高考物理大一轮复习方案第3单元 牛顿运动定律 物理听课正文.docx
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高考物理大一轮复习方案第3单元牛顿运动定律物理听课正文
第三单元牛顿运动定律
Ø高考纵览
内容
要求
2013年
2014年
2015年
2016年
卷Ⅰ
卷Ⅱ
卷Ⅰ
卷Ⅱ
卷Ⅰ
卷Ⅱ
卷Ⅰ
卷Ⅱ
卷Ⅲ
牛顿运动定律及其应用
Ⅱ
14
14、25
17、24
17、24
20、25
20、25
18
16
20、24
超重与失重
Ⅰ
20
22
实验:
验证牛顿第二定律
22
22
22
22
考情分析
1.牛顿运动定律是经典物理学最基本、最重要的规律,高考着重考查的知识点有:
对惯性、超重与失重、牛顿运动定律的理解,用牛顿运动定律分析物理过程,结合牛顿运动定律与运动规律综合考查运动问题(含图像问题),用整体法和隔离法处理连接体问题.
2.高考对本单元基础知识的考查(选择题)一般涉及物理思想方法、受力分析、牛顿运动定律等,如理想斜面实验、牛顿第一定律、运动和力的关系、超重与失重问题;综合考查(计算题)则涉及牛顿运动定律与运动规律结合问题,如运用整体法和隔离法处理连接体问题、多物体运动和多过程运动问题、将实际问题理想化和模型化等.“探究加速度与力、质量的关系”实验的考查是近几年高考命题的重点和热点.
第6讲 牛顿运动定律的理解
Ø教材知识梳理
一、牛顿第一定律
1.内容:
一切物体总保持________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.惯性
(1)定义:
一切物体都有保持原来________运动状态或静止状态的性质.
(2)量度:
________是物体惯性大小的唯一量度,________大的物体惯性大,________小的物体惯性小.
二、牛顿第二定律
1.内容:
物体的加速度的大小跟它受到的________成正比、跟它的质量成反比,加速度的方向跟作用力的方向________.
2.公式:
________.
3.适用范围:
(1)只适用于________参考系(相对地面静止或匀速直线运动的参考系).
(2)只适用于________物体(相对于分子、原子)、低速运动(远小于光速)的情况.
三、牛顿第三定律
1.内容:
两个物体之间的作用力和反作用力总是大小________,方向________,作用在同一条直线上.
2.表达式:
F甲对乙=-F乙对甲,负号表示________.
四、国际单位制
力学中的基本量是质量、________、长度,对应的基本单位分别是________、________、________.
【思维辨析】
(1)牛顿第一定律是实验定律.( )
(2)牛顿第一定律指出,当物体受到的合外力为零时,物体将处于静止状态.( )
(3)物体运动必须有力的作用,没有力的作用,物体将静止.( )
(4)力的单位是牛顿,1N=1kg·m/s2.( )
(5)外力(不为零)作用于静止物体的瞬间,物体立刻获得加速度.( )
(6)物体加速度的方向一定与合外力方向相同.( )
(7)惯性是物体抵抗运动状态变化的性质.( )
(8)作用力与反作用力的效果相互抵消.( )
【思维拓展】
根据牛顿第二定律,当合外力为零时物体的加速度等于零,物体保持原来状态不变,所以,牛顿第一定律是第二定律的特殊情况吗?
Ø考点互动探究
考点一 牛顿第一定律
1.牛顿第一定律是在可靠的实验事实(如伽利略斜面实验)基础上采用科学的逻辑推理得出的结论,物体不受外力是牛顿第一定律的理想条件,所以,牛顿第一定律不是实验定律.
2.惯性是物体保持原来运动状态的性质,与物体是否受力、是否运动及所处的位置无关,物体的惯性只与其质量有关,物体的质量越大其惯性越大;牛顿第一定律揭示了力是改变物体运动状态的原因,而不是维持物体运动状态的原因.
