2021届高考物理考前复习大串讲-专题03 牛顿运动定律基础知识+查漏补缺 Word版含解析

【知识网络】

【知识清单】

一、理想实验法的魅力

（1）伽利略的理想斜面实验

  如图甲所示，让小球沿一个斜面从静止滚下，小球将滚上另一个斜面，如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度。

   如果第二个斜面倾斜角度减小，如图乙，小球在这个斜面上达到原来的高度就要通过更长的路程；继续减小第二个斜面的倾斜角度，如图丙，使它最终成为水平面，小球就再也达不到原来的高度，而沿水平面以恒定的速度持续运动下去。

（2）伽利略的思想方法

伽利略用“实验+科学推理”的方法推翻了亚里士多德的观点。

二、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，直到有外力迫使它改变这种状态为止.

2.对牛顿第一定律的理解

① 牛顿第一定律不是实验直接总结出来的,是牛顿以 伽利略的理想实验为基础,加之高度的抽象思维概括总结出来的.

②揭示了力和运动的关系: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，即牛顿第一定律确定了力的含义．

③牛顿第一定律不能看着牛顿第二定律的特殊情况,牛顿第一定律是定性描述物体运动规律的一种物理思想，而不是进行定量计算和求解的具体方法，是一条独立的基本规律.但牛顿第一定律为牛顿第二定律提供了建立的基础.

明确了惯性的概念:物体保持　匀速直线运动状态或静止状态的性质，揭示了物体所具有的一个重要属性——惯性．

三、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．

四、牛顿第二定律

1.内容：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比．加速度的方向与作用力方向相同．

2．表达式：F＝ma.

3．适用范围

(1)只适用于惯性参考系(相对地面静止或匀速直线运动的参考系)．

(2)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．

4．牛顿第二定律的“五”性

五、力学单位制

1.基本单位：所选定的基本物理量的单位.物理学中有七个物理量的单位被选定为基本单位，在力学中选长度、质量、和时间这三个物理量的单位为基本单位

2.导出单位：根据物理公式中其他物理量和基本物理量的关系推导出的物理量的单位.

3.单位制：基本单位和导出单位一起组成了单位制.

4.国际单位制（SI）中的七个基本物理量和相应的基本单位.

六、牛顿第三定律

1.内容：两物体之间的作用力与反作用力总是　大小相等　，方向相反　，而且　作用在同一条直线上．

2.特点：

作用力与反作用力的关系可总结为“三同、三异、三无关”

3.表达式：F＝－F′

【查漏补缺】

一、对牛顿第一定律及惯性的理解

1.牛顿第一定律不是实验直接总结出来的,是牛顿以 伽利略的理想实验为基础,加之高度的抽象思维概括总结出来的.

2.明确了惯性的概念

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，即物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质。

3.揭示了力的本质

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。

4.理想化状态

牛顿第一定律描述的是物体不受外力的状态，而物体不受外力的情形是不存在的。在实际情况中，如果物体所受的合外力等于零，与物体不受外力的表现是相同的。

5.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。

二、牛顿第三定律的理解与应用

1.作用力与反作用力的关系

2.一对相互作用力与平衡力的比较

三、牛顿第二定律的理解

四、对超重和失重的理解与应用

1.超重、失重和完全失重比较

2. 超重和失重产生的原因

超重和失重产生的原因是系统在竖直方向有了加速度。无论超重还是失重都是由竖直方向的加速度的方向决定的，与物体速度方向无关。

3. 对超重和失重现象的定量分析

① 超重

物体具有向上的加速度，根据牛顿第二定律有：F-mg=ma  可解得F=m(g+a)>mg

② 失重

物体具有向下的加速度，根据牛顿第二定律有： mg-F=ma  可解得F=m(g-a)<mg,当a=g时，F=0。此时为完全失重状态。

4.对超重和失重的进一步理解

(1)超重并不是重力增加了，失重并不是重力减小了，完全失重也不是重力完全消失了。在发生这些现象时，物体的重力依然存在，且不发生变化，只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)发生了变化(即“视重”发生变化)。

(2)只要物体有向上或向下的加速度，物体就处于超重或失重状态，与物体向上运动还是向下运动无关。

(3)尽管物体的加速度不是在竖直方向，但只要其加速度在竖直方向上有分量，物体就会处于超重或失重状态。

5. 判断超重、失重状态的方法

物体究竟处于超重状态还是失重状态，可用三个方法判断：

（1）从受力的角度判断，当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体处于超重状态；小于重力时处于失重状态，等于零时处于完全失重状态。

