2023年高考物理备考艺体生百日突围系列专题03牛顿运动定律（含解析）

专题03牛顿运动定律第一局部牛顿运动规律特点描述综合分析近几年的高考物理试题发现，试题在考查主干知识的同时，注重考查必修中的根本概念和根本规律，且更加突出考查学生运用"力和运动的观点"分析解决问题的能力。牛顿运动定律及其应用是每年高考考查的重点和热点，应用牛顿运动定律解题的关键是对研究对象进行受力分析和运动分析，特别是牛顿运动定律与曲线运动，万有引力定律以及电磁学等相结合的题目，牛顿定律中一般考查牛顿第二定律较多，一般涉及一下几个方面：一是牛顿第二定律的瞬时性，根据力求加速度或者根据加速度求力，二是动力学的两类问题，三是连接体问题，四是牛顿第二定律在生活生产和科技中的应用。第一局部知识背一背1.牛顿第一定律(1)内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态.(2)牛顿第一定律的意义①指出了一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又称惯性定律。②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。(3)惯性①定义：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质.②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.③普遍性：惯性是物体的固有属性，一切物体都有惯性。2.牛顿第二定律(1)内容：物体的加速度与所受合外力成正比，跟物体的质量成反比。(2)表达式：F＝ma.(3)力的单位：当质量m的单位是kg、加速度a的单位是m/s2时，力F的单位就是N，即1kg•m/s2＝1N.(4)物理意义：反映物体运动的加速度大小、方向与所受合外力的关系，且这种关系是瞬时的.(5)适用范围：①牛顿第二定律只适用于惯性参考系(相对地面静止或匀速直线运动的参考系).②牛顿第二定律只适用于宏观物体(相对于分子、原子)、低速运动(远小于光速)的情况.3单位制(1)单位制：由根本单位和导出单位一起组成了单位制.①根本单位：根本物理量的单位.力学中的根本物理量有三个，它们是长度、质量、时间；它们的国际单位分别是米、千克、秒.②导出单位：由根本量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位.(2)国际单位制中的根本物理量和根本单位国际单位制的根本单位物理量名称物理量符号单位名称单位符号长度l米m质量m千克kg时间t秒s电流I安[培]A热力学温度T开[尔文]K物质的量n摩[尔]mol发光强度I坎[德拉]cd4.牛顿第三定律(1)作用力和反作用力：两个物体之间的作用总是相互的，一个物体对另一个物体施加了力，另一个物体一定同时对这个物体也施加了力.(2)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，作用在同一条直线上.(3)物理意义：建立了相互作用的物体之间的联系及作用力与反作用力的相互依赖关系.5.作用力与反作用力的“四同〞和“三不同〞四同：(1)大小相同(2)方向在同一直线上(3)性质相同(4)出现、存在、消失的时间相同三不同：(1)方向不同(2)作用对象不同(3)作用效果不同6.超重与失重和完全失重(1)实重和视重①实重：物体实际所受的重力，它与物体的运动状态无关.②视重：当物体在竖直方向上有加速度时，物体对弹簧测力计的拉力或对台秤的压力将不等于物体的重力.此时弹簧测力计的示数或台秤的示数即为视重.