(新高考)高考物理一轮复习教案第3章第1讲《牛顿运动定律的理解》(含详解)

考情分析 本章内容是高考的重点，单独考查的题目多为选择题，与直线运动、曲线运动、电磁学等知识结合的题目多为计算题。 重要考点 1.牛顿运动定律及其应用(Ⅱ) 2．超重和失重(Ⅰ) 实验四：探究加速度与物体受力、物体质量的关系 考点解读 1.从近几年的高考考点分布知道，本章主要考查考生能否准确理解牛顿运动定律的意义，能否熟练应用牛顿第二定律、牛顿第三定律和受力分析解决运动和力的问题，以及对超重和失重现象的理解，对牛顿第二定律的验证方法和验证原理的掌握。 2．高考命题中有关本章内容的题型有选择题、实验题、计算题。高考试题往往综合牛顿运动定律和运动学规律进行考查，考题中注重与电场、磁场的渗透，并常常与生活、科技、工农业生产等实际问题相联系。 3．本章内容含有中学物理的基本规律和核心知识，在整个物理学中占有非常重要的地位，且为高考命题的重点和热点，考查和要求的程度往往较高。 第1讲　牛顿运动定律的理解 知识点　　牛顿第一定律　Ⅱ 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，因此牛顿第一定律也被叫作惯性定律。 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。 (3)适用范围：惯性参考系。如果在一个参考系中，一个不受力的物体会保持匀速直线运动状态或静止状态，这样的参考系叫作惯性参考系，简称惯性系。 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)惯性的两种表现 ①物体不受外力作用时，其惯性表现在保持静止或匀速直线运动状态。 ②物体受外力作用时，其惯性表现在反抗运动状态的改变。 (3)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。 (4)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(选填“有关”或“无关”)。 知识点　　牛顿第二定律　Ⅱ 单位制　Ⅰ1.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＝kma，当F、m、a单位采用国际单位制时k＝1，F＝ma。 (3)适用范围 ①牛顿第二定律只适用于惯性参考系。 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。 2．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一个单位制。 ①基本量：在物理学中，只要选定几个物理量的单位，就能够利用物理量之间的关系推导出其他物理量的单位，这些被选定的物理量叫作基本量。 ②基本单位：基本量的单位。力学中的基本量有三个，它们是质量、时间、长度，它们的单位千克、秒、米就是基本单位。 ③导出量和导出单位：由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量叫作导出量，推导出来的相应单位叫作导出单位。 (2)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(公斤) 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，(ν) 摩[尔] mol 发光强度 I，(IV) 坎[德拉] cd 知识点　　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。当一个物体对另一个物体施加了力，后一个物体一定同时对前一个物体也施加了力。物体间相互作用的这一对力，通常叫作作用力和反作用力。 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′。 4．意义：建立了相互作用的物体之间的联系，体现了作用力与反作用力的相互依赖关系。 一 堵点疏通 1．牛顿第一定律是根据实验得到的定律，可以通过实验验证。(　　) 2．环绕地球运动的宇宙飞船处于完全失重状态，没有惯性。(　　) 3．汽车速度越大，刹车时越难停下来，表明物体的速度越大，其惯性越大。(　　) 4．牛顿第一定律是牛顿第二定律的特例。(　　) 5．先有作用力，然后才有反作用力。(　　) 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。(　　) 7．大小相等，方向相反，作用在同一直线上，而且作用在两个物体上的两个力一定是作用力与反作用力。(　　) 8．力的单位是牛顿，简称牛，也属于基本单位。(　　) 9．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.× 8．×　9.√ 二 对点激活 1．(人教版必修第一册·P82·T1改编)(多选)下列对牛顿第一定律和惯性的分析正确的是(　　) A．飞机投弹时，如果当目标在飞机的正下方时投下炸弹，则能击中目标 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具有惯性仍向前运动而发生危险 D．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 答案　BC 解析　飞机投下的炸弹由于惯性做平抛运动，所以目标在正下方时投弹不能击中，A错误；地球自西向东转，人向上跳起后，由于惯性人也跟地球一起从西向东运动，故人仍落到原地，B正确；紧急刹车时，汽车停止运动，人由于惯性仍向前运动，容易撞伤，所以系上安全带对人起到保护作用，C正确；向上抛出的物体，由于惯性，在空中继续向上运动，而不是受到向上的作用力，D错误。 2．(多选)关于力学单位制，以下说法中正确的是(　　) A．