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高考物理一轮复习第3章第1节牛顿运动三定律课时学案
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这是一份高考物理一轮复习第3章第1节牛顿运动三定律课时学案，共13页。
第1节 牛顿运动三定律
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状态的原因，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)揭示了一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又叫惯性定律。
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，另一个物体一定同时对这一个物体也施加了力。物体间相互作用的这一对力，通常叫作作用力和反作用力。
2．牛顿第三定律
(1)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。
(2)表达式：F＝－F′。
一、易错易混辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)
(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。(×)
(3)物体运动时受到惯性力的作用。(×)
(4)千克、秒、米、库仑、安培均为国际单位制的基本单位。(×)
(5)两物体相互作用时，先有作用力，后有反作用力。(×)
(6)人走在松软的土地上下陷时，人对地面的压力大于地面对人的支持力。(×)
(7)作用力与反作用力等大、反向，其合力为零。(×)
二、教材习题衍生
1．(粤教版必修第一册改编)第26届国际计量大会(CGPM)表决通过了关于“修订国际单位制(SI)”的1号决议，摩尔等4个SI基本单位的定义将改由常数定义。下列各组单位中，属于国际单位制基本单位的是( )
A．kg m AB．kg s N
C．m s ND．s A T
A [kg、m、A是国际单位制中的基本单位，故A正确；N是导出单位，kg、s是国际单位制中的基本单位，故B错误；N是导出单位，m、s是国际单位制中的基本单位，故C错误；T是导出单位，s、A是国际单位制中的基本单位，故D错误。]
2．(人教版必修第一册改编)(多选)下面对牛顿第一定律和惯性的分析正确的是( )
A．飞机投弹时，当目标在飞机的正下方时投下炸弹，能击中目标
B．地球自西向东自转，人向上跳起来后，还会落到原地
C．安全带的作用是防止汽车刹车时，人由于惯性发生危险
D．向上抛出的物体，在空中向上运动时，肯定受到了向上的作用力
BC [飞机在目标正上方投弹时，由于惯性，炸弹会落在目标的前方，A错误；地球自西向东自转，人向上跳起后，由于惯性，还会落在原地，B正确；汽车刹车时，由于惯性，人会向前冲，安全带可以防止人的前冲带来的危险，C正确；物体被向上抛出后，在空中向上运动是由于惯性，D错误。]
3．(粤教版必修第一册改编)2020年6月23日，中国第55颗北斗导航卫星成功发射，北斗三号终于组网成功。
关于“北斗导航卫星”与火箭上天的情形叙述正确的是( )
A．火箭尾部向外喷气，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前的推力
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．“北斗导航卫星”进入预定轨道之后，与地球之间不存在相互作用
A [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，喷出的气体同时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提供的，因而与是否飞出大气层、是否存在空气无关，故B、C错误，A正确；卫星进入轨道之后，卫星与地球之间依然存在相互吸引力，即卫星吸引地球，地球吸引卫星，这是一对作用力与反作用力，故D错误。]