（2） 从加速度的角度判断，当物体具有向上的加速度

(包括斜向上)时处于超重状态，具有向下的加速度(包括斜向下)时处于失重状态，向下的加速度为g时处于完全失重状态。

（3） 从运动的角度判断，当物体加速上升或减速下降时，物体处于超重状态，当物体加速下降或减速上升时，物体处于失重状态。

【典例1】如图所示是某同学站在力传感器上，做下蹲——起立的动作时记录的力随时间变化的图线，纵坐标为力(单位为N)，横坐标为时间(单位为s)。由图可知，该同学的体重约为650 N，除此以外，还可以得到的信息有(　　)

A.该同学做了两次下蹲——起立的动作

B.该同学做了一次下蹲——起立的动作，且下蹲后约2 s起立

C.下蹲过程中人处于失重状态

D.下蹲过程中人先处于超重状态后处于失重状态

【答案】　B

【名师点睛】 

1. 发生超重或失重的现象与物体的速度方向无关，只取决于物体加速度的方向。

2. 发生超重和失重时，物体所受的重力并没有变化。

3. 在完全失重状态下，平常由重力产生的一切物理现象都会完全消失，比如物体对桌面无压力，单摆停止摆动，浸在水中的物体不受浮力等。靠重力才能使用的仪器，也不能再使用，如天平、液体气压计等。

整体法与隔离法在连接体与叠加体模型中的应用

整体法和隔离法是牛顿第二定律应用中极为普遍的方法.隔离法是根本，但有时较烦琐；整体法较简便，但无法求解系统内物体间相互作用力.所以只有两种方法配合使用，才能有效解题.故二者不可取其轻重.

连接体问题对在解题过程中选取研究对象很重要.有时以整体为研究对象，有时以单个物体为研究对象.整体作为研究对象可以将不知道的相互作用力去掉，单个物体作研究对象主要解决相互作用力.对于有共同加速度的连接体问题，一般先用整体法由牛顿第二定律求出加速度，再根据题目要求，将其中的某个物体进行隔离分析和求解．由整体法求解加速度时，F=ma，要注意质量m与研究对象对应．

一、

1．整体法的选取原则

若在已知与待求量中一涉及系统内部的相互作用时，可取整体为研究对象，分析整体受到的外力，应用牛顿第二定律列方程。当系统内物体的加速度相同时：；否则。

2．隔离法的选取原则

若在已知量或待求量中涉及到系统内物体之间的作用时，就需要把物体从系统中隔离出来，应用牛顿第二定律列方程求解．

3．整体法、隔离法的交替运用

若连接体内各物体具有相同的加速度，且要求物体之间的作用力时，可以先用整体法求出加速度，然后再用隔离法选取合适的研究对象，应用牛顿第二定律求作用力．即“先整体求加速度，后隔离求内力”．

二、运用隔离法解题的基本步骤

1.明确研究对象或过程、状态，选择隔离对象.

2.将研究对象从系统中隔离出来，或将研究的某状态、某过程从运动的全过程中隔离出来.

3.对隔离出的研究对象进行受力分析，注意只分析其它物体对研究对象的作用力.

4.寻找未知量与已知量之间的关系，选择适当的物理规律列方程求解.

【典例2】如图所示，一夹子夹住木块，在力F作用下向上提升．夹子和木块的质量分别为m、M，夹子与木块两侧间的最大静摩擦力均为Fm.若木块不滑动，力F的最大值是(　　)

A.

B.

C. －(m＋M)g

D. ＋(m＋M)g

【答案】 A

【解析】方法一：整体法、隔离法的交替运用　由题意知当M恰好不能脱离夹子时，M受到的摩擦力最大，F取最大值，设此时提升加速度为a，由牛顿第二定律得，

对M有：2Fm－Mg＝Ma①

对整体M、m有：F－(M＋m)g＝(M＋m)a②

联立①②两式解得F＝，选项A正确．

【典例3】如图所示，质量为M的框架放在水平地面上，一轻质弹簧上端固定在框架上，下端固定一个质量为m的小球.小球上下振动时，框架始终没有跳起.当框架对地面压力为零的瞬间，小球的加速度大小为    （   ）

A.g          B．         C．0       D．

【答案】D

牛顿第二定律的瞬时性问题

加速度与合外力具有瞬时对应关系，二者总是同时产生、同时变化、同时消失。加速度是由合外力决定的，并且具有瞬时对应性．确定瞬时加速度的关键是正确确定该瞬时作用力，尤其是对瞬时前后的受力情况、瞬时后的运动状态进行正确的分析．还应该注意下列物理模型的建立.

