2019-2020年高考物理备考艺体生百日突围系列专题03牛顿运动规律含解析(I).doc

2019-2020年高考物理备考艺体生百日突围系列专题03牛顿运动规律含解析(I)综合分析近几年的高考物理试题发现，试题在考查主干知识的同时，注重考查必修中的基本概念和基本规律，且更加突出考查学生运用力和运动的观点分析解决问题的能力。牛顿运动定律及其应用是每年高考考查的重点和热点，应用牛顿运动定律解题的关键是对研究对象进行受力分析和运动分析，特别是牛顿运动定律与曲线运动，万有引力定律以及电磁学等相结合的题目，牛顿定律中一般考查牛顿第二定律较多，一般涉及一下几个方面：一是牛顿第二定律的瞬时性，根据力求加速度或者根据加速度求力，二是动力学的两类问题，三是连接体问题，四是牛顿第二定律在生活生产和科技中的应用。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)牛顿第一定律的意义指出了一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又称惯性定律。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。(3)惯性定义：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质.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.普遍性：惯性是物体的固有属性，一切物体都有惯性。2.牛顿第二定律(1)内容：物体的加速度与所受合外力成正比，跟物体的质量成反比。(2)表达式：Fma.(3)力的单位：当质量m的单位是kg、加速度a的单位是m/s2时，力F的单位就是N，即1 kgm/s21 N.(4)物理意义：反映物体运动的加速度大小、方向与所受合外力的关系，且这种关系是瞬时的.(5)适用范围：牛顿第二定律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).牛顿第二定律只适用于宏观物体(相对于分子、原子)、低速运动(远小于光速)的情况.3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.基本单位：基本物理量的单位.力学中的基本物理量有三个，它们是长度、质量、时间；它们的国际单位分别是米、千克、秒.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.(2)国际单位制中的基本物理量和基本单位国际单位制的基本单位物理量名称物理量符号单位名称单位符号长度l米m质量m千克kg时间t秒s电流I安A热力学温度T开K物质的量n摩mol发光强度I坎cd4.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个物体也施加了力.(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)物理意义：建立了相互作用的物体之间的联系及作用力与反作用力的相互依赖关系.5.作用力与反作用力的“四同”和“三不同”四同： (1)大小相同(2)方向在同一直线上(3)性质相同(4)出现、存在、消失的时间相同三不同：(1)方向不同(2)作用对象不同(3)作用效果不同6.超重与失重和完全失重(1)实重和视重实重：物体实际所受的重力，它与物体的运动状态无关.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不等于物体的重力.此时弹簧测力计的示数或台秤的示数即为视重.(2)超重、失重和完全失重的比较现象实质超重物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力大于自身重力的现象系统具有竖直向上的加速度或加速度有竖直向上的分量失重物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力小于自身重力的现象系统具有竖直向下的加速度或加速度有竖直向下的分量完全失重物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力等于零的现象系统具有竖直向下的加速度，且ag第二部分 技能+方法一、如何理解牛顿第一定律1.