【最新推荐】2021版高考物理大一轮复习通用版教师用书：第3章 第1节 牛顿第一定律 牛顿第三定律 Word版含
【2021 大一轮复习(新高考)物理教师用书】第三章 专题强化三
专题强化三应用牛顿运动定律解决“四类”热点问题专题解读 1.本专题是应用动力学方法分析动力学图象问题、连接体问题、临界和极值问题以及多运动过程问题．在高考中主要以选择题形式考查，且每年都有命题．2．学好本专题可以培养同学们的分析推理能力、应用数学知识和方法解决物理问题的能力．3．本专题用到的规律和方法有：整体法和隔离法、牛顿运动定律和运动学公式、临界条件和相关的数学知识．1．常见图象v－t图象、a－t图象、F－t图象、F－a图象等．2．题型分类(1)已知物体受到的力随时间变化的图线，要求分析物体的运动情况．(2)已知物体的速度、加速度随时间变化的图线，要求分析物体的受力情况．(3)由已知条件确定某物理量的变化图象．3．解题策略(1)分清图象的类别：即分清横、纵坐标所代表的物理量，明确其物理意义，掌握物理图象所反映的物理过程，会分析临界点．(2)注意图线中的一些特殊点所表示的物理意义：图线与横、纵坐标的交点，图线的转折点，两图线的交点等．(3)明确能从图象中获得哪些信息：把图象与具体的题意、情景结合起来，应用物理规律列出与图象对应的函数方程式，进而明确“图象与公式”“图象与物体”间的关系，以便对有关物理问题作出准确判断．例1(多选)(2019·全国卷Ⅲ·20)如图1(a)，物块和木板叠放在实验台上，物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连，细绳水平．t＝0时，木板开始受到水平外力F的作用，在t＝4 s时撤去外力．细绳对物块的拉力f随时间t变化的关系如图(b)所示，木板的速度v与时间t的关系如图(c)所示．木板与实验台之间的摩擦可以忽略．重力加速度取10 m/s2.由题给数据可以得出()图1A ．木板的质量为1 kgB ．2～4 s 内，力F 的大小为0.4 NC ．0～2 s 内，力F 的大小保持不变D ．物块与木板之间的动摩擦因数为0.2 答案 AB解析 由题图(c)可知木板在0～2 s 内处于静止状态，再结合题图(b)中细绳对物块的拉力f 在0～2 s 内逐渐增大，可知物块受到木板的摩擦力逐渐增大，故可以判断木板受到的水平外力F 也逐渐增大，选项C 错误；由题图(c)可知木板在2～4 s 内做匀加速运动，其加速度大小为a 1＝0.4－04－2 m/s 2＝0.2 m/s 2，对木板进行受力分析，由牛顿第二定律可得F －F f ＝ma 1，在4～5 s 内做匀减速运动，其加速度大小为a 2＝0.4－0.25－4 m/s 2＝0.2 m/s 2，F f ＝ma 2，另外由于物块静止不动，同时结合题图(b)可知物块与木板之间的滑动摩擦力F f ＝0.2 N ，解得m ＝1 kg 、F ＝0.4 N ，选项A 、B 正确；由于不知道物块的质量，所以不能求出物块与木板之间的动摩擦因数，选项D 错误．变式1 (多选)(2020·山东等级考模拟卷·11)如图2所示，某人从距水面一定高度的平台上做蹦极运动．劲度系数为k 的弹性绳一端固定在人身上，另一端固定在平台上．人从静止开始竖直跳下，在其到达水面前速度减为零．运动过程中，弹性绳始终处于弹性限度内．取与平台同高度的O 点为坐标原点，以竖直向下为y 轴正方向，忽略空气阻力，人可视为质点．从跳下至第一次到达最低点的运动过程中，用v 、a 、t 分别表示人的速度、加速度和下落时间．下列描述v 与t 、a 与y 的关系图象可能正确的是( )图2答案 AD解析 人在下落的过程中，弹性绳绷紧之前，人处于自由落体状态，加速度为g ；弹性绳绷紧之后，弹力随下落距离逐渐增大，加速度先均匀减小后反向均匀增大，C 错误，D 正确；弹性绳绷紧之后，人的加速度先减小后反向增大，可知速度时间图象的斜率先减小后反向增大，B 错误，A 正确．变式2 (多选)(2019·河南驻马店市第一学期期终)如图3甲所示，一质量m ＝1 kg 的物体置于水平面上，在水平外力F 作用下由静止开始运动，F 随时间t 的变化情况如图乙所示，物体运动的速度v 随时间t 的变化情况如图丙所示(4 s 后的图线没有画出)．已知重力加速度g 取10 m/s 2，则下列说法正确的是( )图3A ．物体在第3 s 末的加速度大小是2 m/s 2B ．物体与水平面间的动摩擦因数为0.4C ．物体在前6 s 内的位移为10 mD ．物体在前6 s 内的位移为12 m 答案 BD解析 由v －t 图象可知，物体在前4 s 做匀变速直线运动，所以物体在第3 s 末的加速度a 1等于前4 s 内的加速度，根据v －t 图象和加速度定义式：a 1＝Δv Δt ＝44 m/s 2＝1 m/s 2，选项A 错误；在0～4 s 内，在水平方向：F 1－μmg ＝ma 1，解得：μ＝0.4 ，选项B 正确；设前4 s 的位移为x 1，由位移公式有：x 1＝12a 1t 12＝12×1×16 m ＝8 m ；设4 s 后物体运动时的加速度为a 2，则：F 2－μmg ＝ma 2，解得a 2＝－2 m/s 2；物体在4 s 末时的速度为v ′＝4 m/s ，设物体从4 s 末后运动时间t 2速度减为0，则：0＝v ′＋a 2t 2，解得：t 2＝2 s ，所以物体在6 s 末速度恰好减为0，故后2 s 内的位移：x 2＝v ′t 2＋12a 2t 22，代入数据解得，x 2＝4 m ；所以物体在前6 s 内的位移x ＝x 1＋x 2＝8 m ＋4 m ＝12 m ，选项C 错误，D 正确．1．连接体的类型(1)弹簧连接体(2)物物叠放连接体(3)轻绳连接体(4)轻杆连接体2．连接体的运动特点轻绳——轻绳在伸直状态下，两端的连接体沿绳方向的速度总是相等．轻杆——轻杆平动时，连接体具有相同的平动速度；轻杆转动时，连接体具有相同的角速度，而线速度与转动半径成正比．轻弹簧——在弹簧发生形变的过程中，两端连接体的速度不一定相等；在弹簧形变最大时，两端连接体的速率相等．3．处理连接体问题的方法整体法的选取原则若连接体内各物体具有相同的加速度，且不需要求物体之间的作用力，可以把它们看成一个整体，分析整体受到的外力，应用牛顿第二定律求出加速度或其他未知量隔离法的选取原则若连接体内各物体的加速度不相同，或者要求出系统内两物体之间的作用力时，就需要把物体从系统中隔离出来，应用牛顿第二定律列方程求解整体法、隔离法的交替运用若连接体内各物体具有相同的加速度，且要求物体之间的作用力时，可以先用整体法求出加速度，然后再用隔离法选取合适的研究对象，应用牛顿第二定律求作用力．即“先整体求加速度，后隔离求内力”例2 (2019·江苏南通市模拟)如图4所示，质量为m 2的物块B 放在光滑的水平桌面上，其上放置质量为m 1的物块A ，用通过光滑定滑轮的细线将A 与质量为M 的物块C 连接，释放C ，A 和B 一起以加速度大小a 从静止开始运动，已知A 、B 间的动摩擦因数为μ，重力加速度大小为g ，则细线中的拉力大小为( )图4A ．MgB ．M (g ＋a )C ．(m 1＋m 2)aD ．m 1a ＋μm 1g答案 C解析 以物块C 为研究对象，有Mg －F T ＝Ma ，解得F T ＝Mg －Ma ，故A 、B 错误；以A 、B 整体为研究对象，根据牛顿第二定律可知F T ＝(m 1＋m 2)a ，故C 正确；根据牛顿第二定律，对B 可知F f ＝m 2a ，A 、B 间为静摩擦力，故D 错误．变式3 (2019·福建漳州市第二次教学质量监测)如图5所示，质量分别为2m 和3m 的两个小球静止于光滑水平面上，且固定在劲度系数为k 的轻质弹簧的两端．今在质量为2m 的小球上沿弹簧轴线方向施加大小为F 的水平拉力，使两球一起做匀加速直线运动，则稳定后弹簧的伸长量为( )图5A.F 5kB.2F 5kC.3F 5kD.F k 答案 C解析 对整体分析，整体的加速度a ＝F5m ，对质量为3m 的小球分析，根据牛顿第二定律有：F 弹＝kx ＝3ma ，可得x ＝3F5k，故A 、B 、D 错误，C 正确．变式4 (多选)如图6所示，倾角为θ的斜面体放在粗糙的水平地面上，现有一带固定支架的滑块m 正沿斜面加速下滑．支架上用细线悬挂的小球达到稳定(与滑块相对静止)后，悬线的方向与竖直方向的夹角也为θ，斜面体始终保持静止，则下列说法正确的是( )图6A ．斜面光滑B．斜面粗糙C．达到稳定状态后，地面对斜面体的摩擦力水平向左D．达到稳定状态后，地面对斜面体的摩擦力水平向右答案AC解析隔离小球，可知小球的加速度方向沿斜面向下，大小为g sin θ，小球稳定后，支架系统的加速度与小球的加速度相同，对支架系统进行分析，只有斜面光滑，支架系统的加速度才是g sin θ，所以A正确，B错误．隔离斜面体，斜面体受到的力有自身重力、地面的支持力、支架系统对它垂直斜面向下的压力，因斜面体始终保持静止，则斜面体还应受到地面对它水平向左的摩擦力，C正确，D错误．1．临界或极值条件的标志(1)题目中“刚好”“恰好”“正好”等关键词句，明显表明题述的过程存在着临界点．(2)题目中“取值范围”“多长时间”“多大距离”等词句，表明题述过程存在着“起止点”，而这些“起止点”一般对应着临界状态．(3)题目中“最大”“最小”“至多”“至少”等词句，表明题述的过程存在着极值，这个极值点往往是临界点．2．常见临界问题的条件(1)接触与脱离的临界条件：两物体相接触或脱离，临界条件是弹力F N＝0.(2)相对滑动的临界条件：静摩擦力达到最大值．(3)绳子断裂与松弛的临界条件：绳子断裂的临界条件是绳中张力等于它所能承受的最大张力；绳子松弛的临界条件是F T＝0.(4)最终速度(收尾速度)的临界条件：物体所受合外力为零．3．解题基本思路(1)认真审题，详尽分析问题中变化的过程(包括分析整体过程中有几个阶段)；(2)寻找过程中变化的物理量；(3)探索物理量的变化规律；(4)确定临界状态，分析临界条件，找出临界关系．4．解题技巧方法极限法把物理问题(或过程)推向极端，从而使临界现象(或状态)暴露出来，以达到正确解决问题的目的假设法临界问题存在多种可能，特别是非此即彼两种可能时，或变化过程中可能出现临界条件，也可能不出现临界条件时，往往用假设法解决问题数学法 将物理过程转化为数学表达式，根据数学表达式解出临界条件例3 (2019·江西宜春市期末)如图7所示，一弹簧一端固定在倾角为θ＝37°的光滑固定斜面的底端，另一端拴住质量为m 1＝6 kg 的物体P ，Q 为一质量为m 2＝10 kg 的物体，弹簧的质量不计，劲度系数k ＝600 N/m ，系统处于静止状态．现给物体Q 施加一个方向沿斜面向上的力F ，使它从静止开始沿斜面向上做匀加速运动，已知在前0.2 s 时间内，F 为变力，0.2 s 以后F 为恒力，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g 取10 m/s 2.求：图7(1)系统处于静止状态时，弹簧的压缩量x 0；(2)物体Q 从静止开始沿斜面向上做匀加速运动的加速度大小a ； (3)力F 的最大值与最小值．答案 (1)0.16 m (2)103 m/s 2 (3)2803 N 1603 N解析 (1)设开始时弹簧的压缩量为x 0，对整体受力分析，平行斜面方向有(m 1＋m 2)g sin θ＝kx 0 解得x 0＝0.16 m.(2)前0.2 s 时间内F 为变力，之后为恒力，则0.2 s 时刻两物体分离，此时P 、Q 之间的弹力为零且加速度大小相等，设此时弹簧的压缩量为x 1， 对物体P ，由牛顿第二定律得： kx 1－m 1g sin θ＝m 1a前0.2 s 时间内两物体的位移： x 0－x 1＝12at 2联立解得a ＝103m/s 2.(3)对两物体受力分析知，开始运动时拉力最小，分离时拉力最大，则 F min ＝(m 1＋m 2)a ＝1603 N对Q 应用牛顿第二定律得 F max －m 2g sin θ＝m 2a解得F max ＝m 2(g sin θ＋a )＝2803N.变式5 如图8，滑块A 置于水平地面上，滑块B 在一水平力作用下紧靠滑块A (A 、B 接触面竖直)，此时A 恰好不滑动，B 刚好不下滑．已知A 与B 间的动摩擦因数为μ1，A 与地面间的动摩擦因数为μ2，最大静摩擦力等于滑动摩擦力．A 与B 的质量之比为( )图8A.1μ1μ2B.1－μ1μ2μ1μ2C.1＋μ1μ2μ1μ2D.2＋μ1μ2μ1μ2答案 B解析 对滑块A 、B 整体在水平方向上有F ＝μ2(m A ＋m B )g ，对滑块B 在竖直方向上有μ1F ＝m B g ，联立解得：m A m B ＝1－μ1μ2μ1μ2，选项B 正确.1．基本思路(1)将“多过程”分解为许多“子过程”，各“子过程”间由“衔接点”连接． (2)对各“衔接点”进行受力分析和运动分析，必要时画出受力图和过程示意图． (3)根据“子过程”“衔接点”的模型特点选择合适的物理规律列方程．(4)分析“衔接点”速度、加速度等的关联，确定各段间的时间关联，并列出相关的辅助方程． (5)联立方程组，分析求解，对结果进行必要的验证或讨论． 2．解题关键(1)注意应用v －t 图象和情景示意图帮助分析运动过程． (2)抓住两个分析：受力分析和运动过程分析．例4 (2019·河南郑州市第一次模拟)某次新能源汽车性能测试中，如图9甲显示的是牵引力传感器传回的实时数据随时间变化的关系，但由于机械故障，速度传感器只传回了第25 s 以后的数据，如图乙所示．已知汽车质量为1 500 kg ，若测试平台是水平的，且汽车由静止开始做直线运动，设汽车所受阻力恒定．求：图9(1)18 s 末汽车的速度是多少？ (2)前25 s 内的汽车的位移是多少？ 答案 (1)26 m/s (2)608 m解析 (1)0～6 s 内由牛顿第二定律得：F 1－F f ＝ma 1 6 s 末车速为：v 1＝a 1t 1在6～18 s 内，由牛顿第二定律得：F 2－F f ＝ma 2 第18 s 末车速为：v 2＝v 1＋a 2t 2由题图知18 s 后汽车匀速直线运动，牵引力等于阻力，故有： F f ＝F ＝1 500 N ，解得：v 1＝30 m/s ，v 2＝26 m/s ；(2)汽车在0～6 s 内的位移为：x 1＝v 12t 1＝90 m ，汽车在6～18 s 内的位移为：x 2＝v 1＋v 22t 2＝336 m ，汽车在18～25 s 内的位移为：x 3＝v 2t 3＝182m 故汽车在前25 s 内的位移为：x ＝x 1＋x 2＋x 3＝608 m.