高中物理高考 专题05 牛顿运动定律基础（讲义）-【教育机构专用】高三物理寒假讲义

这是一份高中物理高考 专题05 牛顿运动定律基础（讲义）-【教育机构专用】高三物理寒假讲义，共15页。试卷主要包含了牛顿第一定律，惯性，牛顿第二定律，单位制，牛顿第三定律，超重和失重等内容，欢迎下载使用。
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)成立条件：物体不受外力作用．
(3)意义
①指出了一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又叫惯性定律．
②指出力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因，即产生加速度的原因．
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)性质：惯性是一切物体都具有的性质，是物体的固有属性，与物体的运动情况和受力情况无关．
(3)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．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．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．力学中的基本量有三个，它们分别是质量、长度和时间，它们的国际单位分别是kg、m和s.
(3)导出单位
由基本单位根据物理关系推导出来的其他物理量的单位．
5．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′.
6．超重和失重
(1)超重
①定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象．
②产生条件：物体具有向上的加速度．
(2)失重
①定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象．
②产生条件：物体具有向下的加速度．
(3)完全失重
①定义：物体对支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)等于零的现象称为完全失重现象．
②产生条件：物体的加速度a＝g，方向竖直向下．
(4)实重和视重
①实重：物体实际所受的重力，它与物体的运动状态无关．
②视重：当物体在竖直方向上有加速度时，物体对弹簧测力计的拉力或对台秤的压力将大于物体的重力．此时弹簧测力计的示数或台秤的示数即为视重．
对知识的理解
（一）对牛顿第一定律的理解
1．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．
2．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的原因．
3．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)．
4．与牛顿第二定律的对比
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．
（二）对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．
（三）对牛顿第三定律的理解
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.牛顿第三定律在受力分析中的应用
由于作用力与反作用力的关系，当待求的某个力不容易求时，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．
（四）超重和失重的理解及判断方法
1．不论超重、失重或完全失重，物体的重力都不变，只是“视重”改变．
2．物体是否处于超重或失重状态，不在于物体向上运动还是向下运动，而在于物体具有向上的加速度还是向下的加速度，这也是判断物体超重或失重的根本所在．
3．当物体处于完全失重状态时，重力只有使物体产生a＝g的加速度效果，不再有其他效果．此时，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如单摆停摆、天平失效、液体不再产生压强和浮力等．