(2)超重、失重和完全失重的比拟现象实质超重物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力大于自身重力的现象系统具有竖直向上的加速度或加速度有竖直向上的分量失重物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力小于自身重力的现象系统具有竖直向下的加速度或加速度有竖直向下的分量完全失重物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力等于零的现象系统具有竖直向下的加速度，且a＝g第三局部技能+方法一、如何理解牛顿第一定律1.建立惯性的概念，即一切物体都具有保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质，叫做惯性.是物体固有的一种属性，与物体是否受力及物体的运动状态无关.2.对力的概念更加明确.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，即力是物体产生加速度的原因.3.牛顿第一定律不是实验定律，即不能由实验直接加以验证，它是在可靠的实验事实根底上采用科学的抽象思维而推理和总结出来的.二、牛顿第一定律、惯性、牛顿第二定律的比拟1.力不是维持物体运动的原因，牛顿第一定律指出“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〞.因此物体在不受力时仍可以匀速运动，并不需要力来维持，力是改变这种状态的原因，也就是力是产生加速度的原因.2.惯性是一切物体保持原来运动状态的性质，而力是物体间的相互作用.因此惯性不是一种力，力是使物体运动状态发生改变的外部因素，惯性那么是维持物体运动状态，阻碍物体运动状态发生改变的内部因素.3.惯性的表现：物体的惯性总是以保持“原状〞或对抗“改变〞两种形式表现出来，物体不受外力时，惯性表现在维持原运动状态不变，即对抗加速度产生，且在外力一定时，质量越大的物体运动状态越难改变，加速度越小.4.牛顿第一定律不是牛顿第二定律的特例，而是牛顿第二定律的根底，牛顿第一定律不是由实验直接总结出来的，是以伽利略的理想实验为根底，通过对大量实验现象的思维抽象、推理而总结出来的.牛顿第一定律定性地给出了物体在不受力的理想情况下的运动规律，在此根底上牛顿第二定律定量地指出了力和运动的关系：F＝ma.【例1】小明在做双脚跳台阶的健身运动，假设忽略空气阻力，那么以下说法正确的选项是：〔〕A．小明在下降过程中处于失重状态B．小明起跳以后在上升过程处于超重状态C．小明落地时地面对他的支持力小于他的重力D．起跳过程地面对小明的作用力就是他对地面的作用力【答案】A【解析】超失重要看加速度，假设加速度方向向上即为超重，假设加速度方向向下即为失重。小明在下降过程中因加速度向下，故失重，选项A正确；起跳以后的上升过程中加速度也向下，也是失重，应选项B错误；小明落地时因做减速下降，加速度向上，所以是超重，应选项C错误；起跳过程中地面对小明的作用力与他对地面的作用力是一对作用力与反作用力，不是同一个力，应选项D错误。【例2】如下图，一木块在光滑水平面上受到一个恒力F作用而运动，前方固定一个轻质弹簧，当木块接触弹簧后，以下判断正确的选项是〔〕A.木块将立即做匀减速直线运动B.木块将立即做变减速直线运动C.在弹簧弹力大小等于恒力F时，木块的速度最大D.在弹簧处于最大压缩量时，木块的加速度为零【答案】C【例3】关于惯性，以下说法正确的选项是〔〕A、物体受力增大时，惯性会减小B、某物体运动得越快越难停下来，说明物体速度大时惯性大C、将一小球从地球带到月球，物体的惯性会减小D、惯性大小只由物体的质量决定，与速度和是否受力无关【答案】D【解析】惯性大小取决于物体质量大小，质量越大，惯性越大，与受力情况、速度大小、地理位置等无关，故ACB错误，D正确。