(新高考)高考物理一轮复习讲义：第05讲《牛顿运动定律的理解及应用》(含解析)

第05讲 牛顿运动定律的理解及应用 知识图谱 牛顿第一、第三定律 知识精讲 一．牛顿第一定律 1．伽利略的理想实验 伽利略的观点：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物体不受外力作用，就会保持自己的速度不变；笛卡尔的补充完善：除非物体受到外力作用，物体将永远保持其静止或运动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动。 2．牛顿第一定律 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。牛顿第一定律又叫惯性定律。 3．惯性与质量 （1）定义：物体的这种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。 （2）惯性与牛顿第一定律 牛顿第一定律揭示了一切物体都具有保持原来运动状态不变的性质，即一切物体都具有惯性。同时，牛顿第一定律还定性地指出了力的动力学意义：力是改变物体运动状态的原因，即改变速度的原因。 对惯性的理解：惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性；惯性与运动状态无关。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。 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。牛顿第三定律又称为“作用与反作用定律”，也简称为“第三定律”。 当两个物体互相作用时，彼此施加于对方的力，其大小相等、方向相反。力必会成双结对地出现：其中一个力称为“作用力”，而另一个力则称为“反作用力”。 2．利用牛顿第三定律解释生活现象 例一：瘦弱的男子与一个大力士“掰手腕”，两手之间的相互作用力是一对作用力和反作用力，根据牛顿第三定律，两手之间的这对力是大小相等的，但是为什么大力士会赢，是因为两人手腕能承受的力不同。 例二：以卵击石，鸡蛋“粉身碎骨”，但石头却“安然无恙”是不是鸡蛋对石头的力小，而石头对鸡蛋的力大呢？ 不是的，鸡蛋与石头相撞击时，它们之间的相力是一对作用力和反作用力，之所以出现“蛋碎”的结果，是因为蛋壳所能承受的力远远小于石头所能承受的力。 3．利用牛顿第三定律解题 在受力分析中，我们有时需要应用“转化研究对象法”，意思是，当将A物体作为研究对象无法求解时，可以选与A相互作用的物体B为研究对象进行求解，这里往往用到牛顿第三定律，求出未知力的反作用力。例如，不易直接分析的物体，如地面，可转而分析与之接触的物体。 三点剖析 一．课程目标 1．理解牛顿第一定律的内容 2．学会应用牛顿第三定律的解释生活现象和受力分析 对牛顿第一定律的理解 例题1、 伽利略在物理学研究方面把实验和逻辑推理（包括数学推演）和谐地结合起来，有力地推进了人类科学认识的发展，标志着物理学的真正开端． （1）伽利略在研究自由落体运动的性质中发现：如果v与x成正比，将会推导出十分复杂的结论．他猜想v与t成正比，但由于当时技术不够发达，无法直接测定瞬时速度，所以无法直接检验其是否正确．于是他想到了用便于测量的位移x与t的关系来进行检验：如果v=kt成立，则x与t的关系应是x=______________． （2）伽利略在研究运动和力的关系时，发明了用实验来研究物理问题的方法，而且还为物理学引入了理想实验的研究方法． ①下面关于理想实验的叙述中正确的是_______________． A．理想实验是虚幻的，所以引入它没有现实意义 B．理想实验是没有实验基础的 C．理想实验是建立在可靠事实基础上的，对发现新的科学规律有着不可替代的作用 D．理想实验抓住了客观事实的主要因素，忽略次要因素，是科学的研究方法 ②以下给出了伽利略理想斜面实验的有关程序： a．减小第二个斜面的倾角，小球在斜面上仍然要达到原来的高度； b．取两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面； c．如果没有摩擦，小球将上升到释放时的高度； d．继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球沿水平方向做持续的匀速运动． 按程序的先后排列应为：______________． 例题2、 理想实验有时能更深刻地反映自然规律．伽利略设想了一个理想实验，下面是关于该实验被打乱的步骤： ①减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度． ②如下图所示为两个对接的斜面，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． （1）请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列________(只填写序号即可)． （2）在上述的设想实验步骤中，有的属于可靠的实验事实，有的则是理想化的推论，则步骤②属于________． 例题3、 在平直轨道上,匀加速向右行驶的封闭车厢中,悬挂着一个带有滴管的盛油容器,如图所示．当滴管依次滴下三滴油时（设三滴油都落在车厢底板上），下列说法中正确的是（ ） A.这三滴油依次落在OA之间,且后一滴比前一滴离O点远 B.这三滴油依次落在OA之间,且后一滴比前一滴离O点近 C.这三滴油依次落在OA间同一位置上 D.这三滴油依次落在O点上 例题4、 如图是伽利略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．表中第二列是时间，第三列是物体沿斜面运动的距离，第一列是伽利略在分析实验数据时添加的．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 随练1、 关于牛顿第一定律，下列说法中正确的是（ ） A.