．
三、重点题型分类例析
题型1：牛顿第一定律
【例题1】关于牛顿第一定律的下列说法中，正确的是（ ）
A．牛顿第一定律是以伽利略的理想实验为基础的，因此可用实验来直接验证
B．牛顿第一定律中提出的物体不受外力作用的条件是不可能达到的，所以这条定律可能是错误的
C．牛顿第一定律表明，物体只有在静止或做匀速直线运动时才具有惯性
D．牛顿第一定律是在大量实验事实的基础上，通过进一步推理而概括总结出来的
题型2：惯性
【例题2】关于惯性，以下说法中正确的是（ ）
A．水平拉动静止木块比水平拉着木块匀速运动所需的力大，所以静止物体惯性较大
B．同一木块速度大时不易停下，所以速度较大的物体惯性也比较大
C．木块在粗糙桌面上运动时较容易停下，所以物体受到的摩擦力越大惯性就越小
D．物体惯性的大小与是否受外力作用或外力大小均无关
题型3：牛顿第二定律内容
【例题3】甲、乙两个物体均做匀变速直线运动，其中甲的加速度a1=2m／s2，乙的加速度a2=-5m／s2．下列说法正确的是
A．甲一定做加速运动，乙一定做减速运动
B．甲的运动方向与乙的运动方向一定相反
C．甲的速度变化一定比乙的速度变化慢
D．甲所受的合外力一定比乙所受的合外力小
题型4：牛顿第二定律的简单应用
【例题4】（2020·河南高三月考）很多探险者采用乘坐热气球的方式完成探险任务。某探险小组返回到目的地上空后，乘坐的热气球正在以速度匀速下降，设热气球、探险小组成员和压舱物的总质量为M，为使探险者能够安全回到地面（到地面时速度为0），当热气球在距地面高度为h处时，将压舱物抛掉一些，则抛出的压舱物的质量为（已知重力加速度为g，假设热气球的浮力不变）（ ）
A．B．C．D．
题型5：牛顿第二定律的动态过程分析
【例题5】（2020·宜宾市叙州区第二中学校高三月考）一轻质弹簧一端固定在墙上O点，自由伸长到B点，今将一小物体m压着弹簧，将弹簧压缩到A点，然后释放，小物体能运动到C点静止，物体与水平地面的动摩擦因数恒定，如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．物体从A到C先摩擦力逐渐减小再保持不变
B．物体从A到B的加速度越来越小
C．物体从B到C的速度越来越大
D．物体从A到B，先加速后减速，从B到C一直做减速运动
题型6：单位制
【例题6】（2020·全国高三专题练习）某同学查阅科技资料时发现，飞机飞行过程中，根据物理学中流体力学可得定量计算升力的公式为，其中为升力，为空气密度，为升力系数，为机翼的特征面积，为空气流体的速度。升力系数与机翼横截面的形状，气流与机翼所成的角度（即迎角）等有关，以下关于的单位说法正确的是（ ）
A．B．C．D．某一常数，无单位
题型7：牛顿第三定律
【例题7】（2020·浙江大学附属中学高三其他模拟）以下对课本中的图片描述正确的是（ ）
A．图甲中是在静止状态下用传感器探究作用力与反作用力的关系，加速状态不行
B．图乙中运动员顶球时，运动员对球的力与球本身重力大小是相等的
C．图丙中电梯加速上升，此时人对体重计的压力大于体重计对他的支持力
D．图丁中汽车车轮受到的摩擦力与地面受到的摩擦力是一对作用力与反作用力
题型8：超重和失重
【例题8】（2020·荆门市龙泉中学高三期中）用外力F拉一物体使其做竖直上升运动，不计空气阻力，加速度a随外力F的变化关系如图所示（规定加速度方向竖直向上为正），下列说法正确的是（ ）
A．地球表面在当地的重力加速度为a0
B．物体的质量为
C．当a=a1时，物体处于失重状态
D．当a=a1时，拉力
题型9：牛顿定律的应用一
【例题9】（2020·全国高三期中）如图所示，光滑水平面上有一质量M=4kg的斜面体，倾角θ=30°，斜面上放有一质量m=8kg的橡皮材质小物体。已知小物体与斜面之间的动摩擦因数μ=，且最大静摩擦力可认为等于滑动摩擦力，重力加速度g取10m/s2.
(1)若小物体和斜面体一起匀速向右运动，求斜面对小物体的摩擦力大小；
(2)用力F水平向右拉斜面体，欲使小物体与斜面之间不发生相对滑动，求F的最大值。
题型10：牛顿定律的应用二
【例题10】（2020·甘肃省武威第一中学高三月考）质量为10kg的环在F=200N的拉力作用下，沿粗糙直杆由静止开始运动，杆与水平地面的夹角 ，拉力F与杆的夹角也为。力F作用0.5s后撤去，环在杆上继续上滑了0.4s后，速度减为零。求：
(1)环与杆之间的动摩擦因数μ；
