(全国版)高考物理一轮复习课时练习必修1 第三章 第1讲 (含解析)

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知识排查
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。
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：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。
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、作用在同一条直线上。
3．表达式：F＝－F′。
小题速练
1．思考判断
(1)牛顿第一定律指出，当物体受到的合外力为零时，物体将处于静止状态。( )
(2)飞跑的运动员，由于遇到障碍物而被绊倒，这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态。( )
(3)作用力与反作用力可以作用在同一物体上。( )
(4)定律中的“总是”说明对于任何物体，在任何情况下牛顿第三定律都是成立的。( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)√
2．(多选) [人教版必修1·P70·科学漫步]小华坐在一列正在行驶的火车车厢里，突然看到原来静止在水平桌面上的小球向后滚动，假设桌面是光滑的，则下列说法正确的是( )
图1
A．小球在水平方向受到了向后的力使它向后运动
B．小球所受的合力为零，以地面为参考系，小球的运动状态并没有改变
C．火车一定是在向前加速
D．以火车为参考系，此时牛顿第一定律已经不能适用
答案 BCD
3．(多选)在研究匀变速直线运动的实验中，取计数时间间隔为0.1 s，测得相邻相等时间间隔的位移差的平均值Δx＝1.2 cm，若还测出小车的质量为500 g，则关于加速度、合外力的大小及单位，既正确又符合一般运算要求的是( )
A．a＝eq \f(1.2,0.12) m/s2＝120 m/s2
B．a＝eq \f(1.2×10－2,0.12) m/s2＝1.2 m/s2
C．F＝500×1.2 N＝600 N
D．F＝0.5×1.2 N＝0.60 N
答案 BD
4．(多选)[人教版必修1·P82·做一做]用计算机辅助实验系统做验证牛顿第三定律的实验，点击实验菜单中“力的相互作用”。如图2甲所示，把两个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(图乙)。分析两个力传感器的相互作用力随时间变化的曲线，以下结论正确的是( )
图2
A．作用力与反作用力大小时刻相等
B．作用力与反作用力作用在同一物体上
C．作用力与反作用力大小同时变化
D．作用力与反作用力方向相反
答案 ACD
牛顿第一定律的理解和应用
1．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。
2．惯性的两种表现形式
(1)物体的惯性总是以保持“原状”或反抗“改变”两种形式表现出来。
(2)物体在不受外力或所受的合外力为零时，惯性表现为使物体保持原来的运动状态不变(静止或匀速直线运动)。
1．(2019·浙江舟山模拟)关于牛顿第一定律，下列说法中正确的是( )
A．它表明了力是维持物体运动状态的原因
B．它表明了物体具有保持原有运动状态的性质
C．它表明了改变物体的运动状态并不需要力
D．由于现实世界不存在牛顿第一定律所描述的物理过程，所以牛顿第一定律没有用处
解析 牛顿第一定律揭示运动和力的关系，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，故B正确。
答案 B
2．如图3所示，木块放在表面光滑的小车上并随小车一起沿桌面向左做匀速直线运动。当小车遇到障碍物而突然停止运动时，车上的木块将 ( )
图3
A．立即停下来 B．立即向前倒下
C．立即向后倒下 D．仍继续向左做匀速直线运动
解析 车停止前，木块和小车一起做匀速直线运动，并且木块和小车具有共同的速度，当小车突然停止时，由于木块在光滑的接触面上，因此木块由于惯性，还要保持原来的速度向左做匀速直线运动，故D正确。
答案 D
3．牛顿第一定律是建立在理想斜面实验基础上，经抽象分析推理得出的结论，它不是实验定律。利用如图4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，并沿水平面滑动。水平面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐减小的材料时，小球沿水平面滑动到的最远位置依次为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4
