专题三 牛顿运动定律1剖析.docx

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专题三牛顿运动定律1剖析

专题三牛顿运动定律

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）指出了一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又称为惯性定律.

（3）牛顿第一定律描述的只是一种理想状态，而实际中不受力作用的物体是不存在的，当物体受外力但所受合力为零时，其运动效果跟不受外力作用时相同，物体将保持静止或匀速直线运动状态.

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

1.内容

物体加速度的大小跟所受外力的合力成正比，跟它的质量成反比，加速度的方向跟合外力方向相同.

2.表达式：

F＝ma.

三、牛顿第三定律

1.牛顿第三定律的内容

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.作用力与反作用力的“三同、三异、三无关”

（1）“三同”：

①大小相同；②性质相同；③变化情况相同.

（2）“三异”：

①方向不同；②受力物体不同；③产生的效果不同.

（3）“三无关”：

①与物体的种类无关；②与物体的运动状态无关；③与物体是否和其他物体存在相互作用无关.

四、力学单位制

1.力学中的基本物理量及单位

（1）力学中的基本物理量是长度、质量、时间.

（2）力学中的基本单位：

基本物理量的所有单位都是基本单位.如：

毫米（mm）、克（g）、毫秒（ms）等等.三个基本物理量的单位在国际单位制中分别为米（m）、千克（kg）、秒（s）.

2.单位制

（1）由基本单位和导出单位组成的单位系统叫做单位制.

（2）国际单位制（SI）：

国际计量大会制定的国际通用的、包括一切计量领域的单位制，叫做国际单位制.

五、超重与失重

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.

1.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，则惯性的大小取决于（　　）

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

2.（2016·金华十校9月模拟）踢足球是青少年最喜爱的运动项目之一，足球运动中包含有丰富的物理常识.如图1所示，某校一学生踢球时（　　）

A.脚对球的作用力大于球对脚的作用力

B.脚对球的作用力与球对脚的作用力大小相等

C.脚对球的作用力与球的重力是一对平衡力

D.脚对球的作用力与球对脚的作用力是一对平衡力

3.（2016·浙江10月学考·2）下列均属于国际制基本单位的是（　　）

A.m、N、JB.m、kg、JC.m、kg、sD.kg、m/s、N

4.牛顿第二定律的表达式可以写成m＝

，对某个物体来说，它的质量m（　　）

A.跟合外力F成正比B.跟合外力F与加速度a都无关

C.跟它的加速度a成反比D.跟合外力F成反比，跟它的加速度a成正比

5.（2015·浙江1月学考）如图2所示，小文同学在电梯中体验加速上升和加速下降的过程，这两个过程（　　）

A.都是超重过程C.加速上升是失重过程，加速下降是超重过程

B.都是失重过程D.加速上升是超重过程，加速下降是失重过程

　　　　　牛顿第一定律和牛顿第三定律

1.应用牛顿第一定律分析实际问题时，要把生活感受和理论问题联系起来深刻认识力和运动的关系，正确理解力不是维持物体运动状态的原因，克服生活中一些错误的直观印象，建立正确的思维习惯.

2.相互作用力与平衡力的比较

作用力与反作用力

一对平衡力

不同点

作用在两个相互作用的物体上

作用在同一物体上

同时产生、同时消失

不一定同时产生、同时消失

两力作用效果不可抵消，不可叠加，不可求合力

两力作用效果可相互抵消，可叠加，可求合力，合力为零

一定是同性质的力

性质不一定相同

相同点

大小相等、方向相反、作用在同一条直线上

例1

　课间休息时，一位男生跟一位女生在课桌面上扳手腕比力气，结果男生把女生的手腕压倒到桌面上，如图3所示，对这个过程中作用于双方的力，描述正确的是（　　）

A.男生扳女生手腕的力一定比女生扳男生手腕的力大

B.男生扳女生手腕的力与女生扳男生手腕的力一样大

C.男生扳女生手腕的力小于女生臂膀提供给自己手腕的力

D.男生扳女生手腕的力与女生臂膀提供给自己手腕的力一样大

应用牛顿第三定律应注意的三个问题

1.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.

2.作用力与反作用力虽然等大反向，但因作用的物体不同，所产生的效果（运动效果或形变效果）往往不同.

3.作用力与反作用力只能是一对物体间的相互作用力，不能牵扯第三个物体.

