第三章 第一节 牛顿运动定律的理解-2022高考物理【导学教程】新编大一轮总复习（word）人教版学案

这是一份第三章 第一节 牛顿运动定律的理解-2022高考物理【导学教程】新编大一轮总复习（word）人教版学案，共11页。
第一节　牛顿运动定律的理解　一、牛顿第一定律1．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，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。(2)指出一切物体都有__惯性__，因此牛顿第一定律又称为惯性定律。(3)牛顿第一定律描述的只是一种理想状态，而实际中不受力作用的物体是不存在的，但当物体所受合外力为零时，其运动效果跟不受外力作用时相同，物体将保持静止或匀速直线运动状态。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)特点：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”)。(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。二、牛顿第二定律　力学单位制1．牛顿第二定律(1)内容：物体加速度的大小与所受合外力的大小成__正比__，与物体的质量成__反比__，加速度的方向与合外力的方向__相同__。(2)表达式：F＝__ma__。(3)适用范围①牛顿第二定律只适用于惯性参考系，即相对于地面__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、原子等)、__低速__运动(远小于光速)的情况。2．力学单位制(1)单位制：由__基本__单位和__导出__单位一起组成了单位制。(2)基本单位：基本物理量的单位。基本物理量共七个，其中力学有三个，是__长度__、__质量__、__时间__，单位分别是__米__、__千克__、__秒__。(3)导出单位：由基本物理量根据__物理关系__推导出来的其他物理量的单位。三、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，后一个物体同时对前一个物体也施加力。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__一条直线上__。3．表达式：F＝－F′。[自我诊断]判断下列说法的正误。(1)牛顿第一定律不能用实验验证。(√)(2)在水平面上滑动的木块最终停下来，是因为没有外力维持木块运动的结果。(×)(3)质量越大的物体，加速度越小。(×)(4)F＝ma是矢量式，a的方向与F的方向相同，与速度方向无关。(√)(5)物体在外力作用下做匀加速直线运动，当合外力逐渐减小时，物体的速度逐渐减小。(×)(6)物体由于做加速运动，所以才受合外力作用。(×)(7)千克、秒、米、库仑、安培均为国际单位制的基本单位。(×)(8)两个大小相等、方向相反、作用在同一直线上的力一定是相互作用力。(×)(9)作用力与反作用力的关系不随运动状态的变化而变化。(√) 考点一　牛顿第一定律的理解和应用1．理解牛顿第一定律(1)揭示了物体的惯性：不受力的作用时，一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态。(2)揭示了力的作用对运动的影响：力是改变物体运动状态的原因。2．理解惯性(1)保持“原状”：物体在不受力或所受合外力为零时，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)。(2)反抗改变：物体受到外力时，惯性表现为抗拒运动状态改变。惯性越大，物体的运动状态越难以被改变。[题组突破]1．(2021·青岛一模)伽利略对“自由落体运动”和“运动和力的关系”的研究，开创了科学实验和逻辑推理相结合的重要科学研究方法。图分别表示这两项研究中实验和逻辑推理的过程，对这两项研究，下列说法正确的是(　　)A．