(2)环沿杆向上运动的总距离s。
参考答案
【例题1】D
【解析】A．牛顿第一定律是牛顿在伽利略等前人实验的基础上，根据逻辑推理得出的，是以实验为基础，但又不是完全通过实验得出，故A错误；
B．牛顿第一定律是在实验的基础上进一步的推理概括出来的科学理论，而不能直接通过实验得出的，但能接受住实践的检验，故B错误；
C．惯性的大小与物体的受力情况和运动情况均无关，任何状态下物体都有惯性，故C错误；
D．牛顿第一定律是在大量实验事实的基础上，通过进一步推理而概括总结出来的，故D正确；
故选D。
【例题2】D
【解析】A．水平拉动静止木块比水平拉着木块匀速运动所需的力大，说明最大静摩擦力比滑动摩擦力大，而物体的惯性不变，故A错误；
B．同一木块速度大时不易停下，是因为减速需要的位移大，而质量大的物体惯性才大，故B错误；
C．惯性的大小是用质量来衡量，而不是由滑动摩擦力来量度，故C错误；
D．物体的惯性大小与物体是否受力和受力大小均无关，只与物体的质量有关，故D正确。
故选D。
【例题3】C
【解析】若加速度方向和速度方向同向，则做加速运动，若加速度方向和速度方向相反，则左减速运动，题中没有给甲乙的初速度方向，所以甲乙可以做加速运动，也可以做减速运动，AB错误；加速度是描述速度变化快慢的物理量，加速度越大，速度变化越快，且加速度是矢量，负号只表示方向不参与大小的比较，即乙的加速度大，乙的速度变化快，C正确；两者质量未知，不能根据牛顿第二定律判断两者合力大小关系，D错误．
【例题4】A
【解析】热气球要能安全到达地面，则热气球从距地面h开始做匀减速直线运动，到达地面时速度恰好减为零，设这一过程的加速度为a，由运动学公式有
分析热气球匀速运动时的受力知
设抛下的压舱物的质量为m，压舱物抛出后，热气球的浮力不变，重力减小了mg，则合外力向上，大小为mg，由牛顿第二定律有
联立上边含有加速度的两式，解得
故BCD错，A正确。
故选A。
【例题5】D
【解析】A．物体竖直方向受到重力与地面的支持力平衡，水平方向受到弹簧的弹力和滑动摩擦力。由于滑动摩擦力可知摩擦力大小不变，A错误；
BCD．从A到B过程中由于弹力与形变量成正比，则弹簧的弹力先大于摩擦力，后小于摩擦力，故加速度先减小后增大，速度先加速后减小，从B到C过程中弹力和摩擦力都向左，故做减速运动，速度越来越小，BC错误，D正确。
故选D。
【例题6】D
【解析】物理量之间的关系决定物理量的单位，通过题给物理量关系可知
对应单位为
化简可以得出是一个数值，没有单位，选项D正确，ABC错误。
故选D。
【例题7】D
【解析】A．图甲中是在静止状态下用传感器探究作用力与反作用力的关系，因作用力与反作用力总是等大反向，与运动状态无关，则加速状态仍然可以，A错误；
B．图乙中运动员顶球时，因为球有竖直向上的加速度分量，由牛顿第二定律
即
则运动员对球的力要大于球本身的重力，B错误；
C．图丙中电梯加速上升，因为人对体重计的压力与体重计对他的支持力是一对作用与反作用力，则此时人对体重计的压力等于体重计对他的支持力，C错误；
D．图丁中汽车车轮受到地面的摩擦力与地面受到的摩擦力是一对作用力与反作用力，D正确。
故选D。
【例题8】A
【解析】A．由牛顿第二定律可知
当时有
得
故A正确；
B．当时有
解得
故B错误；
C．由题意知，规定加速度方向竖直向上为正，当a=a1时即加速度向上，物体向上做加速运动，物体处于超重状态，故C错误；
D．由牛顿第二定律可知
故D错误。
故选A。
【例题9】(1)40N；(2)
【解析】(1)据平衡条件可得：小物体所受摩擦力

(2)当F最大时，小物体受到摩擦力为最大静摩擦力；
故由牛顿第二定律可得

且
解得
对整体由牛顿第二定律
【例题10】(1)0.5；(2)1.8m
【解析】
(1)设环做匀加速直线运动和匀减速直线运动的加速度大小分别为a1和a2，撤去力F瞬间物体的速度为v，则由
和
得
代入得
即
根据牛顿第二定律得
联立解得
(2) 所以环沿杆向上运动的总距离
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，物体处于失重状态；等于零时，物体处于完全失重状态
从加速度的角度判断
当物体 加速度时，物体处于失重状态；向下的加速度(a＝g)时，物体处于完全失重状态
从速度变化的角度判断
①物体向上加速或向下减速时，超重
②物体向下加速或向上减速时，失重