牛顿第一定律的理解 惯性
1．对牛顿第一定律的理解
(1)揭示了物体的惯性：不受力的作用时，一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态。
(2)揭示了力的作用对运动的影响：力是改变物体运动状态的原因。
2．对惯性的认识
惯性是物体保持原来运动状态的性质，与物体是否受力、是否运动及所处的位置无关，物体的惯性只与其质量有关，物体的质量越大其惯性越大。
3．惯性的两种表现形式
(1)保持“原状”：物体在不受力或所受合外力为零时，惯性表现为使物体保持原来的运动状态(静止或匀速直线运动)。
(2)反抗改变：物体受到外力时，惯性表现为运动状态改变的难易程度。惯性越大，物体的运动状态越难以被改变。
[题组突破]
1．(惯性的理解)关于惯性，下列说法正确的是( )
A．磁悬浮列车能高速行驶是因为列车浮起后惯性小了
B．卫星内的仪器由于完全失重惯性消失了
C．铁饼运动员在掷出铁饼前快速旋转可增大铁饼的惯性，使铁饼飞得更远
D．月球上物体的重力只有在地球上的eq \f(1,6)，但其惯性没有变化
D [惯性只与质量有关，与速度无关，A、C错误；失重或重力加速度发生变化时，物体质量不变，惯性不变，B错误，D正确。]
2．(牛顿第一定律的理解)火车在长直水平轨道上匀速行驶，门窗紧闭的车厢内有一人竖直向上跳起，发现仍落回到原处，这是因为( )
A．人跳起后，车厢内空气给他以向前的力，带着他同火车一起向前运动
B．人跳起的瞬间，车厢的地板给他一个向前的力，推动他同火车一起向前运动
C．人跳起后，火车继续向前运动，故人落地后必定偏后一些，只是时间很短，偏后距离太小，不很明显而已
D．人跳起后直到落地，在水平方向上人和火车始终具有相同的速度
D [火车在长直水平轨道上匀速行驶，火车和人在水平方向上所受合外力均为零。人竖直跳起后上升和落下的整个过程中，均没有受到水平方向上力的作用，根据牛顿第一定律，人保持水平方向的匀速直线运动状态，与火车一起匀速前进，仍落回到原处，故D正确。]
3．(牛顿第一定律及惯性的应用)如图所示，一个劈形物体M，各面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在上表面放一光滑小球m，劈形物体从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是( )
A．沿斜面向下的直线
B．竖直向下的直线
C．无规则曲线
D．抛物线
B [由题意知，小球在水平方向上不受外力作用，由牛顿第一定律，小球在此方向上将保持原有的运动状态不变，即静止而不向左或向右运动，只有竖直方向上的运动，因此运动轨迹是一条竖直向下的直线。故B正确。]
牛顿第二定律的理解
1．牛顿第二定律的几个性质
(1)同体性：式中合力F、质量m、加速度a对应同一物体。
(2)独立性：作用在物体上的每一个力都可以产生一个加速度，物体的加速度是所有力产生的加速度的矢量和。
(3)瞬时性：加速度与合力F是瞬时对应关系，同时产生，同时变化，同时消失。
(4)矢量性：加速度方向与合力的方向相同，表达式是矢量式。
(5)因果性：合力F是产生加速度a的原因。
(6)局限性：只适用于宏观、低速运动的物体，不适用于微观、高速运动的粒子。物体的加速度必须是相对惯性系而言的。
2．瞬时加速度的两类模型
牛顿第二定律的理解
[典例1] (多选)(2022·湖北省十堰市模拟)如图所示，处于自然状态下的轻弹簧一端固定在水平地面上，质量为m的小球从弹簧的另一端所在位置由静止释放，设小球和弹簧一直处于竖直方向，弹簧的劲度系数为k，重力加速度为g。在小球将弹簧压缩到最短的过程中，下列叙述中正确的是( )
A．小球的速度先增大后减小
B．小球的加速度先减小后增大
C．小球速度最大时弹簧的形变量为eq \f(mg,k)
D．弹簧的最大形变量为eq \f(mg,k)
