新教材高考物理一轮复习第3章牛顿运动定律第1节牛顿运动定律的理解课件

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1.通过实验,探究物体运动的加速度与物体受力、物体质量的关系。理解牛顿运动定律,能用牛顿运动定律解释生产、生活中的有关现象,解决有关问题。通过实验,认识超重和失重现象。2.知道国际单位制中的力学单位。了解单位制在物理学中的重要意义
本章内容是高考的热点和难点,试题以选择题、实验题和计算题形式出现,并常与运动学、电磁学等知识相结合综合考查,图像问题、连接体问题、传送带问题、板块模型是考查的重点,通常以交通安全、体育运动、娱乐活动等新情境为背景作为应用类问题呈现,对知识和素养要求都较高
一、对力和运动关系的认识
二、惯性1.定义:物体具有　　　　原来匀速直线运动状态或静止状态的性质。 2.量度:　　　　是惯性大小的唯一量度。 3.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　　　　情况和　　　　情况无关。 易错辨析 (1)物体不受外力时一定处于静止状态。(　　)(2)物体运动必须有力的作用,没有力的作用,物体将静止。(　　)(3)运动的物体惯性大,静止的物体惯性小。(　　)
应用提升1.(多选)下面对牛顿第一定律和惯性的分析正确的是(　　)A.飞机投弹时,当目标在飞机的正下方时投下炸弹,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,人由于惯性发生危险D.有的同学说,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
三、牛顿运动定律 只适用于惯性参考系和宏观低速物体　 等大、反向、共线、异物
易错辨析 (4)物体加速度的方向一定与合外力方向相同。(　　)(5)质量越大的物体,加速度越小。(　　)(6)作用力和反作用力的效果可以相互抵消。(　　)(7)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。(　　)
应用提升2.(多选)(人教版教材必修第一册P97例题改编)某同学在列车车厢的顶部用细线悬挂一个小球,在列车以某一加速度运动的过程中,细线偏过一定角度并相对车厢保持静止,他测出悬线与竖直方向的夹角为θ,重力加速度为g。则下列说法正确的是(　　)A.列车的加速度大小为gsin θB.列车的加速度大小为gtan θC.列车一定向右做匀加速运动D.列车可能向左运动
解析 以小球为研究对象,分析其受力,画出小球受力示意图如图所示。竖直方向,有FTcs θ=mg;水平方向,有FTsin θ=ma,联立解得a=gtan θ,方向水平向右。小球相对于列车静止,两者加速度相同,所以,列车此时的加速度大小为gtan θ,方向水平向右,选项B正确,A错误。列车的加速度方向水平向右,但速度方向可能水平向右,也可能水平向左,所以列车可能水平向右做加速运动,也可能水平向左做减速运动,选项C错误,D正确。
3.(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时间变化的曲线,以下结论正确的是(　　)A.作用力和反作用力同时产生B.作用力和反作用力作用在同一物体上C.作用力和反作用力大小相等D.作用力和反作用力方向相反
答案 ACD解析 作用力和反作用力大小相等、方向相反,作用在两个物体上,并且同时产生,同时消失,所以选项A、C、D正确。
旁栏边角阅读“科学漫步”——用动力学方法测质量,完成下面题目。测空间站质量的原理图如图所示。若已知飞船质量为m=3.0×103 kg,其推进器的平均推力F=900 N。在飞船与空间站对接后,推进器工作5 s内,测得飞船和空间站的速度变化为0.05 m/s,求空间站的质量。
答案 8.7×104 kg
1.对牛顿第一定律的理解
3.解题思维流程审题→画出示意图→物体原来的运动状态→受力部分运动状态改变 不受力部分保持原来状态→得出结果
【对点演练】1.(2023山东日照模拟)如图所示,滑板运动员沿水平地面向前滑行,在横杆前相对于滑板竖直向上起跳,人与滑板分离,分别从横杆的上、下通过,忽略人和滑板在运动中受到的阻力,则运动员(　　)
A.起跳时脚对滑板的作用力斜向后B.在空中水平方向先加速后减速C.越过杆后落在滑板的后方D.越过杆后仍落在滑板上起跳的位置
答案 D解析 运动员相对滑板竖直向上起跳,与滑板在水平方向上无作用力,所以二者水平方向上的速度时刻相同,A、B、C错误,D正确。