三、牛顿第二定律的理解牛顿第二定律明确了物体的受力情况和运动情况之间的定量关系.联系物体的受力情况和运动情况的桥梁是加速度.可以从以下角度进一步理解牛顿第二定律.因果关系力是产生加速度的原因，力是因，加速度是果.只能描述为物体运动的加速度与物体所受的外力成正比，反之不行同体性F、a、m三者都针对同一个物体，其中F是该物体所受的合外力，m是该物体的质量，a是在F作用下该物体的加速度瞬时性F与a是瞬时对应的，它们同时存在，同时变化，同时消失.物体在每一时刻的瞬时加速度是跟那一时刻所受的合外力成正比的，恒力产生恒定的加速度，变力产生变化的加速度，某一方向上合外力不为零，就在这一方向上产生加速度同向性F与a的方向永远是一致的，也就是说合外力的方向决定了物体加速度的方向，加速度的方向反映了物体所受合外力的方向独立性作用于物体上的每一个力各自独立产生加速度也遵从牛顿第二定律，与其他力无关.物体实际的加速度那么是每个力单独作用时产生的加速度的矢量和适用范围惯性参考系，宏观低速运动的物体注意：1.物体所受合力的方向决定了其加速度的方向，合力与加速度的大小关系是F合＝ma，只要有合力，不管速度是大还是小，或是零，都有加速度，只有合力为零时，加速度才能为零，一般情况下，合力与速度无必然的联系，只有速度变化才与合力有必然的联系.2.合力与速度同向时，物体加速，反之那么减速.3.物体的运动情况取决于物体受的力和物体的初始条件(即初速度)，尤其是初始条件是很多同学最容易无视的，从而导致不能正确地分析物体的运动过程四、作用力和反作用力与平衡力1.作用力和反作用力与平衡力的比拟内容作用力和反作用力平衡力受力物体作用在两个相互作用的物体上作用在同一物体上依赖关系相互依存，不可单独存在，同时产生，同时变化，同时消失无依赖关系，撤除一个，另一个可依然存在，只是不再平衡叠加性两力作用效果不可叠加，不可求合力两力作用效果可相互抵消，可叠加，可求合力，且合力为零力的性质一定是同性质的力可以是同性质的力，也可以是不同性质的力大小方向大小相等、方向相反、作用在一条直线上大小相等、方向相反、作用在一条直线上2.判断一对力是否是作用力和反作用力(1)看作用点，作用力与反作用力应作用在两个物体上.(2)看产生的原因，作用力和反作用力是由于相互作用而产生的.(3)作用力与反作用力具有相互性和异体性，与物体运动状态无关.【例4】如下图，A、B两木块间连一轻质弹簧，A、B质量相等，一起静止地放在一块木板上，假设将此木板突然抽去，在此瞬间，A、B两木块的加速度分别是〔〕A.aA=O，aB=2gB.aA=g，aB=gC.aA=0，aB=0D.aA=g，aB=2g【答案】A【例5】如图是我国“美男子〞长征火箭把载人神舟飞船送上太空的情景．宇航员在火箭发射与飞船回收的过程中均要经受超重或失重的考验，以下说法正确的选项是〔〕A．火箭加速上升时，宇航员处于失重状态B．飞船加速下落时，宇航员处于超重状态C．飞船落地前减速，宇航员对座椅的压力小于其重力D．火箭上升的加速度逐渐减小时，宇航员对座椅的压力也逐渐减小但仍大于其重力【答案】D【解析】加速度向上的是超重，加速度向下的是失重。火箭加速上升时，加速度向上，宇航员处于超重状态，选项A错误。飞船加速下落时，加速度向下，宇航员处于失重状态，选项B错误。飞船落地前减速，加速度向上，宇航员对座椅的压力大于其重力，选项C错误。火箭上升的加速度逐渐减小时，加速度向上，宇航员对座椅的压力也逐渐减小但仍大于其重力，选项D正确。【例6】摩擦系数μ=0.2的水平地面AB长75m，和光滑斜面在B点用一小段光滑圆弧相连，斜面和水平地面的夹角为30O且无限长，一质量为m=1kg的物体(可视为质点)从A点以初速度vo=20m/s的速度向右滑动，求物体从A点出发经过B点的速度大小和时间？