2022年度高考物理一輪復(fù)習(xí) 第三章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 第1講 牛頓三定律的理解學(xué)案

2022年度高考物理一輪復(fù)習(xí) 第三章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 第1講 牛頓三定律的理解學(xué)案一、牛頓第一定律慣性1.牛頓第一定律(1)內(nèi)容：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài).(2)意義：揭示了物體的固有屬性：一切物體都有慣性，因此牛頓第一定律又叫慣性定律；揭示了力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系：力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，而是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，即力是產(chǎn)生加速度的原因.2.慣性(1)定義：物體具有保持原來(lái)勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì).(2)量度：質(zhì)量是慣性大小的唯一量度，質(zhì)量大的物體慣性大，質(zhì)量小的物體慣性小.(3)普遍性：慣性是物體的固有屬性，一切物體都具有慣性，與物體的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況無(wú)關(guān).自測(cè)1教材P70第1至3題改編(多選)下面對(duì)牛頓第一定律和慣性的分析正確的是()A.飛機(jī)投彈時(shí)，如果當(dāng)目標(biāo)在飛機(jī)的正下方時(shí)投下炸彈，能擊中目標(biāo)B.地球自西向東自轉(zhuǎn)，你向上跳起來(lái)后，還會(huì)落到原地C.安全帶的作用是防止汽車剎車時(shí)人由于具有慣性仍向前運(yùn)動(dòng)而發(fā)生危險(xiǎn)D.有的同學(xué)說(shuō)，向上拋出的物體，在空中向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，肯定受到了向上的作用力答案BC二、牛頓第二定律力學(xué)單位制1.牛頓第二定律(1)內(nèi)容：物體加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟它的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同.(2)表達(dá)式：Fma.(3)適用范圍牛頓第二定律只適用于慣性參考系，即相對(duì)于地面靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系.牛頓第二定律只適用于宏觀物體(相對(duì)于分子、原子等)、低速運(yùn)動(dòng)(遠(yuǎn)小于光速)的情況.2.力學(xué)單位制(1)單位制：由基本單位和導(dǎo)出單位一起組成了單位制.(2)基本單位：基本物理量的單位.基本物理量共七個(gè)，其中力學(xué)有三個(gè)，是長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間，單位分別是米、千克、秒.(3)導(dǎo)出單位：由基本物理量根據(jù)物理關(guān)系推導(dǎo)出來(lái)的其他物理量的單位.自測(cè)2(多選)關(guān)于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與所受外力的關(guān)系，下面說(shuō)法中正確的是()A.物體受到恒定的力作用時(shí)，它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不發(fā)生改變B.物體受到不為零的合力作用時(shí)，它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)要發(fā)生改變C.物體受到的合力為零時(shí)，它一定處于靜止?fàn)顟B(tài)D.物體的運(yùn)動(dòng)方向與它所受的合力的方向可能相同答案BD自測(cè)3(多選)在研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，取計(jì)數(shù)時(shí)間間隔為0.1s，測(cè)得相鄰相等時(shí)間間隔的位移差的平均值x1.2cm，若還測(cè)出小車的質(zhì)量為500g，則關(guān)于加速度、合外力的大小及單位，既正確又符合一般運(yùn)算要求的是()A.am/s2120 m/s2B.am/s21.2 m/s2C.F500×1.2N600ND.F0.5×1.2N0.60N答案BD二、牛頓第三定律1.