2.如图所示,物体A的各面均光滑,放在固定的斜面B上,物体A的上表面水平,在物体A上放一个光滑小球。把物体A从静止开始释放,小球在碰到斜面以前的运动轨迹是(　　)A.沿斜面的直线B.弧形的直线C.竖直的直线D.折线
答案 C　解析 根据题意可判断,小球在水平方向上不受力,故小球在碰到斜面以前的运动轨迹是竖直的直线,C正确,A、B、D错误。
3.如图所示,一盛满水的容器固定在一个小车上,在容器中分别悬挂和系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
答案 A解析 车、水和两球原来均处于静止状态,当小车突然向右运动时,水和两小球由于惯性要保持原来的静止状态,但同体积的水、铁球和乒乓球的质量关系是m铁>m水>m乒乓,故铁球的惯性最大,乒乓球的惯性最小,铁球最容易保持原来的运动状态,乒乓球最容易改变原来的运动状态,所以A正确。
1.牛顿第二定律的“五性”
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,物体就有加速度。(3)合力与速度同向时,物体做加速运动;合力与速度反向时,物体做减速运动。
3.牛顿第二定律瞬时性的两种模型
【典例突破】典例1.两个质量均为m的小球A、B,用一根轻绳2连接,另一根轻绳1把小球A系于天花板上,整体处于平衡状态,如图所示。现突然迅速剪断轻绳1,让小球下落,在剪断轻绳的瞬间,设小球A、B的加速度分别为a1和a2,则(　　)A.a1=g,a2=gB.a1=0,a2=2gC.a1=g,a2=0D.a1=2g,a2=0
思维点拨 分析瞬时变化前后物体的受力情况→列牛顿第二定律方程→求瞬时加速度
答案 A解析 由于绳子拉力可以突变,故剪断轻绳1后小球A、B只受重力,其加速度a1=a2=g。故选项A正确。
探究拓展1.在【典例1】中只将A、B间的轻绳换成轻质弹簧,其他不变,如图所示,则【典例1】选项中正确的是(　　)
答案 D解析 剪断轻绳的瞬间,由于弹簧弹力不能突变,故小球A所受合力为2mg,小球B所受合力为0,所以小球A、B的加速度分别为a1=2g,a2=0。故选项D正确。
2.将上题中的模型放置在倾角为θ=30°的光滑斜面上,如图所示,系统静止时,弹簧与轻绳均平行于斜面,在轻绳被烧断的瞬间,下列说法正确的是(　　)
A.aA=0　aB= gB.aA=g　aB=0C.aA=g　aB=gD.aA=0　aB=g
答案 B解析 轻绳被烧断的瞬间,小球B的受力情况不变,加速度为零。烧断前,分析整体受力可知轻绳的拉力为FT=2mgsin θ,烧断瞬间,A受的合力沿斜面向下,大小为2mgsin θ,所以A球的瞬时加速度为aA=2gsin 30°=g,故选项B正确。
【对点演练】4.(2023山东邹平一中质检)如图所示,轻绳一端连接一质量为m的物体,另一端固定在左侧竖直墙壁上,轻绳与竖直墙壁间夹角为45°;物体右侧与一轻弹簧相连,轻弹簧另一端固定于右侧竖直墙壁上,此时物体对光滑地面的压力恰好为零,重力加速度g取10 m/s2。下列说法正确的是(　　)A.此时物体一定受四个力作用B.若突然撤去弹簧,则物体将向左加速运动C.突然剪断轻绳的瞬间,物体的加速度大小为14.1 m/s2D.若突然剪断轻绳,此时物体受三个力作用
解析 由题意可知,此时物体对光滑地面的压力恰好是零,对物体受力分析,物体受到重力、轻绳的拉力和轻弹簧的弹力,共三个力作用,选项A错误。若突然撤去弹簧,则轻绳的拉力发生突变,物体受到重力、地面的支持力,共两个力作用,处于静止状态,选项B错误。在没有剪断轻绳前,对物体,由共点力平衡条件可得F弹=mgtan 45°=mg,突然剪断轻绳的瞬间,弹簧弹力不会突变,物体受到重力、轻弹簧的弹力和地面的支持力三个力的作用,由牛顿第二定律可得F弹=ma,解得a=10 m/s2,选项C错误,D正确。
5.(2023湖北荆州模拟)为了节省能量,某商场安装了如图所示的智能化电动扶梯,扶梯与水平面的夹角为θ。无人乘行时,扶梯运行得很慢;当有人站上扶梯时,扶梯先以加速度a匀加速运动,再以速度v匀速运动。一质量为m的顾客乘扶梯上楼,恰好经历了这两个过程,重力加速度为g,下列说法正确的是(　　)A.顾客始终受到三个力的作用B.扶梯对顾客的支持力始终等于mgC.加速阶段扶梯对顾客的摩擦力大小为macs θ,方向水平向右D.顾客对扶梯作用力的方向先沿扶梯向下,再竖直向下
