高考物理专题突破（鲁科版）牛顿运动定律

欢迎进入物理课堂 牛顿运动定律 1 合理选取研究对象 有时将物体隔离 受力分析较方便 有时把互相作用的几个物体看成一个整体来进行研究更简捷 到底选哪个物体作为研究对象 要凭一定的经验和技巧 这就需要从解题的过程中去体会和总结 变成自己的知识和技能 仅听老师的经验之谈和总结的条文 能受到一定的启迪 但要变成自己的本领 还需自己去做题 去体验 去总结 2 选取适当的坐标系 由于加速度与合外力的方向一致 考虑到列牛顿第二定律方程的方便 通常选取与加速度一致的方向建立一坐标轴 沿与加速度垂直的方向建立另一坐标轴 求解摩擦力时 通常沿接触面的切向建立一坐标轴 此时坐标轴的方向不见得与合加速度的方向一致 可见 根据题目的具体条件和所求 灵活地建立坐标系 会对建立方程和求解带来方便 会使解题简便 3 运用隔离法求解简单的连接体问题 连接体问题历来是牛顿定律中的难点 一般的处理思想是用整体法求出整体的加速度 然后再隔离出其中的一个物体来 局部和整体的加速度相同 再对其中一个物体求解题意中要求的问题 4 要注意与守恒定律结合应用 在有些问题中 研究对象是互相作用的几个物体组成的系统 它们之间有相对位移 运动情况比较复杂 这时就想法把某一个物体隔离开来 用牛顿定律来研究这个物体的运动 这就是常用的隔离法 但有时候并不需要了解系统中每一个物体的运动情况 而只要知道整体的运动特性 这时应用动能定理 机械能守恒定律等知识来处理问题 就显得方便快捷 考点1牛顿第一定律 学案1牛顿运动定律 一 对惯性的理解1 惯性的表现形式 物体的惯性总是以保持 原状 或反抗 改变 两种形式表现出来的 1 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不变 静止或匀速直线运动 2 物体受到外力时 惯性表现为运动状态改变的难易程度 惯性大 物体运动状态难以改变 惯性小 物体运动状态容易改变 2 惯性是物体的固有属性 一切物体都具有惯性 惯性大小的唯一量度是物体的质量 物体的质量越大 惯性就越大 惯性与物体是否受力 怎样受力无关 与物体是否运动 怎样运动无关 与物体所处的地理位置无关 3 惯性不是一种力 惯性大小反映了改变物体运动状态的难易程度 物体的惯性越大 它的运动状态越难以改变 4 外力作用于物体上能使物体的运动状态改变 但不能认为克服或改变了物体的惯性 5 惯性与惯性定律的实质是不同的 1 惯性是物体保持原有运动状态不变的一种性质 与物体是否受力 受力的大小无关 2 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 二 牛顿第一定律的理解1 明确惯性的概念牛顿第一定律揭示了物体所具有的一个重要属性 惯性 即物体总保持匀速直线运动状态或静止状态的性质 2 揭示了力和运动关系的本质牛顿第一定律揭示了力和运动关系本质 力是改变物体运动状态的原因 不是维持物体运动状态的原因 例如 运动的物体逐渐减速直至停止 不是因为不受力 而是因为受到了阻力 3 揭示了不受力作用时物体的运动规律牛顿第一定律描述的只是一种理想状态 而实际中不受外力作用的物体是不存在的 当物体受外力作用 但所受合力为零时 其作用效果跟不受外力作用时相同 因此 我们可以把理想情况下的 不受外力作用 理解为实际情况中的 所受合外力为零 牛顿第一定律是不受任何外力作用下的理想化情况 无法用实验直接验证 牛顿第一定律是以伽利略的 理想实验 为基础 将实验结论经过科学抽象 归纳推理而总结出来的 因此 牛顿第一定律是来源于大量实验的基础之上的一个理想实验定律 是一种科学的抽象思维方法的结晶 它并不是实验定律 典例一 牛顿第一定律与惯性 例1 16世纪末 伽利略用实验和推理 推翻了已在欧洲流行了近两千年的亚里士多德关于力和运动的理论 开启了物理学发展的新纪元 在以下说法中 