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1、专题三 牛顿运动定律,高考物理（课标专用）,考点一 牛顿运动定律,考点清单,考向基础 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,直到有外力迫使它 改变这种状态 为止。 2.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,即保持原来运动状态的特性。 (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,即产生 加速度 的原因。,二、惯性 1.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,我们把 这个性质叫做惯性。 2.惯性大小的量度 (1) 质量 是物体惯性大小的唯
2、一量度, 质量 大的物体惯性 大,反之物体惯性小。 (2)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 无关,与物体所处的地理位置无关,一切有质量的物体都具有惯性。 三、牛顿第二定律 1.内容:物体的加速度的大小跟它受到的合外力成正比,跟它的质量成反 比,加速度的方向跟合外力的方向相同。,2.表达式:F合=ma。 该表达式只能在国际单位制中成立,因为公式F合=kma只有在国际单位 制中才有k=1。 3.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。 4.力的单位:当质量单位为 kg ,加速度单位为 m/s2 时,力的单 位为N,即1 N=1 k
3、gm/s2。 5.牛顿第二定律的适用范围 (1)牛顿第二定律只适用于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、低速运动的物体。,四、单位制、基本单位、导出单位 1.单位制: 基本单位 和 导出单位 一起组成了单位制。 (1)基本量:只要选定几个物理量的单位,就能够利用这几个单位推导出 其他物理量的单位。这些被选定的物理量叫做基本量。 (2)基本单位:基本物理量的单位。力学中的基本量有三个,它们是 质量 、 长度 、 时间 ;它们的单位是基本单位,分别是 kg 、 m 、 s 。 (3)导出单位:由基本单位根据物理公式推导出来的其他物理量的单位。,2.国际单位制中的基
4、本单位,五、牛顿第三定律 1.作用力与反作用力的关系 作用力与反作用力的关系可总结为“三同、三异、三无关”。 (1)三同 (2)三异 (3)三无关,2.一对作用力、反作用力和一对平衡力的区别,考向突破,考向一 对牛顿第一、三定律和惯性的理解 1.惯性的表现形式 (1)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)不变。 (2)物体受到外力时,惯性表现为运动状态改变的难易程度。惯性大,物 体运动状态难以改变;惯性小,物体运动状态容易改变。 2.惯性定律与惯性的实质是不同的 (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
5、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。,3.牛顿第一定律与牛顿第二定律的关系 (1)牛顿第一定律不是实验定律,它是以伽利略的“理想实验”为基础, 经过科学抽象、归纳推理而总结出来的;牛顿第二定律是通过探究加速 度与力和质量的关系得出的实验定律。 (2)牛顿第一定律不是牛顿第二定律的特例,而是不受任何外力的理想 情况,在此基础上,牛顿第二定律定量地指出了力和运动的联系:F=ma。,注意 (1)惯性不是一种力,对物体受力分析时,不能把“惯性力”作为 物体实际受到的力。 (2)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。,例1 一汽车在路面情况相同
6、的公路上沿直线行驶,下面关于车速、惯 性、质量和滑行位移的讨论,正确的是 ( ) A.车速越大,它的惯性越大 B.质量越大,它的惯性越大 C.车速越大,刹车后滑行的位移越大 D.车速越大,刹车后滑行的位移越大,所以惯性越大,解析 质量是惯性大小的唯一决定因素,惯性是物体的固有属性,质量 越大,惯性越大,所以A错、B对。滑行位移应由刹车时的速度确定,因为 刹车过程中,其加速度是相同的,根据v2- =2ax,知车速越大,其滑行位移 越大,而与其惯性大小无关,所以C对、D错。,答案 BC,例2 如图所示,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
7、计,冰面可看成 光滑,则下列说法正确的是 ( ) A.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 A项中两力是一对作用力与反作用力,A错;B项中两力是一对平 衡力,B错;因m甲m乙,由a= 知a甲x甲,C项正确;由x= at2知x与收绳的速度无关,D项错。,答案 C,考向二 对牛顿第二定律的理解,注意 独立性原理是牛顿第二定律正交分解法的基础,根据独立性原 理,把物体所受的各力分解在相互垂直的方向,在这两个方向分别列牛 顿第二定律方程。
8、这就是牛顿第二定律的正交分解法。,例3 如图所示,质量为m的小球用一水平轻弹簧系住,并用倾角为60的 光滑木板AB托住,小球恰好处于静止状态,在木板AB突然向下撤离的瞬 间,小球的加速度为 ( ) A.0 B.大小为g,方向竖直向下 C.大小为 g,方向垂直木板向下 D.大小为2g,方向垂直木板向下,解析 对于小球,开始时受三个力作用(重力、支持力和弹簧的弹力)而 处于平衡状态,支持力FN= =2mg,撤离木板AB瞬间,支持力消失,重 力和弹力不变,且二者的合力与原支持力等大反向,由牛顿第二定律可 得,小球的加速度a=2g,方向垂直木板向下,选D。,答案 D,例4 如图所示,质量为m的人站在自