ABC [开始时，小球的重力大于弹力，加速度方向向下，小球向下加速运动，随着弹簧的压缩，弹力逐渐变大，则加速度逐渐减小，当弹力等于重力时，加速度为零，即mg＝kx，得x＝eq \f(mg,k)，此时小球的速度最大，然后小球继续向下运动压缩弹簧，弹力大于重力，加速度变为向上，逐渐增大，速度逐渐减小，直到速度减小到零，到达最低点，由对称性可知，此时弹簧的压缩量为2x＝eq \f(2mg,k)，故A、B、C正确，D错误。]
理解牛顿第二定律的三点注意
(1)分析物体的运动性质，要从受力分析入手，先求合力，然后根据牛顿第二定律分析加速度的变化。
(2)物体做加速运动还是减速运动取决于加速度和速度方向间的关系，和加速度的大小没有关系。
(3)加速度如何变化取决于物体的质量和合外力，与物体的速度没有关系。
瞬时性问题
[典例2] 如图所示，两个完全相同的小球a、b，用轻弹簧N连接，轻弹簧M和轻绳一端均与a相连，另一端分别固定在竖直墙和天花板上，弹簧M水平，当轻绳与竖直方向的夹角为60°时，M、N伸长量刚好相同。若M、N的劲度系数分别为k1、k2，a、b两球的质量均为m，重力加速度大小为g，则以下判断正确的是( )
A．eq \f(k1,k2)＝2eq \r(3)
B．eq \f(k1,k2)＝eq \r(3)
C．若剪断轻绳，则在剪断的瞬间，a球的加速度为零
D．若剪断弹簧M，则在剪断的瞬间，b球处于失重状态
思路点拨：(1)剪断轻绳的瞬间，两弹簧弹力均不会突变，各自与剪断前的弹力相同。
(2)无论在轻弹簧M的何处将M剪断，弹簧M的弹力均立即突变为零。
A [对b球受力分析，F1＝mg＝k2x，对a、b球，N弹簧整体受力分析，根据平衡条件，可知F2＝2mg·tan 60°＝2eq \r(3)mg＝k1x，F3＝4mg，故eq \f(k1,k2)＝2eq \r(3)，故A正确，B错误；剪断轻绳，其它两个力来不及变化，合力F合＝F3＝4mg，a＝eq \f(F合,m)≠0，故C错误；剪断M，b球受力不变，故F合b＝0，ab＝0，故D错误。]
求解瞬时加速度的步骤
[跟进训练]
1．(牛顿第二定律的理解)(多选)下列说法正确的是( )
A．对静止在光滑水平面上的物体施加一个水平力，当力刚作用瞬间，物体立即获得加速度
B．物体由于做加速运动，所以才受合外力作用
C．F＝ma是矢量式，a的方向与F的方向相同，与速度方向无关
D．物体所受合外力减小，加速度一定减小，而速度不一定减小
ACD [由于物体的加速度与合外力是瞬时对应关系，因此当力作用瞬间，物体会立即产生加速度，A正确；根据因果关系，合外力是产生加速度的原因，即物体由于受合外力作用，才会产生加速度，B错误；牛顿第二定律F＝ma是矢量式，a的方向与F的方向相同，与速度方向无关，C正确；由牛顿第二定律知物体所受合外力减小，加速度一定会减小，如果物体加速，其速度仍会增大，只是增大的慢一些，D正确。]
2．(瞬时加速度计算)(2023·江苏省扬州市高三质检)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，sin 53°＝0.8，cs 53°＝0.6。下列结论正确的是( )
甲 乙
A．甲、乙两种情境中，小球静止时，细绳的拉力大小均为eq \f(4,3)mg
B．甲图所示情境中，细绳烧断瞬间小球的加速度大小为eq \f(4,3)g
C．乙图所示情境中，细绳烧断瞬间小球的加速度大小为eq \f(5,3)g
D．甲、乙两种情境中，细绳烧断瞬间小球的加速度大小均为eq \f(5,3)g
C [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FT＝eq \f(mg,cs 53°)＝eq \f(5,3)mg，故A错误；甲图所示情境中，细绳烧断瞬间，小球的加速度大小为a1＝g，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a2＝eq \f(FT,m)＝eq \f(5,3)g，故C正确，B、D错误。]
牛顿第三定律的理解
1．作用力与反作用力的“三同、三异、三无关”
(1)三同：大小相同、性质相同、变化情况相同。
