江苏省高考物理大一轮复习第三章牛顿运动定律教师用书.docx

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江苏省高考物理大一轮复习第三章牛顿运动定律教师用书

第三章牛顿运动定律

考试说明

知识网络

第1讲　牛顿第一定律　牛顿第三定律

（本讲对应学生用书第3436页）

考纲解读

1.理解牛顿第一定律的内容和意义;知道什么是惯性及惯性的表现和决定因素.

2.理解牛顿第三定律的含义;知道一对作用力与一对平衡力的特点,能应用牛顿第三定律解决实际问题.

基础梳理

1.牛顿第一定律

（1）内容:

一切物体总保持　　　　　　状态或　　　　状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止. 

（2）意义:

指出了力不是维持物体　　　　的原因,而是产生　　　　的原因;指出了一切物体都具有惯性. 

（3）伽利略理想实验是牛顿第一定律的基础.

2.惯性:

物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质.

（1）惯性是物体的　　　　属性,与物体是否受力及运动状态　　　　. 

（2）质量是惯性大小的量度,质量大的物体惯性　　　　,质量小的物体惯性　　　　. 

（3）当物体不受力或受力为零时,惯性表现为保持原来的运动状态;当物体受力不为零时,惯性表现为改变物体运动状态的难易程度.

3.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　　　　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个物体　　　　　　.力是物体与物体间的相互作用,物体间相互作用的这一对力通常叫做作用力和反作用力. 

（2）内容:

两物体之间的作用力与反作用力总是大小　　　　,方向　　　　,作用在　　　　　　. 

4.力学中的三个　　　　物理量是:

质量、长度、时间,其国际单位制　　　　单位是千克、米、秒. 

1.

（1）匀速直线运动　静止　

（2）速度　加速度

2.

（1）固有　无关　

（2）大　小

3.

（1）相互　施加了力　

（2）相等　相反　同一条直线上

4.基本　基本

对牛顿第一定律和惯性的理解　　　 

1.牛顿第一定律

（1）牛顿第一定律是在可靠的实验事实基础上经过科学的逻辑推理得出的结论.

（2）牛顿第一定律揭示了力和运动的关系.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）物体的惯性与物体是否受力、怎样受力无关,与物体是否运动、怎样运动及所处的地理位置无关,只与物体的质量有关.

（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（静止或匀速直线运动）;物体受到外力时,惯性表现为运动状态改变的难易程度.

（3）惯性不是力,惯性与力是两个截然不同的概念.

典题演示1　（多选）科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用.下列说法符合历史事实的是（　　）

A.亚里士多德认为,必须有力作用在物体上,物体的运动状态才会改变

B.伽利略通过“理想实验”得出结论:

运动必具有一定的速度,如果它不受力,它将以这一速度永远运动下去

C.笛卡儿指出:

如果运动中的物体没有受到力的作用,它将继续以同一速度沿同一直线运动,既不停下来也不偏离原来的方向

D.牛顿认为,物体都具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质

【解析】亚里士多德认为,必须有力作用在物体上,物体才能运动,故A错误;伽利略通过“理想实验”得出结论:

力不是维持运动的原因,即运动必具有一定的速度,如果它不受力,它将以这一速度永远运动下去,故B正确;笛卡儿指出,如果运动中的物体没有受到力的作用,它将继续以同一速度沿同一直线运动,既不停下来也不偏离原来的方向,符合历史事实,故C正确;牛顿认为,物体都具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质,符合事实,故D正确.

【答案】BCD

典题演示2　（多选）在水平的路面上有一辆匀速行驶的小车,车上固定一盛满水的碗.现突然发现碗中的水洒出,水洒出的情况如图所示,则关于小车在此种情况下的运动,下列说法中正确的是（　　）

A.小车匀速向左运动

B.小车可能突然向左加速

C.小车可能突然向左减速

D.小车可能突然向右减速

【解析】原来水和小车相对静止以共同速度运动,水突然向右洒出有两种可能:

①原来小车向左运动,突然加速,碗中水由于惯性保持原速度不变,故相对碗向右洒出.②原来小车向右运动,突然减速,碗中水由于惯性保持原速度不变,相对于碗向右洒出,故B、D正确.

