高届高级物理一轮复习优化方案全套学案第三章牛顿运动定律1第一节牛顿第一第三定律.docx
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高届高级物理一轮复习优化方案全套学案第三章牛顿运动定律1第一节牛顿第一第三定律
考点要求
高考命题点实况
牛顿运动定律及其应用
Ⅱ
牛顿运动定律是经典物理学最基本、最重要的规律,在近几年高考中考查频率很高,不仅有选择题,在实验和计算题中仍然是考查重点.高考着重考查的知识点有:
(1)对惯性,超、失重和牛顿运动定律的理解;
(2)用牛顿运动定律和运动规律综合考查运动问题;
(3)整体法和隔离法处理连接体问题等.
超重和失重
Ⅰ
单位制
Ⅰ
实验四:
验证牛顿运动定律
第一节 牛顿第一、第三定律
【基础梳理】
提示:
匀速直线运动 静止 低速 匀速直线运动 静止 质量 相等 相反 F′=-F
【自我诊断】
判一判
(1)物体不受外力时一定处于静止状态.( )
(2)牛顿第一定律是实验定律.( )
(3)运动的物体惯性大,静止的物体惯性小.( )
(4)两个大小相等、方向相反、作用在同一直线上的力一定是相互作用力.( )
(5)作用力与反作用力的关系不随运动状态的变化而变化.( )
(6)人走在松软土地上下陷时,人对地面的压力大于地面对人的支持力.( )
提示:
(1)×
(2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×
做一做
手拿一个锤头敲在一块玻璃上把玻璃敲碎了.对于这一现象,下列说法正确的是( )
A.锤头敲玻璃的力大于玻璃对锤头的作用力,所以玻璃才碎裂
B.锤头受到的力大于玻璃受到的力,只是由于锤头能够承受比玻璃更大的力才没有碎裂
C.锤头和玻璃相互间的作用力应该是等大的,只是由于锤头能够承受比玻璃更大的力才没有碎裂
D.因为不清楚锤头和玻璃的其他受力情况,所以无法判断它们之间的相互作用力的大小
提示:
选C.锤头敲玻璃的力与玻璃对锤头的作用力是作用力与反作用力,总是大小相等,方向相反,但因作用在不同的物体上,因物体的承受能力不同,产生不同的作用效果,故C正确,A、B、D均错误.
对牛顿第一定律和惯性的理解
【知识提炼】
1.牛顿第一定律的意义
(1)揭示了物体的一种固有属性:
牛顿第一定律揭示了物体所具有的一个重要属性——惯性.
(2)揭示了力的本质:
牛顿第一定律明确了力是改变物体运动状态的原因,而不是维持物体运动的原因,物体的运动不需要力来维持.
(3)揭示了物体不受力作用时的运动状态:
物体不受力时(实际上不存在),与所受合外力为零时的运动状态表现是相同的.
2.惯性的两种表现形式
(1)物体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,物体的运动状态较难改变;惯性小,物体的运动状态容易改变.
【跟进题组】
1.伽利略创造地把实验、假设和逻辑推理相结合,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.如果斜面绝对光滑,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:
选A.根据题意,铺垫材料粗糙程度降低时,小球上升的最高位置升高,当斜面绝对光滑时,小球在斜面上没有能量损失,因此可以上升到与O点等高的位置,而B、C、D三个选项,从题目不能直接得出,故选项A正确.
