第1讲 牛顿三定律的理解（讲）（解析版）2022年高考一轮复习讲练测（新高考·江苏)(1)

这是一份第1讲 牛顿三定律的理解（讲）（解析版）2022年高考一轮复习讲练测（新高考·江苏)(1)，共15页。试卷主要包含了合力、加速度、速度的关系，8，cs53°=0等内容，欢迎下载使用。
命题分析：高考对本专题的考查以选择题为主。命题有通过运动图像提供信息，分析物体的实际运动；也有以生活中的常见现象为背景的计算题。
趋势分析：重点考查对牛顿运动定律的理解及灵活应用。试题联系生产、生活实际，涉及临界、极值并与图像相结合等的综合应用、对学生的理解能力、分析综合能力及应用数学方法解题的能力等要求较高。
物理观念：1.理解质量的含义，理解惯性的概念；2.理解和掌握牛顿运动定律；3.能从运动与相互作用的视角分析自然与生活中的有关简单问题。
科学思维：1.应用“理想实验”思想方法分析问题；2.运用牛顿运动定律分析、解决问题；
科学探究：通过实验探究加速度与力和质量的关系；
科学态度与责任：通过牛顿运动定律的应用，进一步认识物理学是对自然现象的描述与理解，激发学生学习物理的兴趣，形成正确的世界观、人生观和价值观。
一、牛顿第一定律 惯性
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，因此牛顿第一定律又叫惯性定律；
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．
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)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．
(3)普遍性：惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性，与物体的运动情况和受力情况无关．
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＝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：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．国际单位制中基本物理量共七个，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了力．
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′.
命题点1 牛顿第一定律的理解
1．理想化状态
牛顿第一定律描述的是物体不受外力时的状态，而物体不受外力的情形是不存在的．如果物体所受的合外力等于零，其运动效果跟不受外力作用时相同，物体保持静止状态或匀速直线运动状态．
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．揭示了力与物体运动状态的关系
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．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 （2021·江苏省丹阳高级中学高三月考）水平仪的主要测量装置是一个内部封有液体的玻璃管，液体中有一气泡，水平静止时，气泡位于玻璃管中央，如图所示。一辆在水平轨道上行驶的火车车厢内水平放置两个水平仪，一个沿车头方向，一个垂直于车头方向。某时刻，气泡位置如图2所示，则此时关于火车运动的说法可能正确的是（ ）
A．加速行驶，且向左转弯
B．加速行驶，且向右转弯
C．减速行驶，且向左转弯
D．减速行驶，且向右转弯
【答案】B
【解析】
物体由于惯性要保持原来的运动状态；物体质量越大，惯性越大，物体惯性越大，运动状态越难改变。当火车突然向右转弯时，水平仪内的液体由于惯性，要保持原来的运动状态，从而把气泡挤向右方，即气泡向右运动；当火车突然向前加速时，水平仪内的液体由于惯性，要保持原来的运动状态，从而把气泡挤向前方，即气泡向前运动，故加速行驶，且向右转弯。
故选B。
变式1（2020·江苏南京市·高三月考）伽利略对“运动和力的关系”和“自由落体运动”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1、图2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1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
B．图1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
C．图2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
D．图2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
【答案】D
【解析】
A. 完全没有摩擦阻力的斜面是实际不存在的，故实验不可能实际完成，故A错误；
B. 图2的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出物体的运动不需要力来维持，故B错误；
CD. 伽利略设想物体下落的速度与时间成正比，因为当时无法测量物体的瞬时速度，所以伽利略通过数学推导证明如果速度与时间成正比，那么位移与时间的平方成正比；由于当时用滴水法计算，无法记录自由落体的较短时间，伽利略设计了让铜球沿阻力很小的斜面滚下，来“冲淡”重力得作用效果，而小球在斜面上运动的加速度要比它竖直下落的加速度小得多，所用时间长的多，所以容易测量．伽利略做了上百次实验，并通过抽象思维在实验结果上做了合理外推．故C错误，D正确；
命题点2 牛顿第二定律的理解
1．对牛顿第二定律的理解
2．解题的思路和关键
(1)取研究对象进行受力分析；
(2)应用平行四边形定则或正交分解法求合力；
(3)根据F合＝ma求物体的加速度a.