(2)三异：方向相反、不同物体、不同效果。
(3)三无关：与物体的种类、运动状态、是否受其他力无关。
2．作用力和反作用力与一对平衡力的区别
[题组突破]
1．(作用力与反作用力的关系)(2023·浙江杭州月考)如图甲所示，将一个力传感器固定在滑块上，另一个力传感器钩住它向右拉滑块，观察到这对拉力随时间变化的曲线如图乙所示，下列说法正确的是( )
甲 乙
A．作用力大时，反作用力小
B．作用力和反作用力的大小总是相等
C．反作用力总是在作用力出现后才产生的
D．图乙所示的曲线，只有在滑块静止或做匀速运动时才能得到
B [观察分析两个力传感器的相互作用力随时间变化的曲线，可以看出作用力与反作用力总是大小相等、方向相反、同时变化，A、C错误，B正确；作用力与反作用力总是等大、反向、共线的关系，与物体的运动状态无关，D错误。]
2．(相互作用力与平衡力的区别)在班级清扫卫生的劳动中，某同学用水平方向的力推桌子，桌子没动。下列说法正确的是( )
A．桌子受到的重力和地面对桌子的支持力是一对相互作用力
B．桌子对地面的压力和地面对桌子的支持力是一对平衡力
C．同学推桌子的力与桌子受到的摩擦力是一对平衡力
D．同学推桌子的力与同学受到的摩擦力是一对相互作用力
C [桌子受到的重力与地面对桌子的支持力是一对平衡力，故A错误；桌子对地面的压力与地面对桌子的支持力是一对作用力和反作用力，故B错误；同学推桌子的力与桌子受到的摩擦力都作用在桌子上，且大小相等，方向相反，是一对平衡力，故C正确；同学推桌子的力受力物体是桌子，同学受到的摩擦力的施力物体是地面，所以这两个力不是一对相互作用力，故D错误。]
3．(转换研究对象在受力分析中的应用)一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套着一个环，箱与杆的质量为M，环的质量为m，如图所示。已知环沿杆匀加速下滑时，环与杆间的摩擦力大小为Ff，则此时箱子对地面的压力大小为( )
A．Mg＋FfB．Mg－Ff
C．Mg＋mgD．Mg－mg
A [环在竖直方向上受重力及箱子内的杆给它的竖直向上的摩擦力Ff，受力情况如图甲所示，根据牛顿第三定律，环给杆一个竖直向下的摩擦力F′f，故箱子竖直方向上受重力Mg、地面对它的支持力FN及环给它的摩擦力F′f，受力情况如图乙所示，由于箱子处于平衡状态，可得FN＝F′f＋Mg＝Ff＋Mg。根据牛顿第三定律，箱子对地面的压力大小等于地面对箱子的支持力，即F′N＝Mg＋Ff，故A正确。
甲 乙 ]
真题索引
2022·全国乙卷·T15 2022·全国甲卷·T19
2022·山东卷·T16 2021·全国乙卷·T21
2022·山东卷·T13
2021·湖南卷·T11
2020·全国Ⅲ卷·T25 2020·山东卷·T1
2021·全国甲卷·T14 2021·全国甲卷·T2
考情分析
1．高考命题题型较全，命题热点涉及牛顿第二定律的瞬时性、超重与失重问题、动力学两类基本问题、动力学与图像结合问题、动力学中的多过程问题。
2．题目综合性强，注重与电场、磁场的渗透，注重生产、生活与当今热点、现代科技的联系。题型涉及的解题方法有整体—隔离法、数图转换法、函数论证法、临界极限法、控制变量法等。
3．实验题的考查注重控制变量法、图像法的应用及以拓展创新形式考查实验能力的迁移应用。
课程标准
1．通过实验，探究物体运动的加速度与物体受力、物体质量的关系。
2．理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象，解决有关问题。根据牛顿第二定律，设计一种能显示加速度大小的装置。
3．通过实验，认识超重和失重现象。通过各种活动，例如乘坐电梯、到游乐场参与有关游乐活动等，体验失重与超重。
4．知道国际单位制中的力学单位。了解单位制在物理学中的重要意义。
名称
项目
作用力和反作用力
一对平衡力
示例说明
物块对平板的压力F1与平板对物块的支持力F2是一对作用力和反作用力
物块在重力G与支持力F2作用下平衡，故重力G与支持力F2是一对平衡力
作用对象
两个相互作用的不同物体
同一个物体
作用时间