A．如果小球不受力，它将一直保持匀速直线运动或静止状态
B．如果小球受到力的作用，它的运动状态将发生改变
C．如果水平面光滑，小球将沿着水平面一直运动下去
D．小球受到的力一定时，质量越大，它的加速度越小
解析 由题意，水平面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐减小的材料时，小球沿水平面滑动到的最远位置依次为1、2、3。可知摩擦力越小，则小球滚得越远，由此得出的结论是如果水平面光滑，小球受到的合外力为0，则小球将沿着水平面一直运动下去，故选项C符合题意。其他结论不是本实验直接得出的。
答案 C
牛顿第二定律的理解
1．牛顿第二定律的性质
2．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无直接关系；a＝eq \f(F,m)是加速度的决定式。
【例1】 据国外媒体报道，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。不考虑空气的阻力影响，下列说法正确的是( )
图5
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为2eq \r(2)mg
D．空气对直升机原型机的作用力为4mg
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。
答案 C
1．关于速度、加速度和合外力之间的关系，下述说法正确的是( )
A．做匀变速直线运动的物体，它所受合外力是恒定不变的
B．做匀变速直线运动的物体，它的速度、加速度、合外力三者总是在同一方向上
C．物体受到的合外力增大时，物体的运动速度一定加快
D．物体所受合外力为零时，一定处于静止状态
解析 做匀变速直线运动的物体，加速度恒定不变，由牛顿第二定律知：它所受合外力是恒定不变的，故A正确；由牛顿第二定律可知加速度与合外力方向相同，与速度不一定在同一方向上，故B错误；物体受到的合外力增大时，加速度一定增大，物体的运动速度变化一定加快，而速度不一定加快，故C错误；物体所受合外力为零时，物体的加速度一定等于零，速度不一定为零，故D错误。
答案 A
2．如图6，顶端固定着小球的直杆固定在小车上，当小车向右做匀加速运动时，球所受合外力的方向沿图中的( )
图6
A．OA方向 B．OB方向
C．OC方向 D．OD方向
解析 据题意可知，小车向右做匀加速直线运动，由于球固定在杆上，而杆固定在小车上，则三者属于同一整体，根据整体法和隔离法的关系分析可知，球和小车的加速度相同，所以球的加速度也应该向右，故选项D正确。
答案 D
3．(多选)某物体在光滑的水平面上受到两个恒定的水平共点力的作用，以10 m/s2的加速度做匀加速直线运动，其中F1与加速度的方向的夹角为37°，某时刻撤去F1，此后该物体( )
A．加速度可能为5 m/s2
B．速度的变化率可能为6 m/s2
C．1 s内速度变化大小可能为20 m/s
D．加速度大小一定不为10 m/s2
解析 设物体的质量为m，根据牛顿第二定律F合＝ma＝10m，F1与加速度方向的夹角为37°，根据几何知识可知，F2有最小值，最小值为F2m＝F合sin 37°＝6m。所以当F1撤消后，合力的最小值为Fmin＝6m，此时合力的取值范围为6m≤F合，所以最小的加速度为amin＝eq \f(Fmin,m)＝6 m/s2，故A、D错误；速度变化率eq \f(Δv,Δt)＝a，可能为6 m/s2，故B正确；由Δv＝at知，1 s内速度变化大小可能为20 m/s，故C正确。
答案 BC
牛顿第三定律的理解与应用
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
【例2】 (多选) (2019·陕西咸阳模拟)消防员用绳子将一不慎落入井中的儿童从井内加速向上提的过程中，不计绳子的重力，以下说法正确的是( )
图7
A．绳子对儿童的拉力大于儿童对绳子的拉力
B．绳子对儿童的拉力大于儿童的重力
C．消防员对绳子的拉力与绳子对消防员的拉力是一对作用力与反作用力
D．消防员对绳子的拉力与绳子对儿童的拉力是一对平衡力
解析 绳子对儿童的拉力和儿童对绳子的拉力是作用力和反作用力，大小相等，方向相反，故A错误；儿童从井内加速向上运动的过程中，加速度方向向上，根据牛顿第二定律知绳子对儿童的拉力大于儿童的重力，故B正确；消防员对绳子的拉力与绳子对消防员的拉力是一对作用力与反作用力，故C正确；消防员对绳子的拉力与绳子对儿童的拉力作用在不同物体上，不是一对平衡力，故D错误。
答案 BC
判断作用力和反作用力的方法
一看受力物体。作用力和反作用力应作用在两个相互作用的物体上。
二看产生的原因。 作用力和反作用力是由于相互作用而产生的，一定是同种性质的力。