变式6 哈利法塔是目前世界最高的建筑．游客乘坐观光电梯从地面开始经历加速、匀速、减速的过程恰好到达观景台只需50秒，运行的最大速度为15 m/s .观景台上可以鸟瞰整个迪拜全景，可将棕榈岛、帆船酒店等尽收眼底，颇为壮观．一位游客用便携式拉力传感器测得在加速阶段质量为1 kg 的物体受到的竖直向上拉力为11 N ，若电梯加速、减速过程视为匀变速直线运动(g 取10 m/s 2)，求：(1)电梯加速阶段的加速度大小及加速运动的时间；(2)若减速阶段与加速阶段的加速度大小相等，求观景台的高度；(3)若电梯设计安装有辅助牵引系统，电梯出现故障，绳索牵引力突然消失，电梯从观景台处自由下落，为防止电梯落地引发人员伤亡，电梯启动辅助牵引装置使其减速到速度为零，牵引力为重力的3倍，下落过程所有阻力不计，则电梯自由下落最长多少时间必须启动辅助牵引装置？答案 (1)1 m/s 2 15 s (2)525 m (3)70 s解析 (1)设电梯加速阶段的加速度大小为a ，由牛顿第二定律得： F T －mg ＝ma 解得a ＝1 m/s 2 由v ＝v 0＋at 解得t ＝15 s.(2)匀加速阶段位移x 1＝12at 2＝12×1×152 m ＝112.5 m匀速阶段位移x 2＝v (50 s －2t )＝15×(50－2×15) m ＝300 m 匀减速阶段位移x 3＝v 22a ＝112.5 m因此观景台的高度 x ＝x 1＋x 2＋x 3＝525 m. (3)由题意知，电梯到地面速度刚好为0. 自由落体加速度大小a 1＝g启动辅助牵引装置后加速度大小a 2＝F －mg m ＝3mg －mgm ＝2g ，方向向上则v m 22a 1＋v m 22a 2＝x 解得：v m ＝1070 m/s 则t m ＝v mg＝70 s 即电梯自由下落最长70 s 时间必须启动辅助牵引装置.1.(多选)(2020·福建三明市质检)水平地面上质量为1 kg 的物块受到水平拉力F 1、F 2的作用，F 1、F 2随时间的变化如图1所示，已知物块在前2 s 内以4 m/s 的速度做匀速直线运动，取g ＝10 m/s 2，则( )图1A ．物块与地面的动摩擦因数为0.2B ．3 s 末物块受到的摩擦力大小为3 NC ．4 s 末物块受到的摩擦力大小为1 ND ．5 s 末物块的加速度大小为3 m/s 2 答案 BC解析 在0～2 s 内物块做匀速直线运动，则摩擦力F f ＝3 N ，则μ＝F f mg ＝310＝0.3，选项A 错误；2 s 后物块做匀减速直线运动，加速度a ＝F 合m ＝6－5－31 m/s 2＝－2 m/s 2，则经过t ＝0－va ＝2 s ，即4 s 末速度减为零，则3 s 末物块受到的摩擦力大小为3 N,4 s 末物块受到的摩擦力为静摩擦力，大小为6 N －5 N ＝1 N ，选项B 、C 正确；物块停止后，因两个力的差值小于最大静摩擦力，则物块不再运动，则5 s 末物块的加速度为零，选项D 错误．2.沿固定斜面下滑的物体受到与斜面平行向上的拉力F 的作用，其下滑的速度—时间图线如图2所示．已知物体与斜面之间的动摩擦因数为常数，在0～5 s,5～10 s,10～15 s 内F 的大小分别为F 1、F 2和F 3，则( )图2A ．F 1<F 2B ．F 2>F 3C ．F 1>F 3D ．F 1＝F 3答案 A3.(2019·云南昆明市4月教学质量检测)如图3所示，质量为M 的滑块A 放置在光滑水平地面上，左侧面是圆心为O 、半径为R 的光滑四分之一圆弧面，当用一水平恒力F 作用在滑块A 上时，一质量为m 的小球B (可视为质点)在圆弧面上与A 保持相对静止，此时小球B 距轨道末端Q 的竖直高度为H ＝R3，重力加速度为g ，则F 的大小为( )图3A.53Mg B.52Mg C.53(M ＋m )g D.52(M ＋m )g 答案 D解析 连接OB ，设OB 连线与竖直方向的夹角为θ，如图所示，由几何关系得：cos θ＝R －H R ＝23sin θ＝1－cos 2θ＝53则tan θ＝52此时小球受到的合外力F 合＝mg tan θ＝52mg 由牛顿第二定律可得：a ＝F 合m ＝52g以整体为研究对象，由牛顿第二定律可得F ＝(M ＋m )a ＝52(M ＋m )g ， 故D 正确，A 、B 、C 错误．4.(2019·河南顶级名校第四次联测)如图4所示，水平地面上放置一个质量为1 kg 的物块A ，在A 的上面放置另一个质量也为1 kg 的物块B ，已知A 与地面之间的动摩擦因数为μ1＝0.5，A 、B 之间的动摩擦因数为μ2＝0.2.现在给物块A 施加一个与水平方向夹角为θ＝37°、斜向右上方、大小恒为10 N 的力F ，则物块B 所受的摩擦力(重力加速度g 取10 m/s 2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)( )图4A ．大小为0.5 N ，方向水平向右B ．大小为2 N ，方向水平向右C ．大小为0.5 N ，方向水平向左D ．大小为2 N ，方向水平向左 答案 A解析 假设A 、B 一起运动，以A 、B 整体为研究对象，根据牛顿第二定律有F cos θ－μ1(m A g ＋m B g －F sin θ)＝(m A ＋m B )a ，解得a ＝0.5 m/s 2；以B 为研究对象，根据牛顿第二定律有F f AB ＝m B a ＝0.5 N<μ2m B g ＝2 N ，假设成立，所以物块B 所受的摩擦力为静摩擦力，大小为F f AB ＝0.5 N ，方向水平向右，故A 正确，B 、C 、D 错误．5．(多选)(2019·广东深圳市第一次调研)高铁已成为重要的“中国名片”，领跑世界．一辆由8节车厢编组的列车，从车头开始的第2、3、6和7共四节为动力车厢，其余为非动力车厢．列车在平直轨道上匀加速启动时，若每节动力车厢牵引力大小均为F ，每节车厢质量都为m ，每节车厢所受阻力均为车厢重力的k 倍，重力加速度为g .则( ) A ．启动时车厢对乘客作用力的方向竖直向上 B ．整个列车的加速度大小为F －2kmg2mC ．第2节车厢对第1节车厢的作用力大小为F2D ．第2节车厢对第3节车厢的作用力大小为F ＋kmg2答案 BC解析 启动时车厢对乘客竖直方向有竖直向上的支持力，水平方向有沿列车运动方向的力，两个力的合力方向斜向上方，选项A 错误；对整个列车，根据牛顿第二定律：4F －8kmg ＝8ma ，解得a ＝F －2kmg 2m ，选项B 正确；对第1节车厢，根据牛顿第二定律：F 21－kmg ＝ma ，解得F 21＝F2，选项C 正确；对第1、2节车厢的整体，根据牛顿第二定律：F 32＋F －2kmg ＝2ma ，解得F 32＝0，根据牛顿第三定律可知，选项D 错误．6．如图5甲所示，在粗糙的水平面上，质量分别为m 和M (m ∶M ＝1∶2)的物块A 、B 用轻质弹簧相连，两个物块与水平面间的动摩擦因数相同．当用水平力F 作用于B 上且两物块共同向右加速运动时，弹簧的伸长量为x 1.当用同样大小的力F 竖直加速提升两物块时(如图乙所示)，弹簧的伸长量为x 2，则x 1∶x 2等于( )图5A ．1∶1B ．1∶2C ．2∶1D ．2∶3答案 A解析 水平放置时，F －μ(m ＋M )g ＝(M ＋m )a 1，kx 1－μmg ＝ma 1，可得x 1＝mF(M ＋m )k ；竖直放置时，F －(m ＋M )g ＝(M ＋m )a 2，kx 2－mg ＝ma 2，x 2＝mF(M ＋m )k，故x 1∶x 2＝1∶1，A 项正确．7．如图6所示，质量为1 kg 的木块A 与质量为2 kg 的木块B 叠放在水平地面上，A 、B 间的最大静摩擦力为2 N ，B 与地面间的动摩擦因数为0.2.用水平力F 作用于B ，则A 、B 保持相对静止的条件是(g 取10 m/s 2)( )图6A ．F ≤12 NB ．F ≤10 NC ．F ≤9 ND ．F ≤6 N答案 A解析 当A 、B 间有最大静摩擦力(2 N)时，对A 由牛顿第二定律知，加速度为2 m/s 2，对A 、B 整体应用牛顿第二定律有：F －μ(m A ＋m B )g ＝(m A ＋m B )a ，解得F ＝12 N ，则A 、B 保持相对静止的条件是F ≤12 N ，A 正确，B 、C 、D 错误．8.如图7所示，水平地面上的矩形箱子内有一倾角为θ的固定斜面，斜面上放一质量为m 的光滑球，静止时，箱子顶部与球接触但无压力．箱子由静止开始先向右做匀加速直线运动，然后改做加速度大小为a 的匀减速直线运动直至静止，经过的总位移为x ，运动过程中的最大速度为v ，重力加速度为g .图7(1)求箱子加速阶段的加速度大小；(2)若a >g tan θ，求减速阶段球受到箱子左壁和顶部的作用力大小． 答案 (1)a v 22ax －v 2(2)0 m ⎝⎛⎭⎫a tan θ－g 解析 (1)设箱子加速阶段的加速度大小为a ′，经过的位移为x 1，减速阶段经过的位移为x 2，则有v 2＝2a ′x 1，v 2＝2ax 2，且x 1＋x 2＝x ，解得a ′＝a v 22ax －v 2.(2)如果球刚好不受箱子左壁和顶部的作用力，箱子的加速度大小设为a 0，应满足F N sin θ＝ma 0，F N cos θ＝mg ，解得a 0＝g tan θ.箱子减速时加速度水平向左，当a >g tan θ时，箱子左壁对球的作用力为零，顶部对球的作用力不为零．此时球受力如图所示，由牛顿第二定律得，F N ′cos θ＝F ＋mg ，F N ′sin θ＝ma ，解得F ＝m ⎝⎛⎭⎫atan θ－g . 9.(2020·河南洛阳市模拟)如图8所示，一重力为10 N 的小球，在F ＝20 N 的竖直向上的拉力作用下，从A 点由静止出发沿AB 向上运动，F 作用1.2 s 后撤去．已知杆与球间的动摩擦因数为36，杆足够长，取g ＝10 m/s 2.求：图8(1)有F 作用的过程中小球的加速度； (2)撤去F 瞬间小球的加速度；(3)从撤去力F 开始计时，小球经多长时间将经过距A 点为2.25 m 的B 点． 答案 (1)2.5 m/s 2 方向沿杆向上 (2)7.5 m/s 2 方向沿杆向下 (3)0.2 s 或0.75 s 解析 (1)小球的质量m ＝Gg＝1 kg.取沿杆向上为正方向，设小球在力F 作用过程的加速度为a 1，此时小球的受力如图甲所示，F cos 30°＝G cos 30°＋F N F sin 30°－G sin 30°－μF N ＝ma 1联立解得：a 1＝2.5 m/s 2，即大小为2.5 m/s 2，方向沿杆向上 (2)撤去F 瞬间，小球的受力如图所示，设此时小球的加速度为a 2，则有F N ′＝G cos 30° －G sin 30°－μF N ′＝ma 2联立解得：a 2＝－7.5 m/s 2，即大小为7.5 m/s 2，方向沿杆向下 (3)刚撤去F 时，小球的速度v 1＝a 1t 1＝3 m/s 小球的位移为x 1＝12a 1t 12＝1.8 m撤去F 后，小球继续向上运动的时间为t 2＝0－v 1a 2＝0.4 s小球继续向上运动的最大位移为x 2＝0－v 122a 2＝0.6 m则小球向上运动的最大距离为x m ＝x 1＋x 2＝2.4 m 在上滑阶段通过B 点，即x AB －x 1＝v 1t 3＋12a 2t 32解得t 3＝0.2 s 或者t 3＝0.6 s(舍去) 小球返回时，受力如图丙所示，设此时小球的加速度为a3，－G sin 30°＋μF N′＝ma3得a3＝－2.5 m/s2，即大小为2.5 m/s2，方向沿杆向下，小球由顶端返回B点时有：－(x m－x AB)＝12a3t42解得t4＝35s则通过B点时间为t＝t2＋t4≈0.75 s.。
2021版高考物理一轮复习课件第3章牛顿运动定律第1讲牛顿运动定律
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三、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，后一个物体同时对前一个物体也施加力． 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．表达式：F＝－F′.
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1.牛顿运动定律及其应用(Ⅱ) 2.超重和失重(Ⅰ) 3.单位制(Ⅰ) 4.实验：验证牛顿运动定律
考纲展示
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2019 2018
高考全国卷四年命题分析 考点分布
卷Ⅱ·T19：牛顿运动定律的应用 卷Ⅰ·T25：动力学中的综合问题 卷Ⅱ·T25：动力学中的综合问题 卷Ⅰ·T15：牛顿运动定律 卷Ⅱ·T24：牛顿第二定律的综合应用
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2017 2016
高考全国卷四年命题分析 考点分布
卷Ⅲ·T25：牛顿第二定律、运动学公式 卷Ⅰ·T18：牛顿运动定律的理解 卷Ⅰ·T22(2)：验证牛顿第二定律 卷Ⅱ·T19：牛顿运动定律 卷Ⅲ·T23：牛顿运动定律的计算
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高考全国卷四年命题分析 命题规律
1.从题型上看，考查的题型很全面，既有单独考查，又有和其它章节内容的综合考查， 试题新颖，难度中等偏上. 2.考查知识点主要有：牛顿运动定律的应用、动力学图象和运动学规律的综合问题等. 3.从整体命题趋势上看，高考命题存在以下趋势：(1)从匀变速直线运动规律的应用转向 动力学方法的应用. (2)考查动力学方法和功能关系的综合应用.