一定同时产生、同时消失
不一定同时产生、同时消失
力的性质
一定相同
不一定相同
作用效果
不可抵消
可相互抵消
第1节 牛顿运动三定律
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状态的原因，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)揭示了一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又叫惯性定律。
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，另一个物体一定同时对这一个物体也施加了力。物体间相互作用的这一对力，通常叫作作用力和反作用力。
2．牛顿第三定律
(1)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。
(2)表达式：F＝－F′。
一、易错易混辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)
(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。(×)
(3)物体运动时受到惯性力的作用。(×)
(4)千克、秒、米、库仑、安培均为国际单位制的基本单位。(×)
(5)两物体相互作用时，先有作用力，后有反作用力。(×)
(6)人走在松软的土地上下陷时，人对地面的压力大于地面对人的支持力。(×)
(7)作用力与反作用力等大、反向，其合力为零。(×)
二、教材习题衍生
1．(粤教版必修第一册改编)第26届国际计量大会(CGPM)表决通过了关于“修订国际单位制(SI)”的1号决议，摩尔等4个SI基本单位的定义将改由常数定义。下列各组单位中，属于国际单位制基本单位的是( )
A．kg m AB．kg s N
C．m s ND．s A T
A [kg、m、A是国际单位制中的基本单位，故A正确；N是导出单位，kg、s是国际单位制中的基本单位，故B错误；N是导出单位，m、s是国际单位制中的基本单位，故C错误；T是导出单位，s、A是国际单位制中的基本单位，故D错误。]
2．(人教版必修第一册改编)(多选)下面对牛顿第一定律和惯性的分析正确的是( )
A．飞机投弹时，当目标在飞机的正下方时投下炸弹，能击中目标
B．地球自西向东自转，人向上跳起来后，还会落到原地
C．安全带的作用是防止汽车刹车时，人由于惯性发生危险
D．向上抛出的物体，在空中向上运动时，肯定受到了向上的作用力
BC [飞机在目标正上方投弹时，由于惯性，炸弹会落在目标的前方，A错误；地球自西向东自转，人向上跳起后，由于惯性，还会落在原地，B正确；汽车刹车时，由于惯性，人会向前冲，安全带可以防止人的前冲带来的危险，C正确；物体被向上抛出后，在空中向上运动是由于惯性，D错误。]
3．(粤教版必修第一册改编)2020年6月23日，中国第55颗北斗导航卫星成功发射，北斗三号终于组网成功。
关于“北斗导航卫星”与火箭上天的情形叙述正确的是( )
A．火箭尾部向外喷气，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前的推力
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．“北斗导航卫星”进入预定轨道之后，与地球之间不存在相互作用
A [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，喷出的气体同时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提供的，因而与是否飞出大气层、是否存在空气无关，故B、C错误，A正确；卫星进入轨道之后，卫星与地球之间依然存在相互吸引力，即卫星吸引地球，地球吸引卫星，这是一对作用力与反作用力，故D错误。]
牛顿第一定律的理解 惯性
1．对牛顿第一定律的理解