变式题组

1.（多选）如图4所示，在匀速前进的磁悬浮列车里，小明将一小球放在水平桌面上，且小球相对桌面静止.关于小球与列车的运动，下列说法正确的是（　　）

A.若小球向前滚动，则磁悬浮列车在加速前进

B.若小球向后滚动，则磁悬浮列车在加速前进

C.磁悬浮列车急刹车时，小球向前滚动

D.磁悬浮列车急刹车时，小球向后滚动

2.（2014·浙江1月学考）如图5所示，将甲、乙两弹簧互相钩住并拉伸，则（　　）

A.甲拉乙的力小于乙拉甲的力

B.甲拉乙的力大于乙拉甲的力

C.甲拉乙的力与乙拉甲的力是一对平衡力

D.甲拉乙的力与乙拉甲的力是一对相互作用力

3.（2016·金华十校9月模拟）下列说法中正确的是（　　）

A.运动越快的汽车越不容易停下来，是因为汽车运动得越快，惯性越大

B.作用力与反作用力一定是同种性质的力

C.伽利略的理想实验是凭空想象出来的，是脱离实际的理论假设

D.马拉着车向前加速时，马对车的拉力大于车对马的拉力

　　　　　牛顿第二定律的理解和应用

1.对牛顿第二定律的理解

2.牛顿第二定律瞬时性的“两种”模型

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，具体可简化为以下两种模型：

（1）刚性绳（或接触面）——不发生明显形变就能产生弹力的物体，剪断（或脱离）后，其弹力立即消失，不需要形变恢复时间.

（2）弹簧（或橡皮绳）——两端同时连接（或附着）有物体的弹簧（或橡皮绳），特点是形变量大，其形变恢复需要较长时间，在瞬时性问题中，其弹力的大小往往可以看成保持不变.

例2

　（2016·东阳市联考）如图6所示，物块1、2间用刚性轻质杆连接，物块3、4间用轻质弹簧相连，物块1、3质量为m，物块2、4质量为M，两个系统均置于水平放置的光滑木板上，并处于静止状态.现将两木板沿水平方向突然抽出，设抽出后的瞬间，物块1、2、3、4的加速度大小分别为a1、a2、a3、a4.重力加速度大小为g，则有（　　）

A.a1＝a2＝a3＝a4＝0

B.a1＝a2＝a3＝a4＝g

C.a1＝a2＝g，a3＝0，a4＝

g

D.a1＝g，a2＝

g，a3＝0，a4＝

g

求解瞬时加速度问题时应抓住“两点”

1.物体的受力情况和运动情况是时刻对应的，当外界因素发生变化时，需要重新进行受力分析和运动分析.

2.加速度可以随着力的突变而突变，而速度的变化需要一个过程的积累，不会发生突变.

变式题组

4.如图7所示，质量为1kg的物体与桌面间的动摩擦因数为0.2，物体在7N的水平拉力作用下获得的加速度大小为（g取10m/s2）（　　）　

＝5m/s2，选项B正确.

5.（2016·温州联考）如图8所示，两小球悬挂在天花板上，

a、b两小球用细线连接，上面是一轻质弹簧，a、b两球的质量分别为m和2m，在细线烧断瞬间，a、b两球的加速度为（取向下为正方向）（　　）

A.0，gB.－g，gC.－2g，gD.2g,0

6.如图9所示，两个质量分别为m1＝2kg，m2＝3kg的物体置于光滑的水平面上，中间用轻质弹簧测力计连接.两个大小分别为F1＝30N、F2＝20N的水平拉力分别作用在m1、m2上，则（　　）

A.弹簧测力计的示数是25NC.在突然撤去力F2的瞬间，m1的加速度大小为5m/s2

B.弹簧测力计的示数是50ND.在突然撤去力F1的瞬间，m1的加速度大小为13m/s2

　　　　超重与失重现象

1.尽管物体的加速度不是竖直方向，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.

2.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.

3.在完全失重的状态下，平常一切由重力产生的物理现象就会完全消失，如天平失效、液体柱不再产生压强等.

例3

　应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入.例如，平伸手掌托起物体，由静止开始竖直向上运动，直至将物体抛出.对此现象分析正确的是（　　）

A.手托物体向上运动的过程中，物体始终处于超重状态B.手托物体向上运动的过程中，物体始终处于失重状态

C.在物体离开手的瞬间，物体的加速度大于重力加速度D.在物体离开手的瞬间，手的加速度大于重力加速度

超重和失重现象判断的“三”技巧

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0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时处于超重状态，具有向下的加速度时处于失重状态，向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态.

3.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.

