2020浙江高考物理二轮讲义:专题一第三讲 牛顿运动定律 Word版含解析.doc
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1、第三讲牛顿运动定律知识内容考试要求备考指津1.牛顿第一定律c本讲是考查的重点,对基本概念的考查主要涉及力和运动、超重、失重等由真题统计可明显看出牛顿第二定律、第三定律及牛顿运动定律的应用在大题中出现的可能性非常大,需重点掌握.说明:知道国际单位制中规定的单位符号.2.牛顿第二定律c3.力学单位制b4.牛顿第三定律c5.牛顿运动定律应用d6.共点力平衡条件及应用c7.超重与失重b牛顿运动定律基本概念的理解 【题组过关】1伽利略和牛顿都是物理学发展史上最伟大的科学家,巧合的是,牛顿就出生在伽利略去世后第二年下列关于力和运动关系的说法中,不属于他们观点的是()A自由落体运动是一种匀变速直线运动B力是
2、使物体产生加速度的原因C物体都具有保持原来运动状态的属性,即惯性D力是维持物体运动的原因解析:选D.伽利略通过斜面实验以及逻辑推理证明自由落体运动是一种匀变速直线运动,A项不符合题意;牛顿第一定律表明力是产生加速度的原因、惯性是物体的固有属性,B、C项不符合题意;亚里士多德认为力是维持物体运动的原因,D项符合题意2在国际单位制(简称SI)中,力学和电学的基本单位有:m(米)、kg(千克)、s(秒)、A(安培)导出单位V(伏特)用上述基本单位可表示为()Am2kgs4A1Bm2kgs3A1Cm2kgs2A1Dm2kgs1A1答案:B3(多选)跳高运动员从地面起跳的瞬间,下列说法中正确的是()A运
3、动员对地面的压力大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大小等于运动员受到的重力解析:选AB.运动员起跳的瞬间向上做加速运动,由牛顿第二定律得FNmgma,故地面对运动员的支持力大于运动员的重力,由牛顿第三定律得运动员对地面的压力等于地面对运动员的支持力,选项A、B正确,C、D错误1力的作用效果是改变物体的运动状态,而不是维持物体的运动2(1)惯性不是一种力,对物体受力分析时,不能把“惯性力”作为物体实际受到的力(2)惯性与惯性定律不同惯性是物体保持原有运动状态不变的一种性质,与物体的受力情况、运动状态及所处
4、的位置无关,其大小只取决于物体的质量,质量越大,惯性越大;惯性定律(牛顿第一定律)则反映物体在一定条件下的运动规律3应用牛顿第三定律需注意的三个问题(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,但因所作用的物体不同,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,不能涉及第三个物体 牛顿运动定律的两类动力学问题 【重难提炼】1解决动力学的两类基本问题应把握的关键(1)两个分析物体的受力分析和物体的运动过程分析. (2)一个“桥梁”物体运动的加速度是联系运动和力的桥梁2解决动力学基本问题
5、时对力的处理方法 (1)合成法:在物体受力个数较少(2个或3个)时一般采用“合成法” .(2)正交分解法:若物体的受力个数较多(3个或3个以上),则采用“正交分解法”. 如图所示,水平平台ab长为20 m,平台b端与长度未知的特殊材料制成的斜面bc连接,斜面倾角为30.在平台a端放上质量为5 kg的物块,并给物块施加与水平方向成37角的50 N推力后,物块由静止开始运动已知物块与平台间的动摩擦因数为0.4,重力加速度g10 m/s2,sin 370.6,求:第(2)、(3)两问结果保留三位有效数字(1)物块由a运动到b所用的时间;(2)若物块从a端运动到P点时撤掉推力,则物块刚好能从斜面b端开
