2018版高考物理配套文档：第三章 第1讲 牛顿运动三定律 力学单位制 Word版含解析

这是一份2018版高考物理配套文档：第三章 第1讲 牛顿运动三定律 力学单位制 Word版含解析，共16页。


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，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态．
2．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)指出了一切物体都有惯性，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，而现实中不受力作用的物体是不存在的，当物体受外力但所受合力为零时，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)量度：质量是物体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．
(3)普遍性：惯性是物体的固有属性，一切物体都有惯性，与物体的运动情况和受力情况无关．
[深度思考] 判断下列说法是否正确．
(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)物体运动时受到惯性力的作用．(×)
(4)物体匀速运动时才有惯性，加速时没有惯性．(×)
二、牛顿第二定律
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．表达式：F＝ma.
三、力学单位制
1．力学中的基本物理量及单位
(1)力学中的基本物理量是长度、质量、时间．
(2)力学中的基本单位：基本物理量的所有单位都是基本单位．如：毫米(mm)、克(g)、毫秒(ms)等等．三个基本物理量的单位在国际单位制中分别为米(m)、千克(kg)、秒(s)．
2．单位制
(1)由基本单位和导出单位组成的单位系统叫做单位制．
(2)国际单位制(SI)：国际计量大会制定的国际通用的、包括一切计量领域的单位制，叫做国际单位制．
3．单位制的应用
问题中的已知量的单位都用国际单位制表示时，计算的结果也是用国际单位制表示的．因此，用国际单位制进行计算时，可以不必一一写出各个已知量的单位，只在数字后面写出正确的单位就可以了．高中阶段进行物理量的计算时，一律采用国际单位制．
在进行计算或检查的过程中，如果发现所求结果的单位与采用的单位制中该量的单位不一致，那么该公式或计算结果肯定是错误的．
[深度思考] 判断下列说法是否正确．
(1)在力学范围内，国际单位制规定长度、质量、力为三个基本物理量．(×)
(2)后人为了纪念牛顿，把“牛顿”作为力学中的基本单位．(×)
(3)1 N＝1 kg·m·s－2.(√)
(4)“秒”“克”“摄氏度”都属于国际单位制中的基本单位．(×)
四、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，另一个物体同时对这个物体也施加了力．
2．牛顿第三定律：
(1)内容：两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上．
(2)表达式：F＝－F′.
[深度思考] 由于作用力与反作用力大小相等、方向相反，所以作用效果可以抵消，合力为零，这种认识对吗？
答案 不对．
解析 作用力与反作用力作用在两个物体上，不可相互抵消．
1．以下说法正确的是( )
A．物体不受外力作用时，一定处于静止状态
B．要物体运动必须有力作用，没有力的作用，物体将静止
C．要物体静止必须有力作用，没有力的作用，物体将运动
D．物体不受外力作用时，总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态
答案 D
2．下列说法正确的是( )
A．物体运动速度很大，受到的合外力不可能为零
B．物体运动速度变化越快，它受的合外力越大
C．物体速度方向一定与合外力的方向相同
D．由F＝ma可知，物体所受合外力与物体的质量和加速度都成正比
答案 B
3．(2015·浙江1月学考·1)在国际单位制中，速度单位的符号是( )
A．N·kg B．kg/N
C．m/s D．m/s2
答案 C
4．关于作用力与反作用力，下列说法中正确的是( )
A．物体相互作用时，先有作用力而后才有反作用力
B．作用力与反作用力大小相等、方向相反，作用在同一条直线上，因此它们的合力为零
C．弹力的反作用力一定是弹力
D．马能将车拉动，是因为马拉车的力大于车拉马的力
答案 C
命题点一 牛顿第二定律
例1 如图1所示，A、B两木块间连一轻质弹簧，A、B质量相等，一起静止地放在一块木板上，若将此木板突然抽去，在此瞬间，A、B两木块的加速度分别是( )
图1
A．aA＝0，aB＝2g
B．aA＝g，aB＝g
C．aA＝0，aB＝0
D．aA＝g，aB＝2g
解析 由抽出木板前的平衡状态可知弹簧的弹力F＝mg，抽出木板的瞬间，弹簧的弹力不变，上面木块受到的合外力仍然为零，加速度为零，下面木块受到弹力和重力的作用，合外力为2mg，故加速度为2g.