变式题组

7.（2014·浙江7月学考）两砖块叠在一起放在竖直升降电梯的水平底板上.当两砖块间的压力小于上面砖块的重力时，电梯可能的运动是（　　）

A.向上加速运动B.向上减速运动C.向下匀速运动D.向下减速运动

8.关于超重和失重现象，下列描述中正确的是（　　）

A.电梯正在减速上升，在电梯中的乘客处于超重状态

B.磁悬浮列车在水平轨道上加速行驶时，列车上的乘客处于超重状态

C.荡秋千时秋千摆到最低位置时，人处于失重状态

D.“神舟九号”飞船在绕地球做圆轨道运行时，飞船内的航天员处于完全失重状态

9.（2015·浙江10月选考）为了让乘客乘车更为舒适，某探究小组设计了一种新的交通工具，乘客的座椅能随着坡度的变化而自动调整，使座椅始终保持水平，如图10所示，当此车匀减速上坡时，则乘客（仅考虑乘客与水平面之间的作用）（　　）

A.处于超重状态B.不受摩擦力的作用

C.受到向后（水平向左）的摩擦力作用D.所受合力竖直向上

　　　　　动力学的两类基本问题

1.动力学的两类基本问题

第一类：

已知受力情况求物体的运动情况.

第二类：

已知运动情况求物体的受力情况.

2.动力学两类基本问题的解题步骤

第一步：

选对象.根据问题的需要和解题的方便，选出被研究的物体，可以是一个物体，也可以是几个物体组成的整体.

第二步：

研究力和运动.注意画好受力分析图，明确物体的运动过程和运动性质.

第三步：

建坐标.通常以加速度的方向为正方向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向.

第四步：

列方程.根据平衡条件或牛顿第二定律沿坐标轴方向列方程.

第五步：

解结果.结合相应的运动学方程联立求解，并对结果进行讨论.

例4

　（2016·诸暨市期末）在山区或沟谷深壑地区，往往会因为长时间的暴雨引发山体滑坡，并携带有大量石块滑落.某地有两个坡度相同的山坡刚好在底端互相对接，在暴雨中有石块从一侧山坡滑落后冲上另一侧山坡，如图11甲所示.现假设两山坡与水平面间的夹角均为θ＝37°，石块在下滑过程中与坡面间的动摩擦因数均为μ＝0.25，石块在左侧山坡A处由静止开始下滑时，离水平地面的高度h1＝4.8m，然后冲上右侧山坡，其简化图如图乙所示.（已知石块经过最低点P前后的速度大小不变，重力加速度g＝10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.）

（1）求石块滑到最低点P时的速度大小v；

（2）求石块冲上右侧山坡最高点B时离水平面的高度h2；

（3）当石块在A点以多大的初速度v0下滑，刚好能到达右侧山坡与A等高处？

解决两类动力学问题的两个关键点

1.把握“两个分析”“一个桥梁”

两个分析：

物体的受力情况分析和运动过程分析.

一个桥梁：

加速度是联系物体运动和受力的桥梁.

2.寻找多过程运动问题中各过程间的相互联系.如第一个过程的末速度就是下一个过程的初速度，画图找出各过程的位移之间的联系.

变式题组

10.质量为0.1kg的弹性球从空中某高度由静止开始下落，该下落过程对应的v－t图象如图12所示.球与水平地面相碰后离开地面时的速度大小为碰撞前的

.设球受到的空气阻力大小恒为Ff，取g＝10m/s2，求：

（1）弹性球受到的空气阻力Ff的大小；

（2）弹性球第一次碰撞后反弹的高度h.

11.（2016·温州8月选考）如图13所示，木块的质量m＝2kg，与地面间的动摩擦因数μ＝0.2，木块在拉力F＝10N作用下，在水平地面上从静止开始向右运动，运动5.2m后撤去外力F.已知力F与水平方向的夹角θ＝37°（sin37°＝0.6，cos37°＝0.8，g取10m/s2）.求：

（1）撤去外力前，木块受到的摩擦力大小；

（2）刚撤去外力时，木块运动的速度大小；

（3）撤去外力后，木块还能滑行的距离.