2.(2019·益阳模拟)亚里士多德在其著作《物理学》中说:
一切物体都具有某种“自然本性”,物体由其“自然本性”决定的运动称之为“自然运动”,而物体受到推、拉、提、举等作用后的非“自然运动”称之为“受迫运动”.伽利略、笛卡儿、牛顿等人批判地继承了亚里士多德的这些说法,建立了新物理学;新物理学认为一切物体都具有的“自然本性”是“惯性”.下列关于“惯性”和“运动”的说法中不符合新物理学的是( )
A.一切物体的“自然运动”都是速度不变的运动——静止或者匀速直线运动
B.作用在物体上的力,是使物体做“受迫运动”即变速运动的原因
C.可绕竖直轴转动的水平圆桌转的太快时,放在桌面上的盘子会向桌子边缘滑去,这是由于“盘子受到的向外的力”超过了“桌面给盘子的摩擦力”导致的
D.竖直向上抛出的物体,受到了重力,却没有立即反向运动,而是继续向上运动一段距离后才反向运动,是由于物体具有惯性
解析:
选C.力不是维持物体运动状态的原因,力是改变物体运动状态的原因,所以当物体不受到任何外力的时候,总保持静止或者匀速直线运动的状态,故选项A符合题意;当物体受到外力作用的时候,物体的运动状态会发生改变,即力是改变物体运动状态的原因,故选项B符合题意;可绕竖直轴转动的水平圆桌转的太快时,放在桌面上的盘子会向桌子边缘滑去,这是由于“盘子需要的向心力”超过了“桌面给盘子的摩擦力”导致的,故选项C不符合题意;由于物体具有向上的速度,所以具有向上的惯性,虽然受到向下的重力,但物体不会立刻向下运动,故选项D符合题意.
对牛顿第三定律的理解
【知识提炼】
1.作用力和反作用力的关系
三同
①大小相同;②性质相同;③变化情况相同
三异
①方向不同;②受力物体不同;③产生效果不同
三无关
①与物体种类无关;②与物体运动状态无关;③与物体是否和其他物体存在相互作用无关
2.相互作用力与平衡力的比较
作用力和反作用力
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
不一定同时产生、同时消失
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
一定是相同性质的力
性质不一定相同
相同点
大小、方向
都是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上
【跟进题组】
1.(2019·乐山模拟)如图所示,甲、乙两人在冰面上“拔河”.两人中间位置处有一分界线,约定先使对方过分界线者赢.若绳子质量不计,冰面可看成光滑,则下列说法正确的是( )
A.甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对平衡力
B.甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是作用力与反作用力
C.若甲的质量比乙大,则甲能赢得“拔河”比赛的胜利
D.若乙收绳的速度比甲快,则乙能赢得“拔河”比赛的胜利
解析:
选C.甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是作用力和反作用力,选项A错误;绳静止时,甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是一对平衡力,选项B错误;若甲的质量比乙的质量大,则甲的加速度比乙的小,可知乙先到分界线,故甲能赢得“拔河”比赛的胜利,选项C正确;收绳速度的快慢并不能决定“拔河”比赛的输赢,选项D错误.
2.2016年10月17日,中国载人航天飞船神舟十一号由长征2F遥11火箭发射升空,并进入预定轨道,与天宫二号太空实验室进行对接组成组合体.关于这次飞船与火箭上天的情形叙述正确的是( )
A.火箭尾部向外喷气,喷出的气体反过来对火箭产生一个反作用力,从而让火箭获得了向上的推力
B.火箭尾部喷出的气体对空气产生一个作用力,空气的反作用力使火箭获得飞行的动力
C.火箭飞出大气层后,由于没有了空气,火箭虽然向后喷气,但也无法获得前进的动力
D.飞船进入预定轨道之后,与地球之间不存在相互作用力
解析:
选A.火箭升空时,其尾部向下喷气,火箭箭体与被喷出的气体是一对相互作用的物体,火箭向下喷气时,喷出的气体同时对火箭产生向上的反作用力,即为火箭上升的推动力,此动力并不是由周围的空气提供的,因而与是否飞出大气层、是否存在空气无关,因而选项B、C错误,选项A正确;火箭运载飞船进入轨道之后,飞船与地球之间依然存在相互吸引力,即飞船吸引地球,地球吸引飞船,这是一对作用力与反作用力,故选项D错误.
转换研究对象法的应用
[典例] 如图所示为杂技“顶竿”表演,一人站在地上,肩上扛一质量为M的竖直竹竿,当竿上一质量为m的人以加速度a加速下滑时,竿对“底人”的压力大小为( )
A.(M+m)g
B.(M+m)g-ma
C.(M+m)g+ma
D.(M-m)g
核心考点
1.牛顿第二定律.
2.受力分析.
3.牛顿第三定律.
命题技巧
1.人以a的加速度下滑.