1.轻质

轻质不仅意味着质量为0，还意味着①重力为零任何状态下的所受的合力为0任何状态下的动能、重力势能为0。

2.轻绳或轻线：

①轻：同一根绳(或线)的两端及其中间各点的张力大小相等.

②软：即绳(或线)只能承受拉力，不能承受压力(因绳能变曲).

③不可伸长：即无论绳所受拉力多大，绳子的长度不变，绳子中的张力可以突变.

3.轻弹簧和橡皮绳：

①同一弹簧的两端及其中间各点的弹力大小相等．

②弹簧既能承受拉力，也能承受压力(沿着弹簧的轴线)，橡皮绳只能承受拉力，不能承受压力.

③由于弹簧和橡皮绳受力时，要发生形变需要一段时间，所以弹簧和橡皮绳中的弹力不能突变．但是，当弹簧或橡皮绳被剪断时，它们所受的弹力立即消失.

4.轻杆

①轻杆的弹力不一定沿着杆，具体方向与物体的运动状态、杆与物体的连接方式有关

②杆既可以对物体产生拉力，也可以对物体产生推力

③满足下列条件时杆的弹力一定沿着杆:

轻杆

B.轻杆的一端由转轴或绞链固定

C.除转轴或绞链对杆的作用力外,其它作用力作用于杆上同一点.

刚性杆的弹力可以发生突变

5.接触面

①接触面的弹力一定垂直于接触面,与物体的运动状态无关

②接触面只能对物体产生推力,不能对物体产生拉力

③刚性接触面间的弹力可以发生突变

接触面间还可以存在摩擦力

【典例4】 如图所示，将两相同的木块a、b置于粗糙的水平地面上，中间用一轻弹簧连接，两侧用细绳固定于墙壁。开始时a、b均静止。弹簧处于伸长状态，两细绳均有拉力，a所受摩擦力Ffa≠0，b所受摩擦力Ffb=0，现将右侧细绳剪断，则剪断瞬间   （   ）

A .Ffa大小不变           B. Ffa方向改变

C . Ffb仍然为零          D, Ffb方向向右

【答案】AD

牛顿第二定律应用的临界极值问题

临界与极值问题是中学物理中的常见题型，结合牛顿运动定律求解的也很多，临界是一个特殊的转换状态，是物理过程发生变化的转折点，在这个转折点上，系统的某些物理量达到极值.临界点的两侧，物体的受力情况、变化规律、运动状态一般要发生改变.

一、临界或极值条件的标志

(1)有些题目中有“刚好”、“恰好”、“正好”等字眼，表明题述的过程存在临界点。

(2)若题目中有“取值范围”、“多长时间”、“多大距离”等词语，表明题述的过程存在“起止点”，而这些起止点往往就对应临界状态。

(3)若题目中有“最大”、“最小”、“至多”、“至少”等字眼，表明题述的过程存在极值，这个极值点往往是临界点。

(4)若题目要求“最终加速度”、“稳定速度”等，即是求收尾加速度或收尾速度。

二、绳、轻杆、接触面形成的临界与极值情况

1.轻绳形成的临界与极值

由轻绳形成的临界状态通常有两种,一种是轻绳松弛与绷紧之间的临界状态,其力学特征是绳仍绷直但绳中张力为零;另一种是轻绳断裂之前的临界状态,其力学特征是绳中张力达到能够承受的最大值.

2.轻杆形成的临界与极值

与由轻绳形成的临界状态类似,一种杆对物体产生拉力与推力之间的临界状态,力学特征是该状态下杆对物体的作用力为零;另一种是轻杆能承受的最大拉力或最大压力所形成的临界状态.

3.接触面形成的临界与极值

由接触面形成的临界状态相对较多:

①接触面间分离形成的临界,力学特征是接触面间弹力为零

②接触面间滑动形成的临界.力学特征是接触面间静摩擦力达到最大值

③接触面间翻转、滚动形成的状态，力学特征是接触面间弹力的等效作用点与瞬时转轴重合．或说是接触面间弹力的作用线通过瞬时转轴．

三、处理临界问题的三种方法

四、解决临界问题的基本思路

(1)认真审题，详尽分析问题中变化的过程(包括分析整体过程中有几个阶段)；

(2)寻找过程中变化的物理量；

(3)探索物理量的变化规律；

(4)确定临界状态，分析临界条件，找出临界关系。

挖掘临界条件是解题的关键。如例5中第(2)的求解关键是：假设球刚好不受箱子的作用力，求出此时加速度a。

【典例5】如图所示，在水平向右运动的小车上，有一倾角为α的光滑斜面，质量为m的小球被平行于斜面的细绳系住并静止在斜面上，当小车加速度发生变化时，为使球相对于车仍保持静止，小车加速度的允许范围为多大？

【答案】a向左时，a≤gtanα；a向右时，a≤gcotα

∴amax= gcotα则小球（即小车）的加速度范围为0＜a＜gcotα。

【名师点睛】

解决临界问题，关键在于找到物体处于临界状态时的受力情况和运动情况，看临界状态时哪个力会为零，物体的加速度方向如何，然后应用牛顿第二定律求解.

