2023届高三物理一轮复习专题三：牛顿运动定律1

专题三牛顿运动定律1(教师)eq\a\vs4\al(考点一牛顿运动定律)1．思维辨析(1)牛顿第一定律是实验定律。()(2)在水平面上运动的物体最终停下来，是因为水平方向没有外力维持其运动的结果。()(3)物体的惯性越大，状态越难改变。()(4)作用力与反作用力可以作用在同一物体上。()(5)作用力与反作用力的作用效果不能抵消。()(6)物体的质量与加速度成反比。()(7)物体受到外力作用，立即产生加速度。()(8)可以利用牛顿第二定律确定自由电子的运动情况。()(9)千克、秒、米、库仑、安培均为国际单位制的基本单位。()(10)力的单位牛顿，简称牛，属于导出单位。()答案(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√(6)×(7)√(8)×(9)×(10)√2．在物理学史上，正确认识运动和力的关系且推翻“力是维持物体运动的原因”这个观点的物理学家及建立惯性定律的物理学家分别是()A．亚里士多德、伽利略B．伽利略、牛顿C．伽利略、爱因斯坦 D．亚里士多德、牛顿答案B解析伽利略通过斜面实验正确认识了运动和力的关系，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；牛顿在归纳总结伽利略、笛卡儿等科学家的结论基础上得出了经典的牛顿第一定律，即惯性定律，故选项B正确。3．(多选)用手托着一块砖，开始静止不动，当手突然向上加速运动时，砖对手的压力()A．一定小于手对砖的支持力B．一定等于手对砖的支持力C．一定大于手对砖的支持力D．一定大于砖的重力答案BD解析砖对手的压力与手对砖的支持力是作用力与反作用力的关系，大小一定相等，故A、C错B对；砖向上加速，由牛顿第二定律知，手对砖的支持力大于重力，因而砖对手的压力大于重力，故D对。[考法综述]本考点知识在高考中要求较高，为Ⅱ级要求，单一命题考查物理学史和物理思想的试题经常出现，试题难度较低只要熟读课本即可。交汇命题以牛顿第二定律、受力分析、圆周运动、功能关系等知识为载体，考查牛顿第三定律的试题，有一定的难度，因此复习本考点时应掌握：1个概念——惯性3个定律——牛顿第一定律、牛顿第二定律、牛顿第三定律4位物理学家——亚里士多德、伽利略、笛卡儿、牛顿对力和运动之间关系的观点1个区别——平衡力与作用力、反作用力的区别1种思想方法——转换对象法1套制度——单位制命题法1对牛顿第一定律的理解典例1对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(质量不变)的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度。这表明，可以通过科学手段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安全行驶的目的[答案]C【解题法】牛顿第一定律应用技巧(1)应用牛顿第一定律分析实际问题时，要把生活感受和理论问题联系起来，深刻认识力和运动的关系，正确理解力不是维持物体运动状态的原因，克服生活中一些错误的直观印象，建立正确的思维习惯。(2)如果物体的运动状态发生改变，则物体必然受到不为零的合外力作用。因此，判断物体的运动状态是否改变，以及如何改变，应分析物体的受力情况。命题法2对牛顿第二定律的认识典例2(多选)如图甲、乙所示，图中细线均不可伸长，两小球质量相同且均处于平衡状态，细线和弹簧与竖直方向的夹角均为θ。如果突然把两水平细线剪断，则剪断瞬间()A．图甲中小球的加速度大小为gsinθ，方向水平向右B．图乙中小球的加速度大小为gtanθ，方向水平向右C．图甲中倾斜细线与图乙中弹簧的拉力之比为1∶cos2θD．图甲中倾斜细线与图乙中弹簧的拉力之比为cos2θ∶1[答案]BD【解题法】用牛顿第二定律求瞬时加速度的两种思路(1)轻质弹簧(或橡皮绳)模型：因为形变需要时间，所以产生的弹力瞬间不会突变，可直接从受力分析入手确定合力，然后用牛顿第二定律确定加速度。(2)轻质刚性绳或线(或接解面)模型：因为形变很小，可以认为形变不需时间，所以产生的弹力可瞬间发生突变，应从即将要发生的实际运动入手，分析相应的受力，然后利用牛顿第二定律确定瞬时加速度。命题法3牛顿第三定律的应用典例3如图所示，甲、乙两人在冰面上“拔河”。两人中间位置处有一分界线，约定先使对方过分界线者为赢。若绳子质量不计，冰面可看成光滑，则下列说法正确的是()A．甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对平衡力B．甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是作用力与反作用力C．若甲的质量比乙大，则甲能赢得“拔河”比赛的胜利D．若乙收绳的速度比甲快，则乙能赢得“拔河”比赛的胜利[答案]C【解题法】判断相互作用力与平衡力的方法(1)看作用点：作用力与反作用力的作用点在两个不同的物体上，平衡力两个力的作用点在同一物体上。(2)看产生力的原因：作用力与反作用力是由于相互作用产生的，一定是同一性质的力，平衡力中两力的性质可同可不同。典例4置于水平面上的小车上有一弯折角度为θ的细杆，如图所示，细杆一端固定了一个质量为m的小球。当小车以加速度a向左加速前进时，小球对细杆的作用力多大？方向如何？[答案]大小：F＝meq\r(a2＋g2)方向：与竖直方向成arctaneq\f(a,g)角斜向右下方[解析]以小球为研究对象，小球受重力mg和细杆对它的作用力F，将F沿水平方向和竖直方向分解，水平分力为Fx，竖直分力为Fy，如图所示。由牛顿第二定律可知Fy－mg＝0，Fx＝ma故细杆对小球的作用力F＝eq\r(F\o\al(2,x)＋F\o\al(2,y))＝eq\r(ma2＋mg2)＝meq\r(a2＋g2)又α＝arctaneq\f(Fx,Fy)＝arctaneq\f(ma,mg)＝arctaneq\f(a,g)由牛顿第三定律可得，小球对细杆的作用力的大小为F′＝F＝meq\r(a2＋g2)方向与竖直方向成arctaneq\f(a,g)角斜向右下方。【解题法】转移对象法“转移对象法”是物体的受力分析中常用的一种方法，其本质是牛顿第三定律的应用。由于作用力与反作用力大小相等、方向相反，作用在同一直线上，当待求的某个力不容易求时，可先求它的反作用力，再反过来求待求力。如求压力时，可先求支持力。在求解摩擦力的问题中也经常用到此法。命题法4单位制典例5声音在空气中传播的速度v与空气的密度ρ及压强p有关，下列速度表达式(k为比例系数，无单位)中可能正确的是()A．v＝eq\r(\f(kp,ρ2))B．v＝eq\r(\f(kp,ρ))C．v＝eq\r(\f(kρ,p2)) D．v＝eq\r(kpρ2)[答案]B[解析]物理公式在确定了物理量的数学关系的同时，也确定了物理量的单位关系。题目中虽对速度v与密度ρ及压强p的关系未作任何提示，但可以用单位关系来检验它们的数量关系。故可以把密度ρ及压强p的国际单位用基本单位导出，再代入上述选项进行检验其结果的单位是不是速度的国际单位“m/s”。压强p的单位用1Pa＝1N/m2，1N＝1kg·m/s2，密度ρ的单位为kg/m3，k无单位，代入B项，eq\r(\f(p,ρ))＝eq\r(\f(kg·m·s－2·m－2,kg·m－3))＝eq\r(m2/s2)＝m/s，选项B正确。【解题法】量纲检验法采用国际单位制，为我们提供了一种比较简单的验证法——量纲检验法，即当进行物理量运算时，最终的结果往往是一个表达式，很难判断其正误。这时，可将各物理量的单位全部代入式中，对单位进行运算，若得到的单位不是所求物理量的国际单位，结果就一定是错误的。但值得注意的是，运用量纲检验法得到的结果不是肯定的。1．由库仑定律可知，真空中两个静止的点电荷，带电量分别为q1和q2，其间距离为r时，它们之间相互作用力的大小为F＝keq\f(q1q2,r2)，式中k为静电力常量。若用国际单位制的基本单位表示，k的单位应为()A．kg·A2·m3B．kg·A－2·m3·s－4C．kg·m2·C－2 D．N·m2·A－2答案B2．(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()A．t＝2s时最大B．t＝2s时最小C．t＝8.5s时最大 D．t＝8.5s时最小答案AD3．伽利略创造的把实验、假设和逻辑推理相结合的科学方法，有力地促进了人类科学认识的发展。利用如图所示的装置做如下实验：小球从左侧斜面上的O点由静止释放后沿斜面向下运动，并沿右侧斜面上升。斜面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材料时，小球沿右侧斜面上升到的最高位置依次为1、2、3。根据三次实验结果的对比，可以得到的最直接的结论是()A．如果斜面光滑，小球将上升到与O点等高的位置B．如果小球不受力，它将一直保持匀速运动或静止状态C．如果小球受到力的作用，它的运动状态将发生改变D．小球受到的力一定时，质量越大，它的加速度越小答案A解析根据实验结果，得到的最直接的结论是如果斜面光滑，小球将上升到与O点等高的位置，A项正确。