建立惯性的概念，即一切物体都具有保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质，叫做惯性.是物体固有的一种属性，与物体是否受力及物体的运动状态无关.2.对力的概念更加明确.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，即力是物体产生加速度的原因.3.牛顿第一定律不是实验定律，即不能由实验直接加以验证，它是在可靠的实验事实基础上采用科学的抽象思维而推理和总结出来的.二、牛顿第一定律、惯性、牛顿第二定律的比较1.力不是维持物体运动的原因，牛顿第一定律指出“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止”.因此物体在不受力时仍可以匀速运动，并不需要力来维持，力是改变这种状态的原因，也就是力是产生加速度的原因.2.惯性是一切物体保持原来运动状态的性质，而力是物体间的相互作用.因此惯性不是一种力，力是使物体运动状态发生改变的外部因素，惯性则是维持物体运动状态，阻碍物体运动状态发生改变的内部因素.3.惯性的表现：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，物体不受外力时，惯性表现在维持原运动状态不变，即反抗加速度产生，且在外力一定时，质量越大的物体运动状态越难改变，加速度越小.4.牛顿第一定律不是牛顿第二定律的特例，而是牛顿第二定律的基础，牛顿第一定律不是由实验直接总结出来的，是以伽利略的理想实验为基础，通过对大量实验现象的思维抽象、推理而总结出来的.牛顿第一定律定性地给出了物体在不受力的理想情况下的运动规律，在此基础上牛顿第二定律定量地指出了力和运动的关系：Fma.【例1】某人用绳子将一桶水从井内加速向上提的过程中，下列说法正确的是： （ ）A这桶水处于超重状态，所以绳子对桶的拉力大于桶对绳子的拉力B这桶水处于超重状态，绳子对桶的拉力大于桶的重力C人对绳子的拉力与绳子对桶的拉力是一对作用力与反作用力D这桶水能加速上升，是因为人对绳子的拉力大于桶对绳子的拉力【答案】B【解析】这桶水加速上升，说明加速度的方向是向上的，桶处于超重状态，所以桶受到的合外力的方向向上，即桶受到的向上的力大于桶的重力，所以选项B正确；A中绳子对桶的拉力等于桶对绳子的拉力，这是作用力与反作用力，大小相等，选项A错误；C中人对绳子的拉力与绳子对桶的拉力不是一对作用力与反作用力，选项C错误；D中这桶水能加速上升，不是因为人对绳子的拉力大于桶对绳子的拉力，而是桶受到的拉力大于重力，所以选项D错误。【名师点晴】在力的概念中，力的相互性是指发生相互作用的物体间发生的作用力与反作用力大小相等，方向相反的问题；而研究某个物体的加速时，就要看该物体的受力情况，该题中就是桶受到的力有哪些，这些力间的关系如何。【例2】（多选）如图，质量相同的木块A、B用轻弹簧相连，静止在光滑水平面上弹簧处于自然状态，现用水平恒力F向右推A，则从开始推A到弹簧第一次被压缩到最短的过程中，下列说法中正确的是： （ ）A两木块速度相同时，加速度aAaB B两木块速度相同时，加速度aAvB D两木块加速度相同时，速度vAvB【答案】BC【名师点睛】此题是牛顿第二定律的应用习题；要注意在弹簧被压缩的过程中，A的合力在减小，加速度在减小，只要A的速度大于B的速度，此过程中B的加速度一直在增加；此题还可以用v-t图线进行讨论，也较简单.三、牛顿第二定律的理解牛顿第二定律明确了物体的受力情况和运动情况之间的定量关系.联系物体的受力情况和运动情况的桥梁是加速度.可以从以下角度进一步理解牛顿第二定律.因果关系力是产生加速度的原因，力是因，加速度是果.只能描述为物体运动的加速度与物体所受的外力成正比，反之不行同体性F、a、m三者都针对同一个物体，其中F是该物体所受的合外力，m是该物体的质量，a是在F作用下该物体的加速度瞬时性F与a是瞬时对应的，它们同时存在，同时变化，同时消失.