12016·江苏南通如皋模拟]飞机在迫降前应该把机载的燃油放空,消防车在跑道上喷出了一条泡沫带.下列说法中正确的是( )
A.放空燃油除了防止起火爆炸,同时也增加飞机的惯性
B.放空燃油除了防止起火爆炸,同时也减小飞机的惯性
C.泡沫带是为了减小飞机所受的合力
D.泡沫带是为了减小飞机所受的阻力
式题关于运动状态的改变,下列说法正确的是( )
A.只要物体在运动,其运动状态一定改变
B.物体受到多个力作用,其运动状态一定改变
C.只要物体的速度大小不变,运动状态就不变
D.只要物体的速度大小或方向中有一个改变,其运动状态就一定改变
■要点总结
1.对牛顿第一定律的理解包含两方面:
其一,定义了“惯性”和“力”;其二,指出了“惯性”和“力”对运动的影响.
2.惯性不是力,惯性和力是两个截然不同的概念.物体受到外力时,惯性表现为运动状态改变的难易程度,惯性越大,物体运动状态越难以改变.但要判断物体下一时刻的运动状态,必须掌握物体的受力情况和初始状态.
考点二 牛顿第二定律
对牛顿第二定律的理解
矢量性
公式F=ma是矢量式,任一时刻,F与a总同向
瞬时性
a与F对应同一时刻,即a为某时刻的加速度时,F为该时刻物体所受的合外力
因果性
F是产生加速度a的原因,加速度a是F作用的结果
同一性
(1)加速度a是相对同一个惯性参考系的(一般指地面);
(2)F=ma中,F、m、a对应同一个物体或同一个系统;(3)F=ma中,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满足F=ma;
(2)物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和;(3)力和加速度在各个方向上的分量也满足F=ma,即Fx=max,Fy=may
2(多选)2016·全国卷Ⅰ]一质点做匀速直线运动,现对其施加一恒力,且原来作用在质点上的力不发生改变,则( )
A.质点速度的方向总是与该恒力的方向相同
B.质点速度的方向不可能总是与该恒力的方向垂直
C.质点加速度的方向总是与该恒力的方向相同
D.质点单位时间内速率的变化量总是不变
式题12016·贵阳质量检测]如图361所示,质量为m的球置于斜面上,被一个固定在斜面上的竖直挡板挡住而处于静止状态.现用一个水平力F拉斜面体,使球和斜面体在水平面上一起做加速度为a的匀加速直线运动,若忽略一切摩擦,与球静止时相比( )
图361
A.竖直挡板对球的弹力不一定增大
B.斜面对球的弹力保持不变
C.斜面和挡板对球的弹力的合力等于ma
D.若加速度足够大,斜面对球的弹力可能为零
式题2(多选)2015·海南卷]如图362所示,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.现将细线剪断.将物块a的加速度的大小记为a1,S1和S2相对于原长的伸长分别记为Δl1和Δl2,重力加速度大小为g,在剪断的瞬间( )
图362
A.a1=3g
B.a1=0
C.Δl1=2Δl2
D.Δl1=Δl2
式题3如图363所示,一木块在光滑水平面上受到一个恒力F作用而运动,前方固定一个轻质弹簧,当木块接触弹簧后,下列判断正确的是( )
图363
A.木块将立即做匀减速直线运动
B.木块将立即做变减速直线运动
C.在弹簧弹力大小等于恒力F时,木块的速度最大
D.在弹簧压缩量最大时,木块的加速度为零
■要点总结
1.作用在物体上的每一个力都将独立地产生各自的加速度,合外力产生的加速度是这些加速度的矢量和;
2.关于牛顿第二定律的瞬时性,主要考查轻绳和轻弹簧中力的突变对比;
3.牛顿第一定律和牛顿第二定律是相互独立的.牛顿第一定律是在物体不受外力的理想情况下经过科学抽象、归纳推理而总结出来的,而牛顿第二定律是一条实验定律,牛顿第二定律的意义在于力是如何改变物体运动状态的.
