高中物理必修1第三章 牛顿运动定律第1讲 牛顿运动定律

[高考导航]考点内容要求全国卷三年考情分析201720182019牛顿运动定律及其应用ⅡⅢ卷·T25:滑块—木板模型(两个滑块)Ⅰ卷·T15:F－x图像、牛顿第二定律的应用Ⅰ卷·T21:牛顿第二定律与a－x图像Ⅱ卷·T19:牛顿第二定律的应用T25:牛顿第二定律和运动学公式的应用Ⅲ卷·T20:牛顿第二定律与v－t图像的综合T25:三大力学观点的综合应用超重和失重Ⅰ单位制Ⅰ实验四:验证牛顿运动定律第1讲牛顿运动定律知识要点一、牛顿第一定律惯性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)意义:①揭示了物体的固有属性:一切物体都有惯性,因此牛顿第一定律又叫惯性定律。

②揭示了力与运动的关系: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。

2.惯性(1)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。

(2)量度:质量是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。

(3)普遍性:惯性是物体的固有属性,一切物体都具有惯性,与物体的运动情况和受力情况无关。

二、牛顿第二定律力学单位制1.牛顿第二定律(1)内容:物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比,跟它的质量成反比,加速度的方向跟作用力的方向相同。

(2)表达式:F＝ma。

(3)适用范围①牛顿第二定律只适用于惯性参考系,即相对于地面静止或匀速直线运动的参考系。

②牛顿第二定律只适用于宏观物体(相对于分子、原子等)、低速运动(远小于光速)的情况。

2.力学单位制(1)单位制:由基本单位和导出单位一起组成了单位制。

(2)基本单位:基本物理量的单位。

基本物理量共七个,其中力学有三个,是长度、质量、时间,国际单位分别是米、千克、秒。

(3)导出单位:由基本物理量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位。

三、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,后一个物体同时对前一个物体也施加力。

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.表达式:F＝－F′。

基础诊断1.(多选)小华坐在一列正在行驶的火车车厢里,突然看到原来静止在水平桌面上的小球向后滚动,假设桌面是光滑的,则下列说法正确的是()图1A.小球在水平方向受到了向后的力使它向后运动B.小球所受的合力为零,以地面为参考系,小球的运动状态并没有改变C.火车一定是在向前加速D.以火车为参考系,此时牛顿第一定律已经不能适用【参考答案】BCD2.如图2所示,质量m＝10 kg的物体在水平地面上向左运动,物体与水平地面间的动摩擦因数为0.2,与此同时物体受到一个水平向右的推力F＝20 N的作用,g取10 m/s2,则物体产生的加速度是()图2A.0B.4 m/s2,水平向右C.2 m/s2,水平向左D.2 m/s2,水平向右【试题解析】在水平地面上向左运动,竖直方向受重力、支持力,竖直方向上物体没有加速度,重力与支持力的合力为0；水平方向上物体受到水平向右的推力和水平向右的滑动摩擦力。

水平向右的推力F＝20 N,滑动摩擦力F f＝μF N＝μmg＝0.2×10×10 N＝20 N,所以合力大小F合＝F＋F f＝20 N＋20 N＝40 N,方向水平向右,根据牛顿第二定律得a＝F合m＝4010m/s2＝4 m/s2,方向水平向右。

【参考答案】B3.下列各物理量中,其国际单位属于基本单位,同时也属于矢量的是()A.时间B.位移C.质量D.力【试题解析】时间、质量的单位属于国际单位制中的基本单位,但都不属于矢量,力是矢量,但力的单位是导出单位,位移是矢量,且它的国际单位m属于基本单位,B正确。

【参考答案】B4. (2019·4月浙江选考,6)如图3所示,小明撑杆使船离岸,则下列说法正确的是()图3A.小明与船之间存在摩擦力B.杆的弯曲是由于受到杆对小明的力C.杆对岸的力大于岸对杆的力D.小明对杆的力和岸对杆的力是一对相互作用力【试题解析】小明与船之间存在静摩擦力,A正确；杆的弯曲是由于受到小明对杆的作用力,B错误；杆对岸的力与岸对杆的力是作用力与反作用力,大小相等,C 错误；小明对杆的力和岸对杆的力受力物体都是杆,两者不是作用力与反作用力,故D错误。

【参考答案】A牛顿第一定律的理解和应用1.理解惯性(1)保持“原状”:物体在不受力或所受合外力为零时,惯性表现为使物体保持原来的运动状态(静止或匀速直线运动)。

(2)“反抗”改变:物体受到外力时,惯性表现为抗拒运动状态的改变。

惯性越大,物体的运动状态越难以被改变。

(3)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,物体的质量越大则其惯性越大；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。

2.牛顿第一定律与牛顿第二定律的关系(1)牛顿第一定律是以理想实验为基础,经过科学抽象、归纳推理总结出来的,牛顿第二定律是实验定律。

(2)牛顿第一定律不是牛顿第二定律的特例,它揭示了物体运动的原因和力的作用对运动的影响；牛顿第二定律则定量指出了力和运动的联系。

1.(2019·浙江舟山模拟)关于牛顿第一定律,下列说法中正确的是()A.它表明了力是维持物体运动状态的原因B.它表明了物体具有保持原有运动状态的性质C.它表明了改变物体的运动状态并不需要力D.由于现实世界不存在牛顿第一定律所描述的物理过程,所以牛顿第一定律没有用处【试题解析】牛顿第一定律揭示了运动和力的关系,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,故B正确,A、C错误；牛顿第一定律是通过科学推理得出的,但其推论却得到了实践的验证,有着非常重大的意义,故D错误。