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二、教材习题及改编 1．(人教版必修 1·P70·T1 改编)(多选)下面对牛顿第一定律和惯性的分析正确的是 () A．飞机投弹时，当目标在飞机的正下方时投下炸弹，能击中目标 B．地球自西向东自转，人向上跳起来后，还会落到原地 C．安全带的作用是防止汽车刹车时，人由于惯性作用发生危险 D．有的同学说，向上抛出的物体，在空中向上运动时，肯定受到了向上的作用力
2021高三物理学案：第三章 第1讲牛顿第一定律牛顿第三定律 含答案
第三章牛顿运动定律考试说明课程标准命题热点1.通过实验,探究物体运动的加速度与物体受力、质量的关系.理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象、解决有关问题。
通过实验，认识超重和失重现象。
2．了解单位制在物理学中的重要意义.知道国际单位制中的力学单位。
(1）牛顿第二定律的应用,整体法与隔离法分析、求解加速度。
(2)两类动力学问题的分析与计算。
（3)动力学的图象问题.（4)探究加速度与物体受力、质量的关系、测定动摩擦因数等。
第1讲牛顿第一定律牛顿第三定律ZHI SHISHU LI ZI CE GONG GU 知识梳理·自测巩固知识点1 力与运动的关系1．运动状态及运动状态的改变速度是描述物体运动状态的物理量.“运动状态的改变”是指物体的运动速度发生改变。
2．力是物体产生加速度的原因外力的作用使物体的速度发生改变，而速度发生改变一定有加速度,所以力是使物体产生加速度的原因。
知识点2 牛顿第一定律1．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。
2．惯性的定义：一切物体都有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质。
3．惯性的量度: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.知识点3 牛顿第三定律1．牛顿第三定律的内容：两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。
2．作用力与反作用力的特点：同时产生、同时消失、同时变化、同性质、分别作用在相互作用的两物体上,效果不能抵消。
思考：人走在松软的土地上而下陷时，人对地面的压力大于地面对人的支持力,对吗？［答案] 不对。
属于作用力与反作用力，大小相等。
思维诊断:（1)物体不受外力作用时一定处于静止状态。
（×)(2)在水平面上滑动的木块最终停下来，是没有外力维持木块运动的结果.（×）（3）运动的物体惯性大，静止的物体惯性小。
2021版高考物理大一轮复习通用版教师用书：第3章 第1节 牛顿第一定律 牛顿第三定律
[高考导航]高考(全国卷)三年命题情况对照分析考点内容要求201720182019命题分析牛顿运动定律及其应用Ⅱ超重和失重Ⅰ单位制Ⅰ实验四：验证牛顿运动定律卷Ⅲ·T 25：滑块—木板模型(两个滑块)卷Ⅰ·T 15：F x 图象、牛顿第二定律的应用卷Ⅲ·T 20：滑块—木板与图象、牛顿运动定律综合应用高考命题既有选择题，又有计算题，命题热点是牛顿第二定律及应用，选择题多与图象结合，计算题多与运动学规律结合考查多过程问题，试题难度中等。
核心素养物理观念：惯性、作用力与反作用力、超重与失重、单位制。
科学思维：牛顿运动定律、整体法与隔离法、图象法、控制变量法、临界法(如2019卷Ⅲ·T 20)。
科学探究：探究加速度与力、质量的关系。
科学态度与责任：追及相遇、交通与安全。
第1节 牛顿第一定律 牛顿第三定律一、牛顿第一定律、惯性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牛顿第一定律意义(1)指出了一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又叫惯性定律(2)指出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，即是产生加速度的原因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普遍性惯性是一切物体都具有的性质，是物体的固有属性，与物体的运动情况和受力情况无关惯性量度质量是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二、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A 对另一个物体B 施加了力，物体B 一定也同时对物体A 施加了力。
2．牛顿第三定律(1)内容：两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。
(2)表达式：F ＝－F ′。
(3)意义：建立了相互作用物体之间的联系及作用力与反作用力的相互依赖关系。
1．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)(1)牛顿第一定律不能用实验验证。
高三大一轮复习教师用书全书可编辑WORD文档第3章
[真题回放]1．(2013·课标全国卷Ⅰ)图3-1-1是伽利略1604年做斜面实验时的一页手稿照片，照片左上角的三列数据如下表所示．表中第二列是时间，第三列是物体沿斜面运动的距离，Array第一列是伽利略在分析实验数据时添加的．图3-1-1根据表中的数据，伽利略可以得出的结论是()A.物体具有惯性B．斜面倾角一定时，加速度与质量无关C．物体运动的距离与时间的平方成正比D．物体运动的加速度与重力加速度成正比【解析】由图表可知，图表中的物理量未涉及物体的惯性、质量以及加速度与重力加速度的关系，所以A、B、D错误；由表中数据可以看出，在前1秒、前2秒、前3秒……内位移与时间的平方成正比，所以C正确．【答案】 C2．(2013·课标全国卷Ⅱ)一物块静止在粗糙的水平桌面上．从某时刻开始，物块受到一方向不变的水平拉力作用．假设物块与桌面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力．以a表示物块的加速度大小，F表示水平拉力的大小．能正确描述F与a之间关系的图象是()【解析】物块的受力如图所示，当F不大于最大静摩擦力时，物块仍处于静止状态，故其加速度为0；当F大于最大静摩擦力后，由牛顿第二定律得F－μF N＝ma，即F＝μF N＋ma，F与a成线性关系，选项C正确．【答案】 C3．(2013·山东高考)(多选)伽利略开创了实验研究和逻辑推理相结合探索自然规律的科学方法，利用这种方法伽利略发现的规律有()A．力不是维持物体运动的原因B．物体之间普遍存在相互吸引力C．忽略空气阻力，重物与轻物下落得同样快D．物体间的相互作用力总是大小相等、方向相反【解析】伽利略的斜面实验表明物体的运动不需要外力来维持，A正确；伽利略假想将轻重不同的物体绑在一起时，重的物体会因轻的物体阻碍而下落变慢，轻的物体会因重的物体拖动而下落变快，即二者一起下落快慢应介于单独下落时之间．而从绑在一起后更重的角度考虑二者一起下落时应该更快，从而由逻辑上否定了重的物体比轻的物体下落得快的结论，并用实验证明了轻重物体下落快慢相同的规律，C正确；物体间普遍存在相互吸引力，物体间相互作用力的规律是牛顿总结的，对应于万有引力定律与牛顿第三定律，故B、D皆错误．【答案】AC[考向分析]考点一对牛顿第一定律的理解1.揭示了物体的一种固有属性牛顿第一定律揭示了物体所具有的一个重要属性——惯性．2．揭示了力的本质牛顿第一定律明确了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，物体的运动不需要力来维持．3．揭示了物体不受力作用时的运动状态牛顿第一定律描述的只是一种理想状态，而实际中不受力作用的物体是不存在的，当物体受外力但所受合力为零时，其运动效果跟不受外力作用时相同，物体将保持静止或匀速直线运动状态．【例1】(多选)科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用．下列说法符合历史事实的是()A．亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体的运动状态才会改变B．伽利略通过“理想实验”得出结论：一旦物体具有某一速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去C．笛卡儿指出：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向D．牛顿认为，物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质【解析】亚里士多德认为物体的运动需要力来维持；伽利略通过实验推翻了亚里士多德的错误结论，笛卡儿对伽利略的实验结果进行了完善，牛顿总结了伽利略和笛卡儿的理论，得出了牛顿第一定律．【答案】BCD突破训练 1(2014·北京高考)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3-1-2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()图3-1-2A．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【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．【答案】 A考点二对牛顿第二定律的理解1.力与运动的关系(1)力是产生加速度的原因．(2)作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛顿第二定律．(3)速度的改变需经历一定的时间，不能突变；有力就一定有加速度，但有力不一定有速度．2．牛顿第二定律的瞬时性分析(1)一般思路(2)“两种”模型①刚性绳(或接触面)——不发生明显形变就能产生弹力的物体，剪断(或脱离)后，其弹力立即消失，不需要形变恢复时间．②弹簧(或橡皮绳)——两端同时连接(或附着)有物体的弹簧(或橡皮绳)，特点是形变量大，其形变恢复需要较长时间，在瞬时性问题中，其弹力的大小往往可以看成保持不变．【例2】 [考向：力与运动关系]一质点受多个力的作用，处于静止状态．现使其中一个力的大小逐渐减小到零，再沿原方向逐渐恢复到原来的大小．在此过程中，其他力保持不变，则质点的加速度大小a 和速度大小v 的变化情况是( )A ．a 和v 都始终增大B ．a 和v 都先增大后减小C ．a 先增大后减小，v 始终增大D ．a 和v 都先减小后增大【解析】 质点在多个力作用下处于静止状态时，其中一个力必与其余各力的合力等值反向．当该力大小逐渐减小到零的过程中，质点所受合力从零开始逐渐增大，做加速度逐渐增大的加速度运动；当该力再沿原方向逐渐恢复到原来大小的过程中，质点所受合力方向仍不变，大小逐渐减小到零，质点沿原方向做加速度逐渐减小的加速度运动，故C 正确．【答案】 C【例3】 [考向：瞬时性分析]如图3-1-3所示，A 、B 两小球分别连在轻绳两端，B 球另一端用弹簧固定在倾角为30°的光滑斜面上，A 、B 两小球的质量分别为m A 、m B ，重力加速度为g ，若不计弹簧质量，在绳被 图3-1-3剪断瞬间，A 、B 两球的加速度大小分别为( )A ．都等于g 2 B.g2和0 C.g 2和m A m B ·g 2D.m A m B ·g 2和g 2【思维模板】 问1：细绳剪断前，弹簧的弹力等于多少？ 提示：(m A ＋m B )g sin_θ.问2：细绳剪断瞬间，弹簧的形变量改变了吗？ 提示：没有．问3：细绳剪断瞬间，A 受绳的弹力如何变化的？ 提示：变为零．【解析】 当A 、B 球静止时，弹簧弹力F ＝(m A ＋m B )g sin θ，当绳被剪断的瞬间，弹簧弹力F 不变，对B 分析，则F －m B g sin θ＝m B a B ，可解得a B ＝m A m B ·g2，当绳被剪断后，球A 受的合力为重力沿斜面向下的分力，F 合＝m A g sin θ＝m A a A ，所以a A ＝g2，综上所述选项C 正确．【答案】 C 【反思总结】在求解瞬时性问题时应注意：(1)物体的受力情况和运动情况是时刻对应的，当外界因素发生变化时，需要重新进行受力分析和运动分析．(2)加速度可以随着力的突变而突变，而速度的变化需要一个过程的积累，不会发生突变． 考点三 对牛顿第三定律的理解应用1.作用力与反作用力的“三同、三异、三无关” (1)“三同”①大小相同；②性质相同；③变化情况相同． (2)“三异”①方向不同；②受力物体不同；③产生效果不同． (3)“三无关”①与物体的种类无关；②与物体的运动状态无关；③与是否和另外物体相互作用无关． 2．相互作用力与平衡力的比较(1)受力物体不同：作用力和反作用力作用在两个物体上，不可求合力；一对平衡力作用在同一物体上，可求合力，合力为零．(2)依赖关系不同：作用力和反作用力同时产生、同时消失；一对平衡力不一定同时产生、同时消失． (3)力的性质不同：作用力和反作用力一定是同性质的力；一对平衡力性质不一定相同．【例4】 如图3-1-4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( )图3-1-4A ．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【解析】 甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对作用力与反作用力，故选项A 错误；甲对绳的拉力与乙对绳的拉力作用在同一物体上，不是作用力与反作用力，故选项B 错误；设绳子的张力为F ，则甲、乙两人受到绳子的拉力大小相等，均为F ，若m 甲＞m 乙，则由a ＝F m 得，a 甲＜a 乙，由x ＝12at 2得，在相等时间内甲的位移小，因开始时甲、乙距分界线的距离相等，则乙会过分界线，所以甲能赢得“拔河”比赛的胜利，故选项C 正确；收绳速度与“拔河”比赛胜负无关，故选项D 错误．【答案】 C 突破训练 2(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【解析】由牛顿第三定律知砖对手的压力与手对砖的支持力是作用力和反作用力，二者等大反向，B项对；对砖受力分析，则F N－mg＝ma，F N＞mg，D项对．【答案】BD思想方法5应用牛顿定律解题涉及的两种常用方法——合成法与正交分解法1．合成法若物体只受两个力作用而产生加速度时，根据牛顿第二定律可知，利用平行四边形定则求出的两个力的合外力方向就是加速度方向．特别是两个力互相垂直或相等时，应用力的合成法比较简单．2．正交分解法当物体受到两个以上的力作用而产生加速度时，通常采用正交分解法解题，为减少矢量的分解，建立坐标系时，确定x轴的正方向常有以下两种方法：(1)分解力而不分解加速度分解力而不分解加速度，通常以加速度a的方向为x轴的正方向，建立直角坐标系，将物体所受的各个力分解在x轴和y轴上，分别求得x轴和y轴上的合力F x和F y.根据力的独立作用原理，各个方向上的力分别产生各自的加速度，得F x＝ma，F y＝0.(2)分解加速度而不分解力分解加速度a为a x和a y，根据牛顿第二定律得F x＝ma x，F y＝ma y，再求解．这种方法一般是在以某个力的方向为x轴正方向时，其它的力都落在或大多数力落在两个坐标轴上而不需再分解的情况下应用．【例5】如图3-1-5所示，在箱内倾角为θ的固定光滑斜面上用平行于斜面的细线固定一质量为m 的木块．求：箱以加速度a匀加速上升和箱以加速度a向左匀加速运动时(线始终张紧)，线对木块的拉力F1和斜面对图3-1-5木块的支持力F2各多大？【思路导引】【解析】箱匀加速上升，木块所受合力竖直向上，其受力情况如图甲所示(注意在受力图的旁边标出加速度的方向)．用F表示F1、F2的合力，一定竖直向上．由牛顿第二定律得F－mg＝ma①解得F＝mg＋ma②再由力的分解得F1＝F sin θ和F2＝F cos θ③解得F1＝m(g＋a)sin θ，F2＝m(g＋a)cos θ.④箱向左匀加速，木块的受力情况如图乙所示，选择沿斜面方向和垂直于斜面方向建立直角坐标系，沿x轴由牛顿第二定律得mg sin θ－F1＝ma cos θ⑤解得F1＝m(g sin θ－a cos θ)⑥沿y轴由牛顿第二定律得F2－mg cos θ＝ma sin θ⑦解得F2＝m(g cos θ＋a sin θ)．⑧【答案】向上加速时F1＝m(g＋a)sin θF2＝m(g＋a)·cos θ向左加速时F1＝m(g sin θ－a cos θ)F2＝m(g cos θ＋a sin θ)突破训练 3如图3-1-6所示，将质量m＝0.1 kg的圆环套在固定的水平直杆上．环的直径略大于杆的截面直径．环与杆间动摩擦因数μ＝0.8.对环施加一位于竖图3-1-6直平面内斜向上，与杆夹角θ＝53°的拉力F，使圆环以a＝4.4 m/s2的加速度沿杆运动，求F的大小．(取sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6，g＝10 m/s2)【解析】令F sin 53°－mg＝0，F＝1.25 N.当F＜1.25 N时，环与杆的上部接触，受力如图甲．由牛顿定律得F cos θ－μF N＝ma，F N＋F sin θ＝mg，解得F＝1 N当F＞1.25 N时，环与杆的下部接触，受力如图乙．由牛顿定律得F cos θ－μF N＝maF sin θ＝mg＋F N解得F＝9 N.【答案】 1 N或9 N[牛顿第一定律的应用]1．(多选)在水平路面上有一辆匀速行驶的小车，车上固定一盛满水的碗．