高三物理牛顿运动定律

牛顿运动定律是力学乃至整个物理学的基本规律，是动力学的基础，应用牛顿运动定律解决两类动力学问题及平衡类问题是高考中的必考内容。在高考命题中常常结合弹簧及实际问题进行考查。综合性题目的考查趋向于用牛顿运动定律解决生活、科技、工农业生产等诸多问题，同时注重电场、磁场的联系，贯彻“从生活走向物理，从物理走向科技”的新课程理念。主题内容要求说明牛顿运动定律牛顿运动定律、牛顿定律的应用超重和失重共点力的平衡ⅡⅠⅡ实验：验证牛顿运动定律牛顿运动定律及其应用是高中物理知识的核心内容，它与运动学知识结合起来是解决运动与力的问题的一个重要方法和观点，必然会成为高考的主要考点和命题热点，因此，必须高度重视本章知识的复习巩固和应用训练，强化的办法和方面有：(1)全面正确理解牛顿运动定律及意义，理解惯性、超重和失重等现象，使基本知识得到全面巩固和深化。(2)灵活运用隔离法和整体法，分析物体受力情况，求解加速度相等的连接体问题，重视瞬时加速度的分析计算，熟练应用正交分解法列方程计算有关问题。(3)综合运用牛顿运动定律和运动学公式分析、解决多个阶段的运动问题，选取结合图象、图表信息的新颖的与生活、生产、科技、实际相联系的问题进行训练，开拓思路、视野，提高推理能力，构建物理模型的能力，应用数学知识综合分析，解决运动与力的关系的问题的能力。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。要点一对惯性的理解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＊体验应用＊要点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.揭示了力的本质牛顿第一定律对力的本质进行了定义：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”。4.牛顿第一定律不是实验定律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，它并不是实验定律。2.16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D＊体验应用＊要点三牛顿第二定律的深刻理解同向性公式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作用的效果同一性有三层意思：(1)加速度a也是相对同一个惯性系的(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公式中，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)分力和加速度在各个方向上的分量也满足F=ma，即Fx=max，Fy=may局限性(1)只适用于宏观、低速运动的物体，不适用于微观、高速运动的粒子。(2)物体的加速度必须是相对于地面静止或匀速直线运动的参考系(惯性系)而言的3.在粗糙的水平面上，物体在水平推力作用下由静止开始做匀加速直线运动，作用一段时间后，将水平推力逐渐减小到零，则在水平推力逐渐减小到零的过程中()A.物体速度逐渐减小，加速度逐渐减小B.物体速度逐渐增大，加速度逐渐减小C.物体速度先增大后减小，加速度先增大后减小D.物体速度先增大后减小，加速度先减小后增大D＊体验应用＊1.作用力、反作用力与平衡力的区别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名师支招：(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。内容作用力和反作用力二力平衡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，不可单独存在无依赖关系，撤除一个，另一个依然存在，只是不再平衡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同性质的力可以是同种性质的力，也可以不是要点四牛顿第三定律的理解(1)四同(2)三异同大小同时产生、变化、消失同性质同一直线反向异体不同效果(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”4.跳高运动员蹬地后跳起，在运动员用力蹬地起跳的过程中()A.运动员对地面的作用力大于地面对运动员的支持力B.运动员对地面的作用力大小等于地面对运动员的支持力大小C.运动员所受重力与支持力平衡D.运动员所受的合力不一定向上B＊体验应用＊【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)。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。【例1】如图3-1-2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，速度先变小后变大热点一加速度和合外力的瞬时关系图3-1-2【名师支招】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。C1【答案】gsinθgtanθ如图3-1-3(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？(θ角已知)图3-1-3【例2】如图3-1-4，一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【名师支招】(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。【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图3-1-4热点二利用牛顿第二定律判断物体的运动2如图3-1-5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图3-1-5【例3】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3-1-6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？【名师支招】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。【解析】环在竖直方向上受力情况如图3-1-7(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3-1-7(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。【答案】f+Mg图3-1-6图3-1-7热点三牛顿第三定律的综合应用3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D带电清洗剂电机清洗剂带电清洗剂电机清洗剂救咯主仆三各人，她们简直是要高兴坏咯，这可是她们自从来到草原之后，第壹次可以不用服侍别人，可以好好地享受咯整整壹天の休息！于是姐妹俩人连早膳都没有用，啥啊也不做，先痛痛快快地睡咯壹各日上