第三章　第11课时　牛顿第一定律　牛顿第二定律-2027版高考物理一轮复习

第三章运动和力的关系考情分析试题情境生活实践类跳水、蹦床、蹦极、火箭发射、无人机、跳伞运动、电梯内的超重及失重学习探究类传送带模型，板块模型，探究加速度与力、质量的关系，测量动摩擦因数第11课时牛顿第一定律牛顿第二定律目标要求1.理解牛顿第一定律的内容和惯性的本质。2.掌握牛顿第二定律的内容及公式，能够应用牛顿第二定律解决问题。3.了解单位制，并知道国际单位制中的七个基本单位，会用国际单位制检查结果表达式是否正确。考点一牛顿第一定律及惯性一、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.理想实验：它是在经验事实基础上采用科学的抽象思维来展开的实验，是人们在思想上塑造的理想过程。牛顿第一定律是通过理想斜面实验得出的，它不能(填“不能”或“可以”)由实际的实验来验证。3.物理意义(1)揭示了物体在不受外力或所受合外力为零时的运动规律。(2)提出了一切物体都具有惯性，即物体维持其原有运动状态的特性。(3)揭示了力与运动的关系，说明力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。注意：运动状态的改变指速度的改变，速度改变则必有加速度，故力是物体产生加速度的原因。二、惯性1.定义：物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性。2.惯性大小的量度质量是物体惯性大小的唯一量度。物体的质量越大，惯性越大；物体的质量越小，惯性越小。3.对惯性的理解(1)惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。(2)物体惯性的大小只取决于物体的质量，与物体的受力情况、速度大小及所处位置无关。(3)物体惯性表现形式：①形式一：“保持原状”。物体不受外力或所受的合外力为零时，惯性表现为物体保持匀速直线运动状态或静止状态。②形式二：“反抗改变”。物体受到外力且合外力不为零时，惯性表现为物体运动状态改变的难易程度。惯性越大，物体的运动状态越难改变。例1伽利略在研究力和运动的关系时，为了阐明自己的观点，设计了如图所示的实验：让一个小球沿斜面从静止状态开始运动，小球将“冲”上另一个斜面。如果没有摩擦，小球将到达原来的高度。如果第二个斜面倾角减小，小球仍将到达原来的高度，但是运动的距离更长。由此可以推断，当斜面最终变为水平面时，小球将永远运动下去。下列说法中正确的是()A.该实验充分证实了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的观点B.伽利略设计的无摩擦的斜面可以通过改进实验装置制作工艺实现C.“小球沿右侧斜面向上运动时，如果没有摩擦，小球将到达原来的高度”，这是实际实验现象D.这种理想实验是依据逻辑推理把实际实验理想化，从而揭示现象本质的研究方法答案D解析当右侧斜面倾角变为0°时，忽略摩擦力的影响，小球将一直运动下去，伽利略的结论是“力不是维持物体运动的原因”，故A错误；绝对光滑的轨道无论通过什么工艺都不能实现，故B错误；由于没有绝对光滑的轨道，故“小球沿右侧斜面向上运动时，如果没有摩擦，小球将到达原来的高度”，这是实际实验观察不到的现象，故C错误；伽利略理想实验的本质是设想把实际存在、影响物体运动的摩擦力去掉，抓住事物的本质，这种依据逻辑推理把实际实验理想化的思想，也是揭示现象本质的重要研究方法之一，故D正确。例2(2025·江苏常州市检测)在东汉王充所著的《论衡·状留篇》中提到“是故湍濑之流，沙石转而大石不移。何者？大石重而沙石轻也。”从物理学的角度对文中所描述现象的解释，下列说法正确的是()A.水冲沙石，沙石才能运动，因为力是产生运动的原因B.“沙石转而大石不移”是因为物体运动状态改变的难易程度与质量有关C.只有在水的持续冲力作用下沙石才能一直运动，是因为运动需要力来维持D.