【答案】10m/s14s五、整体法和隔离法的应用1.解答问题时，不能把整体法和隔离法对立起来，而应该把这两种方法结合起来，从具体问题的实际情况出发，灵活选取对象，恰当地选择使用隔离法和整体法.2.在使用隔离法解题时，所选取的隔离对象可以是连接体中的某一个物体，也可以是连接体中的某局部物体(包含两个或两个以上的单个物体)，而这“某一局部〞的选取，也应根据问题的实际情况，灵活处理.3.在选用整体法和隔离法时，可依据所求的力进行选择，假设为外力那么应用整体法；假设所求力为内力那么用隔离法.但在具体应用时，绝大多数的题目要求两种方法结合应用，且应用顺序也较为固定，即求外力时，先隔离后整体；求内力时，先整体后隔离.先整体或先隔离的目的都是为了求解共同的加速度.应用牛顿第二定律时，假设研究对象为一物体系统，可将系统的所有外力及系统内每一物体的加速度均沿互相垂直的两个方向分解，那么牛顿第二定律的系统表达式为：ΣFx＝m1a1x＋m2a2x＋…＋mnΣFy＝m1a1y＋m2a2y＋…＋mn应用牛顿第二定律的系统表达式解题时，可不考虑系统内物体间的相互作用力(即内力)，这样能到达简化求解的目的，但需把握三个关键点：(1)正确分析系统受到的外力；(2)正确分析系统内各物体加速度的大小和方向；(3)确定正方向，建立直角坐标系，并列方程进行求解.六、牛顿运动定律应用规律〔一〕、动力学两类根本问题的求解思路两类根本问题中，受力分析是关键，求解加速度是桥梁和枢纽，思维过程如下：〔二〕、用牛顿定律处理临界问题的方法1.临界问题的分析思路解决临界问题的关键是：认真分析题中的物理情景，将各个过程划分阶段，找出各阶段中物理量发生突变或转折的“临界点〞，然后分析出这些“临界点〞应符合的临界条件，并将其转化为物理条件.2.临界、极值问题的求解方法(1)极限法：在题目中如出现“最大〞、“最小〞、“刚好〞等词语时，一般隐含着临界问题，处理此类问题时，应把物理问题(或过程)推向极端，从而使临界现象(或状态)暴露出来，到达尽快求解的目的.(2)假设法：有些物理过程中没有明显出现临界问题的线索，但在变化过程中可能出现临界问题，也可能不出现临界问题，解答此类题目，一般采用假设法.此外，我们还可以应用图象法等进行求解.〔三〕、复杂过程的处理方法——程序法按时间的先后顺序对题目给出的物体运动过程(或不同的状态)进行分析(包括列式计算)的解题方法可称为程序法.用程序法解题的根本思路是：1.划分出题目中有多少个不同的过程或多少个不同的状态.2.对各个过程或各个状态进行具体分析，得出正确的结果.3.前一个过程的结束就是后一个过程的开始，两个过程的分界点是关键【例7】如下图，物块A、B叠放在粗糙的水平桌面上，水平外力F作用在B上，使A、B一起沿水平桌面向右加速运动。设A、B之间的摩擦力为，B与水平桌面间的摩擦力为.在始终保持A、B相对静止的情况下逐渐增大F，那么摩擦力和的大小〔〕A.不变、变大B.变大、不变C.和都变大D.和都不变【答案】B【解析】根据牛顿第二定律得：对A物体：，对整体：，可见，当增大时，加速度增大，变大．而，、、都不变，那么不变．应选B。【例8】沿竖直方向运动的电梯，其底板水平，有一质量为m的物体放在底板上，当电梯向上做加速度大小为的匀减速运动时，此物体对电梯底板的压力大小为：〔〕A．B．C．mgD．【答案】B【例9】质量,M=3kg的长木板放在光滑的水平面t在水平悄力F=11N作用下由静止开始向右运动．如下图,当速度到达1m/s2将质量m=4kg的物块轻轻放到本板的右端．物块与木板间摩擦因数μ=0．2,物块可视为质点．〔g=10m/s2,〕．求：〔1〕物块刚放置木板上时,物块和木板加速度分别为多大？