考点三 牛顿第三定律
对相互作用力的理解(与平衡力对比)
比较
相互作用力
平衡力
方向
方向相反、作用在同一条直线上
方向相反、作用在同一条直线上
大小
大小相等
大小相等
受力物体
两个相互作用的物体上
同一物体上
力的性质
一定是同性质的力
性质不一定相同
同时性
一定同时产生、同时消失
不一定同时产生、同时消失
叠加性
两力作用效果不可求合力
两力作用效果可以求合力
3(多选)2016·海阳一中模拟改编]北京时间2016年9月15日晚10时04分,中国在酒泉卫星发射中心用“长征二号F-T2”火箭将“天宫二号”空间实验室成功发射升空,顺利入轨并正常开展各项科研活动.关于“天宫二号”与火箭起飞的情形,下列叙述正确的是( )
图364
A.“天宫二号”进入运行轨道之后,与地球之间仍然存在一对作用力与反作用力
B.运载火箭尾部向下喷气,喷出的气体对火箭产生反作用力,火箭获得向上的推力
C.运载火箭尾部喷出的气体对空气产生作用力,空气的反作用力使火箭获得飞行的动力
D.运载火箭飞出大气层后,由于没有空气,火箭虽向下喷气,但无法获得前进的动力
式题2016·江苏南通如皋模拟]下列关于小鸟和飞机相撞时的说法正确的是( )
A.小鸟对飞机的作用力比飞机对小鸟的作用力大
B.飞机对小鸟的作用力比小鸟对飞机的作用力大
C.小鸟对飞机的作用力与飞机对小鸟的作用力一样大
D.主动撞击的一方产生的作用力大
■注意事项
区分一对相互作用力与一对平衡力是牛顿第三定律问题的重点,平衡力是同一物体受到的一对力,其作用效果可以抵消,相互作用力是两个不同物体受到的一对力,二力分别作用在不同物体上,其作用效果不能抵消;牛顿第三定律的重要作用之一是转换研究对象,当根据已知条件无法直接求得物体受到的某作用力时,可以根据牛顿第三定律,先求得该力的反作用力.
第7讲 牛顿第二定律的应用
(1)
Ø教材知识梳理
一、动力学的两类基本问题
1.由物体的受力情况求解运动情况的基本思路:
先求出几个力的合力,由牛顿第二定律(F合=ma)求出________,再由运动学的有关公式求出速度或位移.
2.由物体的运动情况求解受力情况的基本思路:
已知加速度或根据运动规律求出________,再由牛顿第二定律求出合力,从而确定未知力.
说明:
牛顿第二定律是联系运动问题与受力问题的桥梁,加速度是解题的关键.
二、超重和失重
1.超重
物体对水平支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)________物体所受重力的情况称为超重现象.
2.失重
物体对水平支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)________物体所受重力的情况称为失重现象.
3.完全失重
物体对水平支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)________的情况称为完全失重现象.
4.视重与实重
(1)当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时,弹簧测力计或台秤的示数称为________.视重大小等于弹簧测力计所受的拉力或台秤所受的压力.
(2)物体实际受到的重力大小称为________.
三、连接体与隔离体
1.连接体与隔离体:
两个或两个以上物体相连接组成的物体系统,称为________.如果把其中某个(或几个)物体隔离出来,该物体称为________.
2.外力和内力
(1)以物体系为研究对象,系统之外其他物体的作用力是系统受到的________,而系统内各物体间的相互作用力为________.
(2)求外力时应用牛顿第二定律列方程不考虑________;如果把物体隔离出来作为研究对象,则这些内力将变为隔离体的________.