3.合力、加速度、速度的关系
(1)物体的加速度由所受合力决定，与速度无必然联系。
(2)合力与速度夹角为锐角，物体加速；合力与速度夹角为钝角，物体减速。
(3)a＝eq \f(Δv,Δt)是加速度的定义式，a与v、Δv、Δt无直接关系；a＝eq \f(F,m)是加速度的决定式。
考法1 矢量性
例2（2021·江苏高三三模）滑索是一项体育游乐项目。游客从起点利用自然落差加速向下滑行，越过绳索的最低点减速滑至终点。不考虑空气对人的作用力，如图中能正确表示游客加速下滑或减速上滑的是（ ）
A．加速下滑B．加速下滑
C．减速上滑D．减速上滑
【答案】D
【解析】
AB．对A、B图中游客、滑轮受力分析，如图
游客加速下滑时，游客及滑轮加速下滑时，合力均应沿绳索向下，故AB错误；
CD．对C、D图中游客、滑轮受力分析，如图
游客减速上滑时，游客及滑轮合力均应沿绳索向下，故C错误，D正确；
故选D。
变式2如图所示，小车内有一质量为m的物块，一轻弹簧与小车和物块相连，处于压缩状态且在弹性限度内。弹簧的劲度系数为k，形变量为x，物块和车之间动摩擦因数为μ。设最大静摩擦力等于滑动摩擦力、运动过程中，物块和小车始终保持相对静止。下列说法正确的是（ ）
A．若 μmg大于kx，则车的加速度方向一定向右
B．若μmg小于kx，则车的加速度方向一定向左
C．若μmg小于kx，则车的加速度最小值为，且车只能向左加速运动
D．若μmg大于kx，则加速度最大值为，加速度的最小值为
【答案】B
【解析】
A．若μmg大于kx，则车的加速度方向可以向左也可以向右，A错误；
B．由牛顿第二定律
若μmg小于kx，则车的加速度方向一定向左，B正确；
C．若μmg小于kx，则车的加速度a最小值为
且方向向左，但可以减速向右，C错误；
D．若μmg大于kx，则加速度最大值为
加速度的最小值为0，D错误。
故选B。
考法2 瞬时性
例3（2021·高邮市临泽中学高三月考）如图甲、乙所示，细绳拴一个质量为m的小球，小球分别用固定在墙上的轻质铰链杆和轻质弹簧支撑，平衡时细绳与竖直方向的夹角均为53°，轻杆和轻弹簧均水平。已知重力加速度为g，sin53°=0.8，cs53°=0.6。下列结论正确的是（ ）
A．甲、乙两种情境中，小球静止时，细绳的拉力大小均为
B．甲图所示情境中，细绳烧断瞬间小球的加速度大小为
C．乙图所示情境中，细绳烧断瞬间小球的加速度大小为
D．甲、乙两种情境中，细绳烧断瞬间小球的加速度大小均为
【答案】C
【解析】
A．甲、乙两种情境中，小球静止时，轻杆对小球与轻弹簧对小球的作用力都是水平向右，如图所示
由平衡条件得细绳的拉力大小都为
故A错误；
BCD．甲图所示情境中，细绳烧断瞬间，小球即将做圆周运动，所以小球的加速度大小为
乙图所示情境中，细绳烧断瞬间弹簧的弹力不变，则小球所受的合力与烧断前细绳拉力的大小相等、方向相反，则此瞬间小球的加速度大小为
故C正确，BD错误。
故选C。
变式3（2020·江苏省镇江中学高三期中）如图所示，弹簧p和细绳q的上端固定在天花板上，下端用小钩钩住质量为m的小球C，弹簧、细绳和小钩的质量均忽略不计。静止时p、q与竖直方向的夹角均为。下列判断正确的有（ ）.