【答案】BD

对牛顿第三定律的理解　　　 

作用力和反作用力的关系为:

同大小

在任何情况下,作用力和反作用力必定大小相等

同直线

作用力和反作用力一定在同一条直线上

同性质

作用力和反作用力一定是同一性质的力

同存在

作用力和反作用力总是同时产生,同时变化,同时消失

不同向

作用力和反作用力的方向相反

不同点

作用力和反作用力作用在两个物体上,力的作用点不同

不同效果

作用力和反作用力在两个物体上的作用效果不同

三无关

与物体的种类无关

与相互作用的两物体的运动状态无关

与是否与另外的物体相互作用无关

　　在受力分析问题中,如果不便于分析物体所受的某些力,则可以通过其反作用力来求解,牛顿第三定律将起到非常重要的转换研究对象的作用,使得我们分析问题的思路更灵活、更开阔.例如求人从高处跳下落地瞬间对地面的平均作用力,可以通过求落地瞬间地面对人的平均作用力来实现.

A.物体先对地面产生压力,然后地面才对物体产生支持力

B.物体对地面的压力和地面对物体的支持力互相平衡

C.人推车前进,人对车的作用力大于车对人的作用力

D.物体在地面上滑行,不论物体的速度多大,物体对地面的摩擦力与地面对物体的摩擦力始终大小相等

【解析】由牛顿第三定律可知,作用力和反作用力同时产生,同时消失,A项错;压力和支持力作用在不同的两个物体上,而平衡力是作用在同一物体上的,B项错;作用力与反作用力等大反向,故人对车的作用力等于车对人的作用力,C项错;物体对地面的摩擦力大小等于地面对物体的摩擦力,D项正确.

【答案】D

相互作用力与平衡力的比较　　　 

　　名称

比较内容　　

作用力与反作用力

一对平衡力

不同点

受力

物体

作用在两个相互作用的物体上

作用在同一物体上

依赖

关系

同时产生,同时消失,相互依存,不可单独存在

无依赖关系,撤除一个,另一个可依然存在,只是不再平衡

叠加

性

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

力的

性质

一定是同性质的力

可以是同性质的力,也可以不是同性质的力

相同点

大小

方向

大小相等、方向相反、作用在同一条直线上

典题演示4　如图所示,用质量不计的轻绳L1和L2将M、N两重物悬挂起来,则下列说法中正确的是（　　）

A.L1对M的拉力和L2对M的拉力是一对平衡力

B.L2对M的拉力和L2对N的拉力是一对作用力与反作用力

C.L1对M的拉力和M对L1的拉力是一对平衡力

D.L2对N的拉力和N对L2的拉力是一对作用力和反作用力

【解析】对M受力分析,它受到重力、L1的拉力、L2的拉力作用,因此,L1对M的拉力和L2对M的拉力并不是一对平衡力,A错;作用力和反作用力作用在相互作用的两个物体之间,而B选项中有三个物体:

M、N、L2,B错误;平衡力必须作用在同一个物体上,L1对M的拉力和M对L1的拉力分别作用在M和L1上,显然不是平衡力,C错误;D项中的一对力是作用力和反作用力,D正确.

【答案】D

对伽利略理想实验的理解　　　 

亚里士多德认为:

力是维持物体运动的原因.

理想斜面实验说明:

在水平面上运动的物体之所以会停下来,是因为受到摩擦阻力的缘故.

伽利略理想斜面实验非常重要,为牛顿第一定律提供了实验依据.

典题演示5　伽利略设想了一个理想实验:

①减小第二个斜面的倾角,小球在这斜面上仍然要达到原来的高度.

②两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面.

③如果没有摩擦,小球将上升到原来释放时的高度.

④继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球要沿水平面做持续的匀速运动.

在上述的设想步骤中,有的属于可靠的事实,有的则是理想化的推论.下列对理想实验各步骤顺序的排列、关于事实和推论的分类以及实验的目的的说法中,正确的是（　　）

A.顺序②①③④,①是事实,说明物体的运动离不开力的作用

B.顺序②③①④,②是事实,说明物体的运动不需要力来维持

C.顺序③②①④,③是事实,说明在不考虑摩擦力时小球机械能守恒

D.顺序③①②④,④是事实,说明小球将运动到与释放时相同的高度

【解析】伽利略的理想实验是以经验事实为基础,设想实验步骤和过程,运用分析推理得出结论的.之所以称为理想实验,是因为实验的结果是无法用实际的实验进行验证的.但是,分析推理的过程是合乎逻辑的,是严密的,是对实际过程的科学的抽象,因此得出的结论是对客观世界的真实反映.本题实验的四个步骤中,只有②是事实,其余都是推理,实验步骤的正确顺序为②③①④,设计该理想实验的目的在于说明物体的运动不需要力来维持,B正确.