现突然发现碗中的水洒出，水洒出的情况如图3-1-7所示，则关于小车的运动情况，图3-1-7下列叙述正确的是()A．小车匀速向左运动B．小车可能突然向左加速C．小车可能突然向左减速D．小车可能突然向右减速【解析】原来水和小车相对静止以共同速度运动，水突然向右洒出有两种可能：①原来小车向左运动，突然加速，碗中水由于惯性保持原速度不变，故相对碗向右洒出．②原来小车向右运动，突然减速，碗中水由于惯性保持原速度不变，相对碗向右洒出，故B、D正确．【答案】BD[利用牛顿第三定律分析生活现象]2．2013年12月2日，我国“嫦娥三号”月球探测器在长征号火箭的推动下顺利升空．“嫦娥三号”携带的“玉兔号”月球车首次实现了软着陆和月面巡视勘察，下面关于“嫦娥三号”和火箭起飞的情形，叙述正确的是()A．火箭尾部向下喷气，喷出的气体反过来对火箭产生一个反作用力，从而让火箭获得了向上的推力B．火箭尾部喷出的气体对空气产生一个作用力，空气的反作用力使火箭获得飞行的动力C．火箭飞出大气层，由于没有空气，火箭虽然向下喷气，但也无法获得前进的动力D．“嫦娥三号”绕月球飞行时，月球对其引力提供向心力，此时“嫦娥三号”对月球没有引力作用【解析】火箭的动力来自火箭喷出的气体的反作用力，此时研究对象是火箭与喷出气体，与外界有无空气无关，引力也是相互的，不是单向的，因此选项A对．【答案】 A[瞬时加速度问题]3．“蹦极”就是跳跃者把一端固定的长弹性绳绑在踝关节等处，从几十米高处跳下的一种极限运动．某人做蹦极运动，所受绳子拉力F的大小随时间t变化的情况如图3-1-8所示．将蹦极过程近似为在竖直方向的运动，重力加速度为g.据图可知，此人在蹦极过程中最大加速度约为()图3-1-8A ．gB ．2gC ．3gD ．4g【解析】 “蹦极”运动的最终结果是运动员悬在空中处于静止状态，此时绳的拉力等于运动员的重力，由图可知，绳子拉力最终趋于恒定时等于重力且等于35F 0，即mg ＝35F 0，得F 0＝53mg .当绳子拉力最大时，运动员处于最低点且合力最大，故加速度也最大，此时F 最大＝95F 0＝3mg ，方向竖直向上，由ma ＝F 最大－mg 得最大加速度为2g ，故B 项正确．【答案】 B [正交分解法的应用]4．如图3-1-9所示，细线的一端系一质量为m 的小球，另一端固定在倾角为θ的光滑斜面体顶端，细线与斜面平行．在斜面体以加速度a 水平向右做匀加速直线运动的过程图3-1-9中，小球始终静止在斜面上，小球受到细线的拉力T 和斜面的支持力F N 分别为(重力加速度为g )( )A ．T ＝m (g sin θ＋a cos θ) F N ＝m (g cos θ－a sin θ)B ．T ＝m (g cos θ＋a sin θ) F N ＝m (g sin θ－a cos θ)C ．T ＝m (a cos θ－g sin θ) F N ＝m (g cos θ＋a sin θ)D ．T ＝m (a sin θ－g cos θ) F N ＝m (g sin θ＋a cos θ)【解析】 准确分析受力情况，分解加速度是比较简便的求解方法．选小球为研究对象，小球受重力mg 、拉力T 和支持力F N 三个力作用，将加速度a 沿斜面和垂直于斜面两个方向分解，如图所示．由牛顿第二定律得T－mg sin θ＝ma cos θ①mg cos θ－F N＝ma sin θ②由①式得T＝m(g sin θ＋a cos θ)．由②式得F N＝m(g cos θ－a sin θ)．故选项A正确．【答案】 A[牛顿第二、三定律的综合应用]5.图3-1-10为杂技“顶竿”表演的示意图，一人站在地上，肩上扛一质量为M的竖直竹竿，当竿上一质量为m的人以加速度a加速下滑时，竿对“底人”的压力大小为() 图3-1-10A．(M＋m)gB．(M＋m)g－maC．(M＋m)g＋maD．(M－m)g【解析】对竿上的人进行受力分析：其受重力mg、摩擦力F f，有mg－F f＝ma，则F f＝m(g－a)．竿对人有摩擦力，人对竿也有反作用力——摩擦力，且大小相等，方向相反．对竿进行受力分析：其受重力Mg、竿上的人对竿向下的摩擦力F′f、顶竿的人对竿的支持力F N，有Mg＋F′f＝F N，又因为竿对“底人”的压力和“底人”对竿的支持力是一对作用力和反作用力，由牛顿第三定律，得到F′N＝Mg ＋F′f＝(M＋m)g－ma，故选项B正确．【答案】 B课时提升练(七)牛顿运动定律(限时：45分钟)A组对点训练——巩固基础知识题组一牛顿第一定律的理解应用1．某人乘坐列车时发现，车厢的双层玻璃窗内积水了．列车进站过程中，他发现水面的形状如图中的()【解析】列车进站时刹车，速度减小，而水由于惯性仍要保持原来较大的速度，所以水向前涌，液面形状和选项C一致．【答案】 C2．火车在长直的水平轨道上匀速行驶，门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起，发现仍落回到车上原处，这是因为()A．人跳起后，车厢内空气给他一向前的力，带着他随同火车一起向前运动B．人跳起的瞬间，车厢的底板给他一向前的力，推动他随同火车一起向前运动C．人跳起后，车在继续向前运动，所以人落下后必定偏后一些，只是由于时间很短，偏后距离很小，不明显而已D．人跳起后直到落地，在水平方向上始终具有和车相同的速度【解析】力是改变物体运动状态的原因，人竖直跳起时，在水平方向上没有受到力的作用，因此，人将保持和火车相同的水平速度，向前做匀速直线运动，落地时仍在车上原处，故正确选项为D.【答案】 D3．如图3-1-11所示，某同学面向行车方向坐在沿平直轨道匀速行驶的列车车厢里．这位同学发现面前的水平桌面上一个原来静止的小球突然向他滚来，则可判断()A．列车正在刹车图3-1-11B．列车突然加速C．列车突然减速D．列车仍在做匀速直线运动【解析】原来小球相对列车静止，现在这位同学发现面前的小球相对列车突然向他滚来，说明列车改变了原来的运动状态，速度增加了，因此B 正确．【答案】 B题组二 对牛顿第二定律的理解应用图3-1-124．如图3-1-12所示，在光滑的水平面上，质量分别为m 1和m 2的木块A 和B 之间用轻弹簧相连，在拉力F 作用下，以加速度a 做匀加速直线运动，某时刻突然撤去拉力F ，此时A 和B 的加速度为a 1和a 2，则( )A ．a 1＝a 2＝0B ．a 1＝a ，a 2＝0C ．a 1＝m 1m 1＋m 2a ，a 2＝m 2m 1＋m 2aD ．a 1＝a ，a 2＝－m 1m 2a【解析】 两木块在光滑的水平面上一起以加速度a 向右匀加速运动时，弹簧的弹力F 弹＝m 1a ，在力F 撤去的瞬间，弹簧的弹力来不及改变，大小仍为m 1a ，因此对A 来讲，加速度此时仍为a ；对B ：取向右为正方向，－m 1a ＝m 2a 2，a 2＝－m 1m 2a ，所以只有D 项正确．【答案】 D5.如图3-1-13所示，完全相同的三个木块，A 、B 之间用轻弹簧相连，B 、C 之间用不可伸长的轻杆相连，在手的拉动下，木块间达到稳定后，一起向上做匀减速运动，加速度大小为 5 m/s 2.某一时刻突然放手，则在手释放的瞬间，有关三个木块的加速度，下列说法正确的是(以向上为正方向，g大小为10 m/s 2)()图3-1-13 A ．a A ＝0，a B ＝a C ＝－5 m/s 2B ．a A ＝－5 m/s 2，a B ＝aC ＝－12.5 m/s 2C ．a A ＝－5 m/s 2，a B ＝－15 m/s 2，a C ＝－10 m/s 2D ．a A ＝－5 m/s 2，a B ＝a C ＝－5 m/s 2【解析】 在手释放的瞬间，弹簧的弹力为12mg ，不能突变，所以A 的受力不能突变，加速度不能突变，仍为a A ＝－5 m/s 2，但B 、C 间的轻杆的弹力要突变，B 、C 整体－2mg －12mg ＝2ma ，a ＝－12.5 m/s 2，B 和C 具有相同的加速度a B ＝a C ＝－12.5 m/s 2，即B 正确．【答案】 B6．(2012·安徽高考)如图3-1-14所示，放在固定斜面上的物块以加速度a 沿斜面匀加速下滑，若在物块上再施加一个竖直向下的恒力F ，则( )A ．物块可能匀速下滑 图3-1-14B ．物块仍以加速度a 匀加速下滑C ．物块将以大于a 的加速度匀加速下滑D ．物块将以小于a 的加速度匀加速下滑【解析】 设斜面的倾角为θ，根据牛顿第二定律知，物块的加速度a ＝mg sin θ－μmg cos θm ＞0，即μ＜tan θ.对物块施加竖直向下的恒力F 后，物块的加速度a ′＝(mg ＋F )sin θ－μ(mg ＋F )cos θm ＝a ＋F sin θ－μF cos θm ，且F sin θ－μF cos θ＞0，故a ′＞a ，物块将以大于a 的加速度匀加速下滑．故选项C 正确，选项A 、B 、D 错误．【答案】 C题组三 牛顿第三定律的理解应用 7．下列说法正确的是( )A ．力是维持物体运动的原因，同一物体所受的力越大，它的速度越大B ．以卵击石，鸡蛋“粉身碎骨”，但石头却“安然无恙”，是因为鸡蛋对石头的作用力小，而石头对鸡蛋的作用力大C ．吊扇工作时向下压迫空气，空气对吊扇产生竖直向上的托力，减轻了吊杆对电扇的拉力D ．两个小球A 和B ，中间用弹簧连接，并用细线悬于天花板上，则弹簧对A 的力和弹簧对B 的力是一对作用力和反作用力【解析】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，根据牛顿第二定律，同一物体所受的力越大，加速度越大，但速度不一定越大，选项A错误；以卵击石，鸡蛋对石头的作用力和石头对鸡蛋的作用力是一对作用力和反作用力，它们大小相等，选项B错误；选项D中弹簧对A 的力和A对弹簧的力才是一对作用力和反作用力，选项D错误，只有选项C正确．【答案】 C图3-1-158．(多选)如图3-1-15所示，人重600 N，木板重400 N，人与木板间、木板与地面间的动摩擦因数均为0.2，绳与滑轮的质量及它们之间的摩擦不计，现在人用水平拉力拉绳，使他与木板一起向右匀速运动，则()A．人拉绳的力是200 NB．人拉绳的力是100 NC．人的脚给木板的摩擦力方向水平向右D．人的脚给木板的摩擦力方向水平向左【解析】先运用整体法，选取人和木板组成的系统为研究对象，设绳中弹力大小为F T，则2F T＝μ(G人＋G木板)＝0.2×(600＋400)N＝200 N，所以F T＝100 N，选项A错误，B正确；再运用隔离法，选取人为研究对象，水平方向上，人共受到两个力的作用：绳子水平向右的弹力和木板对人的脚的摩擦力，因为二力平衡，所以该摩擦力与弹力等大反向，即摩擦力方向水平向左，根据牛顿第三定律，人的脚给木板的摩擦力方向水平向右，选项C正确，D错误，【答案】BCB组深化训练——提升应考能力9．如图3-1-16所示，弹簧左端固定，右端自由伸长到O点并系住质量为m的物体，现将弹簧压缩到A点，然后释放，物体可以一直图3-1-16运动到B点．如果物体受到的阻力恒定，则()A ．物体从A 到O 先加速度后减速B ．物体从A 到O 做加速度运动，从O 到B 做减速运动C ．物体运动到O 点时，所受合力为零D ．物体从A 到O 的过程中，加速度逐渐减小【解析】 物体从A 到O ，初始阶段受到的向右的弹力大于阻力，合力向右．随着物体向右运动，弹力逐渐减小，合力逐渐减小，由牛顿第二定律可知，加速度向右且逐渐减小，由于加速度与速度同向，物体的速度逐渐增大．当物体向右运动至AO 间某点(设为点O ′)时，弹力减小到与阻力相等，物体所受合力为零，加速度为零，速度达到最大．此后，随着物体继续向右运动，弹力继续减小，阻力大于弹力，合力方向变为向左．至O 点时弹力减为零，此后弹力向左且逐渐增大．所以物体越过O ′点后，合力(加速度)方向向左且逐渐增大，由于加速度与速度反向，故物体做加速度逐渐增大的减速运动，正确选项为A.【答案】 A10.(多选)用细绳拴一个质量为m 的小球，小球将一固定在墙上的水平轻质弹簧压缩了x (小球与弹簧不拴连)，如图3-1-17所示．将细绳剪断后( )A ．小球立即获得kxm 的加速度 图3-1-17 B ．小球在细绳剪断瞬间起开始做平抛运动 C ．小球落地的时间等于2hgD ．小球落地的速度大于2gh【解析】 细绳剪断瞬间，小球受竖直方向的重力和水平方向的弹力作用，选项A 、B 均错误；水平方向的弹力不影响竖直方向的自由落体运动，故落地时间由高度决定，选项C 正确；重力和弹力均做正功，选项D 正确．【答案】 CD11．质量为M 、长为3L 的杆水平放置，杆两端A 、B 系着长为3L 的不可伸长且。
【2021 大一轮复习(新高考)物理教师用书】第三章 第1讲
目标要求内容要求1.牛顿运动定律理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象、解决有关问题．2.超重和失重通过实验，认识超重和失重现象．3.单位制了解单位制在物理学中的重要意义．知道国际单位制中的力学单位．4.实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系第1讲牛顿三定律的理解一、牛顿第一定律惯性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)意义：①揭示了物体的固有属性：一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又叫惯性定律；②揭示了力与运动的关系：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．2．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，一切物体都具有惯性，与物体的运动情况和受力情况无关．判断正误(1)物体只有在不受外力作用时，才会有保持原有运动状态不变的性质，这个性质叫惯性，故牛顿第一定律又叫惯性定律．(×)(2)牛顿第一定律是牛顿第二定律在物体的加速度a＝0条件下的特例．(×)(3)伽利略根据理想实验推出，如果没有摩擦，在水平面上的物体，一旦具有某一个速度，将保持这个速度继续运动下去．(√)二、牛顿第二定律力学单位制1．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)适用范围①牛顿第二定律只适用于惯性参考系，即相对于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、原子等)、低速运动(远小于光速)的情况．2．力学单位制(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：基本物理量的单位．国际单位制中基本物理量共七个，其中力学有三个，是长度、质量、时间，单位分别是米、千克、秒．(3)导出单位：由基本物理量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位．自测1(多选)关于运动状态与所受外力的关系，下列说法中正确的是()A．物体受到恒定的力作用时，它的运动状态不发生改变B．物体受到不为零的合力作用时，它的运动状态要发生改变C．物体受到的合力为零时，它一定处于静止状态D．物体的运动方向与它所受的合力的方向可能相同答案BD三、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，后一个物体同时对前一个物体也施加力．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．表达式：F＝－F′.自测2某物体静止在水平桌面上，下列对它的描述正确的是()A．桌面对物体支持力的大小等于物体重力的大小，这两个力是一对平衡力B．物体所受的重力和桌面对它的支持力是一对作用力和反作用力C．物体对桌面的压力就是物体的重力，这两个力是同一种性质的力D．物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对平衡力答案 A解析桌面对物体支持力的大小等于物体重力的大小，作用在同一物体上，这两个力是一对平衡力，故A正确，B错误；物体对桌面的压力不是重力，它们的施力物体、受力物体、作用点都不相同，它们也不是同种性质的力，故C错误；物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对作用力与反作用力，故D错误.1．理想化状态牛顿第一定律描述的是物体不受外力时的状态，而物体不受外力的情形是不存在的．如果物体所受的合外力等于零，其运动效果跟不受外力作用时相同，物体保持静止状态或匀速直线运动状态．2．明确了惯性的概念牛顿第一定律揭示了一切物体所具有的一种固有属性——惯性，即物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质．3．揭示了力与物体运动状态的关系力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因．4．与牛顿第二定律的关系牛顿第一定律和牛顿第二定律是相互独立的．力是如何改变物体运动状态的问题由牛顿第二定律来回答．牛顿第一定律是经过科学抽象、归纳推理总结出来的，而牛顿第二定律是一条实验定律．例1如图1所示，滑板运动员沿水平地面向前滑行，在横杆前相对于滑板竖直向上起跳，人与滑板分离，分别从横杆的上、下通过，忽略人和滑板在运动中受到的阻力，则运动员()图1A．起跳时脚对滑板的作用力斜向后B．在空中水平方向先加速后减速C．越过杆后落在滑板的后方D．越过杆后仍落在滑板上起跳的位置答案 D解析由于运动员相对于滑板竖直向上起跳，与滑板在水平方向无力的作用，故二者水平方向速度始终相同．变式1伽利略对自由落体运动及运动和力的关系的研究，开创了科学实验和逻辑推理相结合的重要科学研究方法．图2(a)、(b)分别表示这两项研究中实验和逻辑推理的过程，对这两项研究，下列说法正确的是()图2A．