作用力和反作用力：兩個(gè)物體之間的作用總是相互的，一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物體施加了力，后一個(gè)物體同時(shí)對(duì)前一個(gè)物體也施加力.2.內(nèi)容：兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力總是大小相等、方向相反、作用在同一條直線上.3.表達(dá)式：FF.自測(cè)4教材P82做一做改編(多選)用計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(DIS)做驗(yàn)證牛頓第三定律的實(shí)驗(yàn)，把兩個(gè)測(cè)力探頭的掛鉤鉤在一起，向相反方向拉動(dòng)，觀察顯示器屏幕上出現(xiàn)的結(jié)果(如圖1所示)，分析兩個(gè)力傳感器的相互作用隨著時(shí)間變化的曲線，以下結(jié)論正確的是()圖1A.作用力與反作用力同時(shí)產(chǎn)生B.作用力與反作用力作用在同一物體上C.作用力與反作用力大小相等D.作用力與反作用力的合力為零答案AC命題點(diǎn)一牛頓第一定律的理解1.明確了慣性的概念牛頓第一定律提示了一切物體所具有的一種固有屬性慣性，即物體保持原來(lái)的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì).2.揭示了力的本質(zhì)力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，而不是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因.3.理想化狀態(tài)牛頓第一定律描述的是物體不受外力時(shí)的狀態(tài)，而物體不受外力的情形是不存在的.如果物體所受的合外力等于零，其運(yùn)動(dòng)效果跟不受外力作用時(shí)相同，物體保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài).4.與牛頓第二定律的關(guān)系牛頓第一定律和牛頓第二定律是相互獨(dú)立的.力是如何改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的問(wèn)題由牛頓第二定律來(lái)回答.牛頓第一定律是經(jīng)過(guò)科學(xué)抽象、歸納推理總結(jié)出來(lái)的，而牛頓第二定律是一條實(shí)驗(yàn)定律.例1(2014·北京理綜·19)伽利略創(chuàng)造的把實(shí)驗(yàn)、假設(shè)和邏輯推理相結(jié)合的科學(xué)方法，有力地促進(jìn)了人類科學(xué)認(rèn)識(shí)的發(fā)展.利用如圖2所示的裝置做如下實(shí)驗(yàn)：小球從左側(cè)斜面上的O點(diǎn)由靜止釋放后沿斜面向下運(yùn)動(dòng)，并沿右側(cè)斜面上升.斜面上先后鋪墊三種粗糙程度逐漸降低的材料時(shí)，小球沿右側(cè)斜面上升到的最高位置依次為1、2、3.根據(jù)三次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，可以得到的最直接的結(jié)論是()圖2A.如果斜面光滑，小球?qū)⑸仙脚cO點(diǎn)等高的位置B.如果小球不受力，它將一直保持勻速運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)C.如果小球受到力的作用，它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)將發(fā)生改變D.小球受到的力一定時(shí)，質(zhì)量越大，它的加速度越小答案A解析根據(jù)題意，鋪墊材料粗糙程度降低時(shí)，小球上升的最高位置升高，當(dāng)斜面絕對(duì)光滑時(shí)，小球在斜面上沒(méi)有能量損失，因此可以上升到與O點(diǎn)等高的位置，而B(niǎo)、C、D三個(gè)選項(xiàng)，從題目不能直接得出，所以選項(xiàng)A正確.變式1伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的研究，開(kāi)創(chuàng)了科學(xué)實(shí)驗(yàn)和邏輯推理相結(jié)合的重要科學(xué)研究方法.