而小球不受力时状态不变，小球受力时状态发生变化，是在假设和逻辑推理下得出的结论，不是实验直接结论，所以B和C选项错误。而D项不是本实验所说明的问题，故错误。4．下列情境中，关于力的大小关系，说法正确的是()A．跳高运动员起跳，地面对运动员的支持力大于运动员对地面的压力B．火箭加速上升时，火箭发动机的推力大于火箭的重力C．鸡蛋撞击石头，鸡蛋破碎，石头对鸡蛋的作用力大于鸡蛋对石头的作用力D．钢丝绳吊起货物加速上升时，钢丝绳对货物的拉力大于货物对钢丝绳的拉力答案B解析人对地面的压力和地面对人的支持力是作用力与反作用力，故二者大小相等，选项A错误；火箭加速上升，则一定受到向上的合力，故发动机的推力大于火箭的重力，选项B正确；鸡蛋对石头的力和石头对鸡蛋的力是作用力与反作用力，故二者大小相等，选项C错误；钢丝绳对货物的拉力与货物对钢丝绳的拉力为作用力与反作用力，故二者大小相等，选项D错误。5．下列关于力学及其发展历史，正确的说法是()A．牛顿根据伽利略等前辈的研究，用实验验证得出牛顿第一定律B．牛顿通过研究发现物体受到的外力总是迫使其改变运动状态，而不是维持其运动状态C．由牛顿第二定律得到m＝eq\f(F,a)，这说明物体的质量跟所受外力成正比，跟物体的加速度成反比D．牛顿等物理学家建立的经典力学体系不但适用于宏观、低速研究领域，也能充分研究微观、高速运动的物体答案B解析因为不受力作用的物体是不存在的，所以牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能用实验直接验证，所以A项错。牛顿研究发现力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因，所以B项正确；因为物体的质量由其所含物质的多少决定，与其他因素无关，所以C项错；牛顿等物理学家建立的经典力学体系只适用于宏观、低速研究领域，当研究微观、高速运动的物体时用爱因斯坦相对论，所以D项错。6．牛顿在总结C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯等人的研究结果后，提出了著名的牛顿第三定律，阐述了作用力和反作用力的关系，从而与牛顿第一和第二定律形成了完整的牛顿力学体系。下列关于作用力和反作用力的说法正确的是()A．物体先对地面产生压力，然后地面才对物体产生支持力B．物体对地面的压力和地面对物体的支持力互相平衡C．人推车前进，人对车的作用力大于车对人的作用力D．物体在地面上滑行，不论物体的速度多大，物体对地面的摩擦力与地面对物体的摩擦力始终大小相等答案Deq\a\vs4\al(考点二牛顿运动定律的综合应用)1．思维辨析(1)牛顿第二定律表达式F＝ma在任何情况下都适用。()(2)物体只有在受力的前提下才会产生加速度，因此，加速度的产生要滞后于力的作用。()(3)F＝ma是矢量式，a的方向与F的方向相同，与速度方向无关。()(4)物体所受的合外力减小，加速度一定减小，而速度不一定减小。()(5)物体超重时，加速度向上，速度也一定向上。()(6)物体失重时，也可能向上运动。()(7)应用牛顿运动定律进行整体分析时，可以分析内力。()(8)物体完全失重时，说明物体的重力为零。()答案(1)×(2)×(3)√(4)√(5)×(6)√(7)×(8)×2．关于超重和失重现象，下列描述中正确的是()A．电梯正在减速上升，在电梯中的乘客处于超重状态B．磁悬浮列车在水平轨道上加速行驶时，列车上的乘客处于超重状态C．荡秋千时秋千摆到最低位置时，人处于失重状态D．“神舟九号”飞船在绕地球做圆轨道运行时，飞船内的宇航员处于完全失重状态答案D解析物体是否超重或失重取决于加速度方向，当加速度向上时物体处于超重状态，当加速度向下时物体处于失重状态，当加速度向下且大小等于重力加速度时物体处于完全失重状态。电梯正在减速上升，加速度向下，乘客失重，选项A错误；列车加速时加速度水平向前，乘客既不超重也不失重，选项B错误；荡秋千到最低位置时加速度向上，人处于超重状态，选项C错误；飞船绕地球做匀速圆周运动时，其加速度等于飞船所在位置的重力加速度，宇航员处于完全失重状态，选项D正确。3．如图(甲)所示，质量m＝2kg的物体在水平面上向右做直线运动。过a点时给物体作用一个水平向左的恒力F并开始计时，选水平向右为速度的正方向，通过速度传感器测出物体的瞬时速度，所得v­t图象如图(乙)所示。取重力加速度为g＝10m/s2。求：(1)物体在0～4s内和4～10s内的加速度的大小和方向；(2)力F的大小和物体与水平面间的动摩擦因数μ；(3)10s末物体离a点的距离；(4)10s后撤去拉力F，求物体再过15s离a点的距离。