图(a)通过对自由落体运动的研究，合理外推得出小球在斜面上做匀变速运动B．图(a)中先在倾角较小的斜面上进行实验，可“冲淡”重力，使时间测量更容易C．图(b)中完全没有摩擦阻力的斜面是实际存在的，实验可实际完成D．图(b)的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持答案 B解析伽利略设想物体下落的速度与时间成正比，因为当时无法测量物体的瞬时速度，所以伽利略通过数学推导证明，如果速度与时间成正比，那么位移与时间的二次方就成正比．由于当时用滴水法计时，无法记录自由落体的较短时间，伽利略设计了让铜球沿阻力很小的斜面滚下，来“冲淡”重力的作用效果，而小球在斜面上运动的加速度要比它竖直下落的加速度小得多，运动相同位移所用时间长得多，所以容易测量．伽利略做了上百次实验，并通过抽象思维在实验结果上做了合理外推，得出了正确结论，故A错误，B正确；完全没有摩擦阻力的斜面是不存在的，故C错误；伽利略用抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法得到物体的运动不需要力来维持的结论，故D错误．变式2某同学为了取出如图3所示羽毛球筒中的羽毛球，一只手拿着球筒的中部，另一只手用力击打羽毛球筒的上端，则()图3A．此同学无法取出羽毛球B．羽毛球会从筒的下端出来C．羽毛球筒向下运动过程中，羽毛球受到向上的摩擦力才会从上端出来D．该同学是在利用羽毛球的惯性答案 D解析羽毛球筒被手击打后迅速向下运动，而羽毛球具有惯性要保持原来的静止状态，所以会从筒的上端出来，D正确．1．对牛顿第二定律的理解2．解题的思路和关键(1)取研究对象进行受力分析；(2)应用平行四边形定则或正交分解法求合力；(3)根据F合＝ma求物体的加速度a.例2(多选)(2016·全国卷Ⅰ·18)一质点做匀速直线运动，现对其施加一恒力，且原来作用在质点上的力不发生改变，则()A．质点速度的方向总是与该恒力的方向相同B．质点速度的方向不可能总是与该恒力的方向垂直C．质点加速度的方向总是与该恒力的方向相同D．质点单位时间内速率的变化量总是不变答案BC解析质点一开始做匀速直线运动，处于平衡状态，施加恒力后，则该质点所受的合外力为该恒力．若该恒力方向与质点原运动方向不共线，则质点做曲线运动，质点速度方向与恒力方向不同，故A错误；若恒力的方向某一时刻与质点运动方向垂直，之后质点做曲线运动，力与速度方向不再垂直，例如平抛运动，故B正确；由牛顿第二定律可知，质点加速度方向总是与其所受合外力方向相同，C正确；根据加速度的定义知，单位时间内速度变化量相同，而速率变化量不一定相同，故D错误．变式3 关于速度、加速度和合外力之间的关系，下述说法正确的是( )A ．做匀变速直线运动的物体，它所受合外力是恒定不变的B ．做匀变速直线运动的物体，它的速度、加速度、合外力三者总是在同一方向上C ．物体受到的合外力增大时，物体的运动速度一定加快D ．物体所受合外力为零时，一定处于静止状态答案 A解析 做匀变速直线运动的物体，加速度恒定不变，由牛顿第二定律知，它所受合外力是恒定不变的，且加速度与合外力方向相同，与速度方向在同一直线上，不一定在同一方向上，故A 正确，B 错误；物体受到的合外力增大时，加速度一定增大，物体的运动速度变化一定加快，而速度不一定加快，故C 错误；物体所受合外力为零时，物体的加速度一定等于零，速度不一定为零，故D 错误．例3 (2019·湖北十堰市上学期期末)如图4所示，处于自然状态下的轻弹簧一端固定在水平地面上，质量为m 的小球从弹簧的另一端所在位置由静止释放，设小球和弹簧一直处于竖直方向，弹簧的劲度系数为k ，重力加速度为g .在小球将弹簧压缩到最短的过程中，下列叙述中不正确．．．的是( )图4A ．小球的速度先增大后减小B ．小球的加速度先减小后增大C ．小球速度最大时弹簧的形变量为mg kD ．弹簧的最大形变量为mg k答案 D解析 开始时，小球的重力大于弹力，加速度方向向下，小球向下加速运动，随着弹簧的压缩，弹力逐渐变大，则加速度逐渐减小，当弹力等于重力时，加速度为零，即mg ＝kx ，即x ＝mg k，此时小球的速度最大，然后小球继续向下运动压缩弹簧，弹力大于重力，加速度变为向上，速度逐渐减小，直到速度减小到零，到达最低点，由对称性可知，此时弹簧的压缩量为2x ＝2mg k，故选项A 、B 、C 正确，D 错误． 变式4 (2019·宁夏银川市上学期期末)一个质量为2 kg 的物体，放在光滑水平面上，在水平面内3个共点力作用下处于平衡状态．现同时撤去大小分别为8 N 和12 N 的两个力，其余的力保持不变，关于此后该物体运动的说法正确的是( )A ．一定做匀变速直线运动，加速度大小可能是5 m/s 2B ．一定做匀变速运动，加速度大小可能等于重力加速度的大小C ．可能做匀减速直线运动，加速度大小是1.5 m/s 2D ．可能做匀速圆周运动，向心加速度大小是6 m/s 2答案 B解析 由平衡条件得知，余下力的合力与撤去的两个力的合力大小相等、方向相反，则撤去大小分别为8 N 和12 N 的两个力后，物体的合力大小范围为4 N ≤F 合≤20 N ，物体的加速度大小范围为：2 m/s 2≤a ≤10 m/s 2；若物体原来做匀速直线运动，撤去的两个力的合力方向与速度方向不在同一直线上时，物体做匀变速曲线运动，加速度大小可能是5 m/s 2，故A 错误；若物体原来做匀速直线运动，撤去的两个力的合力方向与速度方向相同时，物体做匀减速直线运动，加速度大小最小可能是2 m/s 2，不可能为1.5 m/s 2，故C 错误；撤去两个力后，一定做匀变速运动，加速度大小可能等于重力加速度的大小，故B 正确；撤去两个力后，物体受到的合力恒定，不可能做匀速圆周运动，故D 错误．变式5 (多选)(2019·山东泰安市3月第一轮模拟)雨滴在空气中下落时会受到空气阻力的作用．假设阻力大小只与雨滴的速率成正比，所有雨滴均从相同高度处由静止开始下落，到达地面前均达到最大速率．下列判断正确的是( )A ．达到最大速率前，所有雨滴均做匀加速运动B ．所有雨滴的最大速率均相等C ．较大的雨滴最大速率也较大D ．较小的雨滴在空中运动的时间较长答案 CD解析 根据牛顿第二定律可得a ＝mg －k v m，则雨滴下落时，随速度的增加，加速度逐渐减小，则达到最大速率前，所有雨滴均做加速度减小的变加速运动，选项A 错误；当a ＝0时速度最大，v m ＝mg k，则质量越大，最大速度越大，选项B 错误，C 正确；较小的雨滴在空中运动的最大速度较小，整个过程的平均速度较小，则在空中运动的时间较长，选项D 正确．1．相互作用力的特点(1)三同⎩⎪⎨⎪⎧ 同大小同时产生、变化、消失同性质(2)三异⎩⎪⎨⎪⎧ 反向异体，即作用力、反作用力作用在不同物体上不同效果(3)二无关⎩⎪⎨⎪⎧与相互作用的两物体的运动状态无关与是否和其他物体相互作用无关 2．一对平衡力与作用力、反作用力的比较 名称项目 一对平衡力 作用力与反作用力 作用对象同一个物体 两个相互作用的不同物体 作用时间 不一定同时产生、同时消失 一定同时产生、同时消失 力的性质不一定相同 一定相同 作用效果可相互抵消 不可抵消例4 (2020·广东深圳市上学期模拟)如图5所示，手推车的篮子里装有一篮球，女孩把手推车沿斜面向上匀速推动，篮子的底面平行于斜面，靠近女孩的右侧面垂直于底面，下列说法正确的有( )图5A ．篮子底面受到的压力大于篮球的重力B ．篮子对篮球的作用力小于篮球的重力C ．人对篮球的作用力等于篮球的重力D ．篮子右侧面受到的压力小于篮球的重力答案 D解析 对篮球受力分析，并运用合成法如图所示：设斜面倾角为θ，根据几何知识可知，篮子底部对篮球的支持力大小F N1＝mg cos θ，根据牛顿第三定律，则篮子底面受到的压力大小为mg cos θ<mg ，A 错误；篮子右侧面对篮球的支持力大小F N2＝mg sin θ，根据牛顿第三定律，则篮子右侧面受到的压力大小为mg sin θ<mg，篮子对篮球的作用力为F N1、F N2的合力，大小等于篮球的重力，B错误，D正确；人对篮球没有作用力，C错误．变式6如图6所示，跳水运动员最后踏板的过程可以简化为下述模型：运动员从高处落到处于自然状态的跳板上，随跳板一同向下做变速运动到达最低点，然后随跳板反弹，则()图6A．运动员与跳板接触的全过程中只有超重状态B．运动员把跳板压到最低点时，他所受外力的合力为零C．运动员能跳得高的原因从受力角度来看，是因为跳板对他的作用力远大于他的重力D．运动员能跳得高的原因从受力角度来看，是因为跳板对他的作用力远大于他对跳板的作用力答案 C解析运动员与跳板接触的下降过程中，先向下加速，然后向下减速，最后速度为零，则加速度先向下，然后向上，所以下降过程中既有失重状态也有超重状态，同理上升过程中也存在超重和失重状态，故A错误；运动员把跳板压到最低点时，跳板给运动员的弹力大于运动员受到的重力，合外力不为零，故B错误；从最低点到运动员离开跳板过程中，跳板对运动员的作用力做正功，重力做负功，二力做功位移一样，运动员动能增加，跳板对他的作用力大于他的重力，所以运动员跳得高，故C正确；跳板对运动员的作用力与运动员对跳板的作用力是一对作用力与反作用力，大小相等，故D错误．变式7(多选)如图7所示，用水平力F把一个物体紧压在竖直墙壁上静止，下列说法中正确的是()图7A．水平力F与墙壁对物体的弹力是一对作用力与反作用力B．物体的重力与墙壁对物体的静摩擦力是一对平衡力C．水平力F与物体对墙壁的压力是一对作用力与反作用力D．物体对墙壁的压力与墙壁对物体的弹力是一对作用力与反作用力答案BD解析水平力F与墙壁对物体的弹力作用在同一物体上，大小相等、方向相反，且作用在同一条直线上，是一对平衡力，选项A错误；物体在竖直方向上受竖直向下的重力以及墙壁对物体竖直向上的静摩擦力的作用，因物体处于静止状态，这两个力是一对平衡力，选项B正确；水平力F作用在物体上，而物体对墙壁的压力作用在墙壁上，这两个力不是平衡力，也不是相互作用力，选项C错误；物体对墙壁的压力与墙壁对物体的弹力是两个物体间的相互作用力，是一对作用力与反作用力，选项D正确．拓展点牛顿第三定律在受力分析中的应用由于作用力与反作用力的关系，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．例5(2020·河北邢台市质检)一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套着一个环，箱与杆的质量为M，环的质量为m，如图8所示．已知环沿杆匀加速下滑时，环与杆间的摩擦力大小为F f，重力加速度为g，则此时箱子对地面的压力大小为()图8A．Mg＋F f B．Mg－F fC．Mg＋mg D．Mg－mg答案 A解析环在竖直方向上受重力及箱子内的杆给它的竖直向上的摩擦力F f，受力情况如图甲所示，根据牛顿第三定律，环应给杆一个竖直向下的摩擦力F f′，故箱子竖直方向上受重力Mg、地面对它的支持力F N及环给它的摩擦力F f′，受力情况如图乙所示，由于箱子处于平衡状态，可得F N＝F f′＋Mg＝F f＋Mg.根据牛顿第三定律，箱子对地面的压力大小等于地面对箱子的支持力大小，即F N′＝Mg＋F f，故选项A正确．变式8(2019·辽宁沈阳市模拟)如图9所示，质量为m的物体放在质量为M、倾角为θ的斜面体上，斜面体置于粗糙的水平地面上，用平行于斜面的力F拉物体使其沿斜面向下匀速运动，斜面体始终静止，重力加速度为g，则下列说法正确的是()图9A．斜面体对地面的摩擦力大小为F cos θB．斜面体对地面的支持力为(M＋m)gC．物体对斜面体的摩擦力的大小为FD．斜面体对物体的作用力竖直向上答案 A解析由于斜面体和物体都处于平衡状态，将斜面体和物体看成一个整体，由受力情况可得：地面对斜面体的摩擦力大小为F cos θ，地面对斜面体的支持力大小为(M＋m)g＋F sin θ，由牛顿第三定律可知，A对，B错；隔离物体进行受力分析，斜面体对物体的摩擦力大小为F＋mg sin θ，由牛顿第三定律可知，C错；斜面体对物体的作用力即为物体受到的支持力与摩擦力的合力，由力的合成可知斜面体对物体的作用力与物体的重力和F的合力大小相等、方向相反，故斜面体对物体的作用力不在竖直方向上，D错.1．下列说法正确的是()A．力是维持物体运动的原因B．物体的速度方向改变，则加速度方向一定改变C．物体运动状态的改变是指其加速度在变化D．物体运动状态的改变是指其速度在变化答案 D解析力是改变物体运动状态的原因，不是维持物体运动的原因，故A错误；速度方向改变，但加速度方向不一定改变，如平抛运动，故B错误；运动状态是指物体的速度，故运动状态的改变即为速度的改变，故C错误，D正确．2．在某次交通事故中一辆载有30吨“工”字形钢材的载重汽车由于避让横穿马路的电动车而紧急制动，结果车厢上的钢材向前冲出，压扁驾驶室．关于这起事故原因的分析正确的是()A．由于车厢上的钢材有惯性，在汽车制动时，继续向前运动，压扁驾驶室B．由于汽车紧急制动，使其惯性减小，而钢材惯性较大，所以继续向前运动C．由于车厢上的钢材所受阻力太小，不足以克服其惯性，所以继续向前运动D．由于汽车制动前的速度太大，汽车的惯性比钢材的惯性大，在汽车制动后，钢材继续向前运动3．夸克(quark)是一种基本粒子，也是构成物质的基本单元．其中正、反顶夸克之间的强相互作用势能可写为E p ＝－k 4αs 3r ，式中r 是正、反顶夸克之间的距离，αs 是无单位的常量，k 是与单位制有关的常数，则在国际单位制中常数k 的单位是( )A ．N·mB ．NC ．J/mD ．J·m答案 D解析 由题意有k ＝－3E p r 4αs，αs 是无单位的常量，E p 的国际单位是J ，r 的国际单位是m ，则在国际单位制中常数k 的单位是J·m ，D 正确，A 、B 、C 错误．4．(2020·陕西黄陵中学模拟)我国首台新型墙壁清洁机器人“蜘蛛侠”是由青岛大学学生自主研制开发的，“蜘蛛侠”利用8只“爪子”上的吸盘吸附在接触面上，通过“爪子”交替伸缩，就能在墙壁或玻璃上自由移动．如图1所示，假设“蜘蛛侠”在竖直玻璃墙面上由A 点沿直线匀加速“爬行”到右上方B 点，在这一过程中，关于“蜘蛛侠”在竖直面内的受力分析正确的是( )图1答案 C解析 “蜘蛛侠”由A 点到B 点做匀加速直线运动，则根据牛顿第二定律可知，在竖直平面内“蜘蛛侠”所受合力方向应该是从A 点指向B 点，故C 正确，A 、B 、D 错误．5．(2019·福建宁德市期末质检)我国自主研制的水陆两栖飞机“鲲龙”AG600已试飞成功．当“鲲龙”AG600在水面加速直线滑行时，受到的合力( )A ．大小为零B ．方向竖直向上C ．方向与滑行方向相同D ．方向沿滑行方向斜向上解析“鲲龙”AG600在水面做加速直线运动，加速度方向与滑行方向相同，由牛顿第二定律知合外力方向与加速度方向相同，所以合外力方向与滑行方向相同，故选C.6.(2019·河南九师联盟质检)如图2所示，物块M左侧贴着一竖直墙面，物块N置于物块M 上．现将竖直向上的恒力F作用在M上，M、N一起向上做匀减速直线运动．M、N之间相对静止，物块N的质量为m，重力加速度为g，不计空气阻力．下列说法正确的是()图2A．物块N可能只受到一个力B．物块M与墙面之间一定没有摩擦力C．物块N对物块M的作用力大小可能为mgD．物块M与N之间可能没有摩擦力，但一定有弹力答案 B解析若物块N只受到一个力，那一定是重力，则N的加速度是向下的g，整体的加速度也是向下的g，则F只能为零，故假设错误，选项A错误；对MN的整体，水平方向合力为零，则M与墙壁之间无压力，则物块M与墙面之间一定没有摩擦力，选项B正确；对物块N受力分析，重力向下、物块M对N的弹力斜向右上方，因N所受合力竖直向下，可知M一定对N有沿斜面向上的摩擦力，D错误；对物块N，根据牛顿第二定律：mg－F MN＝ma，可知F MN<mg，结合牛顿第三定律可知，物块N对物块M的作用力小于mg，选项C错误．7．(2019·山东淄博市二模)一个质量为m的物块放在倾角为θ的固定斜面上．现对物块施加一个竖直向下的恒力F，如图3所示．下列说法正确的是()图3A．若物块原来加速下滑，施加压力后物块加速度不变B．若物块原来加速下滑，施加压力后物块加速度变大C．若物块原来处于静止状态，施加压力后物块开始加速下滑D．若物块原来匀速下滑，施加压力后物块开始减速下滑答案 B。
高考物理大一轮复习 第三章 牛顿运动律教师用书