【典例6】如图，在光滑水平面上有一质量为m1的足够长的木板， 其上叠放一质量为m2的木块。假定木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等。现给木块施加一随时间t增大的水平力F=kt（k是常数），木板和木块加速度的大小分别为a1和a2，下列反映a1和a2变化的图线中正确的是

诱导启思：临界状态前后两物体受力有何变化？临界状态前后两物体受力有何特点？

【答案】A

【名师点睛】

变力作用的运动系统，不仅需考虑整体或局部在某时刻的受力，而且需考虑运动与受力的相互影响。

【高考预测补缺训练】

1. 如图，小球套在光滑的竖直杆上，轻弹簧一端固定于O点，另一端与小球相连．现将小球从M点由静止释放，它在下降的过程中经过了N点．已知在M、N两点处，弹簧对小球的弹力大小相等，且∠ONM<∠OMN<.在小球从M点运动到N点的过程中(　　)

A．弹力对小球先做正功后做负功

B．有两个时刻小球的加速度等于重力加速度

C．弹簧长度最短时，弹力对小球做功的功率为零

D．小球到达N点时的动能等于其在M、N两点的重力势能差

【答案】：BCD

【解析】小球在M点时弹簧处于压缩状态，在N点时弹簧处于伸长状态，则在由M到N过程中有一点弹簧处于原长状态，设该点为B点，另设小球在A点时对应的弹簧最短，如图所示．

2.避险车道是避免恶性交通事故的重要设施，由制动坡床和防撞设施等组成，如图

竖直平面内，制动坡床视为与水平面夹角为θ的斜面．一辆长12 m的载有货物的货车因刹车失灵从干道驶入制动坡床，当车速为23 m/s时，车尾位于制动坡床的底端，货物开始在车厢内向车头滑动，当货物在车厢内滑动了4 m时，车头距制动坡床顶端38 m，再过一段时间，货车停止．已知货车质量是货物质量的4倍，货物与车厢间的动摩擦因数为0.4；货车在制动坡床上运动受到的坡床阻力大小为货车和货物总重的0.44倍．货物与货车分别视为小滑块和平板，取cos θ＝1，sin θ＝0.1，g＝10 m/s2.求：

(1)货物在车厢内滑动时加速度的大小和方向；

(2)制动坡床的长度．

【答案】（1）5 m/s2   方向沿制动坡床向下   （2）98 m

【解析】 (1)设货物的质量为m，货物在车厢内滑动过程中，货物与车厢间的动摩擦因数μ＝0.4，受摩擦力大小为f，加速度大小为a1，则

f＋mgsin θ＝ma1

f＝μmgcos θ

联立以上二式并代入数据得a1＝5 m/s2

a1的方向沿制动坡床向下．

3. 如图所示，猴子的质量为m，开始时停在用绳悬吊的质量为M的木杆下端，当绳子断开瞬时，猴子沿木杠以加速度a（相对地面）向上爬行，则此时木杆相对地面的加速度为（   ）

A．g                B．          C．      D．

【答案】C

【解析】设杆对猴子竖直向上的作用力为F1，由牛顿第二定律得F1-mg=ma，得F1=mg+ma，由牛顿第三定律得猴子对杆向下的作用力大小F2=F1= mg+ma，再以杆为研究对象，设杆向下的加速度为a0由牛顿第二定律得F2+Mg=Ma0，得a0=

4.如图，m和M保持相对静止，一起沿倾角为θ的光滑斜面下滑，则M和m间的摩擦力大小是多少？

【答案】mgsinθ·cosθ

解得a=gsinθ   ①

沿斜面向下.因为要求m和M间的相互作用力，再以m为研究对象，受力如图所示

将加速度a沿水平方向和竖直方向分解，根据牛顿第二定律列方程

f=macosθ     ②

由①②解得f = mgsinθ·cosθ

方向沿水平方向，m受向左的摩擦力，M受向右的摩擦力.