【思维辨析】
(1)放置于水平桌面上的物块受到的重力是物块的内力.( )
(2)系统的内力不会影响系统整体的运动效果.( )
(3)运动物体的加速度可根据运动速度、位移、时间等信息求解,所以加速度由运动情况决定.( )
(4)物体处于超重状态时,物体的重力大于mg.( )
(5)物体处于完全失重状态时其重力消失.( )
(6)物体处于超重还是失重状态,由加速度的方向决定,与速度方向无关.( )
(7)减速上升的升降机内的物体对地板的压力大于重力.( )
Ø考点互动探究
考点一 动力学的两类基本问题
解决动力学两类问题的基本思路
12016·四川卷](17分)避险车道是避免恶性交通事故的重要设施,由制动坡床和防撞设施等组成,如图372所示,竖直平面内,制动坡床视为与水平面夹角为θ的斜面.一辆长12m的载有货物的货车因刹车失灵从干道驶入制动坡床,当车速为23m/s时,车尾位于制动坡床的底端,货物开始在车厢内向车头滑动,当货物在车厢内滑动了4m时,车头距制动坡床顶端38m,再过一段时间,货车停止.已知货车质量是货物质量的4倍,货物与车厢间的动摩擦因数为0.4;货车在制动坡床上运动受到的坡床阻力大小为货车和货物总重的0.44倍.货物与货车分别视为小滑块和平板,取cosθ=1,sinθ=0.1,g取10m/s2.求:
(1)货物在车厢内滑动时加速度的大小和方向;
(2)制动坡床的长度.
图371
图372
解答规范]
(1)设货物的质量为m,货物在车厢内滑动过程中,货物与车厢间的动摩擦因数μ=0.4,受摩擦力大小为f,加速度大小为a1,则
________=ma1(2分)
f=________(2分)
联立以上二式并代入数据得a1=5m/s2(1分)
a1的方向沿制动坡床向下.(1分)
(2)设货车的质量为M,车尾位于制动坡床底端时的车速为v=23m/s.货物在车厢内开始滑动到车头距制动坡床顶端s0=38m的过程中,用时为t,货物相对制动坡床的运动距离为s2.货车受到制动坡床的阻力大小为F,F是货车和货物总重的k倍,k=0.44,货车长度l0=12m,制动坡床的长度为l,则
Mgsinθ+F-f=Ma2(2分)
F=k(m+M)g(2分)
s1=________(2分)
s2=________(2分)
s=________(1分)
l=l0+s0+s2(1分)
联立并代入数据得
l=98m.(1分)
式题1研究表明,一般人的刹车反应时间(即图373甲中“反应过程”所用时间)t0=0.4s,但饮酒会导致反应时间延长.在某次试验中,志愿者少量饮酒后驾车以v0=72km/h的速度在试验场的水平路面上匀速行驶,从发现情况到汽车停止,行驶距离L=39m.减速过程中汽车位移x与速度v的关系曲线如图乙所示.此过程可视为匀变速直线运动.重力加速度的大小g取10m/s2.求:
(1)减速过程中汽车加速度的大小及所用时间;
(2)饮酒使志愿者比一般人增加的反应时间;
(3)减速过程中汽车对志愿者的作用力大小与志愿者重力大小的比值.