kg、m/s、N等单位为导出单位 B．kg、m、s都是基本单位 C．牛顿第二定律的表达式F＝kma，式中各物理量取国际单位时k＝1 D．在国际单位制中，质量的单位可以是kg，也可以是g 答案　BC 解析　kg为基本单位，故A错误；kg、m、s是国际单位制中的基本单位，故B正确；F＝kma中质量m取“kg”、a取“m/s2”、F取“N”时k＝1，C正确；国际单位制中质量的单位是kg，而不是g，故D错误。 3. (人教版必修第一册·P65·拓展学习改编)(多选)用计算机辅助实验系统(DIS)做验证牛顿第三定律的实验，把两个测力探头的挂钩钩在一起，向相反方向拉动，观察显示器屏幕上出现的结果(如图所示)，分析两个力传感器的相互作用随着时间变化的曲线，以下结论正确的是(　　) A．作用力与反作用力同时产生 B．作用力与反作用力作用在同一物体上 C．作用力与反作用力大小相等 D．作用力与反作用力的合力为零 答案　AC 解析　作用力与反作用力总是大小相等、方向相反，分别作用在两个物体上，同时产生、同时消失，故A、C正确，B错误；作用力与反作用力作用在两个物体上，不能求合力，故D错误。 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 考点1　　牛顿第一定律的理解 对牛顿第一定律的四点说明 (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。 (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力时的状态，而物体不受力的情形是不存在的。在实际情况中，如果物体所受的合力等于零，与物体不受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　(2020·内蒙古呼和浩特市高三质量普查调研)伽利略理想斜面实验是16世纪力学发展的重要起点，如图，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不同的材料时，小球沿右侧斜面上升的最高位置依次为图中1、2、3，根据三次实验结果的对比，可以得到最直接的结论是(　　) A．斜面的粗糙程度越低，小球上升的位置越高，如果斜面光滑，则小球能够到达与O点等高处 B．如果小球受力平衡，它将一直保持匀速直线运动或静止状态 C．如果小球受到力的作用，它的运动状态将发生改变 D．如果小球受力一定，质量越大时，它的加速度越小 (1)小球受到的阻力越小，小球上升的位置越高还是越低？ 提示：越高。 (2)直接结论包括推理过程后的结论吗？ 提示：不包括。 尝试解答　选A。 由实验结果可知，斜面的粗糙程度越低，小球上升的位置越高，如果斜面光滑，小球不会有能量损失，将上升到与O点等高的位置，故A正确；根据题中三次实验结果的对比，不能直接得到B、C项结论，D项结论与本实验无关，故B、C、D错误。 牛顿第一定律的应用技巧 (1)应用牛顿第一定律分析实际问题时，要把生活感受和理论问题联系起来深刻认识力和运动的关系，正确理解力不是维持物体运动状态的原因，克服生活中一些错误的直观印象，建立正确的思维习惯。 (2)如果物体的运动状态发生改变，则物体必然受到不为零的合力作用。因此，判断物体的运动状态是否改变，以及如何改变，应先分析物体所受的合力情况。 [变式1－1]　(2020·安徽省濉溪县高三第一次教学质量检测)(多选)以下短文摘自上个世纪美国报纸上的一篇小文章：阿波罗登月火箭在离开地球飞向月球的过程中，飞船内宇航员通过无线电与在家中上小学的儿子汤姆通话。宇航员：“汤姆，我们现在已关闭火箭上所有发动机，正向月球飞去。”汤姆：“你们关闭了所有发动机，那么靠什么力量推动火箭向前运动飞向月球？”宇航员犹豫了半天，说：“我想大概是伽利略在推动火箭向前运动吧。”若不计星球对火箭的作用力，由上述材料可知，下列说法中正确的是(　　) A．汤姆的问话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因” B．宇航员的回答所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因” C．宇航员的回答所体现的物理思想是“物体的运动不需要力来维持” D．宇航员的回答的真实意思是火箭正在依靠惯性飞行 答案　ACD 解析　汤姆认为火箭运动一定需要力来推动，所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因”，故A正确；宇航员认为物体的运动不需要力来维持，火箭靠惯性飞行，体现了伽利略的研究思想，故B错误，C、D正确。 [变式1－2]　 某同学为了取出如图所示羽毛球筒中的羽毛球，一手拿着球筒的中部，另一手用力击打羽毛球筒的上端，则(　　) A．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，羽毛球筒受到羽毛球对它向上的摩擦力，而羽毛球受到筒对它向下的摩擦力，故D正确，A、B、C错误。 考点2　　牛顿第二定律的理解 牛顿第二定律的性质 例2　(多选)下列说法正确的是(　　) A．对静止在光滑水平面上的物体施加一个水平力，在力刚作用瞬间，物体立即获得加速度 B．物体由于做加速运动，所以才受合力作用 C．F＝ma是矢量式，a的方向与F的方向相同，与速度方向无关 D．物体所受合力减小，加速度一定减小，而速度不一定减小 (1)a由什么决定？ 提示：由a＝知a由合力F和质量m共同决定。 (2)a变小v一定变小吗？ 提示：不一定，当a与v同向时v变大；当a与v反向时v变小。 尝试解答　选ACD。 由于物体的加速度与合力是瞬时对应关系，因此在力刚作用瞬间，物体会立即获得加速度，A正确；根据因果关系，合力是产生加速度的原因，即物体由于受合力作用，才会产生加速度，B