〔2〕木板至少多长物块才能与木板最终保持相对静止？〔3〕物块与木板相对静止后物块受到摩擦力大小？【答案】〔1〕2m/s2；1m/s2〔2〕0.5m；〔3〕6.29N【解析】(1)放上物块后，物体加速度板的加速度(2)当两物体达速度相等后保持相对静止，故∴t=1秒1秒内木板位移物块位移所以板长L=x1-x2=0.5m〔3〕相对静止后，对整体对物块f=ma∴f="44/7=6.29N"第四局部根底练+测一、选择题1．图为一种节能系统：斜面轨道倾角为30°，质量为M的木箱与轨道的动摩擦因数为。木箱在轨道顶端时，自动装货装置将质量为m的货物装入木箱，然后木箱载着货物沿轨道无初速下滑，轻弹簧被压缩至最短时，自动卸货装置立刻将货物卸下，之后木箱恰好被弹回到轨道顶端，再重复上述过程。以下判断正确的选项是〔

〕〔〕A．下滑过程中木箱克服轨道摩擦力做的总功等于货物减少的重力势能B．下滑过程中木箱始终做匀加速直线运动C．m=6MD．M=6m【答案】C2．如图甲所示，一固定在地面上的足够长斜面，倾角为37°，物体A放在斜面底端挡板处，通过不可伸长的轻质绳跨过光滑轻质滑轮与物体B相连接，B的质量M＝1kg，绳绷直时B离地面有一定高度。在t＝0时刻，无初速度释放B，由固定在A上的速度传感器得到的数据绘出的A沿斜面向上运动的v－t图象如图乙所示，假设B落地后不反弹，g取10m／s2，sin37°＝0．6，cos37°＝0．8，那么以下说法正确的选项是〔〕A.B下落的加速度大小a＝10m／s2B.A沿斜面向上运动的过程中，绳的拉力对A做的功W＝3JC.A的质量M＝0．5Kg，A与斜面间的动摩擦因数μ＝0．5D.0～0．75s内摩擦力对A做的功0．75J【答案】B3．如下图,在水平面上沿直线运动的小车上有一个固定的水平横杆，横杆左端悬挂的小球A和小车右端放置的物块B都相对车厢静止。关于物块B受到的摩擦力,以下判断中正确的选项是AB〔〕ABA.物块B不受摩擦力作用B.物块B受摩擦力作用,大小恒定,方向向左C.物块B受摩擦力作用,大小恒定,方向向右D.因小车的运动方向不能确定,故物块B受的摩擦力情况无法判断【答案】C【解析】据题意，小球处于如下图状态，设细绳与竖直方向夹角为，小球受到重力和沿绳方向的拉力，小球加速度为：，方向水平向右，那么物体B受到重力、支持力和向右的摩擦力，应选项ABD错误而选项C正确。4．如下图，滑块以速率v1，沿固定斜面由底端向上滑行，至某一位置后返回，回到出发点时的速率变为v2，且v2<v1，那么以下说法正确的选项是〔〕A.滑块在上滑过程中机械能减少，在下滑过程中机械能增加B.在上滑和下滑两过程中，重力做的功相同C.在上滑和下滑两过程中，摩擦力做的功相同D.在上滑和下滑两过程中，摩擦力的平均功率相等【答案】C5．物块、、和的质量均为m，A1、A2用刚性轻杆连接，、用轻质弹簧连结，两个装置都放在水平的支托物上，处于平衡状态，如图今突然撤去支托物，让物块下落，在除去支托物的瞬间，A1、A2受到的合力分别为和，、受到的合力分别为F1和F2，那么〔〕A．Ff1=0，Ff2=2mg，F1=0，F2=2mgB．Ff1=mg，Ff2=mg，F1=0，F2=2mgC．Ff1=mg，Ff2=2mg，F1=mg，F2=mgD．Ff1=mg，

