河北省唐山市丰南区第一中学2012高三物理一轮复习 第三章 牛顿运动定律教学案 新人教版.doc

第三章 牛顿运动定律本章是高中物理的重点内容，是解决力学问题的三大途径之一，是物理学各分科间、物理学与其它学科间、以及物理学与生产实际相结合的重要纽带同时还渗透了“构建物理模型”、“整体法与隔离法”、“力和运动的关系”、“临界问题”等物理学思想方法，对学好电磁学、热学等各类知识有广泛而深远的影响可以说，牛顿定律是高中物理学的重要基石本章及相关内容知识网络：牛顿定律牛顿第一定律牛顿第二定律牛顿第三定律动力学分析的基本问题：受力情况 a 运动情况F0，匀速直线FC，匀变速运动F变化，变加速运动FV0：匀变速直线FV0：匀变速曲线（类平抛）F大小恒定方向总和速度垂直：匀速圆周Fkx：简谐振动专题一 牛顿第一定律 惯性【考点透析】一、本专题考点 牛顿第一定律和惯性是类要求，既能够确切理解其含义及与其它知识的联系，能够用它解决生活中的实际问题在高考中主要考查方向是运用牛顿第一定律的知识解释科技、生产、生活中的物理现象和进行定性判断二、理解和掌握内容1知识点的理解 牛顿第一定律的内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止惯性：物体保持匀速直线运动或静止状态的性质叫惯性惯性是物体的固有属性，与物体的运动及受力情况无关物体的惯性仅由质量决定，质量是惯性大小的量度2几点说明：不受力的物体是不存在的，牛顿第一定律不能用实验来直接验证，它是伽利略在大量实验现象的基础上，通过思维逻辑推理（既理想实验）方法得出的 牛顿第一定律是独立定律，不能简单认为它是牛顿第二定律在不受力时的特例，事实上，牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础，描述的是物体不受外力时的运动规律牛顿第一定律的意义在于指出了一切物体均有惯性，指出力不是物体运动的原因而是改变物体运动状态使物体产生加速度的原因惯性不是力，惯性是物体保持匀速直线运动或静止状态的性质，而力是物体对物体的作用，惯性和力是两个不同的概念3难点释疑 有的同学认为“惯性与物体的运动有关，速度大惯性大，速度小惯性小”，理由是物体的速度大则不易停下，速度小则易停下产生这种错误的原因是把“惯性大小表示运动状态改变的难易程度”错误的理解成“惯性大小表示把物体由运动变为静止的难易程度”事实上，在受到了相同阻力情况下，有相同的质量而速度不同的物体，在相同的时间内速度减少量是相同的这就充分说明了质量相同的物体，它们运动状态改变的难易程度惯性是相同的，与速度大小无关4综合创新 牛顿定律给人们定义了一种参考系：一个不受外力作用的物体在这个参考系中观察将保持静止或匀速直线运动状态，这个参考系称为惯性系研究地面上物体的运动时，地面参考系可认为是惯性系，相对于地面做匀速直线运动的参考系，也是惯性系，相对于地面做变速运动的物体就称为非惯性系牛顿定律只在惯性系成立【例题精析】例1下列关于生活中常见的现象的说法正确的是（ ）A运动越快的汽车越不易停下，是因为汽车运动越快，惯性越大B骑车的人只有静止或匀速直线运动时才有惯性C跳水运动员跳起后能继续上升，是因为运动员仍受到一个向上的推力D人推车的力是改变车惯性的原因E汽车的牵引力是使汽车产生加速度的原因解析：物体的惯性仅由质量决定，与物体的运动及受力情况无关，所以ABC均错力是改变物体运动状态原因故E正确思考与拓宽：大家不妨以“假如生活中没有了惯性”为标题展开联想，写一篇科普小论文，谈谈那将如何改变我们的生活例2 一向右运动的车厢顶部悬挂两单摆M、N，如图31，某瞬时出现如图情形，由此可知，车厢运动情况及单摆相对车厢运动情况可能为（ ）A 车匀速直线运动，M摆动，N静止B 车匀速直线运动，M摆动，N摆动C 车匀速直线运动，M静止，N摆动D 车匀加速直线运动，M静止，N静止解析：由牛顿第一定律，当车匀速直线运动时，相对车厢静止的物体其悬线应为竖直，故M正在摆动；N可能相对车厢静止，也可能恰好摆到如图位置，故选项A