2.竿与“底人”都静止,处于平衡状态.
3.竿对“底人”的压力还与竿上的人的运动状态有关.
核心素养
1.物理观念:
相互作用观念.
2.科学思维:
整体法与隔离法分析.
3.科学探究:
转换研究对象.
[审题关键]
(1)通过转换研究对象,把竿对“底人”的压力转化为竿受到“底人”的支持力.
(2)竿除受支持力外,还受竿上的人对竿的摩擦力.
(3)质量为m的人以a加速下滑.
[解析] 对竿上的人分析:
受重力mg、摩擦力Ff,由mg-Ff=ma得Ff=m(g-a).竿对人有摩擦力,人对竿也有反作用力——摩擦力,且大小相等,方向相反,对竿分析:
受重力Mg、竿上的人对竿向下的摩擦力F′f、顶竿的人对竿的支持力FN,有Mg+F′f=FN,又因为竿对“底人”的压力和“底人”对竿的支持力是作用力与反作用力,由牛顿第三定律得到竿对“底人”的压力大小F′N=Mg+F′f=(M+m)g-ma.B项正确.
[答案] B
易错展示
(1)对竿上的人,由于加速下滑则其重力与受到的摩擦力不相等.
(2)竿上的人对竿的摩擦力方向向下.
【对点训练】
(2019·海口模拟)建筑工人用如图所示的定滑轮装置运送建筑材料.一质量为70.0kg的工人站在地面上,通过定滑轮将20.0kg的建筑材料以0.500m/s2的加速度拉升,忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦,则工人对地面的压力大小为(g取10m/s2)( )
A.510NB.490N
C.890ND.910N
解析:
选B.设绳子对建筑材料的拉力为F1,
F1-mg=ma
F1=m(g+a)=210N,绳子对人的拉力F2=F1=210N.人处于静止,则地面对人的支持力FN=m0g-F2
=490N,由牛顿第三定律知:
人对地面的压力F′N=FN=490N,选项B正确.
如图所示,用弹簧测力计悬挂一个重G=10N的金属块,使金属块一部分浸在台秤上的水杯中(水不会溢出).若弹簧测力计的示数变为FT=6N,则台秤的示数比金属块没有浸入水前( )
A.保持不变B.增加10N
C.增加6ND.增加4N
解析:
选D.对金属块受力分析,由平衡条件可知,水对金属块的浮力为F=G-FT=4N,方向竖直向上,则由牛顿第三定律可得,金属块对水的作用力大小为F′=F=4N,方向竖直向下,所以台秤的示数比金属块没有浸入水前增加了4N,选项D正确.
(建议用时:
40分钟)
一、单项选择题
1.(2019·湖北部分重点中学联考)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.本组照片记录了一名骑车人因自行车前轮突然陷入一较深的水坑而倒地的过程。
下面是从物理的角度去解释此情境,其中正确的是( )
A.这是因为水坑里的水对自行车前轮的阻力太大,而使人和车一起倒地的
B.骑车人与自行车原来处于运动状态,车前轮陷入水坑后立刻静止,但人与车的后半部分由于惯性仍保持原有的运动状态,因此摔倒
C.因为自行车的前轮陷入水坑后,自行车还能加速运动,所以人和车一起倒地了
D.因为自行车的前轮陷入水坑后,自行车的惯性立即消失,而人由于惯性将保持原有的运动状态,故人向原来的运动方向倒下了
解析:
选B.骑车人与自行车本身处于运动状态,车的前轮陷入水坑时,前轮会立即静止,但人与车的后半部分由于惯性,仍要继续向原来的运动方向运动,故人和车的后半部分向原来运动的方向摔倒,因此选项B正确.
3.牛顿在总结了C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯等人的研究结果后,提出了著名的牛顿第三定律,阐述了作用力和反作用力的关系,从而与牛顿第一定律和牛顿第二定律形成了完整的牛顿力学体系.下列关于作用力和反作用力的说法正确的是( )
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:
选D.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,故人对车的作用力大小等于车对人的作用力大小,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大小,D项对.