与亚里士多德观点相反的是 A 四匹马拉的车比两匹马拉的车跑得快 这说明物体受的力越大 速度就越大B 一个运动的物体 如果不再受力了 它总会逐渐停下来 这说明 静止状态才是物体长时间不受力时的 自然状态 C 两物体从同一高度自由下落 较重的物体下落较快D 一个物体维持匀速直线运动 不需要受力 解析 由牛顿运动定律可知 力是物体运动状态发生变化的原因 而不是维持物体运动的原因 故A B两项错误 两物体从同一高度自由下落 物体下落的速度与物体的质量无关 由力的平衡知识可知 物体处于静止或匀速直线运动时 所受合外力为零 故一个物体维持匀速直线运动 不需要外力 选项D正确 D 1 下列说法中正确的是 A 物体所受的力越大 它的惯性越大B 物体匀速运动时 存在惯性 物体变速运动时 不存在惯性C 静止的火车启动时速度变化缓慢 是因为物体静止时惯性大D 物体的惯性大小只与物体的质量有关 与其他因素无关 D 考点2牛顿第二定律 牛顿第二定律的深刻理解 公式F合 ma左边是物体受到的合外力 右边反映了质量为m的物体在此合外力作用下的效果是产生加速度a 它突出了力是物体运动状态改变的原因 是物体产生加速度的原因 典例二 加速度和合外力的瞬时关系 例2 如图所示 自由落下的小球 从接触竖直放置的弹簧开始到弹簧的压缩量最大的过程中 小球的速度及所受的合外力的变化情况是 A 合力变小 速度变小B 合力变小 速度变大C 合力先变小后变大 速度先变大后变小D 合力先变大后变小 速度先变小后变大 解析 速度大小的变化情况取决于加速度的方向与速度方向的关系 当两者同向时小球做加速运动 当两者反向时小球做减速运动 而加速度是由合外力决定的 所以对小球进行受力分析成为解答此题的关键 小球接触弹簧上端后受两个力作用 竖直向下的重力和竖直向上的弹力 在接触后的开始阶段 重力大于弹力 合力竖直向下 因为弹力 F kx 不断增大 所以合力不断减小 故加速度也不断减小 由于加速度与速度同向 因此速度不断变大 当弹力增大到与重力大小相等时 合外力为零 加速度为零 速度达到最大 此位置叫平衡位置 是两个阶段的转折点 后一阶段 即小球达到上述平衡位置之后 由于惯性 小球继续向下运动 此时弹力大于重力 合外力竖直向上 且逐渐变大 因而加速度逐渐变大 方向竖直向上 小球做减速运动 当速度逐渐减小到零时 达到最低点 弹簧压缩量最大 注意 小球不会停在最低点 还会竖直向上运动 请同学们分析以后的运动情况 D 综上所述 小球向下压缩弹簧的运动过程中 合力方向是先向下后向上 其大小是先变小后变大 加速度a与F合的变化情况相同 速度v的方向始终竖直向下 先变大后变小 分析运动物体的加速度及速度变化情况 往往从分析物体受力情况入手 据F ma知 物体的加速度的变化情况 由物体的合力决定 而速度变化情况取决于速度与加速度是否同向 同向时 速度不断增大 反向时 速度不断减小 2 如图 a b 所示 图中细线均不可伸长 物体均处于平衡状态 如果突然把两水平细线剪断 求剪断瞬间小球A B的加速度怎样 角已知 答案 gsin gtan 典例三 牛顿第二定律的应用 例3 如图所示 一辆有动力驱动的小车上有一水平放置的弹簧 其左端固定在小车上 右端与一小球相连 设在某一段时间内小球与小车相对静止且弹簧处于压缩状态 若忽略小球与小车间的摩擦力 则在此段时间内小车可能是 A 向右做加速运动B 向右做减速运动C 向左做加速运动D 向左做减速运动 解析 对小球水平方向受到向右的弹簧弹力FN 由牛顿第二定律可知 小球必定具有向右的加速度 小球与小车相对静止 故小车可能向右加速运动或向左减速运动 AD 1 物体所受合力的方向决定了其加速度的方向 只要有合力 不管速度是大 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 2 合力与速度同向时 物体加速 反之减速 