B正确，C错误当车匀加速运动时，由于物体的合外力向右，不可能出现N球悬线竖直情况，故选项D错误思考与拓宽：要正确理解牛顿第一定律，就要去除日常生活中的一些错误观点如我们常看到的一些物体都是在推力和拉力作用下运动的，以至于我们一看到物体在运动，就认为物体必受一沿运动方向的动力，这显然是错误的若没有阻力作用就不需要推力或牵引力，力不是维持物体运动的原因，是使物体产生加速度的原因【能力提升】 知识与技能1关于一些生活中常见的现象，下列说法正确的是（ ）A一同学用手推不动原来静止的小车，于是说：这辆车惯性太大B在轨道上飞行的宇宙飞船中的物体不存在惯性C乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球的惯性小的缘故D静止的火车起动较慢，是因为火车静止时惯性大2如图3-2所示，一个各面均光滑的劈形物体M，上表面水平，放在固定斜面上在M的水平面上放一光滑小球m将M由静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹为（ ）A沿斜面向下的直线B竖直向下的直线C无规则的直线D抛物线3在水平轨道上匀速行驶的火车内，一个人向上跳起，发现仍落回原处，这是因为（ ）A人跳起后空气给它向前的力，带着它随火车一起向前运动B人跳起的瞬间，车厢的地板给它向前的力，推动它随火车一起向前运动C车继续动人落下后必定偏后些，只是由于时间很短，偏后距离很小，不明显而已D人跳起直到落下，在水平方向始终具有和车同样的速度4在加速上升的电梯中用绳悬挂一物体，在剪断绳的瞬间，下列说法正确的是（ ）A物体立即向下作自由落体运动B物体具有向上的加速度C物体速度为0，但具有向下的加速度D物体具有向上的速度和向下的加速度5如图3-3所示，一轻弹簧的一端系一物体，用手拉弹簧的另一端使弹簧和物体一起在光滑水平面上向左匀加速运动，当手突然停止时物体将（）A立即停止B向左作变加速运动C向左作匀速运动D向左减速运动6关于力和运动的关系正确的是（）撤掉力的作用，运动的汽车最终必定停下在跳高过程中，运动员受到的合外力不为0，但瞬时速度可能为0行驶汽车的速度方向总和受力方向一致加速行驶火车的加速度方向总和合外力方向一致A B C D 能力与素质7如图3-4所示，在研究性学习活动中，某同学做了个小实验：将重球系于丝线DC下，重球下再系一根同样的丝线BA，下面说法正确的是（ ）在丝线A端慢慢增加拉力，结果CD先被拉断在丝线A端慢慢增加拉力，结果AB先被拉断在丝线A端突然加力一拉，结果AB被拉断在丝线A端突然加力一拉，结果CD被拉断A B C D8如图3-5所示，在匀加速向右行驶的车厢中，悬挂一盛油容器，从容器中依次滴下三滴油滴并均落在底板上，下列说法正确的是（ ）A这三滴油滴依次落在OA间，且后滴较前滴离O点远B这三滴油滴依次落在OB间且后滴较前滴离O点近C这三滴油滴落在OA之间同一位置D这三滴油滴均落在O点9伽俐略理想实验将可靠的事实和理论思维结合起来，能更深刻地反映自然规律，伽俐略的斜面实验程序如下：（1）减小第二斜面的倾角，小球在这斜面上仍然要达到原来的高度（2）两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一斜面（3）如果没有摩擦，小球将上升到释放时的高度（4）继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球沿水平面做匀速运动请按程序先后次序排列，并指出它究竟属于可靠的事实，还是通过思维过程的推论，下列选项正确的是（ ）A事实2事实1推论3推论4 B事实2推论1推论3推论4C事实2推论1推论3推论4 D事实2推论1推论410有一种车载电子仪器内部电路如图36所示，其中M为一质量较大金属块，将仪器固定一辆汽车上，汽车启动时， 灯亮，原理是 汽车刹车时， 灯亮【拓宽研究】1我国公安交通部门规定，从1993年7月起，在各种小型车辆的司机及前排乘座的人必须系安全带，请同学们认真分析这样规定的原因22001年2月11日晚上在中央台“实话实说”节目中，为了揭露李宏志的各种歪理邪说，司马南与主持人崔永元合作表演了“铁锤砸砖”的节目崔永元头顶8块砖，司马南用铁锤奋力击砖，结果砖被击碎，但崔永元却安然无恙据司马南讲，他作第一次实验时头顶一块砖，结果被震昏了过去请从物理学角度定性解释上述事实专题二 