专题03+牛顿运动定律-2018年高考物理备考艺体生百日突围系列 24页

第一部分 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，注重考查必修中的基本概念和基本规律，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。‎ 第一部分 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1 kg•m/s2＝1 N.‎ ‎(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：由基本单位和导出单位一起组成了单位制.‎ ‎①基本单位：基本物理量的单位.力学中的基本物理量有三个，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：由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位.‎ ‎(2)国际单位制中的基本物理量和基本单位 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 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]‎ cd ‎4.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较 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 第三部分 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基础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、牛顿第二定律的比较 ‎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，惯性则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”或反抗“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，即反抗加速度产生，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基础，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基础，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，在此基础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，若忽略空气阻力，则下列说法正确的是： （ ）‎ 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，若加速度方向向上即为超重，若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，故选项B错误；小明落地时因做减速下降，加速度向上，所以是超重，故选项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，故选项D错误。‎ ‎【例2】如图所示，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，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，下列说法正确的是（ ）‎ 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.物体实际的加速度则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，反之则减速.‎ ‎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忽视的，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较 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】如图所示，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，若将此木板突然抽去，在此瞬间，A、B两木块的加速度分别是 （ ）‎ A. aA=O，aB=2g B. aA=g，aB=g C. aA=0，aB=0 D. 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，下列说法正确的是 （ ）‎ 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/s 14s 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部分物体(包含两个或两个以上的单个物体)，而这“某一部分”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，若为外力则应用整体法；若所求力为内力则用隔离法.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，若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，则牛顿第二定律的系统表达式为：‎ ΣFx＝m1a1x＋m2a2x＋…＋mnanx ΣFy＝m1a1y＋m2a2y＋…＋mnany 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)，这样能达到简化求解的目的，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）、动力学两类基本问题的求解思路 两类基本问题中，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，达到尽快求解的目的.‎ ‎(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.用程序法解题的基本思路是：‎ ‎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】如图所示，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，则摩擦力和的大小 （ ）‎ 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，则不变．故选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．mg D．‎ ‎【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．如图所示,当速度达到1m/s2‎ 将质量m=4kg的物块轻轻放到本板的右端．已知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"‎ 第四部分 基础练+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。下列判断正确的是（      ） （ ）‎ 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 = 6M D．M = 6m ‎【答案】 C ‎2．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，若B落地后不反弹，g取10 m／s2，sin37°＝0．6，cos37°＝0．8，则下列说法正确的是 （ ）‎ A. B下落的加速度大小a＝10m／s2‎ B. A沿斜面向上运动的过程中，绳的拉力对A做的功W＝3J C. A的质量M＝0．5Kg，A与斜面间的动摩擦因数μ＝0．5‎ D. 0～0．75 s内摩擦力对A做的功0．75J ‎【答案】 B ‎3．如图所示,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,下列判断中正确的是 ‎（ ）‎ A.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，小球处于如图所示状态，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，则物体B受到重力、支持力和向右的摩擦力，故选项ABD错误而选项C正确。‎ ‎4．如图所示，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 s’可知工件从底端到顶端一直做加速运动 设工件从底端到顶端的时间为t’由运动学公式得解得 摩擦力对物体所做的功 ‎（3）摩擦力对传送带所做的功 ‎（4）传送带在t’时间内的位移 因此‎ 工件从皮带的底端上到顶端的过程产生的热量