答案 A
求解瞬时加速度问题时应抓住“两点”
1．物体的受力情况和运动情况是时刻对应的，当外界因素发生变化时，需要重新进行受力分析和运动分析．
2．加速度可以随着力的突变而突变，而速度的变化需要一个过程的积累，不会发生突变．
题组阶梯突破
1．(多选)(2016·余姚市调研)关于速度、加速度、合外力之间的关系，正确的是( )
A．物体的速度越大，则加速度越大，所受的合外力也越大
B．物体的速度为零，则加速度为零，所受的合外力也为零
C．物体的速度为零，但加速度可能很大，所受的合外力也可能很大
D．物体的速度很大，但加速度可能为零，所受的合外力也可能为零
答案 CD
解析 物体的速度大小与加速度大小及所受合外力大小无关，故C、D正确，A、B错误．
2．(2016·台州市联考)人站在地面，竖直向上提起质量为1 kg的物体，物体获得的加速度为5 m/s2(g取10 m/s2)．则此过程中人对物体的作用力为( )
A．5 N B．10 N C．15 N D．20 N
答案 C
解析 根据牛顿第二定律，物体在竖直方向上有F－mg＝ma，求得F＝15 N.
3．(多选)一个质量为2 kg的物体，在5个共点力的作用下保持静止，若同时撤去其中大小分别为15 N和10 N的两个力，其余的力保持不变，此时该物体的加速度大小可能是( )
A．2 m/s2 B．3 m/s2
C．12 m/s2 D．15 m/s2
答案 BC
解析 由平行四边形定则可知，15 N和10 N的两个力的合力的大小范围是5 N≤F合≤25 N，即加速度的大小范围是2.5 m/s2≤a≤12.5 m/s2，所以可能的是B、C.
命题点二 牛顿第三定律
例2 如图2所示，质量相等的甲、乙两人所用绳子相同，甲拉住绳子悬在空中处于静止状态；乙拉住绷紧绳子的中点把绳子拉断了，则( )
图2
A．绳子对甲的拉力小于甲的重力
B．绳子对甲的拉力大于甲对绳子的拉力
C．乙拉断绳子前瞬间，绳上的拉力一定小于乙的重力
D．乙拉断绳子前瞬间，绳上的拉力一定大于乙的重力
解析 由平衡条件可知，绳子对甲的拉力大小等于甲受到的重力，A错；由作用力与反作用力的关系可知，绳子对甲的拉力等于甲对绳子的拉力，B错；乙能把绳子拉断，对于具有同样承受能力的绳子，说明乙拉断绳子前的瞬间绳上的拉力一定大于绳子的承受力，而甲拉的绳子能承受甲的重力，甲、乙质量相等，因此绳上的拉力一定大于乙的重力，C错，D对．
答案 D
相互作用力与平衡力
1．作用力与反作用力的“三同、三异、三无关”
(1)“三同”：①大小相同；②性质相同；③变化情况相同．
(2)“三异”：①方向不同；②受力物体不同；③产生的效果不同．
(3)“三无关”：①与物体的种类无关；②与物体的运动状态无关；③与物体是否和其他物体存在相互作用无关．
2．相互作用力与平衡力的比较
题组阶梯突破
4．如图3所示，物块P与木板Q叠放在水平地面上，木板Q对物块P的支持力的反作用力是( )
图3
A．物块P受到的重力
B．地面对木板Q的弹力
C．物块P对木板Q的压力
D．地球对木板Q的吸引力
答案 C
解析 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，且作用在两个相互作用的物体上，所以Q对P的支持力的反作用力是P对Q的压力，选项C正确．
5．一物体受绳的拉力作用由静止开始前进，先做加速运动，然后做匀速运动，最后做减速运动，则下列说法中正确的是( )
A．加速前进时，绳拉物体的力大于物体拉绳的力
B．减速前进时，绳拉物体的力小于物体拉绳的力
C．只有在匀速前进时，绳拉物体的力与物体拉绳的力大小才相等
D．不管物体如何前进，绳拉物体的力与物体拉绳的力大小总相等
答案 D
解析 “绳”与“物”是一对相互作用的物体，“绳”与“物”之间的作用力与反作用力永远遵循牛顿第三定律，与相互作用的性质、物体的运动状态均无关系，总是等大、反向、作用在不同物体上且在同一条直线上．
6．手拿一个锤头敲在一块玻璃上把玻璃敲碎了．对于这一现象，下列说法正确的是( )
A．锤头敲玻璃的力大于玻璃对锤头的作用力，所以玻璃才碎裂
B．锤头受到的力大于玻璃受到的力，只是由于锤头能够承受比玻璃更大的力才没有碎裂