(1)揭示了物体的惯性：不受力的作用时，一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态。
(2)揭示了力的作用对运动的影响：力是改变物体运动状态的原因。
2．对惯性的认识
惯性是物体保持原来运动状态的性质，与物体是否受力、是否运动及所处的位置无关，物体的惯性只与其质量有关，物体的质量越大其惯性越大。
3．惯性的两种表现形式
(1)保持“原状”：物体在不受力或所受合外力为零时，惯性表现为使物体保持原来的运动状态(静止或匀速直线运动)。
(2)反抗改变：物体受到外力时，惯性表现为运动状态改变的难易程度。惯性越大，物体的运动状态越难以被改变。
[题组突破]
1．(惯性的理解)关于惯性，下列说法正确的是( )
A．磁悬浮列车能高速行驶是因为列车浮起后惯性小了
B．卫星内的仪器由于完全失重惯性消失了
C．铁饼运动员在掷出铁饼前快速旋转可增大铁饼的惯性，使铁饼飞得更远
D．月球上物体的重力只有在地球上的eq \f(1,6)，但其惯性没有变化
D [惯性只与质量有关，与速度无关，A、C错误；失重或重力加速度发生变化时，物体质量不变，惯性不变，B错误，D正确。]
2．(牛顿第一定律的理解)火车在长直水平轨道上匀速行驶，门窗紧闭的车厢内有一人竖直向上跳起，发现仍落回到原处，这是因为( )
A．人跳起后，车厢内空气给他以向前的力，带着他同火车一起向前运动
B．人跳起的瞬间，车厢的地板给他一个向前的力，推动他同火车一起向前运动
C．人跳起后，火车继续向前运动，故人落地后必定偏后一些，只是时间很短，偏后距离太小，不很明显而已
D．人跳起后直到落地，在水平方向上人和火车始终具有相同的速度
D [火车在长直水平轨道上匀速行驶，火车和人在水平方向上所受合外力均为零。人竖直跳起后上升和落下的整个过程中，均没有受到水平方向上力的作用，根据牛顿第一定律，人保持水平方向的匀速直线运动状态，与火车一起匀速前进，仍落回到原处，故D正确。]
3．(牛顿第一定律及惯性的应用)如图所示，一个劈形物体M，各面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在上表面放一光滑小球m，劈形物体从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是( )
A．沿斜面向下的直线
B．竖直向下的直线
C．无规则曲线
D．抛物线
B [由题意知，小球在水平方向上不受外力作用，由牛顿第一定律，小球在此方向上将保持原有的运动状态不变，即静止而不向左或向右运动，只有竖直方向上的运动，因此运动轨迹是一条竖直向下的直线。故B正确。]
牛顿第二定律的理解
1．牛顿第二定律的几个性质
(1)同体性：式中合力F、质量m、加速度a对应同一物体。
(2)独立性：作用在物体上的每一个力都可以产生一个加速度，物体的加速度是所有力产生的加速度的矢量和。
(3)瞬时性：加速度与合力F是瞬时对应关系，同时产生，同时变化，同时消失。
(4)矢量性：加速度方向与合力的方向相同，表达式是矢量式。
(5)因果性：合力F是产生加速度a的原因。
(6)局限性：只适用于宏观、低速运动的物体，不适用于微观、高速运动的粒子。物体的加速度必须是相对惯性系而言的。
2．瞬时加速度的两类模型
牛顿第二定律的理解
[典例1] (多选)(2022·湖北省十堰市模拟)如图所示，处于自然状态下的轻弹簧一端固定在水平地面上，质量为m的小球从弹簧的另一端所在位置由静止释放，设小球和弹簧一直处于竖直方向，弹簧的劲度系数为k，重力加速度为g。在小球将弹簧压缩到最短的过程中，下列叙述中正确的是( )
A．小球的速度先增大后减小
B．小球的加速度先减小后增大
C．小球速度最大时弹簧的形变量为eq \f(mg,k)
D．弹簧的最大形变量为eq \f(mg,k)
ABC [开始时，小球的重力大于弹力，加速度方向向下，小球向下加速运动，随着弹簧的压缩，弹力逐渐变大，则加速度逐渐减小，当弹力等于重力时，加速度为零，即mg＝kx，得x＝eq \f(mg,k)，此时小球的速度最大，然后小球继续向下运动压缩弹簧，弹力大于重力，加速度变为向上，逐渐增大，速度逐渐减小，直到速度减小到零，到达最低点，由对称性可知，此时弹簧的压缩量为2x＝eq \f(2mg,k)，故A、B、C正确，D错误。]
