高考第一轮复习——牛顿运动定律

牛顿运动定律主讲：梁建兴1一. 教学内容：必修1第三章牛顿运动定律二. 高考考纲及分析（一）高考考纲牛顿运动定律、牛顿定律的应用（Ⅱ）超重和失重（I）实验：验证牛顿运动定律.（二）考纲分析1. 考纲要求考生要准确理解牛顿第一定律和惯性的概念，对这一知识点的考查经常会以选择题的形式出现。

2. 牛顿第二定律是动力学的基石，一定要熟练掌握其应用。

在对物体正确受力分析的基础上利用正交分解求动力学问题是重中之重，每年的高考都直接或与其他章节的知识综合出题，并以计算题的形式出现。

3. 超重和失重作为单列的知识点，也要加以重视，关键看加速度的方向，一般情况会以实际生活中的实例为背景出选择题。

4. 本章的实验充分体现了控制变量法研究物理问题，同时用平衡法消除摩擦力的影响，也在实验中常用。

在理解实验方法、原理的基础上，命制设计性实验概率也是较大的。

2三. 知识要点第一单元牛顿第一定律牛顿第三定律（一）牛顿第一定律1. 牛顿第一定律（即惯性定律）一切物体总保持静止状态或匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。

2. 对定律应从以下几个方面理解：（1）物体总保持原来的静止状态或匀速直线运动状态的性质叫惯性。

一切物体都具有惯性。

惯性是物体的固有属性。

其大小只与物体的质量有关。

与物体是否受力以及处于什么状态无关。

当物体受合外力为零时，表现为保持静止或匀速直线运动状态；当物体所受所合外力不为零时，惯性则使物体表现出具有维持原来运动状态不变的趋势。

惯性的大小体现了物体运动状态改变的难易程度。

（2）定律是指物体不受外力（客观上难找到）或所受合外力为零，物体才保持静止或匀速直线运动状态不变；有外力（合外力不为零）物体的运动状态（或形变）发生变化。

（3）物体的运动并不需要力来维持，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。

（4）牛顿第一定律不能用实验直接验证，而是通过如伽里略斜面实验等大量事实基础上的逻辑推理结果。

（5）牛顿第一定律只适用于低速运动、宏观物体。

物体的运动状态是指平动、不涉及转动。

（二）牛顿第三定律1. 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，但作用点不在同一个物体上。

2. 注意：物体与物体之间的作用力和反作用力总是同时产生、同时消失、同种性质、分别作用在相互作用的两个物体上，它们分别对这两个物体产生的作用效果不能抵消。

3. 作用力和反作用力与一对平衡力的区别：二对作用力与反作用力分别作用在两个不同的物体上，而平衡力是作用在同一物体上；作用力与反作用力一定是同一性质的力，平衡力则可以是也可以不是；作用力和反作用力同时产生、同时消失，而一对平衡力，当去掉其中一个力后，另一个力可以继续作用3作用力与反作用力平衡力受力物体二个不同的物体，作用效果不能抵消一个物体，作用效果可以抵消大小方向大小相等，方向相反大小相等，方向相反力的性质一定是同一性质的力可以是不同性质的力大小变化同时存在，同时变化，同时消失其中一个力变化时，不影响另外一个力4. 借助作用力与反作用力的关系，可以在解决实际问题时，根据需要变换研究对象，使得对实际问题的求解更为简便、可行。

第二单元牛顿第二定律两类动力学问题（一）牛顿第二定律1. 牛顿第二定律内容：物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向始终跟合外力方向一致。

2. 数学表达式：F=ma注意：公式中单位：质量m的单位是千克（kg）；加速度a的单位是米/秒2（m/s2）力F的单位是牛顿（N）——使质量为1kg的物体产生1m/s2的加速度的力为1N。

3. 牛顿第二定律注意从以下“四性”加深理解：（1）矢量性：加速度的方向始终与合外力方向一致；（2）即时性：F=ma，合外力与加速度在数值上是瞬时对应关系，F变化，a也随之发生变化。

但F=ma始终成立；（3）相对性：研究F=ma中，只能取静止或做匀速直线运动的物体为参照物；（4）独立性：作用在物体上有多个力时，每个力都可独立地产生加速度，而物体运动（合）加速度是各个（分）加速度的矢量和，因此，求物体加速度可以先求合力再通过定律求合加速度，也可以通过定律先求各分力产生的分加速度，再求各分加速度的合加速度。

4. 牛顿第二定律只适用于低速、宏观物体。

4（二）力学单位制1. 单位制：由许多不同的物理量的单位构成一套单位。

由基本单位和导出单位组成，国际单位制中基本单位有7个（见下表），力学热学电学光学基本物理量长度质量时间物质的量热力学温标电流强度光照强度物理量符号L m T n T I基本单位米千克秒摩尔开尔文安培坎德拉单位符号m kg S mol k A2. 单位制的应用：①导出单位用基本单位来表达；②应用物理公式计算时必须采用同一单位制。