物体在每一时刻的瞬时加速度是跟那一时刻所受的合外力成正比的，恒力产生恒定的加速度，变力产生变化的加速度，某一方向上合外力不为零，就在这一方向上产生加速度同向性F与a的方向永远是一致的，也就是说合外力的方向决定了物体加速度的方向，加速度的方向反映了物体所受合外力的方向独立性作用于物体上的每一个力各自独立产生加速度也遵从牛顿第二定律，与其他力无关.物体实际的加速度则是每个力单独作用时产生的加速度的矢量和适用范围惯性参考系，宏观低速运动的物体注意：1.物体所受合力的方向决定了其加速度的方向，合力与加速度的大小关系是F合ma，只要有合力，不管速度是大还是小，或是零，都有加速度，只有合力为零时，加速度才能为零，一般情况下，合力与速度无必然的联系，只有速度变化才与合力有必然的联系.2.合力与速度同向时，物体加速，反之则减速.3.物体的运动情况取决于物体受的力和物体的初始条件(即初速度)，尤其是初始条件是很多同学最容易忽视的，从而导致不能正确地分析物体的运动过程【例3】如图所示，小球A、B、C的质量均为m，A、B间用细线相连，B、C间用轻质弹簧相连，然后用轻质弹簧悬挂而精致，则在剪断A、B间细线的瞬间，A、B、C的加速度分别是： （ ）A、 B、C、 C、【答案】C【名师点睛】关键是知道知道剪断细线的瞬间，弹簧由于来不及改变形变量，所以弹力不变，但细线的拉力消失，结合牛顿第二定律进行求解，难度不大四、作用力和反作用力与平衡力1.作用力和反作用力与平衡力的比较内容作用力和反作用力平衡力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相互依存，不可单独存在，同时产生，同时变化，同时消失无依赖关系，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，且合力为零力的性质一定是同性质的力可以是同性质的力，也可以是不同性质的力大小方向大小相等、方向相反、作用在一条直线上大小相等、方向相反、作用在一条直线上2.判断一对力是否是作用力和反作用力(1)看作用点，作用力与反作用力应作用在两个物体上.(2)看产生的原因，作用力和反作用力是由于相互作用而产生的.(3)作用力与反作用力具有相互性和异体性，与物体运动状态无关.【例4】关于作用力和反作用力，以下说法正确的是： （ ）A作用力与它的反作用力总是一对平衡力B地球对物体的作用力比物体对地球的作用力大C作用力与反作用力一定是性质相同的力D凡是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上的，并且分别作用在不同物体上的两个力一定是一对作用力和反作用力【答案】C【名师点晴】相互作用力是指相互作用的物体之间产生的一种作用力，它们的大小相等、方向相反，作用在同一直线上，且作用在不同的物体上；如果只是满足大小相等、方向相反，作用在同一直线上，不同的物体上，则它们不一定是相互作用力。五、整体法和隔离法的应用1.解答问题时，不能把整体法和隔离法对立起来，而应该把这两种方法结合起来，从具体问题的实际情况出发，灵活选取对象，恰当地选择使用隔离法和整体法.2.在使用隔离法解题时，所选取的隔离对象可以是连接体中的某一个物体，也可以是连接体中的某部分物体(包含两个或两个以上的单个物体)，而这“某一部分”的选取，也应根据问题的实际情况，灵活处理.3.在选用整体法和隔离法时，可依据所求的力进行选择，若为外力则应用整体法；若所求力为内力则用隔离法.但在具体应用时，绝大多数的题目要求两种方法结合应用，且应用顺序也较为固定，即求外力时，先隔离后整体；求内力时，先整体后隔离.先整体或先隔离的目的都是为了求解共同的加速度.应用牛顿第二定律时，若研究对象为一物体系统，可将系统的所有外力及系统内每一物体的加速度均沿互相垂直的两个方向分解，则牛顿第二定律的系统表达式为：Fxm1a1xm2a2xmnanxFym1a1ym2a2ymnany应用牛顿第二定律的系统表达式解题时，可不考虑系统内物体间的相互作用力(即内力)，这样能达到简化求解的目的，但需把握三个关键点：(1)正确分析系统受到的外力；(2)正确分析系统内各物体加速度的大小和方向；(3)确定正方向，建立直角坐标系，并列方程进行求解.