3 力与运动的关系 力是改变物体运动状态的原因 即 力 加速度 速度变化 运动状态变化 物体所受到的合力决定了物体当时加速度的大小 而加速度的大小决定了单位时间内速度的变化量的大小 加速度大小与速度大小无必然的联系 3 如图所示 位于光滑固定斜面上的小物块P受到一水平向右的推力F的作用 已知物块P沿斜面加速下滑 现保持F的方向不变 使其减小 则加速度 A 一定变小B 一定变大C 一定不变D 可能变小 可能变大 也可能不变 B 典例四 牛顿第二定律与运动图象的综合 例4 2010年高考安徽理综 质量为2kg的物体在水平力F的作用下沿水平面做直线运动 一段时间后撤去F 其运动的v t图象如图所示 g取10m s2 求 1 物体与水平面间的动摩擦因数 2 水平推力F的大小 3 0 10s内物体运动位移的大小 解析 1 由题中图象知 t 6s时撤去外力F 此后6 10s内物体做匀减速直线运动直至静止 其加速度大小为a1 v1 t1 2m s2又因为a1 g联立得 0 2 2 由题中图象知0 6s内物体做匀加速直线运动其加速度大小为a2 v2 t2 1m s2由牛顿第二定律得F mg ma2联立得 水平推力F 6N 3 设0 10s内物体的位移为x 则x x1 x2 1 2 2 8 6m 1 2 8 4m 46m 答案 1 0 2 2 6N 3 46m 4 如图所示 固定光滑细杆与地面成一定倾角 在杆上套有一个光滑小环 小环在沿杆方向的推力F作用下向上运动 推力F与小环速度v随时间变化规律如图所示 取重力加速度g 10m s2 求 1 小环的质量m 2 细杆与地面间的倾角 本题考查的知识点有匀变速直线运动的规律 以及v t图象的理解及应用 属中等难度的题目 答案 1 1kg 2 30 考点3牛顿第三定律 单位制 1 作用力 反作用力与平衡力的区别 3 三无关 2 作用力和反作用力的关系可总结为 四同 三异 三无关 1 四同 同大小同时产生 变化 消失同性质同一直线 2 三异 反向异体不同效果 与物体形态无关与相互作用的两物体的运动状态无关与是否有另外的物体相互作用无关 1 一对相互作用力和一对平衡力的最直观的区别是看作用点 一对平衡力的作用点在同一物体上 一对作用力和反作用力的作用点分别在两个物体上 2 高考常在一些综合题中考查牛顿第三定律 如求某一个力时 可以先求出它的反作用力 再根据牛顿第三定律求出此力 解析 环在竖直方向上受力情况如图 甲 所示 受重力mg及箱子的杆给它的竖直向上的摩擦力f 根据牛顿第三定律 环应给杆一个竖直向下的摩擦力f 故箱子竖直方向上受力图如图 乙 所示 受重力Mg 地面对它的支持力FN 及环给它的摩擦力f 由于箱子处于平衡状态 可得FN f Mg 根据牛顿第三定律 箱子给地面的压力大小等于地面给箱子的弹力 所以FN f Mg 典例五 牛顿第三定律的应用 例5 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f 则此时箱对地面的压力大小为多少 题目要求的是对地面的压力 作用在地面上 但选地面不便分析 而根据牛顿第三定律 以箱子为研究对象可以直接求出它的反作用力 通过求反作用力来求作用力 这是牛顿第三定律的重要用法 答案 f Mg 汽车拉着拖车在平直的公路上运动 下面的说法中正确的是 A 汽车能拉着拖车向前是因为汽车对拖车的拉力大于拖车对汽车的拉力B 汽车先对拖车施加拉力 然后才产生拖车对汽车的拉力C 匀速前进时 汽车对拖车的拉力等于拖车向后拉汽车的力 加速前进时 汽车向前拉拖车的力大于拖车向后拉汽车的力D 加速前进时 是因为汽车对拖车的拉力大于地面对拖车的摩擦阻力 汽车加速是因为地面对汽车向前的作用力 牵引力 大于拖车对它向后的拉力 5 D 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全