6、始下滑,则aP的距离为多少?(物块在b端无能量损失)(3)若物块与斜面间的动摩擦因数bc0.2770.03Lb,式中Lb为物块在斜面上所处的位置离b端的距离,在(2)中的情况下,物块沿斜面滑到什么位置时速度最大?审题突破(1)对a到b过程受力分析,根据牛顿第二定律求加速度,再根据运动学公式求时间t.(2)vP是物块从a到P过程中的末速度,也是物块从P到b过程中的初速度. (3)物块沿斜面下滑过程中,当a0时,速度最大解析(1)受力分析知物块的加速度为a11.6 m/s2xa1t2解得a到b的时间为t s5 s.(2)物块从a到P:v2a1x1物块由P到b:v2a2x2a2gxx1x2解得aP距
7、离为x114.3 m.(3)物块沿斜面下滑的速度最大时,须加速度为0即a0bc0.2770.03Lb联立解得Lb10.0 m因此如斜面长度L10.0 m,则Lb10.0 m时速度最大;若斜面长度L10.0 m,则在斜面最低点时速度最大答案(1)5 s(2)14.3 m(3)若斜面长度L10.0 m,则Lb10.0 m时速度最大;若斜面长度L10.0 m,则在斜面最低点时速度最大【题组过关】考向一已知受力情况确定运动情况1北京获得2022年冬奥会举办权,冰壶是冬奥会的比赛项目之一将一个冰壶以一定初速度推出后将运动一段距离停下来换一个材料相同,质量更大的冰壶,以相同的初速度推出后,冰壶运动的距离将
8、()A不变B变小C. 变大 D无法判断解析:选A.冰壶在冰面上由于滑动摩擦力的作用做匀减速运动,根据牛顿第二定律有:fma,加速度ag,即相同材料、质量不同的冰壶在冰面上匀减速运动的加速度大小相等据位移速度关系:0v2ax可知,两种冰壶的初速度相同,加速度相同,故匀减速运动的位移大小相等考向二已知运动情况确定受力情况2.趣味运动会上运动员手持网球拍托球沿水平面匀加速跑,设球拍和球质量分别为M、m,球拍平面和水平面之间夹角为,球拍与球保持相对静止,它们间摩擦力及空气阻力不计,则()A运动员的加速度为gtan B球拍对球的作用力为mgC运动员对球拍的作用力为(Mm)gcos D若加速度大于gsin
9、 ,球一定沿球拍向上运动解析:选A.网球受力如图甲所示,根据牛顿第二定律得FNsin ma,又FNcos mg,解得agtan ,FN,故A正确、B错误;以球拍和球整体为研究对象,受力如图乙所示,根据平衡,运动员对球拍的作用力为F,故C错误;当agtan 时,网球才向上运动,由于gsin gtan ,故球不一定沿球拍向上运动,故D错误3某种型号焰火礼花弹从专用炮筒中射出后,在4 s末到达离地面100 m的最高点时炸开,构成各种美丽的图案假设礼花弹从炮筒中竖直向上射出时的初速度是v0,上升过程中所受的阻力大小始终是自身重力的k倍,g10 m/s2,那么v0和k分别等于()A40 m/s,1.25
10、 B40 m/s,0.25C50 m/s,1.25 D50 m/s,0.25解析:选D.上升过程中所受的阻力fkmg,根据牛顿第二定律得:a(k1)g,根据hat2,得:a12.5 m/s2,所以v0at50 m/s,而(k1)g12.5 m/s2,所以k0.25.故选D.两类动力学问题的解题步骤 牛顿第二定律的瞬时性 【重难提炼】1两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:2求解瞬时加速度的一般思路两个质量均为m的小球,用两条轻绳连接,处于平衡状态,如图所示现突然迅速剪断轻绳OA,让小球下落,在剪断轻绳的瞬间,设小球A、B的加速度