【答案】B

1.伽利略创造的把实验、假设和逻辑推理相结合的科学方法,有力地促进了人类科学认识的发展.利用如图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,并沿右侧斜面上升.斜面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材料时,小球沿右侧斜面上升到的最高位置依次为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（　　）

A.如果斜面光滑,小球将上升到与O点等高的位置

B.如果小球不受力,它将一直保持匀速运动或静止状态

C.如果小球受到力的作用,它的运动状态将发生改变

D.小球受到的力一定时,质量越大,它的加速度越小

【解析】题目中给出斜面上铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材料,小球的位置逐渐升高,不难想象,当斜面绝对光滑时,小球在斜面上运动没有能量损失,可以上升到与O点等高的位置,这是可以得到的直接结论,A正确,B、C、D尽管也正确,但不是本实验得到的直接结论,故错误.

【答案】A

A.采用了大功率的发动机后,某些一级方程式赛车的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度,这表明:

可以通过科学进步使小质量的物体获得大惯性

B.“强弩之末势不能穿鲁缟”,这表明强弩的惯性减小了

C.货运列车运行到不同的车站时,经常要摘下或加挂一些车厢,这会改变它的惯性

D.摩托车转弯时,车手一方面要适当的控制速度,另一方面要将身体稍微向里倾斜,这是为了通过调控人和车的惯性达到安全行驶的目的

【解析】惯性是物体的固有属性,质量是惯性大小的唯一量度,也就是说只要物体的质量不变,其惯性大小不变,故A、B、D错误;货运列车运行到不同的车站时,经常要摘下或加挂一些车厢,改变了列车的质量,从而改变它的惯性,选项C正确.

【答案】C

3.粗糙的水平地面上有一只木箱,现用一水平力拉木箱匀速前进,则（　　）

A.拉力与地面对木箱的摩擦力是一对作用力与反作用力

B.木箱对地面的压力与地面对木箱的支持力是一对平衡力

C.木箱对地面的压力与地面对木箱的支持力是一对作用力与反作用力

D.木箱对地面的压力与木箱受到的重力是一对平衡力

【解析】拉力与地面对木箱的摩擦力作用在同一个物体上,是一对平衡力,所以A错误;木箱对地面的压力与地面对木箱的支持力是一对作用力与反作用力,故B错误,C正确;木箱对地面的压力与木箱受到的重力方向相同,作用在两个物体上,不是一对平衡力,D错误.

【答案】C

A.运动越快的汽车不容易停下来,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

【解析】物体的惯性大小只与物体的质量有关,与物体的速度无关,选项A错误;作用力与反作用力一定是同种性质的力,选项B正确;伽利略的理想实验是建立在严格的推理的基础上的,与实际的理论不脱离的,选项C错误;马拉着车向前加速时,马对车的拉力与车对马的拉力是一对作用力与反作用力,故马对车的拉力等于车对马的拉力,选项D错误.

【答案】B

A.亚里士多德在研究“落体运动”、“运动与力的关系”等问题中所犯的错误告诉我们,在科学研究中单纯依靠“观察”和“经验”往往是靠不住的

B.伽利略在对自由落体运动的研究中将实验和逻辑推理和谐地结合起来,丰富了人类的科学思维方式和科学研究方法

C.笛卡尔通过“理想斜面实验”推翻了“力是维持物体运动的原因”这个观点

D.牛顿站在巨人的肩膀上,通过自己的努力建立了“牛顿三大运动定律”,奠定了经典物理学的基础

【解析】亚里士多德通过生活现象和经验得出重的物体比轻的物体下落得快,选项A正确;伽利略通过斜面上的匀加速运动外推得出自由落体运动规律,选项B正确;伽利略应用“理想斜面实验”推翻了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的观点,故C错误;牛顿曾说“我之所以比别人看得远,是因为我站在了巨人的肩膀上”,牛顿所指的巨人是伽利略、笛卡尔等人,故D正确.

【答案】ABD

6.将重均为G的两个磁环A、B先后套在光滑的木支架上,并使两磁环相对面的极性相同,此时可以看到上方的磁环A“悬浮”在空中,如图所示.设磁环B对木支架底座的压力为F1;B对A的排斥力为F2.关于这些力的大小关系中正确的是（　　）

A.F1>2G,F2=G

B.F1=2G,F2=G

C.F1>2G,F2>G

D.F1=2G,F2>G

【解析】对于磁环A,受到重力G和磁环B对磁环A的排斥力F2,根据平衡条件可知,F2=G;对于磁环B,受到重力G、磁环A对磁环B的排斥力F2'及木支架底座对磁环B的支持力F1'的作用,根据平衡条件得F1'=F2'+G,根据作用力与反作用力关系知F1=F2+G,则有F1=2G,选项B正确.

【答案】B

温馨提示:

趁热打铁,事半功倍.请老师布置同学们及时完成《配套检测与评估》中的练习.