答案 C解析 顾客加速过程中,受力如图所示,由牛顿第二定律知,水平方向有Ff=macs θ,方向水平向右,竖直方向有FN-mg=masin θ,则FN>mg,选项B错误,C正确。在匀速运动过程中,顾客仅受重力和支持力,且二力平衡;加速阶段,顾客受到的合力方向沿扶梯向上,而顾客受到的扶梯的作用力不沿扶梯向上,根据牛顿第三定律可知,顾客对扶梯的作用力方向不沿扶梯向下,选项A、D错误。
6.(2023广东广州期末)如图所示,物块a、b和c的质量相同,a和b、b和c之间用完全相同的轻弹簧S1和S2相连,通过系在a上的细线悬挂于固定点O。整个系统处于静止状态。现将细线剪断,将物块a的加速度的大小记为a1,物块c的加速度的大小记为a2,S1和S2的伸长量分别记为Δl1和Δl2,重力加速度大小为g。在剪断的瞬间(　　)A.a1=2gB.a2=gC.Δl1=2Δl2D.Δl1=Δl2
解析 对a、b、c分别受力分析如图。根据平衡条件,有对a:F2=F1+mg对b:F1=F+mg对c:F=mg联立解得F1=2mg弹簧的弹力不能突变,因形变需要过程,细线的弹力可以突变,细线断拉力立即为零。当细线断后,b与c受力不变,仍然平衡,故a2=0;对a,细线断后合力为F合=F1+mg=3mg=ma1,a1=3g,方向竖直向下,选项A、B错误。
联立得Δl1=2Δl2,选项C正确,D错误。
1.作用力和反作用力的三个关系
2.相互作用力与平衡力的比较
3.解题思维流程分析某个力不方便→分析它的反作用力
【典例突破】典例2.如图所示,底座A上装有一根直立杆,其总质量为m0,杆上套有质量为m的圆环B,它与杆有摩擦。当圆环从底端以某一速度v向上飞起时,圆环的加速度大小为a,底座A不动,求圆环在升起和下落过程中,底座对水平面的压力大小(圆环在升起和下落过程中,所受摩擦力大小不变,重力加速度为g)。
答案 (m0+m)g-ma　(m0-m)g+ma解析 当圆环上升时,杆给环的摩擦力方向向下,大小设为Ff,则环给杆的摩擦力方向向上,大小为Ff。设水平面对底座的支持力大小为FN1,则对圆环由牛顿第二定律可得mg+Ff=ma对底座和直立杆,由平衡条件可得FN1+Ff-m0g=0联立解得FN1=(m0+m)g-ma当圆环下落时,杆给环的摩擦力方向向上,大小设为Ff',则环给杆的摩擦力方向向下,大小为Ff'。设水平面对底座的支持力大小为FN2,则对底座和直立杆,由平衡条件可得m0g+Ff'-FN2=0由题意可知Ff'=Ff联立解得FN2=(m0-m)g+ma根据牛顿第三定律可知,圆环在升起和下落过程中,底座对水平面的压力大小分别为(m0+m)g-ma、(m0-m)g+ma。
素养点拨 转换研究对象法的应用在对物体进行受力分析时,如果不便于直接分析求出物体受到的某些力时,可先求它的反作用力,再反过来求待求力。如求压力时,可先求支持力,在许多问题中,摩擦力的求解亦是如此。可见牛顿第三定律将起到非常重要的转换研究对象的作用,使得我们对问题的分析思路更灵活、更宽阔。
【对点演练】7.(多选)跳水运动员最后踏板的过程可以简化为:运动员从高处落到处于自然状态的跳板上,随跳板一同向下做变速运动到达最低点,然后随跳板反弹,则(　　)A.运动员把跳板向下压是因为运动员对跳板的压力大于跳板对运动员的支持力B.跳板将运动员向上弹起是因为跳板对运动员的支持力大于运动员对跳板的压力C.在最低点处,跳板对运动员的力大于运动员的重力D.跳板对运动员的作用力是跳板发生形变产生的
答案 CD解析 运动员对跳板的压力与跳板对运动员的支持力是一对作用力和反作用力,它们总是大小相等、方向相反,A、B错误;在最低点处,运动员有向上的加速度,跳板对运动员的力大于运动员的重力,C正确;跳板对运动员的作用力是跳板发生形变产生的,D正确。
8.如图所示,大圆环质量为m0,经过环心的竖直钢丝(质量不计)上套有一质量为m的橡皮球,现让橡皮球沿钢丝以一定的初速度v0竖直向上运动,大圆环对地面无压力,则橡皮球上升过程中(　　)A.钢丝对橡皮球的摩擦力为m0g,方向竖直向上B.钢丝对橡皮球的摩擦力为0
答案 D解析 大圆环对地面无压力,由牛顿第三定律可知,地面对大圆环无支持力,大圆环受力平衡,所以橡皮球对钢丝的摩擦力F=m0g,方向竖直向上,由牛顿第三定律可知,钢丝对橡皮球的摩擦力F'=F=m0g,方向竖直向下,A、B错误。对橡皮球受力分析,由牛顿第二定律有F'+mg=ma,解得橡皮球的加速度大小 ,故D正确,C错误。
9.(多选)(2023河北石家庄模拟)在一次立式风洞跳伞实验中,风洞喷出竖直向上的气流将实验者加速向上“托起”,此过程中(　　)A.地球对人的吸引力和人对地球的吸引力大小相等B.人受到的重力和人受到气流的力是一对作用力和反作用力C.人受到的重力大小等于气流对人的作用力大小D.人被向上“托起”时处于超重状态