1．(多选)搭载着“嫦娥三号”的“长征三号乙”运载火箭在西昌卫星发射中心发射升空，下面关于卫星与火箭升空的情形叙述正确的是( )
图8
A．火箭尾部向下喷气，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．卫星进入运行轨道之后，与地球之间仍然存在一对作用力与反作用力
解析 火箭升空时，其尾部向下喷气，火箭箭体与被喷出的气体是一对相互作用的物体。火箭向下喷气时，喷出的气体对火箭产生向上的反作用力，即为火箭上升的推动力。此动力并不是由周围的空气对火箭的反作用力提供的，因而与是否飞出大气层、是否存在空气无关，选项B、C错误，A正确；火箭运载卫星进入轨道之后，卫星与地球之间依然存在相互吸引力，即地球吸引卫星，卫星吸引地球，这就是一对作用力与反作用力，故选项D正确。
答案 AD
2．如图9所示，物体A和B的重力分别为11 N和7 N，不计弹簧秤、细线的重力和一切摩擦，则下列说法正确的是( )
图9
A．弹簧秤的读数为14 N，A对地面的压力为11 N
B．弹簧秤的读数为18 N，A对地面的压力为0
C．弹簧秤的读数为7 N，A对地面的压力为4 N
D．弹簧秤的读数为0，A对地面的压力为11 N
解析 物体B保持静止，说明B物体受到的合外力为零，即绳上拉力为7 N，此刻弹簧秤静止，因此弹簧秤的读数为7 N，说明弹簧秤对A拉力为7 N，地面对A物体应有4 N 的支持力，根据牛顿第三定律可知A对地面的压力为4 N，所以C正确。
答案 C
课时作业
(时间：30分钟)
基础巩固练
1．(多选)下列哪些物理量的单位是导出单位( )
A．力的单位N B．压强的单位Pa
C．长度的单位m D．加速度的单位m/s2
答案 ABD
2．“严禁超载，严禁超速，严禁疲劳驾驶”是预防车祸的有效办法。下列说法正确的是( )
A．汽车超速会增大汽车的惯性
B．汽车超载会减小汽车的刹车距离
C．疲劳驾驶会缩短司机的反应时间
D．汽车超载会增大汽车的惯性
答案 D
3．冰壶在冰面上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，惯性的大小取决于( )
图1
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
4．(2019·福建三明清流一中质检)如图2所示，人沿水平方向拉牛，但没有拉动。下列说法中正确的是( )
图2
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平衡力
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相互作用力
解析 绳拉牛的力和牛拉绳的力是作用力与反作用力，大小相等、方向相反，故A、B错误；由于没有拉动牛，可知绳拉牛的力与地面对牛的摩擦力是一对平衡力，故C正确，D错误。
答案 C
5．某人用绳子将一桶水从井内向上提的过程中，不计绳子的重力，以下说法正确的是( )
图3
A．只有在桶匀速上升过程中，绳子对桶的拉力才等于桶对绳子的拉力
B．桶加速上升的过程中，绳子对桶的拉力大于桶对绳子的拉力
C．桶加速上升的过程中，绳子对桶的拉力等于桶对绳子的拉力
D．桶减速向上运动的过程中，绳子对桶的拉力小于桶对绳子的拉力
答案 C
6．(2017·上海单科)一碗水置于火车车厢内的水平桌面上。当火车向右做匀减速运动时，水面形状接近于图( )
解析 当火车向右做匀减速运动时，碗内的水由于惯性，保持原来较大的速度向右运动，则只有图A所示的情形符合要求，故选项A正确。
答案 A
7．沼泽地的下面蕴藏着丰富的泥炭，泥炭是沼泽地积累的植物残体，它的纤维状和海绵状的物理结构导致人在其上面行走时容易下陷(设在下陷过程中，泥炭对人的阻力不计)。如果整个下陷的过程是先加速再减速最后匀速运动，那么，下列说法中正确的是 ( )
A．在加速向下运动时，人对沼泽地的压力大于人的重力
B．在减速向下运动时，人对沼泽地的压力小于人的重力
C．在整个运动过程中，人对沼泽地的压力是先大于后等于沼泽地对人的支持力
D．在整个运动过程中，人对沼泽地的压力大小总是等于沼泽地对人的支持力大小
答案 D
8．(多选)如图4所示，猎人非法猎猴，用两根轻绳将猴子悬于空中，猴子处于静止状态。以下相关说法正确的是( )
图4
A．猴子受到三个力的作用
B．绳拉猴子的力和猴子拉绳的力相互平衡
C．地球对猴子的引力与猴子对地球的引力是一对作用力和反作用力
D．人将绳子拉得越紧，猴子受到的合力越大
解析 猴子受重力和两个拉力的作用，所以选项A正确；绳子拉猴子的力与猴子拉绳的力是一对作用力与反作用用，选项B错误，地球对猴子的引力与猴子对地球的引力是一对作用力和反作用力，选项C正确，猴子处于平衡状态，合力总为零，选项D错误。
答案 AC
9．不同类型的汽车在同一条水平公路上直线行驶，则下列说法正确的是( )
A．车速越大的汽车，它的惯性越大
B．质量越大的汽车，它的惯性越大