第2讲　牛顿第二定律　两类动力学问题

（本讲对应学生用书第3640页）

考纲解读

1.理解牛顿第二定律的内容、表达式及性质.

2.会应用牛顿第二定律解决瞬时问题和两类动力学问题.

3.会用正交分解法解决有关问题.

基础梳理

1.牛顿第二定律:

物体的加速度跟所受的合外力成　　　　,跟物体的质量成　　　　,加速度的方向跟合外力方向　　　　. 

2.公式:

F合=　　　　.含义是只要作用在物体上的合外力不为零,物体就产生　　　　,　　　　就要变化. 

4.牛顿第二定律的独立性

（1）作用于物体上的每一个力各自产生的　　　　都遵从牛顿第二定律. 

（2）物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的　　　　. 

（3）分力与加速度在各个方向上的分量也遵从牛顿第二定律,即Fx=　　　　,Fy=　　　　. 

5.牛顿第二定律的因果性:

F是产生a的　　　　,物体具有加速度是因为物体受到了　　　　. 

6.两类基本问题的解题思路

1.正比　反比　相同

2.ma　加速度　速度

3.低速　高速　参考系

4.

（1）加速度　

（2）矢量和　（3）max　may

5.原因　力

对牛顿第二定律的理解　　　 

同向性

公式F合=ma是矢量式,任一时刻,F合与a同向

瞬时性

a与F合对应同一时刻,即a为某时刻的加速度时,F合为该时刻物体所受合外力

因果性

F合是产生a的原因,物体具有加速度是因为物体受到了力

同一性

F合=ma中,F合、m、a对应同一物体或同一系统,各量统一使用国际单位

独立性

①作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛顿第二定律

②物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和

典题演示1　如图所示,弹簧左端固定,右端自由伸长到O点并系住物体m.现将弹簧压缩到A点,然后释放,物体可以一直运动到B点,如果物体受到的阻力恒定,则（　　）

A.物体从A到O先加速后减速

B.物体从A到O加速运动,从O到B减速运动

C.物体运动到O点时所受合力为0

D.物体从A到O的过程加速度逐渐减小

【解析】首先有两个问题应搞清楚:

①物体在A点所受弹簧的弹力大于物体与地面之间的摩擦力（因为物体能运动）,②物体在O点所受弹簧的弹力为0,所以在A、O之间有弹力与摩擦力相等的位置,故物体在A、O之间的运动应该是先加速后减速,A正确、B错误;O点所受弹簧的弹力为0,但摩擦力不是0,所以选项C错误;从A到O的过程加速度先减小、后增大,故选项D错误.

【答案】A

瞬时加速度的问题分析　　　 

1.一般思路

分析物体该时刻

的受力情况→由牛顿第二定律

列方程→瞬时加速度

2.几种模型的比较

　　特性

模型　　

受外力时

的形变量

弹力能

否突变

产生拉力或支持力

质量

内部

弹力

轻绳

微小不计

可以

只有拉力,没有支持力

不计

处处

相等

橡皮绳

较大

不能

只有拉力,没有支持力

轻弹簧

较大

不能

既可有拉力,也可有支持力

轻杆

微小不计

可以

既可有拉力,也可有支持力

　　3.求解瞬时性问题时的注意点

（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.

典题演示2　（2017·南师附中）如图所示,A、B两小球分别连在弹簧两端.B端用细线固定在倾角为30°的光滑斜面上,A、B两小球的质量分别为m1、重力加速度为g,若不计弹簧质量,在细线被剪断瞬间,A、B两小球的加速度分别为（　　）

A.都等于B.0和

C.和0D.0和g

【解析】据题意,对A球受力分析,受到重力G,垂直斜面向上的支持力NA,沿斜面向上的弹力F,由于A球处于静止状态,则据平衡条件有F=m1gsinθ;现将细线烧断,据弹簧弹力具有瞬间保持原值的特性,故A球此时加速度为0,对B球则有F+m2gsinθ=m2a,所以B球此时加速度为a=g,故D正确,A、B、C错误.

【答案】D

典题演示3　（多选）（2015·海南卷）如图,物块a、b和c的质量相同,a和b、b和c之间用完全相同的轻弹簧S1和S2相连,通过系在a上的细线悬挂于固定点O;整个系统处于静止状态;现将细绳剪断,将物块a的加速度记为a1,S1和S2相对原长的伸长量分别为Δl1和Δl2,重力加速度大小为g,在剪断瞬间（　　）

A.a1=3gB.a1=0

C.Δl1=2Δl2D.Δl1=Δl2

【解析】设物体的质量为m,剪断细绳的瞬间,绳子的拉力消失,弹簧还没有来得及改变,所以剪断细绳的瞬间a受到重力和弹簧S1的拉力T1,剪断前对bc和弹簧组成的整体分析可知T1=2mg,故a受到的合力F=mg+T1=mg+2mg=3mg,故加速度a1==3g,A正确,B错误;设弹簧S2的拉力为T2,则T2=mg,根据胡克定律F=kΔx可得Δl1=2Δl2,C正确,D错误.