【例5】如图所示，图乙中用力F取代图甲中的m，且F=mg，其余器材完全相同，不计摩擦，图甲中小车的加速度为，图乙中小车的加速度为，则： （ ）A、 B、 C、 D、无法判断【答案】C【名师点睛】关键是物体受力分析，然后根据牛顿第二定律列式求解，本题也可以根据失重超重角度解题，甲图中m加速下降，处于失重状态，拉力小于重力，故加速度小于乙图中的加速度六、牛顿运动定律应用规律（一）、动力学两类基本问题的求解思路两类基本问题中，受力分析是关键，求解加速度是桥梁和枢纽，思维过程如下：（二）、用牛顿定律处理临界问题的方法1.临界问题的分析思路解决临界问题的关键是：认真分析题中的物理情景，将各个过程划分阶段，找出各阶段中物理量发生突变或转折的“临界点”，然后分析出这些“临界点”应符合的临界条件，并将其转化为物理条件.2.临界、极值问题的求解方法(1)极限法：在题目中如出现“最大”、“最小”、“刚好”等词语时，一般隐含着临界问题，处理此类问题时，应把物理问题(或过程)推向极端，从而使临界现象(或状态)暴露出来，达到尽快求解的目的.(2)假设法：有些物理过程中没有明显出现临界问题的线索，但在变化过程中可能出现临界问题，也可能不出现临界问题，解答此类题目，一般采用假设法.此外，我们还可以应用图象法等进行求解.（三）、复杂过程的处理方法程序法按时间的先后顺序对题目给出的物体运动过程(或不同的状态)进行分析(包括列式计算)的解题方法可称为程序法.用程序法解题的基本思路是：1.划分出题目中有多少个不同的过程或多少个不同的状态.2.对各个过程或各个状态进行具体分析，得出正确的结果.3.前一个过程的结束就是后一个过程的开始，两个过程的分界点是关键【例6】质量为m的木块位于粗糙水平桌面上，若用大小为F的水平恒力拉木块，其加速度为a.当拉力方向不变，大小变为2F时，木块的加速度为a，则： （ ）Aaa Ba2a Da2a【答案】C【例7】某同学为了测定木块与斜面间的动摩擦因数，他用测速仪研究木块在斜面上的运动情况，装置如图所示。他使木块以初速度v04 m/s的速度沿倾角30的斜面上滑，紧接着下滑至出发点，并同时开始记录数据，结果电脑只绘出了木块从开始上滑至最高点的v-t图线如图所示。g取10 m/s2。求：(1)上滑过程中的加速度的大小a1；(2)木块与斜面间的动摩擦因数；(3)木块回到出发点时的速度大小v。【答案】（1）8 m/s2 ；（2）；（3）2 m/s。 (3)下滑的距离等于上滑的距离x1 m由牛顿第二定律Fma得下滑过程中：mgsin mgcos ma2下滑至出发点的速度大小v联立解得v2 m/s。【名师点晴】先由速度与时间的图像我们可以确定物体上升时的加速度的大小；再对物体进行受力分析得出摩擦因素，归后再求下滑到底端时的速度大小；将过程分成这样的两段，各自应用牛顿第二定律，然后对其进行受力分析，即可得相应的结果来。【例8】一平台的局部如图甲所示，水平面为光滑，竖直面为粗糙，右角上固定一定滑轮，在水平面上放着一质量mA=2.0kg，厚度可忽略不计的薄板A，薄板A长度L=1.5 m，在板A上叠放着质量=1.0kg，大小可忽略的物块B，物块B与板A之间的动摩擦因数为=0.6，一轻绳绕过定滑轮，轻绳左端系在物块B上，右端系住物块C，物块C刚好可与竖直面接触。起始时令各物体都处于静止状态，绳被拉直，物块B位于板A的左端点，然后放手，设板A的右端距滑轮足够远，台面足够高，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，忽略滑轮质量及其与轴之间的摩擦，g取10ms2，求(1)若物块C质量mc=1.0kg，推理判断板A和物块B在放手后是否保持相对静止；(2)若物块C质量mc=3.0kg，从放手开始计时，经过去t=2.0s，物块C下降的高度；(3)若物块C质量mc=1.0kg，固定住物块B，物块C静止，现剪断轻绳，同时也对物块C施加力F，方向水平向左，大小随时间变化如图乙所示，断绳时刻开始计时，经过t=2.0s，物块C恰好停止运动，求物块C与竖直面之间的动摩擦因数和此过程中的最大速度。