C．锤头和玻璃之间的作用力应该是等大的，只是由于锤头能够承受比玻璃更大的力才没有碎裂
D．因为不清楚锤头和玻璃的其他受力情况，所以无法判断它们之间的相互作用力的大小
答案 C
解析 锤头敲玻璃的力与玻璃对锤头的作用力是作用力与反作用力，总是大小相等，方向相反，但因作用在不同的物体上，因物体的承受能力不同，产生不同的作用效果，故C正确，A、B、D均错误．
命题点三 实验4：探究作用力与反作用力的关系
1．探究过程：如图4所示，把A、B两个弹簧测力计连接在一起，B的一端固定，用手拉弹簧测力计A，可以看到两个弹簧测力计的指针同时移动．这时，弹簧测力计A受到B的拉力F′，弹簧测力计B则受到A的拉力F.注意观察F与F′的大小是如何变化的．
图4
2．实验结论：在拉弹簧测力计的整个过程中，两个拉力的方向相反，A、B弹簧测力计示数总是满足大小相等．
例3 (2015·浙江9月选考·14)在“探究作用力与反作用力的关系”实验中，某同学用两个力传感器进行实验．
(1)将两个传感器按图5甲方式对拉，在计算机屏上显示如图乙所示，横坐标代表的物理量是________，纵坐标代表的物理量是________．
图5
(2)由图乙可得到的实验结论是( )
A．两传感器间的作用力与反作用力大小相等
B．两传感器间的作用力与反作用力方向相同
C．两传感器间的作用力与反作用力同时变化
D．两传感器间的作用力与反作用力作用在同一物体上
答案 (1)时间(t) 力(F) (2)AC
题组阶梯突破
7．(2016·扬州模拟)如图6所示，在“探究作用力与反作用力的关系”实验中，关于A、B两个弹簧测力计示数的大小关系，下列说法中正确的是( )
图6
A．FA>FB B．FA＝FB
C．FA答案 B
8．如图7所示，小孙同学用力传感器A和B做“探究作用力与反作用力的关系”实验，当用A匀速拉动固定在滑块上的B时( )
图7
A．A对应示数比B大
B．B对应示数比A大
C．A和B对应示数有时不相等
D．A和B对应示数任何时刻都相等
答案 D
解析 根据牛顿第三定律，A对B的作用力和B对A的作用力是作用力和反作用力，总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，故A和B对应示数任何时刻都相等，故D正确，A、B、C错误．
(建议时间：30分钟)
1．下列说法中，正确的是( )
A．力学中的基本单位只有米(m)、千克(kg)和秒(s)
B．牛顿(N)是力学的基本单位，但不是国际单位制中的基本单位
C．帕斯卡(Pa)、焦耳(J)是国际单位制中的单位
D．长度是国际单位制中的基本单位
答案 C
解析 力学中所有长度、质量、时间的单位都是基本单位，如厘米、毫克、小时等都是基本单位，而不是只有米、千克、秒，A错；牛顿(N)不是力学的基本单位，B错；帕斯卡是根据公式p＝eq \f(F,S)导出的单位，1 Pa＝1 N/m2＝1 kg/(m·s2)，焦耳是根据公式W＝Fx导出的单位，1 J＝1 N·m＝1 kg·m2/s2，两者都是国际单位制中的导出单位，C对；长度是物理量，而非单位，D错．
2．伽利略创造的把实验、假设和逻辑推理相结合的科学方法，有力地促进了人类科学认识的发展．利用如图1所示的装置做如下实验：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逐渐降低的材料时，小球沿右侧斜面上升到的最高位置依次为1、2、3.根据三次实验结果的对比，可以得到的最直接的结论是( )
图1
A．如果斜面光滑，小球将上升到与O点等高的位置
B．如果小球不受力，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．小球受到的力一定时，质量越大，它的加速度越小
答案 A
解析 根据题意，铺垫材料粗糙程度降低时，小球上升的最高位置逐渐升高，当斜面光滑时，小球在斜面上可以上升到与O点等高的位置，而B、C、D三个选项，从题目中不能直接得出，所以选项A正确．
3．(多选)关于力、运动状态及惯性的说法，正确的是( )
A．伽利略根据理想实验推出，如果没有摩擦，在水平面上的物体，一旦具有某一个速度，将保持这个速度继续运动下去