圖3a、b分別表示這兩項(xiàng)研究中實(shí)驗(yàn)和邏輯推理的過(guò)程，對(duì)這兩項(xiàng)研究，下列說(shuō)法正確的是()圖3A.圖a通過(guò)對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究，合理外推得出小球在斜面上做勻變速運(yùn)動(dòng)B.圖a中先在傾角較小的斜面上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可“沖淡”重力，使時(shí)間測(cè)量更容易C.圖b中完全沒(méi)有摩擦阻力的斜面是實(shí)際存在的，實(shí)驗(yàn)可實(shí)際完成D.圖b的實(shí)驗(yàn)為“理想實(shí)驗(yàn)”，通過(guò)邏輯推理得出物體的運(yùn)動(dòng)需要力來(lái)維持答案B解析伽利略設(shè)想物體下落的速度與時(shí)間成正比，因?yàn)楫?dāng)時(shí)無(wú)法測(cè)量物體的瞬時(shí)速度，所以伽利略通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)證明，如果速度與時(shí)間成正比，那么位移與時(shí)間的二次方就成正比.由于當(dāng)時(shí)用滴水法計(jì)時(shí)，無(wú)法記錄自由落體的較短時(shí)間，伽利略設(shè)計(jì)了讓銅球沿阻力很小的斜面滾下，來(lái)“沖淡”重力的作用效果，而小球在斜面上運(yùn)動(dòng)的加速度要比它豎直下落的加速度小得多，運(yùn)動(dòng)相同位移所用時(shí)間長(zhǎng)得多，所以容易測(cè)量.伽利略做了上百次實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)抽象思維在實(shí)驗(yàn)結(jié)果上做了合理外推，得出了正確結(jié)論，故A錯(cuò)誤，B正確；完全沒(méi)有摩擦阻力的斜面是實(shí)際不存在的，故C錯(cuò)誤；伽利略用抽象思維、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法得到物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持的結(jié)論，故D錯(cuò)誤.變式2某同學(xué)為了取出如圖4所示羽毛球筒中的羽毛球，一只手拿著球筒的中部，另一只手用力擊打羽毛球筒的上端，則()圖4A.此同學(xué)無(wú)法取出羽毛球B.羽毛球會(huì)從筒的下端出來(lái)C.羽毛球筒向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，羽毛球受到向上的摩擦力才會(huì)從上端出來(lái)D.該同學(xué)是在利用羽毛球的慣性答案D解析羽毛球筒被手擊打后迅速向下運(yùn)動(dòng)，而羽毛球具有慣性要保持原來(lái)的靜止?fàn)顟B(tài)，所以會(huì)從筒的上端出來(lái)，D正確.命題點(diǎn)二牛頓第二定律的理解例2(多選)(2016·全國(guó)卷·18)一質(zhì)點(diǎn)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)對(duì)其施加一恒力，且原來(lái)作用在質(zhì)點(diǎn)上的力不發(fā)生改變，則()A.質(zhì)點(diǎn)速度的方向總是與該恒力的方向相同B.質(zhì)點(diǎn)速度的方向不可能總是與該恒力的方向垂直C.質(zhì)點(diǎn)加速度的方向總是與該恒力的方向相同D.質(zhì)點(diǎn)單位時(shí)間內(nèi)速率的變化量總是不變答案BC解析質(zhì)點(diǎn)一開(kāi)始做勻速直線運(yùn)動(dòng)，處于平衡狀態(tài)，施加恒力后，則該質(zhì)點(diǎn)所受的合外力為該恒力.若該恒力方向與質(zhì)點(diǎn)原運(yùn)動(dòng)方向不共線，則質(zhì)點(diǎn)做曲線運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)速度方向與恒力方向不同，故A錯(cuò)；若F的方向某一時(shí)刻與質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向垂直，之后質(zhì)點(diǎn)做曲線運(yùn)動(dòng)，力與速度方向不再垂直，例如平拋運(yùn)動(dòng)，故B正確；由牛頓第二定律可知，質(zhì)點(diǎn)加速度方向總是與其所受合外力方向相同，C正確；根據(jù)加速度的定義，相等時(shí)間內(nèi)速度變化量相同，而速率變化量不一定相同，故D錯(cuò).