4.16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,不需要力
解析:
选D.亚里士多德认为力是维持物体运动的原因,力越大,物体运动得越快,没有力的作用,物体将会逐渐停下来,故A、B、C项均是亚里士多德的观点,只有D项中说法与亚里士多德的观点相反.
5.(2019·杭州模拟)就一些实际生活中的现象,某同学试图从惯性角度加以解释,其中正确的是( )
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,这表明可以通过科学进步使小质量的物体获得大惯性
B.射出枪膛的子弹在运动相当长一段距离后连一件棉衣也穿不透,这表明它的惯性变小了
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,车手一方面要控制适当的速度,另一方面要将身体稍微向里倾斜,通过调控人和车的惯性达到转弯的目的
解析:
选C.物体的惯性是物体本身的属性,惯性的大小只与物体的质量有关,与物体的速度无关,故选项C正确,A、B、D错误.
6.(2019·台州模拟)如图所示,有两个穿着溜冰鞋的人站在冰面上,当其中一个人A从背后轻轻推另一个人B时,两个人都会向相反方向运动,这是因为A推B时( )
A.A与B之间有相互作用力
B.A对B的作用在先,B对A的作用在后
C.B对A的作用力小于A对B的作用力
D.A对B的作用力和B对A的作用力是一对平衡力
解析:
选A.A推B时A与B之间有相互作用力,作用力与反作用力同时产生、大小相等、方向相反,选项A正确,选项B、C、D错误.
7.如图所示,质量相等的甲、乙两人所用绳子相同,甲拉住绳子悬在空中处于静止状态;乙拉住绷紧绳子的中点把绳子拉断了.则( )
A.绳子对甲的拉力大小小于甲的重力大小
B.绳子对甲的拉力大小大于甲对绳子的拉力大小
C.乙拉断绳子前瞬间,绳子上的拉力大小一定小于乙的重力大小
D.乙拉断绳子前瞬间,绳子上的拉力大小一定大于乙的重力大小
解析:
选D.由平衡条件可知,绳子对甲的拉力大小等于甲受到的重力大小,A错;由作用力与反作用力的关系可知绳子对甲的拉力大小等于甲对绳子的拉力大小,B错;乙能把绳子拉断,对于具有同样承受能力的绳子,说明乙拉断绳子前的瞬间绳子的拉力大小一定大于绳子的承受力,而甲拉的绳子能承受甲的重力,甲、乙质量相等,因此乙拉的绳子上的拉力大小一定大于乙的重力大小,C错,D对.
8.如图所示,一只盛水的容器固定在一个小车上,在容器中分别悬挂和拴住一只铁球和一只乒乓球.容器中的水和铁球、乒乓球都处于静止状态.当容器随小车突然向右运动时,两球的运动状况是(以小车为参考系)( )
A.铁球向左,乒乓球向右
B.铁球向右,乒乓球向左
C.铁球和乒乓球都向左
D.铁球和乒乓球都向右
解析:
选A.因为小车突然向右运动,铁球和乒乓球都有向右运动的趋势,但由于与同体积的“水球”相比,铁球质量大,惯性大,铁球的运动状态难改变,即速度变化慢,而同体积的水球的运动状态容易改变,即速度变化快,而且水和车一起加速运动,所以小车加速运动时铁球相对小车向左运动.同理,由于乒乓球与同体积的“水球”相比,质量小,惯性小,乒乓球相对小车向右运动.
9.如图所示为英国人阿特伍德设计的装置,不考虑绳与滑轮的质量,不计轴承、绳与滑轮间的摩擦.初始时两人均站在水平地面上,当位于左侧的甲用力向上攀爬时,位于右侧的乙始终用力抓住绳子,最终至少一人能到达滑轮.下列说法中正确的是( )
A.若甲的质量较大,则乙先到达滑轮
B.若甲的质量较大,则甲、乙同时到达滑轮
C.若甲、乙质量相同,则乙先到达滑轮
D.若甲、乙质量相同,则甲先到达滑轮
解析:
选A.由于滑轮光滑,甲拉绳子的力等于绳子拉乙的力,若甲的质量大,则由甲拉绳子的力等于乙受到的绳子拉力,得甲攀爬时乙的加速度大于甲,所以乙会先到达滑轮,选项A正确,选项B错误;若甲、乙的质量相同,甲用力向上攀爬时,甲拉绳子的力等于绳子拉乙的力,甲、乙具有相同的加速度和速度,所以甲、乙应同时到达滑轮,选项C、D错误.