B．伽利略对牛顿第一定律的建立做出了贡献
C．一个运动的物体，如果不再受力了，它总会逐渐停下来，这说明，静止状态才是物体长时间不受力时的“自然状态”
D．牛顿认为力的真正效应是改变物体的速度
答案 ABD
解析 伽利略根据理想实验推出，如果没有摩擦，在水平面上运动的物体将以恒定的速度运动下去，选项A正确；伽利略对牛顿第一定律的建立做出了巨大的贡献，选项B正确；一个运动的物体，如果不再受力了，它将以原来的速度做匀速直线运动，选项C错误；力是改变物体运动状态的原因，选项D正确．
4．如图2所示，冰壶在冰面运动时受到的阻力很小，可以在较长时间内保持运动速度的大小和方向不变，我们可以说冰壶有较强的抵抗运动状态变化的“本领”．这里所指的“本领”是冰壶的惯性，则惯性的大小取决于( )
图2
A．冰壶的速度 B．冰壶的质量
C．冰壶受到的推力 D．冰壶受到的阻力
答案 B
解析 一个物体惯性的大小，与其运动状态、受力情况是没有任何关系的，衡量物体惯性大小的唯一因素是质量，故B正确．
5．下列关于惯性的说法正确的是( )
A．开车系安全带可防止由于人的惯性而造成的伤害
B．子弹飞出枪膛后，因惯性受到向前的力而继续飞行
C．飞机起飞时飞得越来越快，说明它的惯性越来越大
D．物体在粗糙水平面上比光滑水平面上难推动，说明物体在粗糙水平面上惯性大
答案 A
解析 若开车时不系安全带，刹车时由于惯性，人会继续向前运动，可能会对人造成伤害，A对；子弹离开枪口后向前飞行是由于它的惯性，但它并不受力，B错；物体的惯性只与它的质量有关，与物体的运动状态、受不受摩擦等因素无关，C、D错．
6．(2016·宿迁模拟)2016年里约奥运会，马龙获得乒乓球男子单打冠军，将世界乒乓球运动推向一个全新的高度．如图3所示，冠军马龙在回球时( )
图3
A．球拍对乒乓球的作用力大于乒乓球对球拍的作用力
B．球拍对乒乓球的作用力与乒乓球对球拍的作用力大小相等
C．球拍对乒乓球的作用力与乒乓球的重力是一对平衡力
D．球拍对乒乓球的作用力与乒乓球对球拍的作用力是一对平衡力
答案 B
解析 球拍对乒乓球的作用力和乒乓球对球拍的作用力是一对作用力和反作用力，大小相等，故A、D错误，B正确；球拍对乒乓球的作用力与乒乓球的重力方向不在同一直线上，不可能是一对平衡力，故C错误．
7．(2016·台州月考)手用力向下压住架在两本书之间的尺子，尺子发生了弹性形变．手对尺子的压力为F1，尺子对手的弹力为F2，下列说法中正确的是( )
A．F1大于F2
B．F1小于F2
C．F1和F2是一对平衡力
D．F1和F2是一对作用力和反作用力
答案 D
8．如图4所示，用细绳把小球悬挂起来，当小球静止时，下列说法中正确的是( )
图4
A．小球受到的重力和细绳对小球的拉力是一对作用力和反作用力
B．小球受到的重力和小球对细绳的拉力是一对作用力和反作用力
C．小球受到的重力和细绳对小球的拉力是一对平衡力
D．小球受到的重力和小球对细绳的拉力是一对平衡力
答案 C
解析 小球受到的重力与细绳对小球的拉力均作用在小球上，且等大反向，是一对平衡力，A、D错误，C正确；小球对细绳的拉力与细绳对小球的拉力才是一对作用力和反作用力，故B错误．
9．如图5所示，将两弹簧测力计a、b连接在一起，当用力缓慢拉a弹簧测力计时，发现不管拉力F多大，a、b两弹簧测力计的示数总是相等，这个实验说明( )
图5
A．这是两只完全相同的弹簧测力计
B．弹力的大小与弹簧的形变量成正比
C．作用力与反作用力大小相等
D．力是改变物体运动状态的原因
答案 C
解析 a、b两弹簧测力计的示数分别显示b弹簧的拉力和a弹簧的拉力，这是一对作用力与反作用力，它们的示数总是相等，说明作用力与反作用力大小相等，与弹簧测力计无关，故两只弹簧测力计不一定完全相同．故A错误，C正确；此实验不能说明弹力的大小与弹簧的形变量成正比．故B错误；此实验不能说明力是改变物体运动状态的原因．故D错误．
10．声音在空气中的传播速度v与空气的密度ρ、压强p有关．根据单位制，下列关于空气中声速的表达式(k为比例系数，无单位)正确的是( )
A．v＝eq \f(kp,ρ) B．v＝ eq \r(\f(kp,ρ))