“大石不移”是因为大石受到的阻力大于水的冲力答案B解析水冲沙石，沙石才能运动，说明力是改变物体运动状态的原因，故A错误；物体总有保持原来运动状态的性质即为惯性，其大小只与质量有关，质量越大惯性越大，重的大石由于质量太大，惯性太大，所以运动状态不容易被水流改变，故B正确；物体的运动不需要力来维持，如沙石不受力的作用时，可以做匀速直线运动，故C错误；“大石不移”是因为水的冲力等于大石受到的阻力，大石所受的合外力为零，故D错误。考点二牛顿第二定律1.内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。2.表达式：F=ma。3.对牛顿第二定律的理解4.加速度两个表达式的对比理解(1)a=ΔvΔt是加速度的定义式，a与Δv、(2)a=Fm是加速度的决定式，a的大小由合外力F和质量m决定，且a∝F，a∝1(来自教材改编)某同学为研究雨滴下落的规律查阅资料，了解到：较大的雨滴，其运动模型可看成是1000m高空的物体在有空气阻力的空间中由静止开始下落的运动，落地速度为4m/s。请分析雨滴下落的运动过程，描述雨滴下落过程中速度和加速度的变化，并定性作出雨滴下落的v-t图像(设空气阻力与速度大小成正比)。答案雨滴先加速下落，速度变大，所受空气阻力变大，由牛顿第二定律mg-kv=ma知，雨滴的加速度减小，当雨滴所受的空气阻力与重力大小相等时，加速度为零，雨滴匀速下落。其下落的v-t图像如图所示。例3如图所示，竖直轻弹簧下端固定在水平面上，一小球从弹簧正上方某一高度处由静止开始自由下落，接触弹簧后把弹簧压缩到一定程度(在弹性限度内)，不计空气阻力。则()A.从接触弹簧到运动至最低点的过程中，小球的加速度不断增大B.从接触弹簧到运动至最低点的过程中，小球的速度先增大后减小C.从接触弹簧到运动至最低点的过程中，小球的速度逐渐减小直至为零D.小球在最低点时所受的弹力大小等于其所受的重力大小答案B解析小球从接触弹簧到运动至最低点的过程中，受重力和弹簧弹力作用，弹力从零逐渐增大，开始阶段弹力小于重力，小球合力向下，做加速运动，当弹力等于重力时，所受合外力为零，加速度为零，之后弹力大于重力，合力向上，小球做减速运动，故小球加速度先减小后增大，速度先增大后减小，A、C错误，B正确；小球在最低点时所受的弹力大小大于其所受的重力大小，D错误。例4(2022·全国乙卷·15)如图，一不可伸长轻绳两端各连接一质量为m的小球，初始时整个系统静置于光滑水平桌面上，两球间的距离等于绳长L。一大小为F的水平恒力作用在轻绳的中点，方向与两球连线垂直。当两球运动至二者相距35L时，它们加速度的大小均为()A.5F8m B.2F答案A解析当两球运动至二者相距35L由几何关系可知sinθ=3L10由数学知识可知cosθ=45设绳子拉力为FT，对结点O，由平衡条件：水平方向有2FTcosθ=F，解得FT=58对任意小球由牛顿第二定律有FT=ma解得a=5F8m，故A正确，B、C例5(2024·湖南卷·3)如图，质量分别为4m、3m、2m、m的四个小球A、B、C、D，通过细线或轻弹簧互相连接，悬挂于O点，处于静止状态，重力加速度为g。若将B、C间的细线剪断，则剪断瞬间B和C的加速度大小分别为()A.g，1.5g B.2g，1.5gC.2g，0.5g D.g，0.5g答案A解析剪断前，对B、C、D整体受力分析，A、B间轻弹簧的弹力FAB=(3m+2m+m)g=6mg对D受力分析，C、D间轻弹簧的弹力FCD=mg剪断后，对B：FAB-3mg=3maB解得aB=g，方向竖直向上对C：FDC+2mg=2maC，且FCD=FDC解得aC=1.5g，方向竖直向下，故选A。思考为什么绳或杆中的弹力能发生突变，而弹簧(与物体相连时)中的弹力不能发生突变？答案绳或杆形变不明显，可以认为它们恢复原来的形状，不需要时间，弹力立即消失或改变，但弹簧形变明显，恢复原来的形状需要时间，故弹簧中的弹力不会发生突变。拓展若例5中小球C、D间是用细线连接的，剪断B、C间细线瞬间，求小球C的加速度大小及C、D间细线拉力大小？答案g0解析假设C、D间细线拉力大小为FT，剪断B、C间细线瞬间，两球运动状态相同，对C：2mg+FT=2ma ①对D：mg-FT=ma ②联立①②可得：a=g，FT=0。