力 加速度 速度的关系【考点透析】一、本专题考点：牛顿第二定律是类要求，在高考中主要考查方向是通过分析物体的受力情况求物体的运动情况是通过分析物体的运动情况求物体的受力情况二、理解和掌握内容1知识点的理解 牛顿第二定律：物体的加速度a与物体所受的合外力成正比，与物体的质量成反比，加速度与合外力方向相同即 Fma当质量一定时，加速度由合外力而定，加速度与合外力保持瞬时对应的关系力 加速度 速度的关系：速度是描述物体运动状态的物理量，而力是改变物体运动状态即产生加速度的原因物体受到的合外力决定了物体当时加速度的大小，而加速度的大小决定了单位时间内速度的变化量而与物体当时的速度无关分析这类问题有两种途径：(1)分析物体受力，应用牛顿第二定律求出加速度，再由物体的初始条件，应用运动学知识求出物体的运动情况 任意时刻的位置、速度由物体运动情况，应用运动学公式求出加速度，再应用牛顿第二定律推断物体的受力情况在上述两种情况中加速度起桥梁作用既受力情况加速度运动情况2难点释疑：如图37所示，自由下落的小球m下落一段距离后与轻弹簧接触，从它接触弹簧到将弹簧压缩到最短过程中：小球的速度先增大后减小，加速度先减小后增大小球速度最大的位置与小球下落高度无关在最低点，球对弹簧压力大于2mg解析：速度大小变化取决于加速度a与速度V方向的关系两者同向时速度增大，反之则减小而加速度由合外力而定，小球在此过程中受力如图：开始mgkx , a= ,合力向下，、同向速度增大，随x,a当mgkx 时，a=0，此时速度最大，x= ,所以速度最大位置与下落高度无关后来kxg，因而在最低点球对弹簧的弹力大于2mg思考与拓宽：请同学们进一步思考球反弹时的a、v变化请同学们思考从球下落到返回的全过程，能量是如何变化的【例题精析】例1 一物体受到若干力作用而处于静止状态，若将其中一力F1逐渐减小到0而后又逐渐恢复原值过程中（其余各力保持不变）物体的加速度a及速度v变化为( )Aa 、v均增加 B a减小， v增加C a先增后减，v增大 D a v均先增后减解析：由于其它各力的合力大小为F1，方向与F1相反，故某时刻物体合外力的大小即为F1的变化量当F1减小时加速度a增大，当F1增大时加速度a减小，但加速度a的方向始终和速度的方向相同，故速度一直增大 答案：C本题关键要把握：受多力而平衡的物体，各力间的关系特征合外力变化引起加速度的变化加速度的方向与速度变化的关系例2 如图38所示，质量相同的木块A、B用轻弹簧相连，置于光滑水平面现用一水平恒力F推A，则由开始到弹簧第一次压缩到最短的过程中（ ）AA、B速度相同时，加速度aAaB A、B速度相同时，加速度a aBCA、B加速度相同时，速度AB 解析：开始运动时弹簧的弹力很小，加速度aAaB,，随弹力的增大A作加速度减小的加速运动，B作加速度增大的加速运动，直到aAaB时A的平均加速度大，故此时AB之后随aB进一步变大将出现AB，故此时aAg,下降时ag，N0,球对盒的上壁有压力 下降时，ag，NtBtCtD B tAtBtCB (4) 地面不光滑，且摩擦系数AB，则T0，两物体在原长左侧x处分离若AB，则T5m/s2向右加速时球对斜面的压力为0 当球对绳子拉力刚好为0时，对球受力分析如图乙合力F mgtanma agtanm/s2所以斜劈以am/s2向左加速时绳子拉力为0分析与解答：求解临界问题的题目，可以先假设已达到临界状态，然后分析临界时受力情况，得出临界发生条件思考与拓宽：若斜面以加速度a10m/s2，向右加速，求斜面对球的支持力和绳子的拉力（答：N0，T283N）例题3 如图3-32所示，一根劲度系数为K质量不计的轻弹簧，上端固定，下端系一质量为m的物体A手持一质量为M的木板B，向上托A，使弹簧处于自然长度现让木板由静止开始以加速度a（ag）匀加速向下运动，求：经过多长时间A、B分离手作用在板上作用力的最大值和最小值分析与解答：板下移时，物体随之作加速运动，当它们之间的相互作用力为0时，两者分离分离瞬间对A：mgKxma， x = xat2/2， t = 开始运动时力最大，对系统有：(M+m)g（） 所以最大作用力为：大(M+m)（g）B分离后力最小，对B有：mg 所以最小作用力为： 小（）解此类问题的关键是确定分离临界点，从而避免弹力是变力给分析计算造成的障碍思考与拓宽：为什么本题指明加速度ag），现用手控制B使之以a/3的加速度向下匀加速运动（1）求物体A作匀加速运动的时间（2）求出这段运动过程中起始和终止时刻手对木板B作用力的表达式。