（三）超重和失重1. 超重（1）超重现象：物体对支持物（或悬绳）的压力（或拉力）大于物体重力的现象设向上加速度为a，T－mg=F合=ma T=mg+ma（2）超重的动力学特征：支持面（或悬线）对物体的（向上）作用力大于物体所受的重力（3）超重的运动学特征：物体的加速度向上，它包括两种情况：向上加速运动或向下减速运动2. 失重：（1）失重现象：物体对支持物（或悬绳）的压力（或拉力）小于物体重力的现象设向下加速度为a，mg－T=F合=ma T=mg－ma当物体对支持物（或对悬挂物的拉力）等于零时，我们称为物体处于完全失重状态5（2）失重的动力学特征：支持面（或悬线）对物体的（向上）作用力小于物体所受的重力（3）失重的运动学特征：物体的加速度向下，它包括两种情况：向下加速运动或向上减速运动物体处于完全失重状态时，a ＝g（4）注意一下几个方面①物体处于“超重”或“失重”状态时，物体的重力并不变化，只是“视重”发生了变化。

②“超重”“失重”现象与物体运动的速度方向和大小均无关，只决定于物体的加速度方向③日常所说的“视重”与“重力”有区别。

视重大小是指物体对支持物或悬挂物的作用力大小，只有当物体的加速度为零时，视重大小等于重力的大小。

④在完全失重的状态下，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如单摆停摆、天平失效，浸在水中的物体不再受浮力等。

（四）动力学的两类基本问题应用牛顿运动定律求解的问题主要有两类：一类是已知受力情况求运动情况；另一类是已知运动情况求受力情况。

在这两类问题中，加速度是联系力和运动的桥梁，受力分析是解决问题的关键。

第三单元实验：验证牛顿运动定律1. 实验目的（1）学会用控制变量法研究物理规律。

（2）验证牛顿第二定律。

（3）掌握利用图象处理数据的方法。

2. 实验原理探究加速度a与力F及质量m的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量如小车的质量m不变，讨论加速度a与力F的关系，再控制小桶和砂的质量不变，即力F不变，改变小车质量m，讨论加速度a与m的关系。

3. 实验器材6打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小桶、砂、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平（带有一套砝码）、刻度尺。

4. 实验步骤及数据（1）用天平测出小车和砝码的总质量M，把数值记录下来。

（2）按图把实验器材安装好，只是不把悬挂小桶的细绳系在车上，即不给小车加牵引力。

（3）平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫一块木板。

反复移动木板的位置，直至小车在斜面上运动可以保持匀速直线运动状态。

这时，小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力沿斜面方向上的分力平衡。

（4）把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶，先接通电源再放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点，打完点后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码。

（5）保持小车和砝码的质量不变，在小桶里放入适量的砂，使小桶和砂的总质量远小于小车和砝码的总质量，把小桶和砂的总质量m'记录下来，重复步骤（4）。

在小桶内再放入适量砂，记录下小桶和砂的总质量m"，再重复步骤（4）。

（6）重复步骤（5）三次，得到三条纸带。

（7）在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，测量计数点间的距离，算出每条纸带上的加速度的值。

（8）用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力F，作用力的大小F等于小桶和砂的总重力，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点，如果这些点是在一条过原点的直线上，便证明了加速度与作用力成正比。

（9）保持砂和小桶的质量不变，在小车上加砝码，重复上面的实验，用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车和砝码总质量的倒数，根据实验结果在坐标平面上画出相应的点.如果这些点是在一条过原点的直线上，就证明了加速度与质量成反比。

75. 注意事项（1）一定要做好平衡摩擦力的工作，也就是调出一个合适的斜面，使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力。

在平衡摩擦力时，不要把悬挂小桶的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车拖着打点的纸带运动。

（2）实验步骤（2）、（3）不需要重复，即整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小桶和砂的总质量还是改变小车和砝码的总质量，都不需要重新平衡摩擦力。

（3）每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小桶和砂的总质量的条件下打出。

只有如此，小桶和砂的总重力才可视为小车受到的拉力。

（4）改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车。

（5）作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。

（6）作图时两轴标度比例要选择适当。

各量须采用国际单位。

这样作图线时，坐标点间距不至于过密，误差会小些。

（7）为提高测量精度①应舍掉纸带上开头比较密集的点，在后边便于测量的地方找一个起点。

②可以把每打五次点的时间作为时间单位，即从开始打点起，每隔五个点标出一个计数点，此时相邻计数点间的时间间隔为T=0.1 s。

6. 误差分析（1）质量的测量误差，纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差。

（2）因实验原理不完善造成误差：本实验中用小桶和砂的总重力代替小车受到的拉力（实际上小车受到的拉力要小于小桶和砂的总重力），存在系统误差。

小桶和砂的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小桶和砂的总质量越小于小车的质量，误差就越小。

（3）平衡摩擦力不准造成误差：在平衡摩擦力时，除了不挂小桶外，其他的都跟正式实验一样（比如要挂好纸带、接通打点计时器），匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点的距离相等。

89四. 知识网络五. 重点、难点解析 1. 牛顿第一定律2. 对牛顿第二定律的理解3. 应用牛顿运动定律解题的规范步骤（1）确定研究对象，对研究对象进行受力分析，并画出物体的受力图。