答案(1)2m/s2与初速度方向相反1m/s2与初速度方向相反(2)3N0.05(3)2m(4)38m解析(1)设物体向右做匀减速直线运动的加速度为a1，则由v­t图得加速度大小a1＝2m/s2，方向与初速度方向相反。设物体向左做匀加速直线运动的加速度为a2，则由v­t图得加速度大小a2＝1m/s2，方向与初速度方向相反。(2)在0～4s内，根据牛顿第二定律，有F＋μmg＝ma1在4～10s内，F－μmg＝ma2代入数据解得：F＝3N，μ＝0.05。(3)设10s末物体的位移为x，x应为v­t图线与坐标轴所围的面积，则x＝eq\f(1,2)×4×8m－eq\f(1,2)×6×6m＝－2m，即物体在a点左侧2m处。(4)设撤去拉力F后物体做匀减速直线运动的加速度大小为a3，根据牛顿第二定律，有μmg＝ma3得a3＝0.5m/s2则物体减速到零的时间t＝eq\f(v,a3)＝eq\f(6,0.5)s＝12s则物体在15s内的位移即为12s内的位移，则物体在12s内的位移x′＝eq\f(v2,2a3)＝eq\f(36,2×0.5)m＝36m物体在15s后离a点的距离d＝|x|＋x′＝38m。[考法综述]本考点知识在高考中属于必考内容，单一命题考查的频率、难度都较低，但交汇命题、与多种知识结合、以多种形式出现的试题一定会有，可能是选择题形式、也可能是计算题形式，因此在复习本考点知识时一定要掌握：2个概念——超重、失重2类问题——动力学中的两类问题4种图象——v­t，a­t，F­t，F­a图象。1种意识——分阶段处理多过程问题的意识命题法1运用牛顿运动定律解决两类基本问题典例1为了研究鱼所受水的阻力与其形状的关系，小明同学用石蜡做成两条质量均为m、形状不同的“A鱼”和“B鱼”，如图所示。在高出水面H处分别静止释放“A鱼”和“B鱼”，“A鱼”竖直下潜hA后速度减为零，“B鱼”竖直下潜hB后速度减为零。“鱼”在水中运动时，除受重力外，还受浮力和水的阻力。已知“鱼”在水中所受浮力是其重力的eq\f(10,9)倍，重力加速度为g，“鱼”运动的位移远大于“鱼”的长度。假设“鱼”运动时所受水的阻力恒定，空气阻力不计。求：(1)“A鱼”入水瞬间的速度vA1；(2)“A鱼”在水中运动时所受阻力FfA；(3)“A鱼”与“B鱼”在水中运动时所受阻力之比FfA∶FfB。[答案](1)eq\r(2gH)(2)mgeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(H,hA)－\f(1,9)))(3)eq\f(hB9H－hA,hA9H－hB)[解析](1)“A鱼”在入水前做自由落体运动，有veq\o\al(2,A1)－0＝2gH①得：vA1＝eq\r(2gH)②(2)“A鱼”在水中运动时受重力、浮力和阻力的作用，做匀减速运动，设加速度为aA，有F合＝F浮＋FfA－mg③F合＝maA④0－veq\o\al(2,A1)＝－2aAhA⑤由题意：F浮＝eq\f(10,9)mg综合上述各式，得FfA＝mgeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(H,hA)－\f(1,9)))⑥(3)考虑到“B鱼”的受力、运动情况与“A鱼”相似，有FfB＝mgeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(H,hB)－\f(1,9)))⑦综合⑥⑦两式，得eq\f(FfA,FfB)＝eq\f(hB9H－hA,hA9H－hB)。【解题法】解决两类动力学问题的两个关键点“两个分析”“一个桥梁”是解决两类动力学问题的两个关键点，“两个分析”：是指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。“一个桥梁”：是指物体运动的加速度是联系运动和力的桥梁，是将物体的运动学规律和物体的受力分析联系在一起的纽带。命题法2运用牛顿定律解决多过程问题典例2一长木板在水平地面上运动，在t＝0时刻将一相对于地面静止的物块轻放到木板上，以后木板运动的速度－时间图象如图所示。已知物块与木板的质量相等，物块与木板间及木板与地面间均有摩擦，物块与木板间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，且物块始终在木板上。取重力加速度的大小g＝10m/s2，求：(1)物块与木板间、木板与地面间的动摩擦因数；(2)从t＝0时刻到物块与木板均停止运动时，物块相对于木板的位移大小。[答案](1)0.200.