拾躲市安息阳光实验学校第三章牛顿运动定律考试说明知识网络第1讲牛顿第一定律牛顿第三定律(本讲对应学生用书第3436页)考纲解读1.理解牛顿第一定律的内容和意义;知道什么是惯性及惯性的表现和决定因素.2.理解牛顿第三定律的含义;知道一对作用力与一对平衡力的特点,能应用牛顿第三定律解决实际问题.基础梳理1.牛顿第一定律(1) 内容:一切物体总保持状态或状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止.(2) 意义:指出了力不是维持物体的原因,而是产生的原因;指出了一切物体都具有惯性.(3) 伽利略理想实验是牛顿第一定律的基础.2.惯性:物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质.(1) 惯性是物体的属性,与物体是否受力及运动状态.(2) 质量是惯性大小的量度,质量大的物体惯性,质量小的物体惯性.(3) 当物体不受力或受力为零时,惯性表现为保持原来的运动状态;当物体受力不为零时,惯性表现为改变物体运动状态的难易程度.3.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.力是物体与物体间的相互作用,物体间相互作用的这一对力通常叫做作用力和反作用力.(2) 内容:两物体之间的作用力与反作用力总是大小,方向,作用在.4.力学中的三个物理量是:质量、长度、时间,其国际单位制单位是千克、米、秒.1. (1) 匀速直线运动静止(2) 速度加速度2. (1) 固有无关(2) 大小3. (1) 相互施加了力(2) 相等相反同一条直线上4.基本基本对牛顿第一定律和惯性的理解1.牛顿第一定律(1) 牛顿第一定律是在可靠的实验事实基础上经过科学的逻辑推理得出的结论.(2) 牛顿第一定律揭示了力和运动的关系.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.2.惯性(1) 物体的惯性与物体是否受力、怎样受力无关,与物体是否运动、怎样运动及所处的地理位置无关,只与物体的质量有关.(2) 物体在不受外力或所受的合外力为零时,惯性表现为使物体保持原来的运动状态(静止或匀速直线运动);物体受到外力时,惯性表现为运动状态改变的难易程度.(3) 惯性不是力,惯性与力是两个截然不同的概念.典题演示1(多选)科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用.下列说法符合历史事实的是()A. 亚里士多德认为,必须有力作用在物体上,物体的运动状态才会改变B. 伽利略通过“理想实验”得出结论:运动必具有一定的速度,如果它不受力,它将以这一速度永远运动下去C. 笛卡儿指出:如果运动中的物体没有受到力的作用,它将继续以同一速度沿同一直线运动,既不停下来也不偏离原来的方向D. 牛顿认为,物体都具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质【解析】亚里士多德认为,必须有力作用在物体上,物体才能运动,故A错误;伽利略通过“理想实验”得出结论:力不是维持运动的原因,即运动必具有一定的速度,如果它不受力,它将以这一速度永远运动下去,故B正确;笛卡儿指出,如果运动中的物体没有受到力的作用,它将继续以同一速度沿同一直线运动,既不停下来也不偏离原来的方向,符合历史事实,故C正确;牛顿认为,物体都具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质,符合事实,故D正确.【答案】 BCD典题演示2(多选)在水平的路面上有一辆匀速行驶的小车,车上固定一盛满水的碗.现突然发现碗中的水洒出,水洒出的情况如图所示,则关于小车在此种情况下的运动,下列说法中正确的是()A. 小车匀速向左运动B. 小车可能突然向左加速C. 小车可能突然向左减速D. 小车可能突然向右减速【解析】原来水和小车相对静止以共同速度运动,水突然向右洒出有两种可能:①原来小车向左运动,突然加速,碗中水由于惯性保持原速度不变,故相对碗向右洒出.②原来小车向右运动,突然减速,碗中水由于惯性保持原速度不变,相对于碗向右洒出,故B、D正确.【答案】 BD对牛顿第三定律的理解作用力和反作用力的关系为:同大小在任何情况下,作用力和反作用力必定大小相等同直线作用力和反作用力一定在同一条直线上同性质作用力和反作用力一定是同一性质的力同存在作用力和反作用力总是同时产生,同时变化,同时消失不同向作用力和反作用力的方向相反不同点作用力和反作用力作用在两个物体上,力的作用点不同不同效果作用力和反作用力在两个物体上的作用效果不同三无关与物体的种类无关与相互作用的两物体的运动状态无关与是否与另外的物体相互作用无关在受力分析问题中,如果不便于分析物体所受的某些力,则可以通过其反作用力来求解,牛顿第三定律将起到非常重要的转换研究对象的作用,使得我们分析问题的思路更灵活、更开阔.例如求人从高处跳下落地瞬间对地面的平均作用力,可以通过求落地瞬间地面对人的平均作用力来实现.典题演示3(2017·金陵中学)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,从而与牛顿第一定律和牛顿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中正确的是()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【解析】由牛顿第三定律可知,作用力和反作用力同时产生,同时消失,A 项错;压力和支持力作用在不同的两个物体上,而平衡力是作用在同一物体上的,B项错;作用力与反作用力等大反向,故人对车的作用力等于车对人的作用力,C项错;物体对地面的摩擦力大小等于地面对物体的摩擦力,D项正确.【答案】 D相互作用力与平衡力的比较名称比较内容作用力与反作用力一对平衡力不同点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同时产生,同时消无依赖关系,撤除一个,另一个可依然存在,只是不再平衡关系失,相互依存,不可单独存在叠加性两力作用效果不可抵消,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,合力为零力的性质一定是同性质的力可以是同性质的力,也可以不是同性质的力相同点大小方向大小相等、方向相反、作用在同一条直线上典题演示4如图所示,用质量不计的轻绳L1和L2将M、N两重物悬挂起来,则下列说法中正确的是()A.L1对M的拉力和L2对M的拉力是一对平衡力B.L2对M的拉力和L2对N的拉力是一对作用力与反作用力C.L1对M的拉力和M对L1的拉力是一对平衡力D.L2对N的拉力和N对L2的拉力是一对作用力和反作用力【解析】对M受力分析,它受到重力、L1的拉力、L2的拉力作用,因此,L1对M的拉力和L2对M的拉力并不是一对平衡力,A错;作用力和反作用力作用在相互作用的两个物体之间,而B选项中有三个物体:M、N、L2,B错误;平衡力必须作用在同一个物体上,L1对M的拉力和M对L1的拉力分别作用在M和L1上,显然不是平衡力,C错误;D项中的一对力是作用力和反作用力,D正确.【答案】 D对伽利略理想实验的理解亚里士多德认为:力是维持物体运动的原因.理想斜面实验说明:在水平面上运动的物体之所以会停下来,是因为受到摩擦阻力的缘故.伽利略理想斜面实验非常重要,为牛顿第一定律提供了实验依据.典题演示5伽利略设想了一个理想实验:①减小第二个斜面的倾角,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,小球将滚上另一个斜面.③如果没有摩擦,小球将上升到原来释放时的高度.④继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球要沿水平面做持续的匀速运动.在上述的设想步骤中,有的属于可靠的事实,有的则是理想化的推论.下列对理想实验各步骤顺序的排列、关于事实和推论的分类以及实验的目的的说法中,正确的是()A. 顺序②①③④,①是事实,说明物体的运动离不开力的作用B. 顺序②③①④,②是事实,说明物体的运动不需要力来维持C. 顺序③②①④,③是事实,说明在不考虑摩擦力时小球机械能守恒D. 顺序③①②④,④是事实,说明小球将运动到与释放时相同的高度【解析】伽利略的理想实验是以经验事实为基础,设想实验步骤和过程,运用分析推理得出结论的.之所以称为理想实验,是因为实验的结果是无法用实际的实验进行验证的.但是,分析推理的过程是合乎逻辑的,是严密的,是对实际过程的科学的抽象,因此得出的结论是对客观世界的真实反映.本题实验的四个步骤中,只有②是事实,其余都是推理,实验步骤的正确顺序为②③①④,设计该理想实验的目的在于说明物体的运动不需要力来维持,B正确.【答案】 B 1.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【解析】题目中给出斜面上铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材料,小球的位置逐渐升高,不难想象,当斜面绝对光滑时,小球在斜面上运动没有能量损失,可以上升到与O点等高的位置,这是可以得到的直接结论,A正确,B、C、D尽管也正确,但不是本实验得到的直接结论,故错误.【答案】 A2.(2017·盐城中学)对于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:可以通过科学进步使小质量的物体获得大惯性B. “强弩之末势不能穿鲁缟”,这表明强弩的惯性减小了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,车手一方面要适当的控制速度,另一方面要将身体稍微向里倾斜,这是为了通过调控人和车的惯性达到安全行驶的目的【解析】惯性是物体的固有属性,质量是惯性大小的唯一量度,也就是说只要物体的质量不变,其惯性大小不变,故A、B、D错误;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,改变了列车的质量,从而改变它的惯性,选项C正确.【答案】 C3.粗糙的水平地面上有一只木箱,现用一水平力拉木箱匀速前进,则()A. 拉力与地面对木箱的摩擦力是一对作用力与反作用力B. 木箱对地面的压力与地面对木箱的支持力是一对平衡力C. 木箱对地面的压力与地面对木箱的支持力是一对作用力与反作用力D. 木箱对地面的压力与木箱受到的重力是一对平衡力【解析】拉力与地面对木箱的摩擦力作用在同一个物体上,是一对平衡力,所以A错误;木箱对地面的压力与地面对木箱的支持力是一对作用力与反作用力,故B错误,C正确;木箱对地面的压力与木箱受到的重力方向相同,作用在两个物体上,不是一对平衡力,D错误.【答案】 C4.(2016·运河中学)下列说法中正确的是()A. 运动越快的汽车不容易停下来,是因为汽车运动得越快,惯性越大B. 作用力与反作用力一定是同种性质的力C. 伽利略的理想实验是凭空想象出来的,是脱离实际的理论假设D. 马拉着车向前加速时,马对车的拉力大于车对马的拉力【解析】物体的惯性大小只与物体的质量有关,与物体的速度无关,选项A错误;作用力与反作用力一定是同种性质的力,选项B正确;伽利略的理想实验是建立在严格的推理的基础上的,与实际的理论不脱离的,选项C错误;马拉着车向前加速时,马对车的拉力与车对马的拉力是一对作用力与反作用力,故马对车的拉力等于车对马的拉力,选项D错误.【答案】 B5. (多选)(2017·扬州中学)物理学史是物理科学的重要组成部分,下列有关物理学史的说法中正确的是()A. 亚里士多德在研究“落体运动”、“运动与力的关系”等问题中所犯的错误告诉我们,在科学研究中单纯依靠“观察”和“经验”往往是靠不住的B. 伽利略在对自由落体运动的研究中将实验和逻辑推理和谐地结合起来,丰富了人类的科学思维方式和科学研究方法C. 笛卡尔通过“理想斜面实验”推翻了“力是维持物体运动的原因”这个观点D. 牛顿站在巨人的肩膀上,通过自己的努力建立了“牛顿三大运动定律”,奠定了经典物理学的基础【解析】亚里士多德通过生活现象和经验得出重的物体比轻的物体下落得快,选项A正确;伽利略通过斜面上的匀加速运动外推得出自由落体运动规律,选项B正确;伽利略应用“理想斜面实验”推翻了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的观点,故C错误;牛顿曾说“我之所以比别人看得远,是因为我站在了巨人的肩膀上”,牛顿所指的巨人是伽利略、笛卡尔等人,故D正确.【答案】 ABD6.将重均为G的两个磁环A、B先后套在光滑的木支架上,并使两磁环相对面的极性相同,此时可以看到上方的磁环A“悬浮”在空中,如图所示.设磁环B对木支架底座的压力为F1;B对A的排斥力为F2.关于这些力的大小关系中正确的是()A.F1>2G,F2=GB.F1=2G,F2=GC.F1>2G,F2>GD.F1=2G,F2>G【解析】对于磁环A,受到重力G和磁环B对磁环A的排斥力F2,根据平衡条件可知,F2=G;对于磁环B,受到重力G、磁环A对磁环B的排斥力F2'及木支架底座对磁环B的支持力F1'的作用,根据平衡条件得F1'=F2'+G,根据作用力与反作用力关系知F1=F2+G,则有F1=2G,选项B正确.【答案】 B温馨提示:趁热打铁,事半功倍.请老师布置同学们及时完成《配套检测与评估》中的练习.第2讲牛顿第二定律两类动力学问题(本讲对应学生用书第3640页)考纲解读1.理解牛顿第二定律的内容、表达式及性质.2.会应用牛顿第二定律解决瞬时问题和两类动力学问题.3.会用正交分解法解决有关问题.基础梳理1.牛顿第二定律:物体的加速度跟所受的合外力成,跟物体的质量成,加速度的方向跟合外力方向.2.公式:F合= .含义是只要作用在物体上的合外力不为零,物体就产生,就要变化.3.适用条件:只适用于宏观、运动的物体,不适用于微观、运动的粒子;物体的加速度必须是相对于地球静止或匀速直线运动的(惯性系)而言的.4.牛顿第二定律的性(1) 作用于物体上的每一个力各自产生的都遵从牛顿第二定律.(2) 物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的.(3) 分力与加速度在各个方向上的分量也遵从牛顿第二定律,即F x= ,F y= .5.牛顿第二定律的因果性:F是产生a的,物体具有加速度是因为物体受到了.6.两类基本问题的解题思路1.正比反比相同2.ma 加速度速度3.低速高速参考系4. (1) 加速度(2) 矢量和(3) ma x ma y5.原因力对牛顿第二定律的理解同向性公式F合=ma是矢量式,任一时刻,F合与a同向瞬时性a与F合对应同一时刻,即a为某时刻的加速度时,F合为该时刻物体所受合外力因果性F合是产生a的原因,物体具有加速度是因为物体受到了力同一性F合=ma中,F合、m、a对应同一物体或同一系统,各量统一使用国际单位性①作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛顿第二定律②物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和典题演示1如图所示,弹簧左端固定,右端自由伸长到O点并系住物体m.现将弹簧压缩到A点,然后释放,物体可以一直运动到B点,如果物体受到的阻力恒定,则()A. 物体从A到O先加速后减速B. 物体从A到O加速运动,从O到B减速运动C. 物体运动到O点时所受合力为0D. 物体从A到O的过程加速度逐渐减小【解析】首先有两个问题应搞清楚:①物体在A点所受弹簧的弹力大于物体与地面之间的摩擦力(因为物体能运动),②物体在O点所受弹簧的弹力为0,所以在A、O之间有弹力与摩擦力相等的位置,故物体在A、O之间的运动应该是先加速后减速,A正确、B错误;O点所受弹簧的弹力为0,但摩擦力不是0,所以选项C错误;从A到O的过程加速度先减小、后增大,故选项D错误.【答案】 A瞬时加速度的问题分析1.一般思路分析物体该时刻的受力情况→由牛顿第二定律列方程→瞬时加速度2.几种模型的比较特性模型受外力时的形变量弹力能否突变产生拉力或支持力质量内部弹力轻绳微小不计可以只有拉力,没有支持力不计处处相等橡皮绳较大不能只有拉力,没有支持力轻弹簧较大不能既可有拉力,也可有支持力轻杆微小不计可以既可有拉力,也可有支持力3.求解瞬时性问题时的注意点(1) 物体的受力情况和运动情况是时刻对应的,当外界因素发生变化时,需要重新进行受力分析和运动分析.(2) 加速度可以随着力的突变而突变,而速度的变化需要一个过程的积累,不会发生突变.典题演示2(2017·南师附中)如图所示,A、B两小球分别连在弹簧两端.B 端用细线固定在倾角为30°的光滑斜面上,A、B两小球的质量分别为m1、重力加速度为g,若不计弹簧质量,在细线被剪断瞬间,A、B两小球的加速度分别为()A. 都等于B. 0和C. 和0D. 0和g【解析】据题意,对A球受力分析,受到重力G,垂直斜面向上的支持力N A,沿斜面向上的弹力F,由于A球处于静止状态,则据平衡条件有F=m1g sin θ;现将细线烧断,据弹簧弹力具有瞬间保持原值的特性,故A球此时加速度为0,对B 球则有F+m2g sin θ=m2a,所以B球此时加速度为a=g,故D正确,A、B、C错误.【答案】 D典题演示3(多选)(2015·海南卷)如图,物块a、b和c的质量相同,a和b、b和c之间用完全相同的轻弹簧S1和S2相连,通过系在a上的细线悬挂于固定点O;整个系统处于静止状态;现将细绳剪断,将物块a的加速度记为a1,S1和S2相对原长的伸长量分别为Δl1和Δl2,重力加速度大小为g,在剪断瞬间()A.a1=3gB.a1=0C.Δl1=2Δl2D.Δl1=Δl2【解析】设物体的质量为m,剪断细绳的瞬间,绳子的拉力消失,弹簧还没有来得及改变,所以剪断细绳的瞬间a受到重力和弹簧S1的拉力T1,剪断前对bc 和弹簧组成的整体分析可知T1=2mg,故a受到的合力F=mg+T1=mg+2mg=3mg,故加速度a1==3g,A正确,B错误;设弹簧S2的拉力为T2,则T2=mg,根据胡克定律F=kΔx 可得Δl1=2Δl2,C正确,D错误.【答案】 AC动力学的两类基本问题1.求解两类问题的思路,可用下面的框图来表示:分析解决这两类问题的关键:应抓住受力情况和运动情况之间联系的桥梁——加速度.2.动力学的两类基本问题的解题步骤(1) 选取研究对象.根据问题的需要和解题的方便,选出被研究的物体,可以是一个物体,也可以是几个物体组成的整体.(2) 分析研究对象的受力情况和运动情况.注意画好受力分析图,明确物体的运动过程和运动性质.(3) 选取正方向或建立坐标系.通常以加速度的方向为正方向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向.(4) 求合外力F.(5) 根据牛顿第二定律和运动学公式列方程求解,必要时还要对结果进行讨论.典题演示4(2017·金陵中学)如图所示,倾角θ=37°的足够长斜面固定在水平地面上,质量m=2 kg的物块在与斜面成37°角向上恒力F=20 N的作用下,从斜面底端由静止开始沿斜面向上运动.已知物块与斜面间的动摩擦因数μ=0.5,取g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.(1) 求物块在恒力F作用下向上运动的加速度a.