二、多项选择题
10.伽利略根据小球在斜面上运动的实验和理想实验,提出了惯性的概念,从而奠定了牛顿力学的基础.早期物理学家关于惯性有下列说法,其中正确的是( )
A.物体抵抗运动状态变化的性质是惯性
B.没有力的作用,物体只能处于静止状态
C.行星在圆周轨道上保持匀速率运动的性质是惯性
D.运动物体如果没有受到力的作用,将继续以同一速度沿同一直线运动
解析:
选AD.惯性是物体抵抗运动状态变化而保持静止或匀速直线运动状态的性质,选项A正确;没有力的作用,物体将处于静止或匀速直线运动状态,选项B错误;行星做匀速圆周运动是由于受中心天体的引力作用,不是由于具有惯性,选项C错误;运动物体如果没有受到力的作用,将一直做匀速直线运动,选项D正确.
11.(2019·保定模拟)如图,一个人站在水平地面上的长木板上用力F向右推箱子,木板、人、箱子均处于静止状态,三者的质量均为m,重力加速度为g,则( )
A.箱子对木板的摩擦力方向向右
B.木板对地面的摩擦力方向向左
C.木板对地面的压力大小为3mg
D.若人用斜向下的力推箱子,则木板对地面的压力会大于3mg
解析:
选AC.以箱子为研究对象,水平方向上,木板对箱子的摩擦力与人推箱子的力平衡,所以,木板对箱子的摩擦力方向向左,根据牛顿第三定律,箱子对木板的摩擦力方向向右,选项A正确;以整体为研究对象,地面对木板的支持力与整体所受的重力平衡,所以地面对木板的支持力为3mg,根据牛顿第三定律,木板对地面的压力大小为3mg,选项C正确,D错误;以整体为研究对象,地面对木板的摩擦力为0,所以木板对地面的摩擦力为0,选项B错误.
12.(2019·浙江嘉兴模拟)如图所示是我国首次立式风洞跳伞实验,风洞喷出竖直向上的气流将实验者加速向上“托起”.此过程中( )
A.地球对人的吸引力和人对地球的吸引力大小相等
B.人受到的重力和人受到气流的力是一对作用力与反作用力
C.人受到的重力大小等于气流对人的作用力大小
D.人被向上“托起”时处于超重状态
解析:
选AD.地球对人的吸引力和人对地球的吸引力是一对相互作用力,等大反向,A正确;相互作用力是两个物体间的相互作用,而人受到的重力和人受到气流的力涉及人、地球、气流三个物体,不是一对相互作用力,B错误;由于风洞喷出竖直向上的气流将实验者加速向上“托起”,在竖直方向上合力不为零,所以人受到的重力大小不等于气流对人的作用力大小,C错误;人被向上“托起”时加速度向上,处于超重状态,D正确.
13.(2019·潍坊模拟)在水平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,则关于小车的运动情况,下列叙述正确的是( )
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:
选BD.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,碗中的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,碗中的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.
14.(2019·四川宜宾检测)如图所示,光滑水平面上静止着一辆小车,在酒精灯燃烧一段时间后塞子喷出.下列说法正确的是( )
A.由于塞子的质量小于小车的质量,喷出时塞子受到的冲击力将大于小车受到的冲击力
B.由于塞子的质量小于小车的质量,喷出时塞子受到的冲击力将小于小车受到的冲击力
C.塞子喷出瞬间,小车对水平面的压力大于小车整体的重力
D.若增大试管内水的质量,则可以增大小车整体的惯性
解析:
选CD.喷出时塞子受到的冲击力和小车受到的冲击力大小相等,方向相反,故A、B错误;塞子喷出瞬间,试管内的气体对小车整体有斜向左下的作用力,所以小车对水平面的压力大于小车整体的重力,故C正确;若增大试管内水的质量,则小车整体的惯性增大,故D正确.
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