速下降；对人，由MgFNMa得FN400 N，故C正确6(2018金、丽、衢十二校联考)滑沙是国内新兴的旅游项目，如图3甲所示，即乘坐滑板从高高的沙山顶自然下滑，随着下滑速度的加快，在有惊无险的瞬间体味到了刺激和快感其运动可以简化为如图乙所示，一位游客先后两次从静止下滑，下列vt图象中实线代表第一次从较低位置滑下，虚线代表第二次从较高位置滑下，假设斜面和地面与滑板之间的动摩擦因数相同，忽略空气阻力，拐弯处速度大小不变，则vt图象正确的是()图3答案D解析设滑板与沙之间的动摩擦因数为，斜面与水平面之间的夹角为，当游客与滑板沿斜面向下运动时，ma1mgsin mgcos ，则：a1gsin gcos ，可知，向下滑动的加速度与斜面的高度无关，则在vt图中两次加速的过程图线是重合的；在水平面上减速的过程中：ma2mg，所以：a2g，可知减速过程中的加速度也是大小相等的，则两次减速过程中的vt图线是平行线，故A、B、C错误，D正确7(2017温州市9月选考)2017年6月5日起温州司乘人员(包括后排)不系安全带都将被罚款，假定某次紧急刹车时，由于安全带的作用，质量为70 kg的乘员获得约6 m/s2的加速度，则安全带对乘员的作用力约为()A200 N B400 NC600 N D800 N答案B8(2018嘉兴市第一中学期中)质量为m的物块在倾角为的固定粗糙斜面上匀加速下滑现对物块施加一个竖直向下的恒力F，如图4所示，则物块的加速度大小将()图4A变大 B变小C不变 D以上情况都有可能答案A解析质量为m的物块在倾角为的固定粗糙斜面上匀加速下滑，加速度大小ag(sin cos )对物块施加一个竖直向下的恒力F，对物块受力分析如图，则物块的加速度大小a1(g)(sin cos )a故A正确，B、C、D错误9(2018宁波市重点中学联考)1966年科学家曾在太空中完成了测定质量的实验如图5所示，实验时，用双子星号宇宙飞船m1，去接触正在轨道上运行的火箭组m2(火箭组的发动机已经熄火)接触以后，开动双子星号飞船的推进器，使飞船和火箭组共同加速，测得7 s飞船和火箭组的速度变化量为0.91 m/s.若飞船与火箭组接触前开动双子星号飞船的推进器(推进器两次工作状态相同)，使飞船加速，测得5 s内飞船的速度变化量为1.32 m/s.已知双子星号宇宙飞船的质量m13 400 kg，则火箭组的质量m2约为()图5A1 500 kg B3 500 kgC5 000 kg D6 000 kg答案B解析对飞船和火箭组整体，由牛顿第二定律，有：F(m1m2)a由运动学公式有a m/s20.13 m/s2，对飞船，a m/s20.264 m/s2.且有Fm1a，解得：m23 500 kg.10(2017嵊州市高级中学期末)已知雨滴在空中运动时所受空气阻力F阻kr2v2，其中k为比例系数，r为雨滴半径，v为其运动速率t0时，雨滴由静止开始下落，加速度用a表示落地前雨滴已做匀速运动，速率为v0.下列图象中不正确的是()答案D解析由mgF阻ma得，雨滴先加速下落，随着v增大，阻力F阻增大，a减小，a0时，vv0不再变化，故A、B正确；又mgkr2v02，v02，又mr3，得v02r，故v02与r成正比关系，故C正确，D错误11.如图6所示，光滑水平面上，水平恒力F拉小车和木块一起做匀加速直线运动，小车质量为M，木块质量为m，它们的共同加速度为a，木块与小车间的动摩擦因数为.则在运动过程中()图6A木块受到的摩擦力大小一定为mgB木块受到的合力大小为(Mm)aC小车受到的摩擦力大小为D小车受到的合力大小为(Mm)a答案C解析木块与小车共同加速，木块受到静摩擦力，由牛顿第二定律Ffma，A、B错误；小车受到的合外力为Ma，D错误；对小车和木块整体：F(Mm)a，对木块：Ffma，由牛顿第三定律得小车受到的摩擦力大小也为，C正确12.如图7所示，足够长的水平传送带以v02 m/s的速度顺时针匀速运行t0时，在传送带的最左端轻放一个小滑块，t2 s时，传送带突然制动停下已知滑块与传送带之间的动摩擦因数为0.2，g10 m/s2.在下图中，关于滑块相对地面运动的vt图象正确的是()图7答案D解析滑块刚放在传送带上时受到滑动摩擦力作用做匀加速运动，ag2 m/s2，滑块运动到与传送带速度相同时需要的时间t11 s，然后随传送带一起匀速运动的时间t2tt11 s，当传送带突然制动停下时，滑块在传送带的滑动摩擦力作用下做匀减速运动直到静止，aa2 m/s2，运动的时间t31 s，选项D正确13.水平传送带被广泛应用于机场和火车站，用于对旅客的行李进行安全检查如图8所示为一水平传送带装置示意图，绷紧的传送带AB始终保持v1 m/s的恒定速率运行旅客把行李无初速度地放在A处，设行李与传送带之间的动摩擦因数0.1，A、B间的距离为2 m，g取10 m/s2.若乘客把行李放在传送带上的同时也以v1 m/s的恒定速度平行于传送带运动到B处取行李，则()图8A乘客与行李同时到达BB乘客提前0.5 s到达BC行李提前0.5 s到达BD若传送带速度足够大，行李最快也要3 s才能到达B答案B解析行李在传送带上先加速运动，然后再和传送带一起匀速运动，由牛顿第二定律，得mgma，解得a1 m/s2.设行李做匀加速运动的时间为t1，行李加速运动的末速度为v1 m/s，由vat1，代入数值得t