求解瞬时加速度问题的一般思路考点三超重和失重问题超重、失重和完全失重的对比名称超重失重完全失重产生条件物体的加速度向上物体的加速度向下物体竖直向下的加速度等于g对应运动情境加速上升或减速下降加速下降或减速上升自由落体运动、竖直上抛运动等原理F-mg=maF=mg+mamg-F=maF=mg-mamg-F=mgF=0说明(1)发生超重或失重现象时，物体所受的重力没有变化，只是压力(或拉力)变大或变小了(2)在完全失重的状态下，一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力作用、液柱不再产生压强等1.(来自教材改编)蹦极运动员从高处跳下，先做自由落体运动，随后弹性绳被拉直，直至最低点速度减为零。则在下降过程中，运动员在什么阶段分别处于超重、失重状态？答案运动员下降过程中，在弹性绳被拉直前处于完全失重状态；从弹性绳刚拉直到弹性绳的拉力等于运动员重力过程中，运动员处于失重状态；从弹性绳的拉力等于运动员重力到最后运动员减速为0，运动员处于超重状态。2.(来自教材)当在盛水的静止塑料瓶壁上扎一个小孔时，水会从小孔喷出，但释放水瓶，让水瓶自由下落，水却不会从小孔流出。这是为什么？答案塑料瓶静止时，小孔有水喷出，是因为上部的水对下部的水产生压力；当让水瓶自由下落时，由于a=g，水和瓶均处于完全失重状态，上部的水不会对下部的水产生压力，故水不再从小孔流出。例6(2024·全国甲卷·22)学生小组为了探究超重和失重现象，将弹簧测力计挂在电梯内，测力计下端挂一物体。已知当地重力加速度大小为9.8m/s2。(1)电梯静止时测力计示数如图所示，读数为N(结果保留1位小数)；

(2)电梯上行时，一段时间内测力计的示数为4.5N，则此段时间内物体处于(填“超重”或“失重”)状态，电梯加速度大小为m/s2(结果保留1位小数)。

答案(1)5.0(2)失重1.0解析(1)由题图可知弹簧测力计的分度值为0.5N，则读数为5.0N。(2)电梯上行时，一段时间内测力计的示数为4.5N，小于物体的重力，可知此段时间内物体处于失重状态；G=mg=5.0N根据牛顿第二定律mg-FT=ma代入数据联立解得电梯加速度大小a≈1.0m/s2。例7(2026·江苏南京市七校联合体调研)以竖直向上为正方向，某同学乘电梯开始下楼的加速度a随时间t变化的图线如图所示，则该同学()A.0~4s内处于超重状态B.7~10s内处于失重状态C.t=4s时速度最大D.4~7s内处于静止状态答案C解析以竖直向上为正方向，0~4s内加速度为负，可知加速度方向向下，该同学处于失重状态，故A错误；7~10s内加速度为正，可知加速度方向向上，故该同学处于超重状态，故B错误；根据题意，该同学初速度为零，由A、B选项的分析，该同学0~4s内经历失重，即向下做加速运动，4~7s内加速度为零，做匀速直线运动，7~10s内经历超重，即向下做减速运动，可知t=4s时速度最大，故C正确，D错误。判断超重和失重的方法1.从受力的角度判断当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体处于超重状态；小于重力时，物体处于失重状态；等于零时，物体处于完全失重状态。2.从加速度的角度判断当物体具有向上的(分)加速度时，物体处于超重状态；具有向下的(分)加速度时，物体处于失重状态；向下的加速度等于重力加速度时，物体处于完全失重状态。考点四单位制1.单位制：基本单位和导出单位一起组成了单位制。2.基本单位：基本量的单位。国际单位制中基本量共七个，其中力学有三个，是长度、质量、时间，基本单位分别是米、千克、秒。3.导出单位：由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位。4.国际单位制的基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(公斤)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，(ν)摩[尔]mol发光强度I，(Iv)坎[德拉]cd例8(2026·江苏盐城市五校联考)汽车行驶时受到空气的阻力因素主要包括空气的密度ρ，汽车的行驶速度v，迎风面积S，风阻系数Cd，阻力大小f=12ρv2SCd，其中Cd越小，汽车越节能。