11、分别用a1和a2表示,则()Aa1g,a2gBa10,a22g Ca1g,a20Da12g,a20 解析由于绳子张力可以突变,故剪断OA后小球A、B只受重力,其加速度a1a2g.故选项A正确. 答案A【题组过关】考向一轻绳、轻杆类模型1如图所示,A、B两球质量相等,光滑斜面的倾角为,图甲中,A、B两球用轻弹簧相连,图乙中A、B两球用轻质杆相连,系统静止时,挡板C与斜面垂直,轻弹簧、轻杆均与斜面平行,则在突然撤去挡板的瞬间有()A两图中两球加速度均为gsin B两图中A球的加速度均为零C图乙中轻杆的作用力一定不为零D图甲中B球的加速度是图乙中B球加速度的2倍解析:选D.撤去挡板前,挡板对B球的弹
12、力大小为2mgsin ,因弹簧弹力不能突变,而杆的弹力会突变,所以撤去挡板瞬间,图甲中A球所受合力为零,加速度为零,B球所受合力为2mgsin ,加速度为2gsin ;图乙中杆的弹力突变为零,A、B球所受合力均为mgsin ,加速度均为gsin ,可知只有D对考向二轻弹簧模型2.(2019金华模拟)如图所示,A、B、C三球的质量均为m,轻质弹簧一端固定在斜面顶端,另一端与A球相连,A、B间用一个轻杆连接,B、C间由一轻质细线连接倾角为的光滑斜面固定在地面上,弹簧、轻杆与细线均平行于斜面,系统处于静止状态,在细线被烧断的瞬间,下列说法正确的是()AB球的受力情况未变,加速度为零BA、B两个小球的
13、加速度均沿斜面向上,大小均为gsin CA、B之间杆的拉力大小为2mgsin DC球的加速度沿斜面向下,大小为2gsin 解析:选B.细线烧断前,A、B、C作为一个整体,沿斜面方向受力分析得弹簧弹力F3mgsin ,对C受力分析,沿斜面方向细线拉力FTmgsin ,细线烧断瞬间,弹簧形变量不会变化,弹力不变,对C受力分析,没有细线拉力,mgsin ma1,加速度a1gsin ,D错误;A、B之间由轻杆连接,相对静止,对A、B整体受力分析可得F2mgsin 2ma2,合力沿斜面向上,得a2gsin ,A错误,B正确;对B受力分析,沿斜面方向受轻杆的弹力和重力沿斜面向下的分力,轻杆弹力FTmgsi
14、n ma2mgsin ,得轻杆弹力FTmgsin ,C错误3.如图所示,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,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()Aa1a2a3a40Ba1a2a3a4gCa1a2g,a30,a4gDa1g,a2g,a30,a4g解析:选C.在抽出木板的瞬间,物块1、2与刚性轻杆接触处的形变立即消失,受到的合力均等于各自重力,所以由牛顿第二定律知a1a2g;而物块3、4间的轻
15、弹簧的形变还来不及改变,此时弹簧对物块3向上的弹力大小和对物块4向下的弹力大小仍为mg,因此物块3满足mgF,a30;由牛顿第二定律得物块4满足a4g,所以C对解决牛顿第二定律瞬时性的“两关键”“四步骤” (1)分析瞬时加速度的“两关键”分析瞬时前、后的受力情况和运动状态. 明确绳或杆类、弹簧或橡皮筋类模型的特点. (2)“四步骤”第一步:分析原来物体的受力情况. 第二步:分析物体在突变时的受力情况. 第三步:由牛顿第二定律列方程. 第四步:求出瞬时加速度,并讨论其合理性. 超重与失重现象 【题组过关】1如图所示,是某同学站在压力传感器上,做下蹲起立的动作时记录的力随时间变化的图线,纵坐标为力
16、(单位为牛顿),横坐标为时间由图线可知()A该同学做了两次下蹲起立的动作B该同学做了一次下蹲起立的动作C下蹲过程中人处于失重状态D下蹲过程中先处于超重状态后处于失重状态解析:选B.在一次下蹲过程中,该同学要先后经历失重状态和超重状态,所以对压力传感器的压力先小于自身重力后大于自身重力,而在一次起立过程中,该同学又要先后经历超重状态和失重状态,所以对压力传感器的压力先大于自身重力后小于自身重力,所以题图记录的应该是一次下蹲起立的动作2(2018浙江选考4月)如图所示,小芳在体重计上完成下蹲动作下列Ft图象能反映体重计示数随时间变化的是()解析:选C.下蹲时先加速下降,后减速下降,故先失重,后超重