(2) 若恒力F作用4 s后撤去,求物块再经过多长时间返回斜面底端.【解析】有力F作用时有F cos 37°-mg sin 37°-μ(mg cos 37°-F sin 37°)=ma,解得a=1 m/s2.(2) 刚撤去F时,物块的速度v1=at1=4 m/s,物块的位移s1=t1=8 m,撤去力F后,物块上滑时有-(mg sin 37°+μmg cos 37°)=ma2,解得a2=-10 m/s2.物块上滑时间t2=-=0.4 s,上滑位移s2=t2=0.8 m,则物块上滑的最大距离为s m=s1+s2=8.8 m,物块返回时有mg sin 37°-μmg cos 37°=ma3,a3=2 m/s2.物块由顶端返回B点时有s m=a3,t3=2 s,t=t2+t3=(0.4+2)s≈3.2 s.【答案】 (1) 1 m/s2(2) 3.2 s微模型2 动力学中的图象问题1.常见的动力学图象:v-t图象、a-t图象、F-t图象、F-a图象等.2.图象问题的类型:①已知物体受到的力随时间变化的图线,要求分析物体的运动情况.②已知物体的速度、加速度随时间变化的图线,要求分析物体的受力情况.③由已知条件确定某物理量的变化图象.3.解题策略典题演示(2016·镇江一模)如图甲所示,倾角θ=37°的足够长的斜面固定在水平地面上,质量m=1kg的物块在沿斜面向上的恒力F作用下,由斜面底端A 处从静止开始沿斜面向上做匀加速运动,当物块运动t1=2s时撤去外力F,物块继续向上运动,一段时间后物块到达最高点B.物块运动的v-t图象如图乙所示.取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:甲乙(1) 物块和斜面之间的动摩擦因数.(2) 沿斜面向上的恒力F的大小.(3) 物块从最高点B返回到斜面底端A点所用时间t.【解析】(1) 由图象得第3s内的加速度大小为a1==10m/s2,第3s内mg sinθ+μmg cosθ=ma1,解得μ=0.5.(2) 由图象得前2s内的加速度为a2==5m/s2,前2s内F-mg sinθ-μmg cosθ=ma2,解得F=15N.(3) 当物块从B点返回时mg sinθ-μmg cosθ=ma3,解得a3=2m/s2,即物块从B返回A时一直做a3=2m/s2的匀加速直线运动,A、B两点间的距离x=t=15m,由x=a3,解得t3== s= s.【答案】 (1) 0.5(2) 15N(3) s跟踪训练1(2016·苏锡常镇三模)重物从空中由静止下落,设重物下落时所受的阻力与速度成正比,则下列图象中正确的是()1.(2016·上海卷)如图,顶端固定着小球的直杆固定在小车上,当小车向右做匀加速运动时,球所受合外力的方向沿图中的()A.OA方向 B.OB方向C.OC方向D.OD方向【解析】据题意可知,小车向右做匀加速直线运动,由于球固定在杆上,而杆固定在小车上,则三者属于同一整体,根据整体法和隔离法的关系分析可知,球和小车的加速度相同,所以球的加速度也应该向右,故选项D正确.【答案】 D2.(2016·金陵中学)如图所示,一倾角θ=37°的足够长斜面固定在水平地面上.当t=0时,滑块以初速度v0=10 m/s沿斜面向上运动,已知滑块与斜面间的动摩擦因数μ=0.5,重力加速度取g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.下列说法中正确的是()A. 滑块一直做匀变速直线运动B. t=1 s时,滑块速度减为零,然后静止在斜面上C. t=2 s时,滑块恰好又回到出发点D. t=3 s时,滑块的速度为4 m/s【解析】滑块上升过程mg sin θ+μmg cos θ=ma1,解得a1=10 m/s2,下降过程mg sin θ-μmg cos θ=ma2,解得a2=2 m/s2,故A、B错误;上升时间t1==1 s,上升距离s==5 m,下降过程s=a2,解得t2= s,故C错误;t=3 s时,滑块还处于下降阶段,v=a2t=4 m/s,故D正确.【答案】 D3.(2016·无锡一模)如图所示,一竖直放置的轻弹簧下端固定于桌面,现将一物块放于弹簧上同时对物块施加一竖直向下的外力,并使系统静止,若将外力突然撤去,则物块在第一次到达最高点前的速度—时间图象(图中实线)可能是图中的()。
2021版高考物理一轮复习第三章牛顿运动定律教案
第1节牛顿第一定律牛顿第三定律【基础梳理】提示：匀速直线运动静止低速匀速直线运动静止质量相等相反F′＝－F【自我诊断】判一判(1)物体不受外力时一定处于静止状态．( )(2)牛顿第一定律是实验定律．( )(3)运动的物体惯性大，静止的物体惯性小．( )(4)两个大小相等、方向相反、作用在同一直线上的力一定是相互作用力．( )(5)作用力与反作用力的关系不随运动状态的变化而变化．( )(6)人走在松软土地上下陷时，人对地面的压力大于地面对人的支持力．( )提示：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√(6)×做一做手拿一个锤头敲在一块玻璃上把玻璃敲碎了．对于这一现象，下列说法正确的是( ) A．锤头敲玻璃的力大于玻璃对锤头的作用力，所以玻璃才碎裂B．锤头受到的力大于玻璃受到的力，只是由于锤头能够承受比玻璃更大的力才没有碎裂C．锤头和玻璃相互间的作用力应该是等大的，只是由于锤头能够承受比玻璃更大的力才没有碎裂D．因为不清楚锤头和玻璃的其他受力情况，所以无法判断它们之间的相互作用力的大小提示：选C.锤头敲玻璃的力与玻璃对锤头的作用力是作用力与反作用力，总是大小相等，方向相反，但因作用在不同的物体上，因物体的承受能力不同，产生不同的作用效果，故C正确，A、B、D均错误．牛顿第一定律【题组过关】1．(2020·浙江十校联考)漫画中的情景在公交车急刹时常会出现．为提醒乘客注意，公交公司征集到几条友情提示语，其中对惯性的理解正确的是( )A．站稳扶好，克服惯性B．稳步慢行，避免惯性C．当心急刹，失去惯性D．谨防意外，惯性恒在解析：选D.惯性是物体固有属性，恒在．2.如图所示，在一辆表面光滑且足够长的小车上，有质量为m 1和m2的两个小球(m1>m2)随车一起匀速运动，当车突然停止时，若不考虑其他阻力，则两个小球( )A．一定相碰B．一定不相碰C．不一定相碰D．无法确定解析：选B.因小车表面光滑，因此小球在水平方向上没有受到外力作用，原来两球与小车有相同的速度，当车突然停止时，由于惯性，两小球的速度将不变，所以不会相碰．3.(2020·舟山质检)在水平的路面上有一辆匀速行驶的小车，车上固定一盛满水的碗．现突然发现碗中的水洒出，水洒出的情况如图所示，则关于小车在此种情况下的运动，下列叙述正确的是( )A．小车匀速向左运动B．小车可能突然向左加速C．小车可能突然向左减速D．小车可能突然向右加速解析：选B.原来水和小车相对静止以共同速度运动，水突然向右洒出有两种可能：①原来小车向左运动，突然加速，碗中水由于惯性保持原速度不变，故相对碗向右洒出．②原来小车向右运动，突然减速，碗中水由于惯性保持原速度不变，相对于碗向右洒出，故B 正确．1．惯性和惯性定律的区别(1)惯性是物体保持原有运动状态不变的一种性质，与物体是否受力、受力的大小无关．(2)惯性定律(牛顿第一定律)则反映物体在一定条件下的运动规律．2．对牛顿第一定律的说明(1)明确惯性的概念：牛顿第一定律揭示了一切物体所具有的一种固有属性——惯性，即物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质．(2)揭示力的本质：力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因．(3)理想化状态：牛顿第一定律描述的是物体不受外力时的状态，而物体不受外力的情形是不存在的．在实际情况中，如果物体所受的合外力等于零，与物体不受外力时的表现是相同的．(4)与牛顿第二定律的关系：牛顿第一定律和牛顿第二定律是相互独立的．力是如何改变物体运动状态的问题由牛顿第二定律来回答．牛顿第一定律是不受外力的理想情况下经过科学抽象、归纳推理而总结出来的，而牛顿第二定律是一条实验定律．牛顿第三定律【知识提炼】(2019·4月浙江选考)如图所示，小明撑杆使船离岸，则下列说法正确的是( )A ．小明与船之间存在摩擦力B ．杆的弯曲是由于受到杆对小明的力C ．杆对岸的力大于岸对杆的力D ．小明对杆的力和岸对杆的力是一对相互作用力[解析] 小明与船之间存在静摩擦力，A 正确；杆的弯曲是由于受到小明对杆的作用力，B 错误；杆对岸的力与岸对杆的力是作用力与反作用力，大小相等，C 错误；小明对杆的力和岸对杆的力受力物体都是杆，两者不是作用力与反作用力，D 错误．[答案] A1．作用力与反作用力的“三同、三异、三无关”(1)“三同”：①大小相同；②性质相同；③变化情况相同．(2)“三异”：①方向不同；②受力物体不同；③产生效果不同．(3)“三无关”：①与物体的种类无关；②与物体的运动状态无关；③与物体是否和其他物体存在相互作用无关．2．相互作用力与平衡力的比较作用力和反作用力 一对平衡力 不同点 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 同时产生、同时消失 不一定同时产生、同时消失 叠加性 两力作用效果不可抵消，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，合力为零 力的性质一定是同性质的力 性质不一定相同 相同点 大小相等、方向相反、作用在同一条直线上应用牛顿第三定律需注意的三个问题(1)定律中的“总是”说明对于任何物体，在任何情况下牛顿第三定律都是成立的．(2)作用力与反作用力虽然等大反向，但因所作用的物体不同，所产生的效果(运动效果或形变效果)往往不同．(3)作用力与反作用力只能是一对物体间的相互作用力，不能涉及第三个物体．【题组过关】1.(2020·1月浙江选考)如图所示，一对父子掰手腕，父亲让儿子获胜．若父亲对儿子的力记为F1，儿子对父亲的力记为F2，则( )A．F2>F1B．F1和F2大小相等C．F1先于F2产生D．F1后于F2产生答案：B2．如图所示为杂技“顶竿”表演，一人站在地上，肩上扛一质量为M的竖直竹竿，当竿上一质量为m的人以加速度a加速下滑时，竿对“底人”的压力大小为( )A．(M＋m)gB．(M＋m)g－maC．(M＋m)g＋maD．(M－m)g解析：选B.对竿上的人分析：受重力mg、摩擦力F f，由mg－F f＝ma得F f＝m(g－a)．竿对人有摩擦力，人对竿也有反作用力——摩擦力，且大小相等，方向相反，对竿分析：受重力Mg、竿上的人对竿向下的摩擦力F′f、顶竿的人对竿的支持力F N，有Mg＋F′f＝F N，又因为竿对“底人”的压力和“底人”对竿的支持力是作用力与反作用力，由牛顿第三定律得到竿对“底人”的压力大小F′N＝Mg＋F′f＝(M＋m)g－ma.B项正确．[随堂检测]1．(2018·4月浙江选考)通过理想斜面实验得出“力不是维持物体运动的原因”的科学家是( )A．亚里士多德B．伽利略C．笛卡尔D．牛顿解析：选B.伽利略通过理想斜面实验推翻了亚里士多德关于“力是维持物体运动的原因”的说法，得出“力不是维持物体运动的原因”．2.如图所示，冰壶在冰面运动时受到的阻力很小，可以在较长时间内保持运动速度的大小和方向不变，我们可以说冰壶有较强的抵抗运动状态变化的“本领”．这里所指的“本领”是冰壶的惯性，则惯性的大小取决于( )A．冰壶的速度B．冰壶的质量C．冰壶受到的推力D．冰壶受到的阻力解析：选B.一个物体惯性的大小，与其运动状态、受力情况是没有任何关系的，衡量物体惯性大小的唯一因素是质量，故B正确．3.(2020·台州高二期中)如图所示，质量相等的甲、乙两人所用绳子相同，甲拉住绳子悬在空中处于静止状态；乙拉住绷紧绳子的中点把绳子拉断了，则( )A．绳子对甲的拉力小于甲的重力B．绳子对甲的拉力大于甲对绳子的拉力C．乙拉断绳子前瞬间，绳上的拉力一定小于乙的重力D．乙拉断绳子前瞬间，绳上的拉力一定大于乙的重力解析：选D.由平衡条件可知，绳子对甲的拉力大小等于甲受到的重力，A错；由作用力与反作用力的关系可知，绳子对甲的拉力等于甲对绳子的拉力，B错；乙能把绳子拉断，对于具有同样承受能力的绳子，说明乙拉断绳子前的瞬间绳上的拉力一定大于绳子的承受力，而甲拉的绳子能承受甲的重力，甲、乙质量相等，因此绳上的拉力一定大于乙的重力，C错，D对．4.如图所示，用细线将A物体悬挂在顶板上，B物体放在水平地面上．A、B间有一劲度系数为100 N/m 的轻质弹簧，此时弹簧伸长了2 cm.已知A、B两物体的重力分别是3 N和5 N．则细线的拉力及B对地面的压力分别是( ) A．8 N和0 N B．5 N和7 NC．5 N和3 N D．7 N和7 N解析：选C.对A由平衡条件得F T－G A－kx＝0，解得F T＝G A＋kx＝3 N＋100×0.02 N＝5 N，对B由平衡条件得kx＋F N－G B＝0，解得F N＝G B－kx＝5 N－100×0.02 N＝3 N，由牛顿第三定律得B对地面的压力是3 N，故选项C正确．[课后达标]选择题1．(2020·湖州质检)下列关于惯性的说法正确的是( )A．开车系安全带可防止由于人的惯性而造成的伤害B．子弹飞出枪膛后，因惯性受到向前的力而继续飞行C．飞机起飞时飞得越来越快，说明它的惯性越来越大D．物体在粗糙水平面上比光滑水平面上难推动，说明物体在粗糙水平面上惯性大答案：A2．伽利略根据小球在斜面上运动的实验和理想实验，提出了惯性的概念，从而奠定了牛顿力学的基础．早期物理学家关于惯性有下列说法，其中正确的是( ) A．物体抵抗运动状态变化的性质是惯性B．没有力的作用，物体只能处于静止状态C．行星在圆周轨道上保持匀速率运动的性质是惯性D．运动物体如果没有受到力的作用，将慢慢停止下来答案：A3．下列关于作用力和反作用力的说法中，正确的是( )A．作用力和反作用力的合力为零B．物体相互作用时，先有作用力，后有反作用力C．马能将车拉动，是因为马拉车的力大于车拉马的力D．鸡蛋碰石头时，鸡蛋对石头的作用力与石头对鸡蛋的作用力大小是相等的答案：D4.为培养青少年足球人才，浙江省计划在2020年前，开设足球特色学校达到1 000所以上．如图所示，某足球特色学校的学生在训练踢球时( )A．脚对球的作用力大于球对脚的作用力B．脚对球的作用力与球对脚的作用力大小相等C．脚对球的作用力与球的重力是作用力与反作用力D．脚对球的作用力与球对脚的作用力是一对平衡力答案：B5.(2020·浙江十校联考)电动平衡车是一种时尚代步工具．当人驾驶平衡车在水平路面上做匀速直线运动时，下列说法正确的是( )A．平衡车匀速行驶时，相对于平衡车上的人，是运动的B．平衡车的重力与地面对平衡车的支持力是一对平衡力C．平衡车在加速过程中也是平衡的D．关闭电机，平衡车还会继续行驶一段路程是由于惯性解析：选D.本题考查了惯性、受力分析以及对一对平衡力的理解．以人为参考系，车是静止的，A错误；平衡车竖直方向还有人对其压力，所以B错误；平衡状态为物体是静止或匀速直线运动状态，C错误．6．如图所示，狗拉着雪橇在雪道上行驶，根据牛顿运动定律可知( )A．若加速前进，狗拉雪橇的力大于雪橇拉狗的力B．若匀速前进，狗拉雪橇的力与雪橇拉狗的力平衡C．若减速前进，狗拉雪橇的力小于雪橇拉狗的力D．狗拉雪橇的力与雪橇拉狗的力大小始终相等解析：选D.根据牛顿第三定律，两个物体之间的相互作用力总是大小相等，与运动状态无关，因作用对象不同，效果不能抵消，故不能平衡或求合力，则D项正确．7．女子十米台跳水比赛中，运动员从跳台斜向上跳起，一段时间后落入水中，如图所示，不计空气阻力，随入水深度的增加，阻力增大，下列说法正确的是( )A．她在空中上升过程中处于超重状态B．她在空中下落过程中做自由落体运动C．她即将入水时的速度为整个跳水过程中的最大速度D．入水过程中，水对她的作用力大小等于她对水的作用力大小解析：选D.她在空中上升过程中，加速度向下，故处于失重状态，A错误；运动员从跳台斜向上跳起，下落时速度有水平分量，则她在空中下落过程中不是做自由落体运动，B错误；入水后，运动员受到水的阻力作用，开始时重力大于阻力，做加速运动，随着入水深度的增加，阻力增大，当重力等于阻力时加速度为零，此时速度最大，故她即将入水时的速度不是整个跳水过程中的最大速度，C错误；根据牛顿第三定律可知，入水过程中，水对她的作用力大小等于她对水的作用力大小，D正确．8.建筑工人用如图所示的定滑轮装置运送建筑材料．质量为70.0 kg的工人站在地面上，通过定滑轮将20.0 kg 的建筑材料以0.5 m/s2的加速度拉升，忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦，则工人对地面的压力大小为(g取10 m/s2)( )A．510 N B．490 NC．890 N D．910 N解析：选B.设绳子对物体的拉力为F1则F1－mg＝maF1＝m(g＋a)＝210 N绳子对人的拉力F2＝F1＝210 N人处于静止，则地面对人的支持力F N＝Mg－F2＝490 N，由牛顿第三定律知人对地面的压力F N′＝F N＝490 N，故B项正确．9.(2020·嘉兴月考)如图所示，滑板运动员沿水平地面向前滑行，在横杆前相对于滑板竖直向上起跳，人与滑板分离，分别从横杆的上、下通过，忽略人和滑板在运动中受到的阻力．则运动员( )A．起跳时脚对滑板的作用力斜向后B．在空中水平方向先加速后减速C．越过杆后落在滑板的后方D．越过杆后仍落在滑板上起跳的位置解析：选D.相对滑板竖直向上起跳时，脚对滑板的作用力竖直向下，选项A错误；分离后，由于惯性，滑板做匀速直线运动，运动员在水平方向上不受力，水平方向上做匀速运动，越过杆后落在滑板上起跳的位置，选项B、C错误，选项D正确．10．一列以速度v匀速行驶的列车内有一水平桌面，桌面上的A处有一小球．若车厢内的旅客突然发现(俯视图)小球沿如图所示的虚线从A点运动到B点，则由此可以判断列车的运行情况是( )A．