图373
式题22016·合肥质量检测]如图374所示,有一半圆,其直径水平且与另一圆的底部相切于O点,O点恰好是半圆的圆心,圆和半圆处在同一竖直平面内.现有三条光滑轨道AOB、COD、EOF,它们的两端分别位于圆和半圆的圆周上,轨道与圆的竖直直径的夹角关系为α>β>θ.现让小物块先后从三条轨道顶端由静止下滑至底端,则小物块在每一条倾斜轨道上滑动时所经历的时间关系为( )
图374
A.tAB=tCD=tEF
B.tAB>tCD>tEF
C.tAB D.tAB=tCD 考点二 超重与失重问题 22016·江苏南通如皋模拟]我国“80后”女航天员王亚平在“天宫一号”里给全国的中小学生们上了一堂实实在在的“太空物理课”.在火箭发射、飞船运行和回收过程中,王亚平要承受超重或失重的考验,下列说法正确是( ) A.飞船在降落时需要打开降落伞进行减速,王亚平处于超重状态 B.飞船在降落时需要打开降落伞进行减速,王亚平处于失重状态 C.飞船在绕地球匀速运行时,王亚平处于超重状态 D.火箭加速上升时,王亚平处于失重状态 ■题根分析 本题通过受力分析和牛顿第二定律,考查运动过程中的超重、失重问题.对超重、失重问题的分析应注意: (1)超重、失重现象的实质是物体的重力的效果发生了变化,重力的效果增大,则物体处于超重状态;重力的效果减小,则物体处于失重状态.重力的作用效果体现在物体对水平面的压力、物体对竖直悬线的拉力等方面,在超重、失重现象中物体的重力并没有发生变化. (2)物体是处于超重状态,还是失重状态,取决于加速度的方向,而不是速度的方向.只要加速度有竖直向上的分量,物体就处于超重状态;只要加速度有竖直向下的分量,物体就处于失重状态,当物体的加速度等于重力加速度时(竖直向下),物体就处于完全失重状态. (3)在完全失重的状态下,一切由重力产生的物理现象都会完全消失,如天平不能测量物体的质量、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生向下的压强等. ■变式网络 式题12016·合肥质量检测]如图375所示,在教室里某同学站在体重计上研究超重与失重.她由稳定的站姿变化到稳定的蹲姿称为“下蹲”过程;由稳定的蹲姿变化到稳定的站姿称为“起立”过程.关于她的实验现象,下列说法中正确的是( ) 图375 A.只有“起立”过程才能出现超重的现象 B.只有“下蹲”过程才能出现失重的现象 C.“下蹲”的过程中,先出现超重现象后出现失重现象 D.“起立”“下蹲”的过程中,都能出现超重和失重的现象 式题22016·福建质量检测]如图376所示,质量为M的缆车车厢通过悬臂固定悬挂在缆绳上,车厢水平底板上放置一质量为m的货物,在缆绳牵引下货物随车厢一起斜向上加速运动.若运动过程中悬臂和车厢始终处于竖直方向,重力加速度大小为g,则( ) 图376 A.车厢对货物的作用力大小等于mg B.车厢对货物的作用力方向平行于缆绳向上 C.悬臂对车厢的作用力大于(M+m)g D.悬臂对车厢的作用力方向沿悬臂竖直向上 式题3(多选)飞船绕地球做匀速圆周运动,宇航员处于完全失重状态时,下列说法正确的是( ) A.宇航员不受任何力作用 B.宇航员处于平衡状态 C.地球对宇航员的引力全部用来提供向心力 D.正立和倒立时宇航员一样舒服 考点三 连接体问题 应用牛顿第二定律解决连接体类问题时,正确地选取研究对象是解题的关键.若连接体内各物体具有相同的加速度,且不需要求物体之间的作用力,则可以把它们看成一个整体,分析整体受到的合外力, 应用牛顿第二定律求出加速度(或其他未知量);若连接体内各物体的加速度不相同,或者需要求出系统内各物体之间的作用力,则需要把物体从系统中隔离出来,应用牛顿第二定律列方程求解;若连接体内各物体具有相同的加速度,且需要求物体之间的作用力,则可以先用整体法求出加速度,然后再用隔离法选取合适的研究对象,应用牛顿第二定律求作用力,即“先整体求加速度,后隔离求内力”. 3如图377所示,一足够长的固定光滑斜面的倾角θ=37°,大小可以忽略的两个小物体A、B的质量分别为mA=1kg、mB=4kg,两物体之间的轻绳长L=0.5m,轻绳可承受的最大拉力为T=12N.