【拓展研究】1.死亡加速度为什么为500g？西方交管部门为了交通安全，特制订了死亡加速度500g这一数值，以醒世人意思是如果行驶加速度大于此值，将有生命危险，这么大的加速度，一般情况下车辆是达不到的，但如果发生交通事故，将会达到这一数值，因为碰撞时间极短，大多为毫秒级（0.001s）为什么确定死亡加速度为500g呢？这主要考虑了人体在碰撞时的受力情况，据测试人体受力最脆弱的部分是头部，它的最大承受力为25kN例如：两辆摩托车时速为20Km（5.m/s），相向而行发生碰撞，碰撞时间t=.001s，设两人头部质量为5Kg，则相撞产生的加速度多大？头部受力多大？若驾驶员带着安全帽，由于安全帽的缓冲作用，使碰撞时间延长为0.02秒，驾驶员还有生命危险吗？2某市交通部门规定汽车在市区街道行驶速度不得超过vm=30km/h，一辆汽车在该路段紧急刹车时车轮抱死，沿直线滑行一段距离后停止交警测得该车轮胎在地面擦出的痕迹长S=10m，从手册中查出该种轮胎和地面间的动摩擦因数为=0.75，（1）假如你是交警，请你判断该汽车是否违反规定超速行驶，写出判断依据（2）目前有一种先进的汽车制动装置ABS防抱死系统这套系统可保证车轮在制动时不抱死，使车轮仍有一定的滚动图343是这种装置的示意简图，铁齿轮P与车轮同步转动，右端有一个绕有线圈的磁铁Q，M是一个电流检测器，刹车时磁铁与齿轮相互靠近而产生感生电流，这个电流经放大后控制制动器由于a齿经过磁铁的过程中被磁化，引起M中的感生电流，其方向（）A一直向左 B一直向右 C先向右，后向左 D先向左，后向右（3）安装了ABS防抱死系统的汽车，在紧急刹车时可获得比车轮抱死更大的制动力，从而使制动距离大大减小假设安装防抱死装置后刹车制动力为f，驾驶员反应时间为t，汽车质量为m，汽车行驶的速度为v，试推出刹车距离s的表达式（4）根据刹车距离s的表达式，分析引起交通事故的主要因素有哪些？专题五、牛顿第三定律 超重失重【考点透析】一、本专题考点：牛顿第三定律是高考类要求；超重、失重是高考的类要求二、理解和掌握内容1牛顿第三定律：两物体之间的作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一直线上物体与物体之间的作用力与反作用力总是同时产生，同时消失，同种性质，分别作用在两个物体上作用力反作用力与一对平衡力的异同点：共同特征：它们均大小相等，方向相反，作用在同一直线上区别：作用力与反作用力一定是同种性质，分别作用在两个物体上而平衡的两力不一定同种性质，作用在一个物体上 作用力与反作用力总是同时产生，同时消失，而平衡的两力，一力撤掉另一力可继续维持2超重、失重：在平衡状态，物体对水平支持物的压力（或对竖直悬线的拉力）大小等于物体的重力当物体以加速度a向上加速（或向下减速）时，物体对水平支持物的压力（或对竖直悬线的拉力）大于物体的重力，这种现象叫超重（比重力大ma）当物体以加速度a向下加速（或向上减速）时，物体对水平支持物的压力（或对竖直悬线的拉力）小于物体的重力，这种现象叫失重（比重力小ma）当物体以加速度a = g 向下加速绕地球作匀速圆周运动（此时g仅表示卫星轨道高度处的重力加速度）时，物体对水平支持物的压力（或对竖直悬线的拉力）为0，这种现象叫完全失重3难点释疑：在人造地球卫星中，下列说法错误的是（ ）A人不再受万有引力了 