變式3關(guān)于速度、加速度和合外力之間的關(guān)系，下述說(shuō)法正確的是()A.做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體，它所受合外力是恒定不變的B.做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體，它的速度、加速度、合外力三者總是在同一方向上C.物體受到的合外力增大時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)速度一定加快D.物體所受合外力為零時(shí)，一定處于靜止?fàn)顟B(tài)答案A解析做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體，加速度恒定不變，由牛頓第二定律知：它所受合外力是恒定不變的，故A正確；由牛頓第二定律可知加速度與合外力方向相同，與速度不一定在同一方向上，故B錯(cuò)誤；物體受到的合外力增大時(shí)，加速度一定增大，物體的運(yùn)動(dòng)速度變化一定加快，而速度不一定加快，故C錯(cuò)誤；物體所受合外力為零時(shí)，物體的加速度一定等于零，速度不一定為零，故D錯(cuò)誤.變式4(多選)某物體在光滑的水平面上受到兩個(gè)恒定的水平共點(diǎn)力的作用，以10 m/s2的加速度做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，其中F1與加速度的方向的夾角為37°，某時(shí)刻撤去F1，此后該物體()A.加速度可能為5m/s2B.速度的變化率可能為6m/s2C.1秒內(nèi)速度變化大小可能為20m/sD.加速度大小一定不為10m/s2答案BC解析根據(jù)牛頓第二定律F合ma10m，F(xiàn)1與加速度方向的夾角為37°，根據(jù)幾何知識(shí)可知，F(xiàn)2有最小值，最小值為F2mF合sin37°6m.所以當(dāng)F1撤消后，合力的最小值為Fmin6m，此時(shí)合力的取值范圍為6mF合，所以最小的加速度為amin6m/s2.故B、C正確，故選B、C.命題點(diǎn)三牛頓第三定律的理解與應(yīng)用1.相互作用力的特點(diǎn)(1)三同(2)三異(3)二無(wú)關(guān)2.一對(duì)平衡力與作用力、反作用力的比較名稱項(xiàng)目一對(duì)平衡力作用力與反作用力作用對(duì)象同一個(gè)物體兩個(gè)相互作用的不同物體作用時(shí)間不一定同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)消失一定同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)消失力的性質(zhì)不一定相同一定相同作用效果可相互抵消不可抵消例3(多選)如圖5所示，用水平力F把一個(gè)物體緊壓在豎直墻壁上靜止，下列說(shuō)法中正確的是()圖5A.水平力F跟墻壁對(duì)物體的彈力是一對(duì)作用力與反作用力B.物體的重力跟墻壁對(duì)物體的靜摩擦力是一對(duì)平衡力C.水平力F與物體對(duì)墻壁的壓力是一對(duì)作用力與反作用力D.物體對(duì)墻壁的壓力與墻壁對(duì)物體的彈力是一對(duì)作用力與反作用力答案BD解析水平力F跟墻壁對(duì)物體的彈力作用在同一物體上，大小相等、方向相反，且作用在同一條直線上，是一對(duì)平衡力，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；物體在豎直方向上受豎直向下的重力以及墻壁對(duì)物體豎直向上的靜摩擦力的作用，因物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，故這兩個(gè)力是一對(duì)平衡力，選項(xiàng)B正確；水平力F作用在物體上，而物體對(duì)墻壁的壓力作用在墻壁上，這兩個(gè)力不是平衡力，也不是相互作用力，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；物體對(duì)墻壁的壓力與墻壁對(duì)物體的彈力是兩個(gè)物體間的相互作用力，是一對(duì)作用力與反作用力，選項(xiàng)D正確.變式5某學(xué)校教室里的磁性黑板上通常粘掛一些小磁鐵，小磁鐵被吸在黑板上可以用于“貼”掛圖或試題答案，如圖6所示.關(guān)于小磁鐵，下列說(shuō)法中正確的是()圖6A.小磁鐵受到的電磁吸引力大于受到的彈力才能被吸在黑板上B.小磁鐵與黑板間在水平方向上存在兩對(duì)作用力與反作用力C.小磁鐵受到五個(gè)力的作用D.