图(a)通过对自由落体运动的研究，合理外推得出小球在斜面上做匀变速运动B．图(a)中先在倾角较小的斜面上进行实验，可“冲淡”重力，使时间测量更容易C．图(b)中完全没有摩擦阻力的斜面是实际存在的，实验可实际完成D．图(b)的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持[答案]　B2．对一些实际生活中的现象，某同学试图从惯性角度加以解释，其中正确的是(　　)A．采用了大功率的发动机后，某些一级方程式赛车(质量不变)的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度。这表明，可以通过科学手段使小质量的物体获得大惯性B．射出枪膛的子弹在运动相当长一段距离后连一件棉衣也穿不透，这表明它的惯性小了C．货运列车运行到不同的车站时，经常要摘下或加挂一些车厢，这会改变它的惯性D．摩托车转弯时，车手一方面要控制适当的速度，另一方面要将身体稍微向里倾斜，通过调控人和车的惯性达到安全行驶的目的[解析]　采用大功率的发动机，能够提高赛车的最大速度，质量不变，则惯性不变，选项A错误；射出枪膛的子弹在运动相当长一段距离后连一件棉衣也穿不透，原因是子弹的动能过小，但惯性不变，选项B错误；货运列车摘下或加挂一些车厢，列车的质量改变了，其惯性也改变了，选项C正确；摩托车转弯时，车手控制速度，调控人和车的重心位置，但整体的惯性不变，选项D错误。[答案]　C3．(2020·梅州期末)如图所示，在一辆表面光滑足够长的小车上，有质量为m1、m2的两个小球(m1>m2)，原来随小车一起做匀速直线运动，当小车突然停止时，如不考虑其他阻力，则两个小球(　　 )A．一定相碰B．一定不相碰C．不一定相碰D．无法确定，因为不知小车的运动方向[解析]　小车停止前，两个小球和小车一起做匀速直线运动，并且两个小球和小车具有共同的速度，当小车突然停止时，由于小球在光滑接触面上，因此两个小球由于惯性，还要保持原来大小不变的速度做匀速直线运动，又两球的速度相同，相同时间内通过的位移相同，因此两个小球间的距离不变，一定不会相碰，故B正确，A、C、D错误。[答案]　B
考点二　牛顿第二定律的理解和简单应用1．牛顿第二定律的五个特征矢量性F＝ma是矢量式，a与F同向瞬时性a与F对应同一时刻因果性F是产生a的原因同一性F、m、a对应同一个物体，统一使用国际单位独立性每一个力都产生各自的加速度2.合力、加速度、速度间的决定关系(1)不管速度是大是小，或是零，只要合力不为零，物体都有加速度。(2)a＝是加速度的定义式，a与Δv、Δt无必然联系；a＝是加速度的决定式，a∝F，a∝。(3)合力与速度同向时，物体做加速直线运动；合力与速度反向时，物体做减速直线运动。[例1]　(2021·武汉部分市级示范高中联考)一个小球从水面上方某一高度处由静止落下，进入水中后受到的浮力大小恒定，受到水的阻力的大小与速度成正比，浮力大于重力，水足够深，关于小球在水中运动的加速度，下列说法正确的是(　　)A．小球向下运动时，加速度方向一直向下B．小球向上运动时，加速度方向一直向下C．小球向下运动时，加速度一直减小D．小球向上运动时，加速度一直增大[解析]　根据题述，小球进入水中后，所受浮力向上，浮力大于重力，小球向下运动，所受水的阻力向上，则小球所受合外力方向向上，加速度方向向上，一定做减速运动，由于小球受到的水的阻力的大小与速度成正比，阻力方向与运动方向相反，所以小球所受的合外力逐渐减小，根据牛顿第二定律可知，小球的加速度逐渐减小，所以小球向下运动时，加速度方向向上，一直减小，选项A错误，C正确；小球向上运动时，开始时加速度向上，所受浮力向上，重力和水的阻力向下，浮力大于重力与水的阻力之和，小球向上做加速运动，随着速度逐渐增大，水的阻力逐渐增大，当重力与水的阻力之和等于浮力时，小球匀速向上运动，选项B、D错误。[答案]　C◆归纳总结1．分析物体的运动性质，要从受力分析入手，先求合力，然后根据牛顿第二定律分析加速度的变化。