理解牛顿第二定律的三点注意
(1)分析物体的运动性质，要从受力分析入手，先求合力，然后根据牛顿第二定律分析加速度的变化。
(2)物体做加速运动还是减速运动取决于加速度和速度方向间的关系，和加速度的大小没有关系。
(3)加速度如何变化取决于物体的质量和合外力，与物体的速度没有关系。
瞬时性问题
[典例2] 如图所示，两个完全相同的小球a、b，用轻弹簧N连接，轻弹簧M和轻绳一端均与a相连，另一端分别固定在竖直墙和天花板上，弹簧M水平，当轻绳与竖直方向的夹角为60°时，M、N伸长量刚好相同。若M、N的劲度系数分别为k1、k2，a、b两球的质量均为m，重力加速度大小为g，则以下判断正确的是( )
A．eq \f(k1,k2)＝2eq \r(3)
B．eq \f(k1,k2)＝eq \r(3)
C．若剪断轻绳，则在剪断的瞬间，a球的加速度为零
D．若剪断弹簧M，则在剪断的瞬间，b球处于失重状态
思路点拨：(1)剪断轻绳的瞬间，两弹簧弹力均不会突变，各自与剪断前的弹力相同。
(2)无论在轻弹簧M的何处将M剪断，弹簧M的弹力均立即突变为零。
A [对b球受力分析，F1＝mg＝k2x，对a、b球，N弹簧整体受力分析，根据平衡条件，可知F2＝2mg·tan 60°＝2eq \r(3)mg＝k1x，F3＝4mg，故eq \f(k1,k2)＝2eq \r(3)，故A正确，B错误；剪断轻绳，其它两个力来不及变化，合力F合＝F3＝4mg，a＝eq \f(F合,m)≠0，故C错误；剪断M，b球受力不变，故F合b＝0，ab＝0，故D错误。]
求解瞬时加速度的步骤
[跟进训练]
1．(牛顿第二定律的理解)(多选)下列说法正确的是( )
A．对静止在光滑水平面上的物体施加一个水平力，当力刚作用瞬间，物体立即获得加速度
B．物体由于做加速运动，所以才受合外力作用
C．F＝ma是矢量式，a的方向与F的方向相同，与速度方向无关
D．物体所受合外力减小，加速度一定减小，而速度不一定减小
ACD [由于物体的加速度与合外力是瞬时对应关系，因此当力作用瞬间，物体会立即产生加速度，A正确；根据因果关系，合外力是产生加速度的原因，即物体由于受合外力作用，才会产生加速度，B错误；牛顿第二定律F＝ma是矢量式，a的方向与F的方向相同，与速度方向无关，C正确；由牛顿第二定律知物体所受合外力减小，加速度一定会减小，如果物体加速，其速度仍会增大，只是增大的慢一些，D正确。]
2．(瞬时加速度计算)(2023·江苏省扬州市高三质检)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，sin 53°＝0.8，cs 53°＝0.6。下列结论正确的是( )
甲 乙
A．甲、乙两种情境中，小球静止时，细绳的拉力大小均为eq \f(4,3)mg
B．甲图所示情境中，细绳烧断瞬间小球的加速度大小为eq \f(4,3)g
C．乙图所示情境中，细绳烧断瞬间小球的加速度大小为eq \f(5,3)g
D．甲、乙两种情境中，细绳烧断瞬间小球的加速度大小均为eq \f(5,3)g
C [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FT＝eq \f(mg,cs 53°)＝eq \f(5,3)mg，故A错误；甲图所示情境中，细绳烧断瞬间，小球的加速度大小为a1＝g，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a2＝eq \f(FT,m)＝eq \f(5,3)g，故C正确，B、D错误。]
牛顿第三定律的理解
1．作用力与反作用力的“三同、三异、三无关”
(1)三同：大小相同、性质相同、变化情况相同。
(2)三异：方向相反、不同物体、不同效果。
(3)三无关：与物体的种类、运动状态、是否受其他力无关。
2．作用力和反作用力与一对平衡力的区别
[题组突破]