Ff2=mg，F1=mg，F2=mg【答案】B【解析】在除去支托物的瞬间，A1、A2一起下落，根据牛顿第二定律采用整体法和隔离法研究A1、A2所受的合力．采用隔离法B1、B2受到的合力在除去支托物的瞬间，A1、A2由于用刚性轻杆连接，A1、A2与刚性轻杆一起下落，根据牛顿第二定律，对整体研究得到，整体的加速度等于重力加速度g，那么A1、A2受到的合力都等于各自的重力，即FA1=mg，FA2=mg．在除去支托物前，根据平衡条件得知，弹簧的弹力大小等于mg，支托物对B2的支持力大小等于2mg．在除去支托物的瞬间，弹簧的弹力没有来得及变化，B1的受力情况没有变化，那么B1所受合力为零，即FB1=0．B2所受的合力大小等于支托物的支持力大小2mg，即FB2=2mg．故B正确，A、C、D错误．应选B．此题是瞬时问题，要抓住刚性物体的弹力可突变，而弹簧的弹力不能突变6．如下图，水平绷紧的传送带AB长L=6m，始终以恒定速率V1=4m/s运行．初速度大小为V2=6m/s的小物块〔可视为质点〕从与传送带等高的光滑水平地面上经A点滑上传送带．小物块m=lkg，物块与传送带间动摩擦因数μ=0.4，g取10m/s2．以下说法正确的选项是〔〕A.小物块可以到达B点B.小物块不能到达B点，但可返回A点，返回A点速度为6m/sC.小物块向左运动速度减为0时相对传送带滑动的距离到达最大D.小物块在传送带上运动时，因相互间摩擦力产生的热量为50J【答案】DB、小物块不能到达B点，速度减为零后反向做匀加速运动，当速度等于传送带速度v1后匀速运动，返回A点速度为4m/s．故B错误；C、小物块不能到达B点，速度减为零后反向做匀加速运动加速的过程相对于初速度继续向左运动，所以小物块向左运动速度减为0时相对传送带滑动的距离没有到达最大，故C错误；D、小物块向右加速的过程中的位移：m，当速度等于传送带速度v1时，经历的时间：s，该时间内传送带的位移：s=v1t=4×2.5m=10m，所以小物块相对于传送带的位移：△x=s+〔x﹣x′〕=10+〔4.5﹣2〕=12.5m小物块在传送带上运动时，因相互间摩擦力产生的热量为：Q=f•△x=0.4×10×1×12.5J=50J故D正确．应选：D【点评】此题关键是对于物体运动过程分析，物体可能一直减速，也有可能先减速后匀速运动，也可能先减速后加速再匀速运动，难度适中．7．质量均为５kg的物块1、2放在光滑水平面上并用轻质弹簧相连，如下图，今对物块1、2分别施以方向相反的水平力F1、F2，且F1=20N，F2=10N，那么弹簧秤的示数为〔〕A.30NB.15NC.20ND.10N【答案】B8．〔多项选择〕如下图，内壁光滑的玻璃管竖直的放在水平地面上，管内底竖放有一轻弹簧处于自然伸长，正上方有两个质量分别为m和2m的A、B小球，用竖直的轻杆连着，并处于静止状态，球的直径比管的内径稍小。现释放两个小球，让它们自由下落，那么在从BA.杆对B球做的功大于杆对A球做的功B.B球克服弹簧弹力做的功是杆对B球做功的3倍C.弹簧和杆对B球做功的和等于B球机械能的增量D.B球到最底点时杆对A球的作用力等于mg【答案】BCC、根据功能关系可知，弹簧和杆对B球做的功等于B球机械能的增量，故C正确；D、自B球接触弹簧到运动到最低点的过程中，AB整体先向下加速，后向下减速，加速度先向下，后向上，A球先处于失重状态，后处于超重状态，所以杆对A球的作用力先小于重力，后大于重力，故D错误。点睛：解决此题的关键有两点：灵活选取研究对象，采用隔离法研究弹簧和杆对B球作用力的关系；要正确分析能量是如何转化的9．〔多项选择〕如图甲所示,有两个完全相同的质量的物块、静止在地面上,时刻有一随时间变化的外力F作用在物块A上,F随时间的变化关系如图乙所示。物块与地面间的动摩擦因数为,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,两物块均可视为质点。假设物块在时与物块发生弹性碰撞,碰撞时间极短,碰撞之前的瞬间撤去外力F,物块的右侧有一弹性挡板,物块与挡板碰撞后速度大小不变,方向相反,且物块B恰好不与物块A发生第二次碰撞。g取,那么以下说法中正确的选项是(

)〔〕A.时,物块A的动量大小为B.时间内,物块的动量的变化量为C.物块A在内做勻速直线运动D.物块B距弹性挡板的距离为【