减速行驶，向北转弯B．减速行驶，向南转弯C．加速行驶，向南转弯D．加速行驶，向北转弯解析：选B.小球具有惯性，相对于列车向前运动，故列车在减速，相对于列车向北运动，故列车向南转弯，B正确．11．撑竿跳高是一项技术性很强的体育运动，如图所示，完整的过程可以简化成三个阶段：持竿助跑、撑竿起跳上升、越竿下落．撑竿跳高的过程中包含很多物理知识，下列说法正确的是( )A．持竿助跑过程，重力的反作用力是地面对运动员的支持力B．撑竿起跳上升阶段，弯曲的撑竿对人的作用力大于人对撑竿的作用力C．撑竿起跳上升阶段先处于超重状态后处于失重状态D．最高点手已离开撑竿，运动员还能继续越过横竿，是因为受到了一个向前的冲力答案：C12．(2020·浙江联考)如图所示，一个楔形物体M放在固定的粗糙斜面上，M上表面水平且光滑，下表面粗糙，在其上表面上放一光滑小球m，楔形物体由静止释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是( )A．沿斜面方向的直线B．竖直向下的直线C．无规则的曲线D．抛物线解析：选B.对小球进行受力分析可知：小球所受的重力和支持力均沿竖直方向，小球在水平方向上不受力．根据牛顿第一定律可知，小球在水平方向上的运动状态不变，又因楔形物体由静止释放，故小球在水平方向上无运动，只沿竖直方向向下做直线运动．故B正确．13．(2020·浙江黄岩质检)如图所示是一种汽车安全带控制装置的示意图，当汽车处于静止或匀速直线运动时，摆锤竖直悬挂，锁棒水平，棘轮可以自由转动，安全带能被拉动．当汽车突然刹车时，摆锤由于惯性绕轴摆动，使得锁棒锁定棘轮的转动，安全带不能被拉动．若摆锤从图中实线位置摆到虚线位置，汽车的可能运动方向和运动状态是( )A．向左行驶、突然刹车B．向右行驶、突然刹车C．向左行驶、匀速直线运动D．向右行驶、匀速直线运动解析：选B.简化模型如图所示，当小球在虚线位置时，小球、车具有向左的加速度，车的运动情况可能为：向左加速行驶或向右减速行驶，A错误，B正确；当车匀速运动时，无论向哪个方向运动，小球均处于竖直位置不摆动，C、D错误．14．如图将两根吸管串接起来，再取一根牙签置于吸管中，前方挂一张薄纸，用同样的力对吸管吹气，牙签加速射出，击中薄纸．若牙签开始是放在吸管的出口附近，则牙签吹在纸上即被阻挡落地；若牙签开始时放在嘴附近，则牙签将穿入薄纸中，有时甚至射穿薄纸．设牙签在管中受力恒定，下列说法正确的是( )A．两种情况下牙签击中薄纸时的速度相同B．两种情况下牙签在管中运动的加速度相同C．牙签开始放在吸管的出口处时，气体对其做功较大D．牙签开始放在近嘴处时，运动时惯性较大答案：B第2节 牛顿第二定律 两类动力学问题【基础梳理】【自我诊断】判一判(1)牛顿第二定律表达式F ＝ma 在任何情况下都适用．( ) (2)物体所受合外力大，其加速度一定大．( )(3)对静止在光滑水平面上的物体施加一个水平力，当力刚作用瞬间，物体立即获得加速度．( )(4)物体由于做加速运动，所以才受合外力作用．( )(5)F ＝ma 是矢量式，a 的方向与F 的方向相同，与速度方向无关．( ) (6)物体所受合外力减小，加速度一定减小，而速度不一定减小．( )(7)物理公式不仅确定了物理量之间的数量关系，同时也确定了物理量间的单位关系．( )答案：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)√ (7)√ 做一做(2020·1月浙江选考)以下物理量为矢量，且单位是国际单位制基本单位的是()提示：作用力 质量 作用力 F ＝ma 惯性 宏观 低速 受力情况 运动情况 基本单位 导出单位 质量 时间 长度 基本量A ．电流、AB ．位移、mC ．功、JD ．磁感应强度、T答案：B牛顿第二定律的基本应用 【典题例析】(2020·余姚质检)如图所示，物块1、2间用刚性轻质杆连接，物块3、4间用轻质弹簧相连，物块1、3质量为m ，物块2、4质量为M ，两个系统均置于水平放置的光滑木板上，并处于静止状态．现将两木板沿水平方向突然抽出，设抽出后的瞬间，物块1、2、3、4的加速度大小分别为a 1、a 2、a 3、a 4.重力加速度大小为g ，则有( )A ．a 1＝a 2＝a 3＝a 4＝0B ．a 1＝a 2＝a 3＝a 4＝gC ．a 1＝a 2＝g ，a 3＝0，a 4＝m ＋MMg D ．a 1＝g ，a 2＝m ＋M M g ，a 3＝0，a 4＝m ＋MMg [解析] 在抽出木板的瞬时，物块1、2与刚性轻杆接触处的形变立即消失，受到的合力均等于各自重力，所以由牛顿第二定律知a 1＝a 2＝g ；而物块3、4间的轻弹簧的形变还来不及改变，此时弹簧对物块3向上的弹力大小和对物块4向下的弹力大小仍为mg ，因此物【知识提炼】1．求解思路：求解物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是明确该时刻物体的受力情况或运动状态，再由牛顿第二定律求出瞬时加速度．2．牛顿第二定律瞬时性的“两类”模型(1)刚性绳(轻杆或接触面)——不发生明显形变就能产生弹力的物体，剪断(或脱离)后，其弹力立即消失，不需要形变恢复时间．(2)弹簧(或橡皮绳)——两端同时连接(或附着)有物体的弹簧(或橡皮绳)，特点是形变量大，其形变恢复需要较长时间，在瞬时性问题中，其弹力的大小往往可以看成保持不变．3．在求解瞬时加速度时应注意的问题(1)物体的受力情况和运动情况是时刻对应的，当外界因素发生变化时，需要重新进行受力分析和运动分析．(2)加速度可以随着力的突变而突变，而速度的变化需要一个积累的过程，不会发生突变．块3满足mg ＝F ，a 3＝0；由牛顿第二定律得物块4满足a 4＝F ＋Mg M ＝M ＋mMg ，所以C 正确． [答案] C【题组过关】考向1 力与运动的关系1.(多选)如图所示，一木块在光滑水平面上受一恒力F 作用，前方固定一足够长的弹簧，则当木块接触弹簧后( )A ．木块立即做减速运动B ．木块在一段时间内速度仍可增大C ．当F 等于弹簧弹力时，木块速度最大D ．弹簧压缩量最大时，木块加速度为零解析：选BC.木块接触弹簧后向右运动，弹力逐渐增大，开始时恒力F 大于弹簧弹力，合外力方向水平向右，与木块速度方向相同，木块速度不断增大，A 项错误，B 项正确；当弹力增大到与恒力F 相等时，合力为零，速度增大到最大值，C 项正确；之后木块由于惯性继续向右运动，但合力方向与速度方向相反，木块速度逐渐减小到零，此时，弹力大于恒力F ，加速度大于零，D 项错误．考向2 牛顿运动定律的瞬时性2．如图甲所示，一质量为m 的物体系于长度分别为L 1、L 2的两根细线上，L 1的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为θ，L 2水平拉直，物体处于平衡状态．(1)现将线L 2剪断，求剪断L 2的瞬间物体的加速度．(2)若将图甲中的细线L 1换成长度相同(接m 后)，质量不计的轻弹簧，如图乙所示，其他条件不变，求剪断L 2的瞬间物体的加速度．解析：(1)细线L 2被剪断的瞬间，因细线L 2对物体的弹力突然消失，而引起L 1上的张力发生突变，使物体的受力情况改变，瞬时加速度垂直L 1斜向下方，大小为a ＝g sin θ.(2)当细线L 2被剪断时，细线L 2对物体的弹力突然消失，而弹簧的形变还来不及变化(变化要有一个过程，不能突变)，因而弹簧的弹力不变，它与重力的合力与细线L 2对物体的弹力是一对平衡力，等大反向，所以细线L 2被剪断的瞬间，物体加速度的大小为a ＝g tan θ，方向水平向右．答案：(1)g sin θ，方向垂直于L 1斜向下方 (2)g tan θ，方向水平向右瞬时问题的处理(1)两种模型：加速度与合外力具有瞬时对应关系，二者总是同时产生、同时变化、同时消失，具体可简化为以下两种模型：(2)求解瞬时加速度的一般思路动力学的两类基本问题【典题例析】(2019·4月浙江选考)小明以初速度v 0＝10 m/s 竖直向上抛出一个质量m ＝0.1 kg的小皮球，最后在抛出点接住．假设小皮球在空气中所受阻力大小为重力的0.1.求小皮球(1)上升的最大高度；(2)从抛出到接住的过程中重力和空气阻力所做的功； (3)上升和下降的时间．[解析] (1)在上升过程中，有mg ＋F f ＝ma 1 解得a 1＝11 m/s 2上升的高度h ＝v 202a 1＝5011m.(2)重力做的功W G ＝0空气阻力做的功W f ＝－F f ·2h ＝－1011J.【知识提炼】1．解决两类动力学问题的关键(1)两类分析——物体的受力分析和物体的运动过程分析． (2)一个“桥梁”——物体运动的加速度是联系运动和力的桥梁． 2．解决动力学问题时的处理方法(1)合成法：在物体受力个数较少(2个或3个)时，一般采用“合成法”．(2)正交分解法：若物体的受力个数较多(3个或3个以上)，则采用“正交分解法”．(3)上升的时间t 1＝v 0a 1＝1011s在下降过程中，有mg －F f ＝ma 2 解得a 2＝9 m/s 2又h ＝12a 2t 22解得t 2＝101133s.[答案] (1)5011 m (2)0 －1011 J(3)1011 s 101133s 【题组过关】考向1 已知受力求运动1．(2020·余姚月考)某市规划建设一新机场，请你帮助设计飞机跑道．飞机质量为5×104kg ，假设飞机在加速滑行过程中牵引力恒为F ＝8×104N ，受到的阻力恒为F f ＝2×104N ，起飞速度v ＝80 m/s.(1)从开始滑行到起飞的过程中飞机的位移是多大？(2)如果飞机在达到起飞速度的瞬间因故需要停止起飞，立即采取制动措施后能以 4 m/s 2的加速度减速，为确保飞机不滑出跑道，则跑道的长度至少多长？解析：(1)飞机从静止开始做匀加速运动到离开地面升空过程中滑行的距离为x 1， 根据牛顿第二定律得：a 1＝F －F f m ＝8×104－2×1045×104m/s 2＝1.2 m/s 2 x 1＝v 2－02a 1＝802－02×1.2 m ＝8 0003m.(2)飞机匀减速直线运动的位移x 2， x 2＝0－v 22a 2＝－6 400－2×4 m ＝800 m所以跑道的长度至少应为x ＝x 1＋x 2＝8 0003m ＋800 m ≈3 467 m. 答案：见解析考向2 已知运动求力2．(2020·1月浙江选考)(9分)一个无风晴朗的冬日，小明乘坐游戏滑雪车从静止开始沿斜直雪道下滑，滑行54 m 后进入水平雪道，继续。
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第1节牛顿第一定律牛顿第三定律一、牛顿第一定律、惯性
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A对另一个物体B施加了力，物体B一定也同时对物体A施加了力。
2．牛顿第三定律
(1)内容：两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。
(2)表达式：F＝－F′。
(3)意义：建立了相互作用物体之间的联系及作用力与反作用力的相互依赖关系。
1．思考辨析(正确的画“√”，错误的画“×”)
(1)牛顿第一定律不能用实验验证。
(√)
(2)在水平面上滑动的木块最终停下来，是因为没有外力维持木块运动。
(×)
(3)物体运动时受到惯性力的作用。
(×)
(4)两物体相互作用时，先有作用力，后有反作用力。
(×)
(5)人走在松软的土地上下陷时，人对地面的压力大于地面对人的支持力。
(×)
(6)作用力与反作用力等大，反向，其合力为零。
(×)
2．(人教版必修1P70T1改编)(多选)下面对牛顿第一定律和惯性的分析正确的是()
A．飞机投弹时，当目标在飞机的正下方时投下炸弹，能击中目标
B．地球自西向东自转，人向上跳起来后，还会落到原地
C．安全带的作用是防止汽车刹车时，人由于惯性发生危险
D．有的同学说，向上抛出的物体，在空中向上运动时，肯定受到了向上的作用力
BC[飞机在目标正上方投弹时，由于惯性，炸弹会落在目标的前方，A错误；地球自西向东自转，人向上跳起后，由于惯性，还会落在原地，B正确；汽车刹车时，由于惯性，人会向前冲，安全带可以防止人的前冲，C正确；物体被向上抛出后，在空中向上运动是由于惯性，D错误。
]
3．(粤教版必修1P71T1)沼泽的下面蕴藏着丰富的泥炭，泥炭是沼泽地积累的植物残体，它的纤维状和海绵状的物理结构导致人在其表面行走时容易下陷。
若人下陷的过程是先加速运动后匀速运动，下列判断正确的是() A．加速运动时人对沼泽地的压力大于沼泽地对他的支持力
B．加速运动时人对沼泽地的压力小于沼泽地对他的支持力
C．人对沼泽地的压力先大于后等于沼泽地对他的支持力
D．人对沼泽地的压力大小总等于沼泽地对他的支持力
D[人对沼泽地的压力与沼泽地对人的支持力为作用力与反作用力，故二力大小一定相等，故A、B、C错误，D正确。
]
4.(人教版必修1P70·科学漫步)(多选)小华坐在一列正在行驶的火车车厢里，突然看到原来静止在水平桌面上的小球向后滚动，假设桌面是光滑的，则下列说法正确的是()
A．小球在水平方向受到了向后的力使它向后运动
B．小球所受的合力为零，以地面为参考系，小球的运动状态并没有改变C．火车一定是在向前加速
D．以火车为参考系，此时牛顿第一定律已经不能适用
[答案]BCD
牛顿第一定律和惯性[依题组
训练]
1．(多选)早期物理学家关于惯性有下列说法，其中正确的是()
A．物体抵抗运动状态变化的性质是惯性
B．没有力的作用，物体只能处于静止状态
C．行星在圆周轨道上保持匀速率运动的性质是惯性
D．运动物体如果没有受到力的作用，将继续以同一速度沿同一直线运动AD[物体不受外力作用时，将保持静止状态或匀速直线运动状态，物体具有的保持原来运动状态不变的性质叫惯性，也可以说抵抗运动状态变化的性质是惯性，A、D正确；没有力的作用时物体处于平衡状态，即物体处于静止状态或匀速直线运动状态，B错误；行星在圆周轨道上做匀速圆周运动，是因为受到万有引力的作用产生向心加速度，C错误。
]
2．牛顿第一定律揭示了运动状态与所受外力的关系，下列说法中正确的是()
A．物体受到恒定的力作用时，它的运动状态不发生改变
B．物体受到不为零的合力作用时，它的运动状态要发生改变
C．物体受到的合力为零时，它一定处于静止状态
D．物体的运动方向一定与它所受的合力的方向相同
B[只要物体受到的合力不为零，不论是否是恒力，运动状态都要发生变化，
故A项错误，B项正确；物体所受合力方向不一定与运动方向相同，故D项错误；合力为零时，物体可能处于静止状态也可能做匀速直线运动，故C项错误。
] 3．(2017·上海高考)一碗水置于火车车厢内的水平桌面上。
当火车向右做匀减速运动时，水面形状接近于图()
A B C D
A[当火车向右做匀减速运动时，碗内的水由于惯性，保持原来较大的速度向右运动，故只有图A所示的情形符合要求，A正确。
]
1．牛顿第一定律的意义
(1)提出惯性的概念：牛顿第一定律指出一切物体都具有惯性，惯性是物体
的一种固有属性。
(2)揭示力与运动的关系：力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因。
2．惯性的两种表现形式
(1)物体的惯性总是以保持“原状”或反抗“改变”两种形式表现出来。
(2)物体在不受外力或所受的合外力为零时，惯性表现为使物体保持原来的运动状态不变(静止或匀速直线运动)。
牛顿第三定律[依题组训练] 1．相互作用力的特点
(1)三同⎩⎨⎧
同大小
同时产生、变化、消失
同性质
(2)三异⎩⎨⎧
反向
异体，即作用力、反作用力作用在不同物体上
不同效果
(3)二无关⎩⎨⎧
与相互作用的两物体的运动状态无关
与是否和其他物体相互作用无关
2．一对平衡力和作用力与反作用力的比较
1.如图为10米跳台运动员在决赛中的关键一跳，关于运动员能跳起离开跳台的原因，下列说法正确的是( )
A ．他对跳台的作用力大于地球对他的引力
B．跳台对他的作用力大于他对跳台的作用力
C．跳台对他的作用力大于地球对他的引力
D．跳台对他的作用力对他做了正功
C[运动员能离开跳台的原因是跳台对他的作用力大于他的重力，故选项A 错误，C正确；他对跳台的作用力与跳台对他的作用力是一对作用力和反作用力，大小相等，方向相反，故选项B错误；跳台对他的作用力作用点没有产生位移，故对他不做功，故选项D错误。
]
2．(2019·南京、盐城二模)如图所示，将物理课本放在水平桌面上，下列说法中正确的是()
A．桌面对课本的支持力与课本的重力是一对平衡力
B．桌面对课本的支持力与课本对桌面的压力是一对平衡力
C．桌面对课本的支持力与课本的重力是一对作用力与反作用力
D．课本对桌面的压力就是课本的重力
A[桌面对课本的支持力与课本的重力是一对平衡力，A正确，C错误；桌面对课本的支持力与课本对桌面的压力是一对作用力与反作用力，B错误；课本对桌面的压力是由于课本发生形变而产生的对桌面向下的压力，施力物体是课本，方向垂直于桌面，大小等于课本的重力，但压力不是重力，D错误。
]
3.(2019·邢台市质检)一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在
杆上套着一个环，箱与杆的质量为M，环的质量为m，如图所示。
已知环沿杆匀加速下滑时，环与杆间的摩擦力大小为F f，则此时箱子对地面的压力大小为()
A．Mg＋F f B．Mg－F f
C．Mg＋mg D．Mg－mg
甲乙
A[环在竖直方向上受重力及箱子内的杆给它的竖直向上的摩擦力F f，受力情况如图甲所示，根据牛顿第三定律，环应给杆一个竖直向下的摩擦力F′f，故箱子竖直方向上受重力Mg、地面对它的支持力F N及环给它的摩擦力F′f，受
力情况如图乙所示，由于箱子处于平衡状态，可得F N＝F′f＋Mg＝F f＋Mg。
根据牛顿第三定律，箱子对地面的压力大小等于地面对箱子的支持力，即F′N＝Mg ＋F f，故选项A正确。
]。