A．若p和球突然脱钩，则脱钩后瞬间球的加速度大小为
B．若p和球突然脱钩，则脱钩后瞬间q对球的拉力大小为mg
C．若q和球突然脱钩，则脱钩后瞬间球的加速度大小为
D．若q和球突然脱钩，则脱钩后瞬间p对球的拉力大小为
【答案】AD
【解析】
AB．由平衡条件可知，原来p、q对球的拉力大小均为mg，若p和球突然脱钩，球将开始沿圆弧运动，将球受的力沿法向和切线正交分解如图1所示
此时球速度为零，沿绳方向满足
垂直绳方向满足
解得，，A正确，B错误；
CD．若q和球突然脱钩，则脱钩后瞬间弹簧的形变量不变，故弹簧的弹力不变，p对球的拉力大小仍为mg，与重力mg的合力与原来平衡时q的拉力大小相等、方向相反，如图所示
由牛顿第二定律可得
mg=ma′
解得球的加速度
a′=g
C错误，D正确。
故选AD。
考法3 独立性
例4（2020·江苏高三专题练习）某种自动扶梯，无人乘行时运转很慢，当有人站上去后会先慢慢加速。如下图所示，有一顾客乘这种扶梯下楼。在电梯加速向下运行的过程中，她所受力的示意图是（ ）
A．B．C．D．
【答案】D
【解析】
电梯加速向下运行，根据可知人所受合外力与电梯运行方向相同，所以人在竖直方向重力大于支持力，合力竖直向下，在水平方向静摩擦力平行于接触面水平向右，则与合力才能与相同，ABC错误，D正确。
故选D。
变式4据报道，欧洲最大的直升机公司计划研制一款X3型高速直升机。该公司已完成X3型直升机原型机的首次试飞。设X3型直升机原型机的质量为m，某次试飞时，主旋翼提供大小为2mg向上的升力，每个向前螺旋推进器提供大小为mg、方向向前的推力。不考虑空气阻力的影响，下列说法正确的是( )
图
A.该直升机原型机可能处于平衡状态
B.该直升机原型机以加速度g做匀加速直线运动
C.空气对直升机原型机的作用力大小为2eq \r(2)mg
D.空气对直升机原型机的作用力大小为4mg
【答案】C
【解析】
直升机原型机的受力如图所示，所受合外力大小为eq \r(5)mg，方向斜向右上方，加速度大小为eq \r(5)g，故选项A、B均错误；空气对直升机原型机的作用力大小为eq \r(（2mg）2＋（2mg）2)＝2eq \r(2)mg，故选项C正确，D错误。本题也可以由水平方向的加速度ax＝2g和竖直方向的加速度ay＝g合成得到原型机的加速度a＝eq \r(aeq \\al( 2,x)＋aeq \\al( 2,y))＝eq \r(5)g。

命题点3 牛顿第三定律的理解与应用
1．相互作用力的特点
(1)三同eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(同大小,同时产生、变化、消失,同性质))
(2)三异eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(反向,异体，即作用力、反作用力作用在不同物体上,不同效果))
(3)二无关eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(与相互作用的两物体的运动状态无关,与是否和其他物体相互作用无关))
2．一对平衡力与作用力、反作用力的比较
3.思维妙用——转换研究对象
在对物体进行受力分析时，如果不便于分析物体受到的某些力，则可以通过分析其反作用力来解决问题。牛顿第三定律将起到非常重要的转换研究对象的作用，如求压力时，可先求支持力。
例5（2020·江苏徐州市·徐州一中）如图所示为杂技“顶竿”表演，一人站在地上，肩上扛一质量为M的竖直竹竿，竿上有一质量为m的人可以看成质点，当此人沿着竖直竿以加速度a加速下滑时，竿对地面上的人的压力大小为（ ）
A．（M+m）g+maB．（M+m）g-ma
C．（M+m）gD．（M-m）g
【答案】B
【解析】
对竹竿上的人由牛顿第二定律知
所以
由牛顿第三定律知竹竿上的人对竹竿的摩擦力竖直向下，对竹竿由平衡条件知
由牛顿第三定律知竹竿对底人的压力
故B正确ACD错误。
故选B。
变式5（2020·江苏扬州市·高三期中）如图所示，人沿水平方向拉牛（可视为质点），但没有拉动。下列说法正确的是（ ）
A．绳拉牛的力小于牛拉绳的力
B．绳拉牛的力与牛拉绳的力是一对作用力与反作用力
C．绳拉牛的力与地面对牛的摩擦力是一对平衡力
D．绳拉牛的力与地面对牛的摩擦力是作用力与反作用力
【答案】BC
【解析】
ABD．绳拉牛的力与牛拉绳的力是一对作用力与反作用力，总是等大反向，选项AD错误，B正确；
C．水平方向，绳拉牛的力与地面对牛的摩擦力是一对平衡力，选项C正确。
故选BC。
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