C．v＝eq \r(\f(kρ,p)) D．v＝eq \r(kpρ)
答案 B
解析 压强p的单位：1 Pa＝eq \f(1 N,1 m2)＝eq \f(1 kg·m/s2,m2)＝1 kg/(m·s2)，密度ρ的单位：kg/m3，代入A选项得单位为m2/s2，显然不是速度的单位，选项A错误；代入B项得单位为m/s，选项B正确；代入C项得单位为s/m，也不是速度的单位，选项C错误；同理代入D项得单位为kg/(m2·s)，选项D错误．
11．如图6所示，用手提一轻弹簧，弹簧下端挂一金属球．在将整个装置匀加速上提的过程中，手突然停止不动，则在此后一小段时间内(不计空气阻力)( )
图6
A．小球立即停止运动
B．小球继续向上做减速运动
C．小球的速度与弹簧的形变量都要减小
D．小球的加速度减小
答案 D
解析 手突然停止不动，此后一小段时间内，弹力大于重力，合力向上，小球加速度方向与速度方向相同，因此小球做加速运动，随着形变量减小，由a＝eq \f(kx－mg,m)知，小球的加速度减小，选项D正确．
12．(多选)如图7所示，一木块在光滑水平面上受一恒力F作用，前方固定一足够长的弹簧，则当木块接触弹簧后( )
图7
A．木块立即做减速运动
B．木块在一段时间内速度仍可增大
C．当F等于弹簧弹力时，木块速度最大
D．弹簧压缩量最大时，木块加速度为0
答案 BC
解析 当木块接触弹簧后，水平方向受到向右的恒力F和弹簧水平向左的弹力作用．弹簧的弹力先小于恒力F，后大于恒力F，木块所受的合力方向先向右后向左，则木块先做加速运动，后做减速运动，当弹力大小等于恒力F时，木块的速度最大，加速度为0.当弹簧压缩量最大时，弹力大于恒力F，合力向左，加速度不为0，故B、C正确，A、D错误．
13．如图8所示，质量为60 kg的人站在水平地面上，用定滑轮装置将质量为m＝40 kg的重物送入井中．当重物以2 m/s2的加速度加速下落时，忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦，则人对地面的压力大小为(g取10 m/s2)( )
图8
A．200 N
B．280 N
C．320 N
D．920 N
答案 B
解析 根据牛顿第二定律有mg－FT＝ma，得绳子的拉力大小FT＝320 N，然后再对人进行受力分析，由物体的平衡知识得Mg＝FT＋FN，得FN＝280 N，根据牛顿第三定律可知人对地面的压力大小为280 N．B正确．
14．某实验小组在用拉力传感器探究作用力与反作用力关系的实验中，获得了如图9所示的图线．根据这个图线，你可以得出的结论是：__________________________________________.
图9
答案 作用力与反作用力大小相等，方向相反，同时产生，同时消失
解析 根据这个图线，可以得出的结论是：作用力与反作用力大小相等，方向相反，同时产生，同时消失．
15．如图10所示，轻质弹簧上端拴一质量为m的小球，平衡时弹簧的压缩量为x，在沿竖直方向上下振动的过程中，当小球运动到最低点时，弹簧的压缩量为2x，试求：
图10
(1)此时小球的加速度；
(2)此时弹簧对地面的压力．
答案 (1)g，方向竖直向上
(2)2mg，方向竖直向下
解析 (1)小球平衡时有：mg＝kx，
在最低点，取向上为正方向，有：2kx－mg＝ma，
解得：a＝g，方向竖直向上．
(2)由牛顿第三定律可知，弹簧对地面的压力大小等于其弹力大小，故FN＝2kx＝2mg，方向竖直向下．知识内容
必考要求
加试要求
说明
牛顿第一定律
c
1.不要求区别惯性质量与引力质量.
2.不要求分析非惯性系中物体的运动情况.
3.不介绍其他单位制.
牛顿第二定律
d
d
力学单位制
b
牛顿第三定律
c
c
实验4：探究作用力与反作用力的关系
√
对应名称
比较内容
作用力与反作用力
一对平衡力
相同点
大小相等、方向相反、作用在同一条直线上
不同点
作用在两个相互作用的物体上
作用在同一物体上
同时产生、同时消失
不一定同时产生、同时消失
两力作用效果不可抵消，不可叠加，不可求合力
两力作用效果可相互抵消，可叠加，可求合力，合力为零
一定是同性质的力
性质不一定相同