9、动扶梯上,扶梯正以加速度a向上减 速运动,a与水平方向的夹角为。求人受到的支持力和摩擦力的大小。,解题导引,解析 解法一 以人为研究对象,受力分析如图(a)所示,建立如图所示 的坐标系,并将加速度分解为水平方向加速度ax和竖直方向加速度ay,如 图(b)所示,则ax=a cos ,ay=a sin 。 由牛顿第二定律得F静=max,mg-FN=may 求得F静=ma cos ,FN=m(g-a sin )。,解法二 以人为研究对象,建立如图所示坐标系,并规定正方向。 根据牛顿第二定律得 x方向 mg sin -FN sin -F静 cos =ma y方向 mg cos +F静 sin -FN
10、cos =0 由两式可解得FN=m(g-a sin ),F静=-ma cos F静为负值,说明摩擦力的实际方向与假设方向相反,为水平向左。,答案 m(g-a sin ) ma cos ,考点二 牛顿运动定律的应用,考向基础 一、应用牛顿第二定律解决的两类问题 1.已知物体的受力情况,求解物体的运动情况 解这类题目,一般是应用牛顿运动定律求出物体的 加速度 ,再根 据物体的初始条件,应用运动学公式,求出物体运动的情况。 2.已知物体的运动情况,求解物体的受力情况 解这类题目,一般是应用运动学公式求出物体的 加速度 ,再应用 牛顿第二定律求出物体所受的合外力,进而求出物体所受的 其他外力 。 二、
11、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。 三、超重和失重的应用 此类问题多为定性分析台秤上放物体或弹簧测力计下悬吊物体时的示 数的变化。分析此类问题时,要特别注意以下几点: 1.超重、失重不是物体重力增加或减少了,而是物体对水平支持面的压 力或对竖直悬线的拉力变大或变小了,重力的大小是没有变化的,仍为 mg。 2.超重、失重与物体的速度无关,只取决于物体的加速度方向。 3.对系统超重、失重的判定不能只看某一物体,要
12、综合分析某一物体的,加速运动会不会引起其他物体运动状态的变化。例如台秤上放一盛水 容器,一细线拴一木球,线另一端拴于盛水容器的底部,剪断细线,木球加 速上升的同时有相同体积的水以相等的加速度在加速下降,综合起来, 台秤示数会减小。若不能注意到这一点,会得出相反的错误结论。 4.在完全失重的状态下,由重力产生的一切物理现象都会消失。如单摆 停摆、天平失效、浸没于液体中的物体不再受浮力、水银气压计失效 等,但测力的仪器弹簧测力计是可以使用的,因为弹簧测力计是根据F= kx制成的,而不是根据重力制成的。,考向突破,考向一 利用图像解答牛顿运动定律问题 1.处理图像问题的关键是搞清图像所揭示的物理规律
13、或物理量间的函 数关系,全面系统地看懂图像中的“轴”、“线”、“点”、“斜 率”、“面积”、“截距”等所表示的物理意义。在运用图像求解问 题时,还需要具有将物理现象转化为图像问题的能力。运用图像解题包 括两个方面:用给定的图像解答问题,根据题意去作图,运用图像去 解答问题。 2.图像语言、函数语言及文字语言构成表达物理过程与物理参数关系 的三种语言。要求能够在任意两种语言间相互转换,以便用相对简单的 方法解决物理问题。,3.文字语言、函数语言、图像语言与物理情景之间的相互转换,是确立 解题方向、迅速明确解题方法的前提。,例1 如图甲所示,质量m=1 kg的物块在平行斜面向上的拉力F作用下 从静
14、止开始沿斜面向上运动,t=0.5 s时撤去拉力,利用速度传感器得到其 速度随时间的变化关系图像(v-t图像)如图乙所示,g取10 m/s2,求: (1)2 s内物块的位移大小s和通过的路程L; (2)沿斜面向上运动的两个阶段加速度大小a1、a2和拉力大小F。,解析 (1)在2 s内,由图乙知: 物块沿斜面向上运动的最大距离:s1= 21 m=1 m 物块下滑的距离:s2= 11 m=0.5 m 所以位移大小s=s1-s2=0.5 m 路程L=s1+s2=1.5 m (2)由图乙知,所求两个阶段加速度的大小 a1=4 m/s2 a2=4 m/s2 设斜面倾角为,斜面对物块的摩擦力为f,根据牛顿第
15、二定律有,00.5 s内:F-f-mg sin =ma1 0.51 s内:f+mg sin =ma2 解得F=8 N,答案 (1)0.5 m 1.5 m (2)4 m/s2 4 m/s2 8 N,考向二 连接体 一、加速度相同的连接体问题 1.若求解整体的加速度,可用整体法。把整个系统看做一个研究对象,分 析整体受外力情况,再由牛顿第二定律求出加速度。 2.若求解系统内力,可先用整体法求出整体的加速度,再用隔离法将内力 转化成外力,由牛顿第二定律求解。,例2 (2017河北保定一模,18)如图所示,一质量M=3 kg、倾角为=45的 斜面体放在光滑水平地面上,斜面体上有一质量为m=1 kg的光
16、滑楔形物 体。用一水平向左的恒力F作用在斜面体上,系统中两物体恰好保持相 对静止地向左运动。重力加速度为g=10 m/s2,下列判断正确的是 ( ) A.系统做匀速直线运动 B.F=40 N,C.斜面体对楔形物体的作用力FN=5 N D.增大力F,楔形物体将相对斜面体沿斜面向上运动,解析 对整体受力分析如图甲所示,由牛顿第二定律有F=(M+m)a,对楔 形物体受力分析如图乙所示,由牛顿第二定律有mg tan 45=ma,可得F=4 0 N,a=10 m/s2,A错,B对。斜面体对楔形物体的作用力FN= = mg= 10 N,C错。外力F增大,则斜面体加速度增加,楔形物体不能获得那 么大的加速度,将会相对斜面体沿斜面向上运动,D对。 答案 BD,二、加速度不同的连接体问题 由于系统内各个物体的加速度不同,一般应采用隔离法。以各个物体分 别作为研究对象,