2．速度的大小如何变化取决于加速度和速度方向间的关系，和加速度的大小没有关系。3．加速度如何变化取决于物体的质量和合外力，与物体的速度没有关系。[跟踪训练]1．(多选)如图所示，一轻质弹簧一端固定在墙上的O点，自由伸长到B点。今用一小物体m把弹簧压缩到A点(m与弹簧不连接)，然后释放，小物体能经B点运动到C点而静止。小物体m与水平面间的动摩擦因数μ恒定，则下列说法中正确的是(　　)A．物体从A到B速度越来越大B．物体从A到B速度先增大后减小C．物体从A到B加速度越来越小D．物体从A到B加速度先减小后增大[解析]　物体从A到B的过程中，水平方向一直受到向左的滑动摩擦力作用，大小不变；还一直受到向右的弹簧的弹力作用，弹力从某个值逐渐减小到0。开始时，弹力大于摩擦力，合力向右，物体向右加速，随着弹力的减小，合力越来越小；到A，B间的某一位置时，弹力和摩擦力的合力为0，速度达到最大；随后，摩擦力大于弹力，合力增大但方向向左，合力方向与速度方向相反，物体开始做减速运动。所以，小物体由A到B的过程中，先做加速度减小的加速运动，后做加速度增大的减速运动，故选项B、D正确。[答案]　BD考点三　牛顿第三定律的理解和应用1．作用力与反作用力的“六同、三异、二无关”(1)六同：大小相同、性质相同、同一直线、同时产生、同时变化、同时消失。(2)三异：方向相反、不同物体、不同效果。(3)二无关：与物体的运动状态无关、与物体是否受其他力无关。2．一对平衡力与作用力、反作用力的不同点　　　名称项目　　　一对平衡力作用力与反作用力作用对象同一个物体两个相互作用的不同物体作用时间不一定同时产生、同时消失一定同时产生、同时消失力的性质不一定相同一定相同作用效果可相互抵消不可抵消 (一)牛顿第三定律的理解[例2]　2016年10月17日，中国载人航天飞船神舟十一号由长征2F遥11火箭发射升空，并进入预定轨道，与天宫二号太空实验室进行对接组成组合体。关于这次飞船与火箭上天的情形叙述正确的是(　　)A．火箭尾部向外喷气，喷出的气体反过来对火箭产生一个反作用力，从而让火箭获得了向上的推力B．火箭尾部喷出的气体对空气产生一个作用力，空气的反作用力使火箭获得飞行的动力C．火箭飞出大气层后，由于没有了空气，火箭虽然向后喷气，但也无法获得前进的动力D．飞船进入预定轨道之后，与地球之间不存在相互作用力[答案]　A[跟踪训练]2.(2020·浙江模拟)电动平衡车，又叫体感车、思维车、摄位车等，是现代人用来作为代步工具、休闲娱乐的一种新型的绿色环保的产物。如图所示，一个人站在“电动平衡车”上在水平地面上沿直线前进，不计空气阻力，下列说法正确的是(　　)A．“电动平衡车”匀速行驶时，车对人的摩擦力是人前进的动力B．“电动平衡车”加速行驶时，车对人的作用力大于人对车的作用力C．“电动平衡车”减速行驶时，人对车的摩擦力与车的运动方向相同D．人从“电动平衡车”跳起后，上升过程处于超重状态，下降过程处于失重状态[解析]　“电动平衡车”匀速行驶时，人的合力为零，竖直方向重力等于支持力，水平方向无摩擦力，故A错误；“电动平衡车”加速行驶时，车对人的作用力等于人对车的作用力，因为相互作用力大小相等，故B错误；“电动平衡车”减速行驶时，车对人的摩擦力与车的运动方向相反，根据相互作用力方向相反，知人对车的摩擦力与车的运动方向相同，故C正确；人从“电动平衡车”跳起后，只受重力，加速度一直向下，处于失重状态，故D错误。[答案]　C(二)“转换研究对象法”在受力分析中的应用[例3]　一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套着一个环，箱与杆的质量为M，环的质量为m，如图所示。已知环沿杆匀加速下滑时，环与杆间的摩擦力大小为Ff，则此时箱对地面的压力大小为(　　)A．Mg＋Ff　　　　　　 B．Mg－FfC．Mg＋mg  D．Mg－mg[解析]　环在竖直方向上受重力及箱子的杆给它的竖直向上的摩擦力Ff，受力情况如图甲所示，根据牛顿第三定律，环应给杆一个竖直向下的摩擦力Ff′，故箱子竖直方向上受重力Mg、地面对它的支持力FN及环给它的摩擦力Ff′，受力情况如图乙所示，由于箱子处于平衡状态，可得FN＝Ff′＋Mg＝Ff＋Mg。