小磁鐵受到的支持力與黑板受到的壓力是一對(duì)平衡力答案B變式6(多選)北京時(shí)間2016年9月15日晚10時(shí)04分，中國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用“長(zhǎng)征二號(hào)FT2”火箭將“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室成功發(fā)射升空，順利入軌并正常開(kāi)展各項(xiàng)科研活動(dòng)，如圖7.關(guān)于“天宮二號(hào)”與火箭起飛的情形，下列敘述正確的是()圖7A.“天宮二號(hào)”進(jìn)入運(yùn)行軌道之后，與地球之間仍然存在一對(duì)作用力與反作用力B.運(yùn)載火箭尾部向下噴氣，噴出的氣體對(duì)火箭產(chǎn)生反作用力，火箭獲得向上的推力C.運(yùn)載火箭尾部噴出的氣體對(duì)空氣產(chǎn)生作用力，空氣的反作用力使火箭獲得飛行的動(dòng)力D.運(yùn)載火箭飛出大氣層后，由于沒(méi)有空氣，火箭雖向下噴氣，但無(wú)法獲得前進(jìn)的動(dòng)力答案AB拓展點(diǎn)牛頓第三定律在受力分析中的應(yīng)用由于作用力與反作用力的關(guān)系，當(dāng)待求的某個(gè)力不容易求時(shí)，可先求它的反作用力，再反過(guò)來(lái)求待求力.如求壓力時(shí)，可先求支持力.例4一個(gè)箱子放在水平地面上，箱內(nèi)有一固定的豎直桿，在桿上套著一個(gè)環(huán)，箱與桿的質(zhì)量為M，環(huán)的質(zhì)量為m，如圖8所示.已知環(huán)沿桿勻加速下滑時(shí)，環(huán)與桿間的摩擦力大小為Ff，則此時(shí)箱對(duì)地面的壓力大小為()圖8A.MgFfB.MgFfC.MgmgD.Mgmg答案A解析環(huán)在豎直方向上受重力及箱子的桿給它的豎直向上的摩擦力Ff，受力情況如圖甲所示，根據(jù)牛頓第三定律，環(huán)應(yīng)給桿一個(gè)豎直向下的摩擦力Ff，故箱子豎直方向上受重力Mg、地面對(duì)它的支持力FN及環(huán)給它的摩擦力Ff，受力情況如圖乙所示，由于箱子處于平衡狀態(tài)，可得FNFfMgFfMg.根據(jù)牛頓第三定律，箱子對(duì)地面的壓力大小等于地面對(duì)箱子的支持力，即FNMgFf，故選項(xiàng)A正確.變式7如圖9所示，質(zhì)量為m的木塊在質(zhì)量為M的長(zhǎng)木板上以加速度a水平向右加速滑行，長(zhǎng)木板與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為1，木塊與長(zhǎng)木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為2，若長(zhǎng)木板仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，則長(zhǎng)木板對(duì)地面摩擦力大小和方向一定為()圖9A.1(mM)g，向左B.2mg，向右C.2mgma，向右D.1mg2Mg，向左答案B解析對(duì)m分析可知受M對(duì)它水平向左的摩擦力Ff1，由牛頓第三定律可知，m對(duì)M的摩擦力向右，大小為Ff1；對(duì)M受力分析可知，受地面對(duì)M的靜摩擦力Ff2，方向向左，F(xiàn)f2Ff12mg，由牛頓第三定律可知，長(zhǎng)木板對(duì)地面摩擦力大小為2mg，方向向右，B項(xiàng)正確.變式8(2018·遼寧本溪模擬)如圖10所示，質(zhì)量為m的物體放在質(zhì)量為M、傾角為的斜面體上，斜面體置于粗糙的水平地面上，用平行于斜面的力F拉物體使其沿斜面向下勻速運(yùn)動(dòng)，斜面體始終靜止，則下列說(shuō)法正確的是()圖10A.地面對(duì)斜面體的摩擦力大小為FcosB.地面對(duì)斜面體的支持力為(Mm)gC.物體對(duì)斜面體的摩擦力的大小為FD.斜面體對(duì)物體的作用力豎直向上答案A解析由于斜面體和物體都處于平衡狀態(tài)，將斜面體和物體看成一個(gè)整體，由受力情況可得：地面對(duì)斜面體的摩擦力大小為Fcos，地面對(duì)斜面體的支持力大小為(Mm)gFsin，故A對(duì)，B錯(cuò)；隔離物體進(jìn)行受力分析，物體對(duì)斜面體的摩擦力大小為Fmgsin，故C錯(cuò)；將斜面體作為施力物體，則斜面體對(duì)物體的作用力即為物體受到的支持力與摩擦力的合力，由力的合成可知斜面體對(duì)物體的作用力與物體的重力和F的合力大小相等、方向相反，故斜面體對(duì)物體的作用力不在豎直方向上，D錯(cuò).