1.（2015·浙江1月学考）舱外的宇航员手握工具随空间站绕地球运动，若某一时刻宇航员将手中的工具释放，则释放工具的运动方向是（　　）

A.指向地心方向B.背离地心方向C.与原运动方向相同D.与原运动方向相反

2.竖直向上抛出一物体，在物体上升的过程中，正确的是（　　）

A.物体做减速运动，惯性减小B.物体做减速运动，惯性增大

C.物体做减速运动是因为受到重力的作用D.物体必然受到向上的力的作用

3.如图1所示，有人用一簇气球使一座小屋成功升空.当小屋加速上升时，它受到的拉力与重力的关系是（　　）

A.一对平衡力B.作用力和反作用力

C.拉力小于重力D.拉力大于重力

4.下列叙述中正确的是（　　）

A.在力学的国际单位制中，力的单位、质量的单位、位移的单位选定为基本单位

B.牛顿、千克、米/秒2、焦、欧姆、米都属于力的单位

C.在厘米、克、秒单位制中，重力加速度g的值等于9.8厘米/秒2

D.在力学的计算中，若涉及的物理量都采用国际单位制中的单位，则所计算的物理量的单位也是国际单位制中的单位

5.（2016·临海市调研）下列对牛顿第二定律的表达式F＝ma及其变形公式的理解正确的是（　　）

A.由F＝ma可知，物体所受的合力与物体的质量成正比，与物体的加速度成反比

B.由m＝

可知，物体的质量与其所受合力成正比，与其运动的加速度成反比

C.由a＝

可知，物体的加速度与其所受合力成正比，与其质量无关

D.由m＝

可知，物体的质量可以通过测量它的加速度和它所受的合力求出

6.（2015·9月浙江测试）一根轻质弹簧竖直悬挂在天花板上，下端悬挂一小球，小球和弹簧的受力如图2所示，下列

说法正确的是（　　）

A.F1的施力者是弹簧

B.F2的反作用力是F1

C.F3的施力者是地球

D.F2的反作用力是F3

7.跳高运动员从地面起跳的瞬间，下列说法中正确的是（　　）

A.运动员对地面的压力等于运动员受到的重力B.地面对运动员的支持力大于运动员受到的重力

C.地面对运动员的支持力大于运动员对地面的压力D.运动员对地面的压力小于运动员受到的重力

8.（2016·宁波模拟）引体向上是同学们经常做的一项健身运动.该运动的规范动作是两手正握单杠，由悬垂开始，上拉时，下颚须超过单杠面；下放时，两臂放直，不能曲臂.这样上拉下放，重复动作，达到锻炼臂力和腹肌的目的.关于做引体向上动作时人的受力，以下判断正确的是（　　）

A.上拉过程中，人受到两个力的作用B.上拉过程中，单杠对人的作用力大于人的重力

C.下放过程中，单杠对人的作用力小于人的重力D.下放过程中，人只受到一个力的作用

9.（2016·金华十校联考）为了节省能量，某商场安装了智能化的电动扶梯.无人乘坐时，扶梯运转得很慢；有人站在扶梯上时，它会先慢慢加速，再匀速运转.一顾客乘扶梯上楼，恰好经历了这两个过程，如图3所示.下列说法中正确的是（　　）

A.顾客始终受到三个力的作用B.顾客始终处于超重状态

C.顾客对扶梯作用力的方向先指向左下方，再竖直向下

D.顾客对扶梯作用力的方向先指向右下方，再竖直向下

10.如图4所示，一轻弹簧竖直固定在地面上，一物体从弹簧上方某高处自由下落，并落在弹簧上，弹簧在压缩过程中始终遵守胡克定律.从物体接触弹簧开始，直到把弹簧压缩到最短为止，物体的加速度大小（　　）

A.一直变大B.一直变小C.先变大后变小D.先变小后变大

B.

11.

（2016·苏州模拟）如图5所示，质量相等的三个物块A、B、C，A与天花板之间，B与C之间均用轻弹簧相连，A与B之间用细绳相连，当系统静止后，突然剪断A、B间的细绳，则此瞬间A、B、C的加速度分别为（取向下为正）（　　）

A.－g、2g、0B.－2g、2g、0C.0、2g、0D.－2g、g、g

B.

12.将物体以一定的初速度竖直上抛，经过时间t0回到抛出点，空气阻力大小恒为重力的

.物体速度v随时间t变化的图象正确的是（　　）

13.（2016·株洲模拟）一个小孩从滑梯上滑下的运动可看做匀加速直线运动.第一次小孩单独从滑梯上滑下，加速度为a1，第二次小孩抱上一只小狗后再从滑梯上滑下（小狗不与滑梯接触），加速度为a2，则（　　）

A.a1＝a2B.a1a2D.无法判断

14.粗糙的水平地面上一物体在水平拉力作用下做直线运动，水平拉力F及运动速度v随时间变化的图象如图6甲、乙所示.取重力加速度g＝10m/s2.求：

（1）前2s内物体运动的加速度和位移的大小；

（2）物体的质量m和物体与地面间的动摩擦因数μ.

16.（2016·绍兴市9月选考）中国已迈入高铁时代，高铁拉近了人们的距离，促进了经济的发展.一辆高铁测试列车从甲站始发最后停靠乙站，车载速度传感器记录了列车运行的vt图象如图8所示.已知列车的质量为4.0×105kg，假设列车运行中所受的阻力是其重力的0.02倍，求：

（1）甲、乙两站间的距离L；

（2）列车出站时的加速度大小；

（3）列车出站时的牵引力大小.