1．(作用力与反作用力的关系)(2023·浙江杭州月考)如图甲所示，将一个力传感器固定在滑块上，另一个力传感器钩住它向右拉滑块，观察到这对拉力随时间变化的曲线如图乙所示，下列说法正确的是( )
甲 乙
A．作用力大时，反作用力小
B．作用力和反作用力的大小总是相等
C．反作用力总是在作用力出现后才产生的
D．图乙所示的曲线，只有在滑块静止或做匀速运动时才能得到
B [观察分析两个力传感器的相互作用力随时间变化的曲线，可以看出作用力与反作用力总是大小相等、方向相反、同时变化，A、C错误，B正确；作用力与反作用力总是等大、反向、共线的关系，与物体的运动状态无关，D错误。]
2．(相互作用力与平衡力的区别)在班级清扫卫生的劳动中，某同学用水平方向的力推桌子，桌子没动。下列说法正确的是( )
A．桌子受到的重力和地面对桌子的支持力是一对相互作用力
B．桌子对地面的压力和地面对桌子的支持力是一对平衡力
C．同学推桌子的力与桌子受到的摩擦力是一对平衡力
D．同学推桌子的力与同学受到的摩擦力是一对相互作用力
C [桌子受到的重力与地面对桌子的支持力是一对平衡力，故A错误；桌子对地面的压力与地面对桌子的支持力是一对作用力和反作用力，故B错误；同学推桌子的力与桌子受到的摩擦力都作用在桌子上，且大小相等，方向相反，是一对平衡力，故C正确；同学推桌子的力受力物体是桌子，同学受到的摩擦力的施力物体是地面，所以这两个力不是一对相互作用力，故D错误。]
3．(转换研究对象在受力分析中的应用)一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套着一个环，箱与杆的质量为M，环的质量为m，如图所示。已知环沿杆匀加速下滑时，环与杆间的摩擦力大小为Ff，则此时箱子对地面的压力大小为( )
A．Mg＋FfB．Mg－Ff
C．Mg＋mgD．Mg－mg
A [环在竖直方向上受重力及箱子内的杆给它的竖直向上的摩擦力Ff，受力情况如图甲所示，根据牛顿第三定律，环给杆一个竖直向下的摩擦力F′f，故箱子竖直方向上受重力Mg、地面对它的支持力FN及环给它的摩擦力F′f，受力情况如图乙所示，由于箱子处于平衡状态，可得FN＝F′f＋Mg＝Ff＋Mg。根据牛顿第三定律，箱子对地面的压力大小等于地面对箱子的支持力，即F′N＝Mg＋Ff，故A正确。
甲 乙 ]
真题索引
2022·全国乙卷·T15 2022·全国甲卷·T19
2022·山东卷·T16 2021·全国乙卷·T21
2022·山东卷·T13
2021·湖南卷·T11
2020·全国Ⅲ卷·T25 2020·山东卷·T1
2021·全国甲卷·T14 2021·全国甲卷·T2
考情分析
1．高考命题题型较全，命题热点涉及牛顿第二定律的瞬时性、超重与失重问题、动力学两类基本问题、动力学与图像结合问题、动力学中的多过程问题。
2．题目综合性强，注重与电场、磁场的渗透，注重生产、生活与当今热点、现代科技的联系。题型涉及的解题方法有整体—隔离法、数图转换法、函数论证法、临界极限法、控制变量法等。
3．实验题的考查注重控制变量法、图像法的应用及以拓展创新形式考查实验能力的迁移应用。
课程标准
1．通过实验，探究物体运动的加速度与物体受力、物体质量的关系。
2．理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象，解决有关问题。根据牛顿第二定律，设计一种能显示加速度大小的装置。
3．通过实验，认识超重和失重现象。通过各种活动，例如乘坐电梯、到游乐场参与有关游乐活动等，体验失重与超重。
4．知道国际单位制中的力学单位。了解单位制在物理学中的重要意义。
名称
项目
作用力和反作用力
一对平衡力
示例说明
物块对平板的压力F1与平板对物块的支持力F2是一对作用力和反作用力
物块在重力G与支持力F2作用下平衡，故重力G与支持力F2是一对平衡力
作用对象
两个相互作用的不同物体
同一个物体
作用时间
一定同时产生、同时消失
不一定同时产生、同时消失
力的性质
一定相同
不一定相同
作用效果
不可抵消
可相互抵消
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