关于风阻系数Cd下列说法正确的是()A.Cd没有单位B.Cd的单位是m/sC.Cd的单位是m/s2D.Cd的单位是kg·m/s2答案A解析根据题意可得Cd=2fρv2S，根据力学单位制有kg·m/s2课时精练[分值：48分][1~7题，每题4分]1.(2025·江苏省前黄高级中学检测)下列说法正确的是()A.牛顿第一定律只有在无摩擦力的条件下才成立B.在水平面上滑动的木块最终停下来是由于没有外力维持它运动C.伽利略的斜面实验是牛顿第一定律的实验基础D.笛卡尔最早指出力不是维持物体运动的原因答案C解析任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到受到其他物体的作用力迫使它改变这种状态为止，这里的力是指所有力，并不是单指摩擦力，故A错误；在水平面上滑动的木块最终停下来是由于受到外力的作用，故B错误；伽利略的斜面实验推翻了亚里士多德的理论，是牛顿第一定律的实验基础，故C正确；最早指出力不是维持物体运动的原因的科学家是伽利略，不是笛卡尔，故D错误。2.(2025·甘肃卷·3)2025年4月24日，在甘肃酒泉卫星发射中心成功发射了搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭。若在初始的1s内燃料对火箭的平均推力约为6×106N。火箭质量约为500吨且认为在1s内基本不变，则火箭在初始1s内的加速度大小约为(重力加速度g取10m/s2)()A.2m/s2 B.4m/s2C.6m/s2 D.12m/s2答案A解析根据题意，由牛顿第二定律有F-mg=ma，代入数据解得a=6×106-5×1065×103.(2025·四川卷·8改编)若长度、质量、时间和动量分别用a、b、c和d表示，则下列各式可能表示能量的是()A.a2bc2 B.a答案A解析根据题意可知a2bc2的单位为m2·kgs2=kg·(m/s)2，结合动能公式Ek=12mv2可知kg·(m/s)2为能量单位；同理ab2c2的单位为m·kg2s2=kg2·m/s2，db4.(2026·江苏盐城市七校联盟)为节能环保，电梯在没有人员时，其运转非常缓慢，当人员走上电梯时，通过红外感应电梯会加速运转，人员站在电梯上，随着电梯经历先加速后匀速的过程，则下列说法正确的是()A.在匀速阶段，电梯对人的作用力为零B.在加速阶段，人处于超重状态C.整个过程人受到的摩擦力不变D.整个过程电梯对人的支持力不变答案B解析在匀速阶段，电梯对人的作用力与人的重力等大反向，故A错误；在加速阶段，人具有竖直向上的分加速度，所以人处于超重状态，故B正确；在加速阶段，人具有水平方向的分加速度，此时人受到的摩擦力不为0，在匀速阶段，根据平衡条件可知，人受到的摩擦力为0，故C错误；在加速阶段，人处于超重状态，电梯对人的支持力大于重力，在匀速阶段，电梯对人的支持力等于重力，故D错误。5.(2025·江苏盐城市检测)如图所示，一木块在光滑水平面上受到一恒力F作用而运动，前方固定一轻质弹簧，当木块接触弹簧后，下列判断正确的是()A.木块将立即做匀减速直线运动B.木块仍将加速运动一段时间C.当弹簧弹力大小等于恒力F时木块速度为零D.当弹簧处于最大压缩状态时木块加速度为零答案B解析当木块接触弹簧后，恒力F先大于弹簧的弹力，后小于弹簧的弹力，随着弹力的增大，加速度先减小后增大，故先做加速度减小的变加速运动，后做加速度增大的变减速运动，当弹簧弹力大小等于恒力F时，木块的速度最大，故B正确，A、C错误；在弹簧处于最大压缩量时，木块速度为零，此时弹簧的弹力大于恒力F，合力向右，加速度不为零，故D错误。6.如图所示，在升降电梯内固定一倾角为θ的光滑斜面，将质量为m的光滑小球置于斜面和一个光滑竖直固定挡板之间。电梯在快要到达地面时，以大小为a的加速度沿竖直方向做匀减速直线运动，重力加速度大小为g，关于此过程，下列说法正确的是()A.小球受到斜面的支持力大小为mgB.小球受到斜面的支持力大小为mgC.小球受到挡板的支持力大小为mgD.