17、,F先小于重力,后大于重力,C正确3(2019浙江选考模拟)撑竿跳是田径运动项目一种在这项比赛中,运动员双手握住一根特制的竿子,经过快速助跑后,借助竿子撑地的反弹力量,使身体腾起,跃过横杆关于撑竿跳,下列说法正确的是()A运动员起跳时,撑竿提供给运动员的弹力等于运动员所受重力B运动员起跳时,撑竿提供给运动员的弹力小于运动员所受重力C在运动员起跳上升阶段,运动员始终处于超重状态D在运动员越过横杆下落阶段,运动员始终处于失重状态解析:选D.起跳时,弹力大于运动员重力,上升阶段有向上加速和向上减速两个阶段,所以先超重后失重;越过横杆后只受重力,失重,所以D正确1对超重、失重的理解:超重并不是重力增加
18、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(即“视重”发生变化)2判断方法(1)不管物体的加速度是不是竖直方向,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)尽管不是整体有竖直方向的加速度,但只要物体的一部分具有竖直方向的分加速度,整体也会出现超重或失重现象在完全失重的状态下,平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失,如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等 连接体问题 【重难提炼】1整体法与隔离法常涉及的三种问题类型(1)涉及滑轮的问题:若要
19、求绳的拉力,一般都采用隔离法(2)水平面上的连接体问题:这类问题一般是连接体(系统)中各物体保持相对静止,即具有相同的加速度解题时,一般采用先整体后隔离的方法;建立直角坐标系时要考虑矢量正交分解越少越好的原则,或者正交分解力,或者正交分解加速度(3)斜面体与物体组成的连接体问题:当物体具有沿斜面方向的加速度,而斜面体相对于地面静止时,一般采用隔离法分析2解决这类问题的关键正确地选取研究对象是解题的首要环节,弄清各物体之间哪些属于连接体,哪些物体应该单独分析,并分别确定它们的加速度,然后根据牛顿运动定律列方程求解(2019杭州模拟)如图所示,质量分别为m、M的两物体P、Q保持相对静止,一起沿倾角
20、为的固定光滑斜面下滑,Q的上表面水平,P、Q之间的动摩擦因数为,则下列说法正确的是()AP处于超重状态BP受到的摩擦力大小为mg,方向水平向右CP受到的摩擦力大小为mgsin cos ,方向水平向左DP受到的支持力大小为mgsin 2解析由题意可知,P有向下的加速度,处于失重状态,A错误;对P、Q整体,根据牛顿第二定律有(Mm)gsin (Mm)a,得加速度agsin ,将沿斜面向下的加速度agsin 沿水平方向和竖直方向分解,如图所示,则a1acos gsin cos ,a2asin gsin2.对P分析,根据牛顿第二定律,水平方向上有Ffma1,方向水平向左,竖直方向上有mgFNma2,得
21、Ffmgsin cos ,FNmgcos2,C正确,B、D错误答案C【题组过关】考向一整体法和隔离法的应用1如图所示,质量为M的小车放在光滑的水平面上,小车上用细线悬吊一质量为m的小球,Mm,用一力F水平向右拉小球,使小球和车一起以加速度a向右运动时,细线与竖直方向成角,细线的拉力为F1.若用一力F水平向左拉小车,使小球和其一起以加速度a向左运动时,细线与竖直方向也成角,细线的拉力为F1.则()Aaa,F1F1Baa,F1F1Caa,F1F1 Daa,F1F1解析:选B.当用力F水平向右拉小球时,以小球为研究对象,竖直方向有F1cos mg水平方向有FF1sin ma,以整体为研究对象有F(m
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