对B施加一沿斜面向上的力F,使A、B由静止开始一起向上运动,力F逐渐增大,g取10m/s2.(sin37°=0.6,cos37°=0.8) (1)若某一时刻轻绳被拉断,求此时外力F的大小; (2)若轻绳拉断瞬间A、B的速度为3m/s,绳断后保持外力F不变,当A运动到最高点时,求A、B之间的距离. 图377 式题12016·湖南衡阳月考]如图378所示,质量为m1和m2的两个材料相同的物体用细线相连,在大小恒定的拉力F作用下,先沿水平面,再沿斜面,最后竖直向上匀加速运动,不计空气阻力,在三个阶段的运动中,线上的拉力大小( ) 图378 A.由大变小 B.由小变大 C.始终不变且大小为F D.由大变小再变大 式题2a、b两物体的质量分别为m1、m2,由轻质弹簧相连.当用大小为F的恒力竖直向上拉着a,使a、b一起向上做匀加速直线运动时,弹簧伸长量为x1;当用大小仍为F的恒力沿水平方向拉着a,使a、b一起沿光滑水平桌面做匀加速直线运动时,弹簧伸长量为x2,如图379所示,下列说法正确的是( ) 图379 A.x1一定等于x2 B.x1一定大于x2 C.若m1>m2,则x1>x2 D.若m1 ■方法技巧 求解连接体内部物体之间的作用力时,一般选受力较少的隔离体为研究对象;求解具有相同的加速度的连接体外部对物体的作用力或加速度时,一般选取系统整体为研究对象.大多数连接体问题中需要整体法和隔离法交替使用. 第8讲 牛顿第二定律的应用 (2) Ø考点互动探究 考点一 瞬时问题 分析物体在某一时刻的瞬时加速度,关键是分析该时刻前后的瞬时作用力是否变化.注意“线”“绳”“轻弹簧”“橡皮绳”等理想模型的特点: (1)质量和重力均可视为等于零,且一根绳、线、轻弹簧、橡皮绳中各点的张力大小相等; (2)无论线和绳受力多大,其长度都不变,线和绳中的张力可以突变; (3)弹簧既能承受拉力,也能承受压力,橡皮绳只能承受拉力,不能承受压力; (4)由于弹簧和橡皮绳受力时改变状态需要一段时间,所以弹簧和橡皮绳中的力不能突变. 1如图381所示,水平粗糙桌面上有a、b两个小滑块,两滑块之间连接一弹簧,弹簧原长为L,劲度系数为k,a、b的质量均为m.现用水平恒力F拉滑块b,使a、b一起在桌面上匀加速运动,已知弹簧在弹性限度内,两滑块与桌面间的动摩擦因数相同,下列说法正确的是( ) 图381 A.a、b间的距离为L+ B.撤掉F的瞬间,a、b的加速度一定都增大 C.若弹簧与a连接处突然断开,a、b的加速度一定都增大 D.撤掉F的瞬间,a的加速度不变,b的加速度一定增大 式题2015·武汉模拟]如图382所示,细线连接着A球,轻质弹簧两端连接着质量相等的A、B两球,它们在倾角为θ的光滑斜面体C上静止,弹簧与细线均平行于斜面.C的底面粗糙,在水平地面上能始终保持静止.在细线被烧断的瞬间,下列说法正确的是( ) 图382 A.两个小球的瞬时加速度均沿斜面向下,大小均为gsinθ B.A球的瞬时加速度沿斜面向下,大小为2gsinθ C.C对地面的压力等于A、B和C的重力之和 D.地面对C无摩擦力 ■注意事项 物体的运动情况和受力情况是时刻对应的,当外界条件发生变化时,必须重新进行受力分析和运动分析,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.对于弹簧、橡皮绳等发生明显形变而产生的弹力,不能发生突变;而对于轻绳、桌面等发生不明显形变而产生的弹力,能够发生突变. 考点二 牛顿第二定律与运动图像的综合 常见图像: vt图像、at图像、Ft图像、Fa图像等. (1)分清图像的类别: 即分清横、纵坐标所代表的物理量,明确其物理意义,掌握物理图像所反映的物理过程,会分析临界点. (2)注意图线中的一些特殊点所表示的物理意义: 图线与横、纵坐标轴的交点,图线的转折点,两图线的交点等. (3)明确能从图像中
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