C．车速越大的汽车，紧急刹车后滑行的路程越短
D．质量越大的汽车，紧急刹车后滑行的路程越长
解析 质量是惯性大小的唯一量度，质量越大，惯性越大，选项B正确，A错误；紧急刹车后，汽车做匀减速直线运动，此时v2＝2μgs，由此可知速度越大的汽车，滑行的路程越长，与汽车的质量无关，选项C、D错误。
答案 B
10．(多选)木箱重G1，人重G2，人站在木箱里用力F向上推木箱，如图5所示，则有( )
图5
A．人对木箱底的压力大小为G2＋F
B．人对木箱底的压力大小为G2
C．木箱对地面的压力大小为G2＋G1－F
D．木箱对地面的压力大小为G1＋G2
解析 对人隔离受力分析有：竖直向下的重力G2、向下的作用力F、向上的支持力FN，可得FN＝G2＋F，根据牛顿第三定律，人对木箱底的压力大小为G2＋F，A项正确，B项错误；将人与木箱看成一个整体，可得木箱对地面的压力大小为G1＋G2，C项错误，D项正确。
答案 AD
11．如图6所示，物体A、B叠放在水平粗糙桌面上，用水平力F拉物体B，使A随B一起向右做匀加速直线运动，则与物体B发生作用与反作用的力有( )
图6
A．三对 B．四对 C．五对 D．六对
答案 D
综合提能练
12．如图7所示，水平地面上质量为m的物体，与地面的动摩擦因数为μ，在劲度系数为k的轻弹簧作用下沿地面做匀速直线运动。弹簧没有超出弹性限度，重力加速度为g，则( )
图7
A．弹簧的伸长量为eq \f(mg,k)
B．弹簧的伸长量为eq \f(μmg,k)
C．物体受到的支持力与对地面的压力是一对平衡力
D．弹簧的弹力与物体所受摩擦力是一对作用力与反作用力
解析 物体在水平方向上受弹簧弹力和摩擦力处于平衡状态，由平衡条件得μmg＝kx，则弹簧的伸长量x＝eq \f(μmg,k)，故选项A错误，B正确；物体受到的支持力和对地面的压力是一对作用力和反作用力，故选项C错误；弹簧的弹力与物体所受的摩擦力是一对平衡力，故选项D错误。
答案 B
13．为了节省能量，某商场安装了如图8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，先以加速度a匀加速运转，再以速度v匀速运转。一质量为m的顾客乘扶梯上楼，恰好经历了这两个过程，那么下列说法中正确的是(重力加速度为g)( )
图8
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mg
C．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上，再竖直向下
答案 C
14．如图9所示为英国人阿特伍德设计的装置，不考虑绳与滑轮的质量，不计轴承、绳与滑轮间的摩擦。初始时两人均站在水平地面上，当位于左侧的甲用力向上攀爬时，位于右侧的乙始终用力抓住绳子，最终至少一人能到达滑轮。下列说法正确的是( )
图9
A．若甲的质量较大，则乙先到达滑轮
B．若甲的质量较大，则甲、乙同时到达滑轮
C．若甲、乙质量相同，则乙先到达滑轮
D．若甲、乙质量相同，则甲先到达滑轮
解析 由于滑轮光滑，甲拉绳子的力等于绳子拉乙的力，若甲的质量大，则由甲拉绳子的力等于乙受到的绳子拉力，得甲攀爬时乙的加速度大于甲，所以乙会先到达滑轮，选项A正确，B错误；若甲、乙的质量相同，甲用力向上攀爬时，甲拉绳子的力等于绳子拉乙的力，甲、乙具有相同的加速度和速度，所以甲、乙应同时到达滑轮，选项C、D错误。
答案 A
15．如图10所示，一截面为椭圆形的容器内壁光滑，其质量为M，置于光滑水平面上，内有一质量为m的小球。当容器在一个水平向右的力F作用下向右匀加速运动时，小球处于图示位置，重力加速度为g，此时小球对椭圆面的压力大小为( )
图10
A．meq \r(g2－（\f(F,M＋m)）2) B．meq \r(g2＋（\f(F,M＋m)）2)
C.eq \r(（mg）2－F2) D.eq \r(（mg）2＋F2)
解析 对整体分析，由牛顿第二定律得，加速度a＝eq \f(F,m＋M)；对小球，有FN＝eq \r(（mg）2＋（ma）2)＝meq \r(g2＋（\f(F,M＋m)）2)，由牛顿第三定律可知，小球对椭圆的压力大小FN′＝FN＝meq \r(g2＋（\f(F,M＋m)）2)，选项B正确。
答案 B
考点内容
要求
高考(全国卷)三年命题情况对照分析
2016
2017
2018
命题分析
牛顿运动定律及其应用
Ⅱ
卷Ⅰ·T18：牛顿第二定律的理解和应用
卷Ⅲ·T22：验证牛顿第二定律拓展实验
卷Ⅲ·T25：滑块—木板模型(两个滑块)
卷Ⅰ·T15：F－x图象、牛顿第二定律的应用
高考命题既有选择题，又有计算题，命题热点是牛顿第二定律及应用，选择题多与图象结合，计算题多与运动学规律结合，试题难度中等。
超重和失重
Ⅰ
单位制
Ⅰ
实验四：验证牛顿运动定律
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