小球受到挡板的支持力大小为(mg+ma)tanθ答案D解析电梯具有竖直向上的加速度a，对小球受力分析，如图，根据平衡条件及牛顿第二定律有F1=F2sinθ，F2cosθ-mg=ma，解得F2=mg+macosθ，F1=(mg+ma)tan7.(八省联考·陕西·6)如图，质量均为m的两个相同小球甲和乙用轻弹簧连接，并用轻绳L1、L2固定，处于静止状态，L1水平，L2与竖直方向的夹角为60°，重力加速度大小为g。则()A.L1的拉力大小为3mgB.L2的拉力大小为3mgC.若剪断L1，该瞬间小球甲的加速度大小为3gD.若剪断L1，该瞬间小球乙的加速度大小为g答案C解析对甲、乙整体受力分析可知，L1的拉力大小为FT1=2mgtan60°=23mgL2的拉力大小为FT2=2mgcos60°选项A、B错误；剪断L1瞬间，弹簧的弹力不变，则小球乙受的合外力仍为零，加速度为零；对小球甲受力分析，F合=2mgsin60°=3mg由牛顿第二定律可知加速度a=F合m=选项C正确，D错误。[8~11题，每题4分]8.(来自教材改编)(2025·江苏南京市调研)如图所示，一辆装满石块的货车在水平道路上匀速行驶，发现前面有路障，以加速度a匀减速行驶，货箱中石块A的质量为m，重力加速度为g，则()A.车匀速行驶时，A受到货箱对它的支持力为mgB.车匀速行驶时，A受到周围与它接触物体的合力为0C.车匀减速行驶时，A受到货箱对它的支持力变小D.车匀减速行驶时，A受到周围与它接触物体的合力大于ma答案D解析车匀速行驶时，石块A受到的合力为0，由于上面石块对其有向下的压力，则货箱对它的支持力大于mg，故A错误；车匀速行驶时，由于石块所受合外力为零，所以石块周围与它接触物体的合力与其重力等大反向，大小为mg，方向竖直向上，故B错误；车匀减速行驶时，石块A竖直方向所受合力为零，货箱对它的支持力不变，周围与它接触物体的合力为(ma)2+(mg)29.(2025·北京卷·11)模拟失重环境的实验舱，通过电磁弹射从地面由静止开始加速后竖直向上射出，上升到最高点后回落，再通过电磁制动使其停在地面。实验舱运动过程中，受到的空气阻力f的大小随速率增大而增大，f随时间t的变化如图所示(向上为正)。下列说法正确的是()A.从t1到t3，实验舱处于电磁弹射过程B.从t2到t3，实验舱加速度大小减小C.从t3到t5，实验舱内物体处于失重状态D.t4时刻，实验舱达到最高点答案B解析t1~t3内，f向下，先增大后减小，可知此时速度方向向上，先增大后减小，故实验舱在t1~t2内处于弹射过程，在t2~t3内做竖直上抛运动，故A错误；t2~t3内，f向下在减小，根据牛顿第二定律有mg+f=ma，即a=fm+g，故从t2到t3加速度大小在减小，故B正确；t3~t5内，f向上，先增大后减小，可知此时速度方向向下，先增大后减小，先向下加速后向下减速，加速度先向下后向上，先失重后超重，故C错误；根据前面分析可知t3时刻速度方向改变，从向上运动变成向下运动，故t3时刻到达最高点，故D10.(2025·江苏南京市校考)在水平铁轨上沿直线行驶的列车车厢里，车顶上用细线悬挂一个小球，车厢地板上放置一个质量为m的木箱。某段时间内，摆线与竖直方向夹角始终为θ，木箱相对于地板静止，如图所示，重力加速度为g。下列判断正确的是()A.列车一定向右运动B.列车的加速度大小为gsinθC.木箱所受摩擦力方向一定向右D.如果细线悬挂的小球在竖直平面内摆动，列车的加速度一定在不断变化答案C解析对小球受力分析且由牛顿第二定律有mgtanθ=ma，得小球加速度大小为a=gtanθ，加速度方向水平向右，由于列车、小球和木箱具有相同的加速度，则列车的加速度大小为gtanθ，方向水平向右，由于列车的速度方向未知，则列车可能向右做加速运动，也可能向左做减速运动，对木箱受力分析可知，无论列车向左还是向右运动，木箱所受摩擦力方向一定向右，故A、B错误，C正确；若列车由变速运动突然停止，由于惯性，小球将在竖直平面内摆动，列车的加速度始终为零，故D错误。11.(2025·山东卷·8)工人在河堤的硬质坡面上固定一垂直坡面的挡板，向坡底运送长方体建筑材料。如图所示，坡面与水平面夹角为θ，交线为PN，坡面内QN与PN垂直，挡板平面与坡面的交线为MN，∠M