根据牛顿第三定律，箱子对地面的压力大小等于地面对箱子的支持力，即FN′＝Mg＋Ff，故选项A正确。[答案]　A◆规律总结应用“转换研究对象法”的一般步骤1．合理选取研究对象，一般以受力较少、分析起来较容易的物体为研究对象，有时“整体法”与“隔离法”综合应用。2．做好对研究对象的受力分析和运动情况分析，确定作用力和反作用力。3．利用牛顿第三定律把已知力或所求力转移至研究对象上，求合力。4．对于不宜直接分析的物体，如地面，可转而分析与之接触的物体，求出作用力后，再利用牛顿第三定律说明反作用力的大小和方向。[跟踪训练]3．建筑工人用如图所示的定滑轮装置运送建筑材料，质量为70.0 kg的工人站在水平地面上，通过定滑轮将20.0 kg的建筑材料以1.0 m/s2的加速度拉升，忽略绳子和定滑轮的质量及两者间的摩擦，求地面受到的压力和摩擦力的大小。(g取10 m/s2，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6)[解析]　建筑材料受力如图甲所示由牛顿第二定律得F1－mg＝ma代入数据解得F1＝220 N因此绳对人的拉力F2＝F1＝220 N工人受力如图乙所示由平衡条件得F2·cos 53°＝FfF2·sin 53°＋FN＝Mg代入数据解得FN＝524 N，Ff＝132 N由牛顿第三定律得，人对地面的压力大小为524 N，地面受到的摩擦力大小为132 N。[答案]　524 N　132 N  惯性的相对性惯性的“相对性”：因为惯性的大小只与物体的质量有关，因此惯性具有“相对性”，往往表现在相同体积不同密度的物体间，如生活中常见当装满水的车加速时，水中的气泡会向前运动。现例举几类常见现象，供同学们思考。(一)瓶子中的气泡和水[典例1]　水平放置的密闭玻璃管内充有水，它的中间有一气泡，如图所示，当玻璃管由静止开始向右沿水平方向运动时，气泡相对于玻璃管将要(　　)A．向右运动　　　　　　 B．向左运动C．保持不动  D．无法判断[解析]　管中的气泡和相同体积水相比，其质量很小，气泡的惯性要比管中的水的惯性小的多，当玻璃管由静止开始向右沿水平方向运动时，玻璃管中的水由于惯性，仍然要保持原来的静止状态，使水涌向管的左端，气泡由于惯性较小，则相对于管子向右运动，故选项A正确。[答案]　A(二)水中的铁球和乒乓球[典例2]　如图所示，一个盛水的容器固定在一个小车上，在容器中分别悬挂和拴住一只铁球和一只乒乓球。容器中的水和铁球、乒乓球都处于静止状态。当容器随小车突然向右运动时，两球的运动状况是(以小车为参考系)(　　)A．铁球向左，乒乓球向右  B．铁球向右，乒乓球向左C．铁球和乒乓球都向左  D．铁球和乒乓球都向右[解析]　因为小车突然向右运动，铁球和乒乓球都有向右运动的趋势，但由于与同体积的“水球”相比，铁球质量大，惯性大，铁球的运动状态难改变，即速度变化慢，而同体积的水球的运动状态容易改变，即速度变化快，而且水和车一起加速运动，所以小车加速运动时铁球相对小车向左运动。同理，由于乒乓球与同体积的“水球”相比，质量小，惯性小，乒乓球相对小车向右运动。[答案]　A(三)空气中的铁球和乒乓球[典例3]　如图所示，一容器固定在一个小车上，在容器中分别悬挂一只铁球和一只乒乓球，容器中铁球和乒乓球都处于静止状态，当容器随小车突然向右运动时，两球的运动情况是(以小车为参考系)(　　)A．铁球向左，乒乓球向右 B．铁球向右，乒乓球向左C．铁球和乒乓球都向左 D．铁球和乒乓球都向右[解析]　由于惯性，当容器随小车突然向右运动时，铁球和乒乓球都相对容器向左运动，C正确。[答案]　C◆归纳总结1．质量是物体惯性大小的唯一量度，物体的质量越大，惯性越大，状态越难改变。2．管中的气泡比相同体积水的惯性小，悬挂在空气中的铁球和乒乓球的惯性都比对应的“空气球”的惯性大，但悬挂在水中的乒乓球的惯性没有对应的“水球”的惯性大。