牛顿第一定律是在伽利略“理想实验”的基础上总结出来的 B.不受力作用的物体是不存在的，故牛顿第一定律的建立毫无意义 C.牛顿第一定律表明，物体只有在不受外力作用时才具有惯性 D.牛顿第一定律表明，物体只有在静止或做匀速直线运动时才具有惯性 随练2、 关于惯性，下列说法中正确的是（ ） A.同一汽车，速度越快，越难刹车，说明物体速度越大，惯性越大 B.物体只有静止或做匀速直线运动时才有惯性 C.乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球的惯性小的缘故 D.物体所受外力的大小影响着物体惯性是否发生变化 对牛顿第三定律的理解 例题1、 用计算机辅助实验系统做验证牛顿第三定律的实验，点击实验菜单中“力的相互作用”，如图（a）所示，把两个力探头的挂钩钩在一起，向相反发现拉动，观察显示器屏幕上出现的结果如图（b）所示，观察分析两个力传感器的相互作用力随时间变化的曲线，可以得到以下实验结论（ ） A.作用力与反作用力同时存在 B.作用力与反作用力作用在同一物体上 C.作用力和反作用力可以是不同性质的力 D.作用力和反作用力的效果会相互抵消 例题2、 关于牛顿第三定律，下面说法中错误的是（　　） A.两物体间先有作用力，后有反作用力 B.两物体间有作用力，就一定有反作用力 C.两物体间的作用力和反作用力同时产生，同时消失 D.作用力与反作用力是作用在不同物体上的 例题3、 下列情景中，关于力的大小关系，说法正确的是() A.跳高运动员起跳，地对人的支持力大于人对地的压力 B.火箭加速上升时，火箭发动机的推力大于火箭的重力 C.鸡蛋撞击石头，鸡蛋破碎，鸡蛋对石头的作用力小于石头对鸡蛋的作用力 D.钢丝绳吊起货物加速上升时，钢丝绳对货物的拉力大于货物对钢丝绳的拉力 随练1、 人在沼泽地行走时容易下陷，下陷时（ ） A.人对沼泽地地面的压力大于沼泽地地面对人的支持力 B.人对沼泽地地面的压力等于沼泽地地面对人的支持力 C.人对沼泽地地面的压力小于沼泽地地面对人的支持力 D.以上说法都不正确 转化研究对象法的受力分析中的应用 例题1、 如图所示，磁悬浮地球仪悬浮在底座的正上方保持静止．已知地球仪的质量为m，底座的质量为M，重力加速度为g，则地球仪对底座的作用力大小为（　　） A.0 B.mg C.Mg D.（m+M）g 例题2、 魔术大师刘谦的魔术表演激起了人们强烈的好奇心，并在全国范围内掀起了魔术表 演的热潮。在学校科技节活动中，小张将―强磁铁藏在自己手中，对着用细线悬挂的金属小球，小球在他的指挥下飘动起来并做出各种运动，假设当隐藏的磁铁位于小球的左上方某一 位置时（磁铁到小球的连线与竖直方向夹角为30° ），细线偏离竖直方向的夹角也是30°， 此时小球处于静止状态，如图所示，已知小球的质量为m，小张（含磁铁）的质量为M，已知重力加速度为g，求此时： （1）悬挂小球的细线的拉力大小为多少？ （2）小张对到地面的压力和摩擦力大小各为多少？ 例题3、[多选题] 如图所示，在特制的弹簧秤下挂一吊篮A，吊篮内挂一重物B，一人站在吊篮中，当此人用100N的竖直向下的力拉重物时，下列说法中正确的是（ ） A.弹簧秤示数不变 B.人对底板的压力减小100N C.B的合力增大100N D.A的合力不变 随练1、[多选题] 如图所示，粗糙水平面上有一长木板，一个人站在木板上用力F向右推箱子，木板、人、箱子均处于静止状态．三者的质量均为m，下列说法正确的是（　　） A.箱子受到的摩擦力方向向右 B.人受到的摩擦力方向向右 C.箱子对木板的摩擦力方向向右 D.若水平面光滑，人用同样大小的力F推箱子，能使长木板在水平面上滑动 牛顿第二定律 知识精讲 一．牛顿第二定律 1．内容：物体的加速度大小跟所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合力的方向相同。 2．表达式： 或 3．适用范围： （1）牛顿第二定律只适用于惯性参照系。 （2） 牛顿第二定律只适用于低速运动的宏观物体，不适用于高速运动的微观粒子。 4．理解： 矢量性 是矢量式，a与F同向 瞬时性 a与F对应同一时刻 同一性 a、 F、m对应同一物体，统一使用SI制 因果性 F是产生a的原因 独立性 每一个力都会产生各自的加速度 二．运用牛顿运动定律解题的基本思路与方法 1．应用牛顿第二定律时的基本思路 （1）明确研究对象。 （2）受力分析和运动状态分析。 （3）选取力的处理方法，合成或者分解。 （4）选取正方向，通常规定加速度方向为正方向。 （5）确定合外力，列方程求解。 2．应用牛顿第二定律时，常用的两种方法： （1）合成法 若物体只受两个里的作用而产生加速度，根据牛顿第二定律可知，利用平行四边形定则求出的合力方向就是加速度方向。特别是两个力垂直或相等时，利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产生加速度时，常用正交分解法解题，通常是分解力，但有些情况下分解加速度更简单。 分解力：一般是将力沿加速度方向和垂直加速度方向分解。则沿加速度方向：，垂直加速度方向：。 分解加速度：一般在以某个力为x轴其他力都落在或大多数落在两个轴上而不需要过多的分解力的情况下应用。将加速度分解，根据牛顿第二定律，得，，最后求解。 三．力学单位制 1．国际单位制中的基本物理量和基本单位 2．对单位制的理解和应用 （1）在进行物理计算时，所有已知量的单位必须先统一到同一单位制中；一般利用国际单位制进行计算。 （2）在同一已知量的单位后，就不必一一写出各量后面的单位，只要在数字后写出正确的单位即可。 四．超重和失重 1．视重 （1）物体放在水平台秤上或挂在弹簧测力计下，台秤或测力计的示数称为视重。 （2）视重大小等于台秤所受的压力或弹簧测力计所受的拉力。 （3）超重还是失重，是 “视重”与物体本身的重力相比而言的。 2．超重、失重、完全失重 物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力