【答案】（1）保持相对静止（2）（3）、【解析】（1）设ABC一起运动，A与B保持相对静止，以ABC为系统，根据牛顿第二定律： 解得：对A，根据牛顿第二定律：AB间最大静摩擦力为：由于，假设成立，A与B相对静止设经时间B运动到A的右端，则有：解得：B第一段的位移：经时间B运动的速度：B在光滑平面上滑动，对BC系统，根据牛顿第二定律：解得：B第二段的位移：物块C下降的高度：（3）设C与竖直面的动摩擦因数为令根据图乙可得：对C水平方向：C受摩擦力：以C为研究对象：联立以上各式，解得：【名师点睛】涉及多过程问题，难度较大，综合性较强，关键理清物体的运动规律，结合牛顿第二定律和运动学公式进行求解对于第三问，得出C的加速度表达式是关键，知道a-t图线围成的面积表示速度的变化量。第三部分 基础练+测1. 【xx天津市和平区高三上学期期末质量调查】如图所示，蹦床运动员从空中落到床面上，运动员从接触床面到下降至最低点为第一过程，从最低点上升到离开床面为第二过程，下列判断正确的是： （ ）A在第一过程中，运动员始终处于失重状态B在第二过程中，运动员始终处于超重状态C在第二过程中运动员的机械能始终在增大D在第一过程中运动员的动能始终在减小【答案】C【解析】在第一过程中，运动员刚接触床面时重力大于弹力，运动员向下做加速运动，动能变大，运动员处于失重状态；随床面的形变的增大，弹力逐渐增大，弹力大于重力时，运动员做减速运动，动能减小，运动员处于超重状态在第二过程中，开始时运动员重力小于弹力，运动员向上做加速运动，运动员处于超重状态；随床面的形变的减小，弹力逐渐减小，弹力小于重力时，运动员向上做减速运动，运动员处于失重状态，故ABD错误；在第二过程中弹力一直对运动员做正功，运动员的机械能始终在增大，选项C正确；故选C.【名师点睛】本题主要考查了对超重失重现象的理解，加速度向下时为失重，加速度向上为超重；人处于超重或失重状态时，人的重力并没变，只是对支持物的压力变了。2. 【xx西藏自治区拉萨中学高三上学期期末】细绳拴一个质量为m的小球，小球用固定在墙上的水平弹簧支撑，小球与弹簧不粘连，平衡时细绳与竖直方向的夹角为53，如图所示，以下说法正确的是(已知cos 530.6，sin 530.8) ： （ ）A细绳烧断瞬间小球的加速度立即变为gB. 细绳烧断瞬间小球的加速度立即变为gC小球静止时弹簧的弹力大小为mgD小球静止时细绳的拉力大小为mg【答案】B【解析】小球静止时，分析受力情况，如图，由平衡条件得：弹簧的弹力大小为：F=mgtan53=mg；细绳的拉力大小为：故CD均错误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：故A错误，B正确故选B. 【名师点睛】本题中小球先处于平衡状态，由平衡条件求解各力的大小，后烧断细绳，小球处于非平衡条件，抓住细绳烧断瞬间弹簧的弹力不变是关键。3. 【内蒙古集宁一中xx届高三上学期第一次月考理科综合】如图所示，物体A被平行于斜面的细线拴在斜面的上端，整个装置保持静止状态，斜面被固定在台秤上，物体与斜面间无摩擦，装置稳定后，当细线被烧断物体下滑时与静止时比较，台秤的示数： （ ）A增加B减小C不变D无法确定【答案】B【解析】【名师点睛】本题关键是对物块、物块和斜面体整体多次受力分析，然后根据牛顿第二定律、共点力平衡条件列式求解；要注意整体法对于有相对运动的物体系统同样适用4. 【内蒙古集宁一中xx届高三上学期第一次月考理科综合】如图所示，物体A叠放在物体B上，B置于光滑水平面上，A、B质量分别为mA6 kg，mB2 kg，A、B之间的动摩擦因数0.2，开始时F10 N，此后逐渐增加，在增大到45 N的过程中，g取10 m/s2，则： （ ）A当拉力F2.5N（2）1s【解析】 (1) 两物体恰要发生相对滑动时，它们之间的摩擦力大小达到最大静摩擦fm；设它们一起运动的加速度大小为a1，此时作用于小物块水平向右的恒力大小为F1，由牛顿定律可知：对整体：F1=(M+m)a1对木板：fm=Ma1其中解得F1=2.5N故当F2.5N时，两物体之间发生相对滑动【名师点睛】题涉及到相对运动的过程，列牛顿第二定律方程时一定要先确定研究对象，要认真分析物体的受力情况和运动情况，并能熟练地运用匀变速直线运动的公式。