【参考答案】B2.关于惯性,下列说法正确的是()A.磁悬浮列车能高速行驶是因为列车浮起后惯性小了B.卫星内的仪器由于完全失重惯性消失了C.铁饼运动员在掷出铁饼前快速旋转可增大铁饼的惯性,使铁饼飞得更远D.月球上物体的重力只有在地球上的16,但是惯性没有变化【试题解析】惯性只与质量有关,与速度无关,A、C项错误；失重或重力加速度发生变化时,物体质量不变,惯性不变,所以B项错误,D项正确。

【参考答案】D3.某时刻,质量为2 kg的物体甲受到的合力是6 N,速度是10 m/s；质量为3 kg的物体乙受到的合力是5 N,速度是10 m/s,则()A.甲比乙的惯性小B.甲比乙的惯性大C.甲和乙的惯性一样大D.无法判定哪个物体惯性大【试题解析】质量是物体惯性大小的唯一量度,甲的质量小于乙的质量,所以甲的惯性要比乙的小,故A正确。

【参考答案】A4.牛顿第一定律是建立在理想斜面实验基础上,经抽象分析推理得出的结论,它不是实验定律。

利用如图4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,并沿水平面滑动。

水平面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐减小的材料时,小球沿水平面滑动到的最远位置依次为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()图4A.如果小球不受力,它将一直保持匀速直线运动或静止状态B.如果小球受到力的作用,它的运动状态将发生改变C.如果水平面光滑,小球将沿着水平面一直运动下去D.小球受到的力一定时,质量越大,它的加速度越小【试题解析】由题意,水平面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐减小的材料时,小球沿水平面滑动到的最远位置依次为1、2、3。

可知摩擦力越小,则小球滚得越远,由此得出的结论是如果水平面光滑,小球受到的合外力为0,则小球将沿着水平面一直运动下去,故选项C符合题意。

其他结论不是本实验直接得出的。

【参考答案】C牛顿第二定律的理解1.牛顿第二定律的性质五性⎩⎪⎨⎪⎧矢量性―→F＝ma是矢量式，a与F同向瞬时性―→a与F对应同一时刻因果性―→F是产生a的原因同一性⎩⎨⎧a、F、m对应同一个物体a、F、m统一使用国际单位制单位独立性―→每一个力都可以产生各自的加速度2.合力、加速度、速度的关系(1)物体的加速度由所受合力决定,与速度无必然联系。

(2)合力与速度夹角为锐角,物体加速；合力与速度夹角为钝角,物体减速。

(3)a＝ΔvΔt是加速度的定义式,a与v、Δv、Δt无直接关系；a＝Fm是加速度的决定式。

考向矢量性牛顿第二定律F＝ma是矢量式,加速度的方向由物体所受合外力的方向决定,二者总是相同,即任一瞬间,a的方向均与合外力方向相同。

【例1】如图5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拉伸状态,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()图5A.向右做加速运动B.向右做减速运动C.向左做匀速运动D.向左做减速运动【试题解析】因为弹簧处于拉伸状态,小球在水平方向受到向左的弹簧弹力F,由牛顿第二定律的矢量性可知,小球加速度也是向左。

小球与小车相对静止,故小车可能向左做加速运动或向右做减速运动,B正确。

【参考答案】B考向瞬时性在动力学问题中,物体受力发生突变时,物体的加速度也会发生突变,突变时刻物体的状态称为瞬时状态,要对瞬时状态的加速度进行分析求解。

【例2】如图6所示,带有竖直支柱的斜面固定在水平地面上,光滑的小球被轻质细线和弹簧系住静止于斜面上,弹簧处于拉伸状态。

现剪断细线,小球沿斜面向下运动的过程中()图6A.弹簧达到自然长度前加速运动,之后减速运动B.弹簧达到自然长度前加速运动,之后先加速运动后减速运动C.加速度先增大后减小D.加速度一直减小【试题解析】在未剪断细线时,弹簧处于伸长状态,故弹簧对小球有向下的弹力,故剪断细线后小球先加速向下运动,加速度减小,当弹簧的弹力沿斜面向上且等于小球重力沿斜面向下的分力时,速度达到最大,小球继续向下运动,此后弹簧的弹力大于小球重力沿斜面向下的分力,小球做减速运动,并且加速度增大,选项B正确。

【参考答案】B考向独立性当物体受到几个力的作用时,各力将独立地产生与其对应的加速度,而物体表现出来的实际加速度是物体所受各力产生加速度的矢量和。

【例3】为了节省能量,某商场安装了如图7所示智能化的电动扶梯,扶梯与水平面的夹角为θ。

无人乘行时,扶梯运行得很慢；当有人站上扶梯时,扶梯先以加速度a匀加速运动,再以速度v匀速运动。

一质量为m的顾客乘扶梯上楼,恰好经历了这两个过程,重力加速度为g,下列说法中正确的是()图7A.顾客始终受到三个力的作用B.扶梯对顾客的支持力始终等于mgC.加速阶段扶梯对顾客的摩擦力大小为ma cos θ,方向水平向右D.顾客对扶梯作用力的方向先沿扶梯向上,再竖直向下【试题解析】顾客加速过程中,受力如图所示,由牛顿第二定律知,水平方向有f＝ma cos θ,f方向水平向右,竖直方向有N－mg＝ma sin θ,则N＞mg,且N与f的合力方向不沿扶梯方向,由牛顿第三定律可知顾客对扶梯的作用力方向也不沿扶梯方向,故选项B、D均错误,C正确；在匀速运动过程中,顾客仅受重力和支持力作用,且二力平衡,选项A错误。