B人的重力消失了C人的重力减小了D天平、弹簧称、水银温度计、水银气压计、钟表均无法正常使用答案：A、B、C、D注意：超重不是重力增加；失重不是重力减小；完全失重也不是重力不存在了重力来自万有引力，故在发生超、失重时，人受到的引力、重力均不变，只是由于重力产生的现象改变了在人造卫星中，物体完全失重，应用重力效果的天平、单摆、水银气压计均无法正常使用，但水银温度计是依据热涨冷缩原理制成的，故仍能使用弹簧称，不能测物体的重力，但还可以测拉力【例题精析】例1 如图344所示，用绳竖直悬挂的小球下端与一静止的斜面接触，则以下说法正确的是：A小球可能只受两个力作用 B小球可能受三个力作用C小球可能受四个力作用D绳对球的拉力和球对绳拉力等大反向，作用效果抵消，故小球受力平衡解析：本题的关键是清楚各种力产生的机理和作用力反作用力与一对平衡力的区别小球与斜面接触但不一定有弹力，无弹力即无摩擦力，故小球可能只受两个力：重力和绳的拉力，故答案A正确若斜面对球有弹力则一定有摩擦力，物体将受四个力，故答案C亦正确，答案B错误由于D选项中的两力为作用力、反作用力，它们作用在两个物体上，谈不上抵消，故错误 答案：A、C思考与拓宽：大家思考在上述可能情况存在的前提下，斜面与地面之间的摩擦力又是什么情况？例2：如图345所示，弹簧秤放于光滑水平桌面外壳及铁环质量为M，弹簧及挂钩质量不计水平力F1作用在弹簧称外壳的铁环上，水平力F2作用在弹簧挂钩上，在两力作用下弹簧秤以加速度a向F2方向加速运动，则弹簧称的示数为：AF1 BF2 C（F1F2）/2 DF1+ma分析与解答：弹簧称的示数既为弹簧的弹力，而弹簧的弹力和F2为作用与反作用力，故弹簧称的示数既为F2，选项B正确另外弹簧的弹力作用在壳上，分析壳受力可知：F2F1ma，F2F1ma，故选项D亦正确 答案：B、D思考与拓宽：弹簧秤放于粗糙水平桌面上，上述两个力未将弹簧秤拉动，则弹簧秤的示数又如何分析？【能力提升】 知识与技能1一物体静止在桌面上，则（ ）A桌面对物体的支持力和物体的重力为一对平衡力B桌面对物体的支持力和物体的重力为作用反作用力C物体对桌面的支持力就是物体的重力D物体对桌面的压力和桌面对物体的压力是一对平衡力2人走路时人与地面之间的作用与反作用力有（ ）A一对 B两对 C三对 D四对3如图346所示，一个质量为m的人通过定滑轮向上提起重物，它最多能提起多重的物体：A2mg Bmg g/2 D无法确定，与人力气有关 4关于超重、失重的说法正确的是（ ）A超重是物体重力增加了B失重既是物体重力减小了C完全失重状态的物体不受重力了D不论超重、失重，物体的重力均不变5甲乙两队进行拔河比赛，甲队获胜若不计绳子重力，则A绳子对甲队的拉力大于绳子对乙队的拉力B地面对甲队的最大静摩擦力小于地面对乙队的最大静摩擦力C地面对甲乙两队的静摩擦力大小相等方向相反D绳子对甲队的拉力大小等于绳子对乙队的拉力大小6如果两力彼此平衡则它们：A必是作用反作用力B必不是作用反作用力C必是同性质的力D可以是作用反作用力，也可以不是 能力与素质7吊在天花板上的电扇重力为G，通电运转后吊杆对电扇的拉力大小为T，则ATG BTG CTG D无法确定8在以加速度a匀加速上升的电梯中，有一质量为m的人，则（ ）A此人对地球的吸引力大小为m(g+a)B此人对电梯的压力大小为m(g+a)C此人受重力大小为m(g+a)D此人示重大小为mg9某人在以25m/s2加速下降的电梯中最多举起80kg的物体，则它在地面上最多能举起多少千克的物体？若此人在某电梯中最多举起40kg的物体，则此电梯的加速度多大？10在失重的条件下，会生产出地面上难以生产的一系列产品例如形状呈绝对球形的轴承滚珠，长几百米的玻璃纤维丝等用下面的方法，可以模拟一种无重力环境，以供科学家进行科学实验飞行员将飞机提升到高空后，让其自由下落，可以获得25s之久的零重力状态实验时飞机离地面的高度不得低于500m，科学家最大承受两倍重力的超重状态，则飞机的飞行高度至少为多少？【拓展研究】酒泉卫星发射中心利用“长征”系列火箭分别于1999年11月20日、2001年1月10日、2002年3月25日、2002年12月30日，成功的将我国自行研制的“神州号”系列航天飞船送入太空飞船在轨飞行期间进行了多项科学实验，均圆满完成预定任务并安全着