【答案】AC

动力学的两类基本问题　　　 

1.求解两类问题的思路,可用下面的框图来表示:

分析解决这两类问题的关键:

应抓住受力情况和运动情况之间联系的桥梁——加速度.

2.动力学的两类基本问题的解题步骤

（1）选取研究对象.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.

（2）分析研究对象的受力情况和运动情况.注意画好受力分析图,明确物体的运动过程和运动性质.

（3）选取正方向或建立坐标系.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.

（4）求合外力F.

（5）根据牛顿第二定律和运动学公式列方程求解,必要时还要对结果进行讨论.

（1）求物块在恒力F作用下向上运动的加速度a.

（2）若恒力F作用4s后撤去,求物块再经过多长时间返回斜面底端.

【解析】有力F作用时有

Fcos37°-mgsin37°-μ（mgcos37°-Fsin37°）=ma,

解得a=1m/s2.

（2）刚撤去F时,物块的速度v1=at1=4m/s,

物块的位移s1=t1=8m,

撤去力F后,物块上滑时有-（mgsin37°+μmgcos37°）=ma2,

解得a2=-10m/s2.

物块上滑时间t2=-=0.4s,

上滑位移s2=t2=0.8m,

则物块上滑的最大距离为sm=s1+s2=8.8m,

物块返回时有mgsin37°-μmgcos37°=ma3,

a3=2m/s2.

物块由顶端返回B点时有sm=a3,

t3=2s,

t=t2+t3=（0.4+2）s≈3.2s.

【答案】

（1）1m/s2　

（2）3.2s

微模型2

动力学中的图象问题

1.常见的动力学图象:

v-t图象、a-t图象、F-t图象、F-a图象等.

2.图象问题的类型:

①已知物体受到的力随时间变化的图线,要求分析物体的运动情况.

②已知物体的速度、加速度随时间变化的图线,要求分析物体的受力情况.

③由已知条件确定某物理量的变化图象.

3.解题策略

典题演示　（2016·镇江一模）如图甲所示,倾角θ=37°的足够长的斜面固定在水平地面上,质量m=1kg的物块在沿斜面向上的恒力F作用下,由斜面底端A处从静止开始沿斜面向上做匀加速运动,当物块运动t1=2s时撤去外力F,物块继续向上运动,一段时间后物块到达最高点B.物块运动的v-t图象如图乙所示.取g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:

甲

乙

（1）物块和斜面之间的动摩擦因数.

（2）沿斜面向上的恒力F的大小.

（3）物块从最高点B返回到斜面底端A点所用时间t.

【解析】

（1）由图象得第3s内的加速度大小为

a1==10m/s2,

第3s内mgsinθ+μmgcosθ=ma1,

解得μ=0.5.

（2）由图象得前2s内的加速度为a2==5m/s2,

前2s内F-mgsinθ-μmgcosθ=ma2,

解得F=15N.

（3）当物块从B点返回时mgsinθ-μmgcosθ=ma3,

解得a3=2m/s2,

即物块从B返回A时一直做a3=2m/s2的匀加速直线运动,

A、B两点间的距离x=t=15m,

由x=a3,

解得t3==s=s.

【答案】

（1）0.5　

（2）15N　（3）s

跟踪训练1　（2016·苏锡常镇三模）重物从空中由静止下落,设重物下落时所受的阻力与速度成正比,则下列图象中正确的是（　　）

【解析】重物下落时受到重力和阻力的作用mg-f=ma,阻力与速度成正比f=kv,所以重物的加速度a=g-v,a-v图象是向下倾斜的一条直线,C项错误,D项正确;若高度足够,加速度最终为零,不趋近于某个值,B项错误;加速度与速度成线性关系,速度与时间是非线性关系,所以加速度与时间不成线性关系,A项错误.

【答案】D

跟踪训练2　（多选）（2015·新课标Ⅰ卷）如图（a）,一物块在t=0时刻滑上一固定斜面,其运动的v-t图线如图（b）所示.若重力加速度及图中的v0、v1、t1均为已知量,则可求出（　　）

图（a）

图（b）

A.斜面的倾角　　　　　　　　　　　　　　　　　B.物块的质量