搜索
第三章牛顿运动定律高考导航(教师备用)考点内容要求高考(全国卷)三年命题情况对照分析201620172018牛顿运动定律及其应用ⅡⅠ卷T18:牛顿第二定律的理解和应用Ⅲ卷T23:验证牛顿第二定律的拓展实验Ⅲ卷T25:“滑块—滑板”模型(两个滑块)Ⅰ卷T15:动力学中的图像问题、胡克定律超重和失重Ⅰ实验四:验证牛顿运动定律1.考查方式:牛顿运动定律是高考的必考内容,本章内容在历年高考试题中既有选择题,也有计算题,在实验题中也有考查.选择题中主要是考查动力学的图像问题,计算题中主要是考查两类动力学问题,实验题中主要是考查验证牛顿运动定律,“滑块—滑板”模型是常考的模型.2.命题趋势:分析历年高考命题情况可以发现有两大趋势:一是两类动力学问题,二是动力学的图像问题.第1节牛顿第一定律牛顿第三定律基础过关考点研析素养提升基础过关学科素养·演练提升基础知识一、牛顿第一定律1.内容一切物体总保持状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它这种状态.2.意义(1)指出力不是维持物体运动的原因,而是物体运动状态的原因,即力是产生的原因.(2)指出了一切物体都有,因此牛顿第一定律又称惯性定律.匀速直线运动改变改变加速度惯性3.惯性(1)定义:物体具有保持原来状态或状态的性质.(2)量度:质量是物体惯性大小的唯一量度.(3)普遍性:惯性是物体的属性,一切物体都有惯性.与物体的运动情况和受力情况无关.4.物理学史:对力和运动关系的认识,各物理学家的观点如下:(1)亚里士多德:必须有力作用在物体上,物体才能运动,没有力的作用,物体就要静止在一个地方.(2)伽利略:力维持物体运动的原因.(3)笛卡儿:如果运动中的物体没有受到力的作用,它将继续以同一速度沿运动,既不停下来也不偏离原来的方向.匀速直线运动静止固有不是同一直线自主探究在一节火车车厢内有一个水平的光滑桌面,当火车在平直铁路上向右匀速行驶时,坐在座椅上的同学将一个小球轻轻地放在桌面上.若该同学发现小球突然向他运动过来,如图所示,这时小球有无受到水平方向的作用力?这时火车是加速运动还是减速运动?答案:不受水平方向的力,火车减速运动.二、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.2.表达式:F=-F′.相等相反同一条直线上自主探究把A,B两个弹簧测力计连接在一起,B的一端固定,用手拉测力计A.如图所示,可以看到两个测力计的指针同时移动.则两个弹簧测力计的读数有什么关系?它们受力的方向有什么关系?答案:读数总是相等,方向相反.过关巧练1.思考判断(1)在水平面上运动的物体最终停下来,是因为水平方向没有外力维持其运动的结果.()(2)物体的惯性越大,运动状态越难改变.()(3)环绕地球运动的宇宙飞船处于完全失重状态,没有惯性.()(4)作用力与反作用力可以作用在同一物体上.()(5)作用力与反作用力的作用效果不能抵消.()×√××√2.下列关于力和运动关系的说法中正确的是()A.没有外力作用时,物体不会运动B.物体受力越大,运动得越快C.物体所受合外力为零,则速度一定为零;物体所受合外力不为零,则其速度也一定不为零D.物体所受的合外力最大时,速度却可以为零;物体所受的合外力最小时,速度却可以最大D解析:由牛顿第一定律可知,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,速度的大小与力没有关系,故正确选项为D.3.[人教版必修1·P82·“做一做”改编](多选)用计算机辅助实验系统做验证牛顿第三定律的实验,点击实验菜单中“力的相互作用”.如图(甲)所示,把两个力探头的挂钩钩在一起,向相反方向拉动,观察显示器屏幕上出现的结果[图(乙)].分析两个力传感器的相互作用力随时间变化的曲线,以下结论正确的是()A.作用力与反作用力大小时刻相等B.作用力与反作用力作用在同一物体上C.作用力与反作用力大小同时变化D.作用力与反作用力方向相反ACD解析:从图(乙)中可以看出作用力与反作用力的大小同时变化,时刻相等,且方向相反,故A,C,D正确.从图(甲)中可知作用力与反作用力的受力物体不是同一物体,而是彼此相互作用的两个物体,故B错误.考点研析核心探究·重难突破考点一牛顿第一定律的理解与应用1.明确了惯性的概念:牛顿第一定律揭示了一切物体所具有的一种固有属性——惯性.2.揭示了力的本质: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.3.理想化状态:牛顿第一定律描述的是物体不受外力时的状态,而物体不受外力的情形是不存在的.如果物体所受的合外力等于零,其效果跟不受外力作用时相同.4.惯性的两种表现形式(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.(2)物体受到外力时,惯性表现为反抗运动状态的改变.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.【典例1】将木块放在小车上,使木块与小车一起向右匀速运动.当小车被挡板挡住时,下列实验现象正确的是()A.假设小车表面光滑,木块将如图(甲)所示向右倾倒B.假设小车表面光滑,木块将如图(乙)所示向右滑动C.假设小车表面足够粗糙,木块将如图(丙)所示向左倾倒D.假设小车表面足够粗糙,木块将如图(乙)所示向右滑动B解析:当小车遇到挡板时,小车将停下.如果小车上表面光滑,则木块下部不受摩擦力,此时整个木块都将由于惯性而保持向右的匀速直线运动状态,如题图(乙)所示,A错误,B正确;如果小车表面足够粗糙,则木块上部由于惯性将继续向右运动,木块下部虽然也要继续向右运动,但下部受到一个向左的摩擦力,使得下部的运动状态发生改变,很快停止,故此时木块将向右倾倒,如题图(甲)所示,C,D错误.【针对训练】对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(质量不变)的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度.这表明,可以通过科学手段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安全行驶的目的C解析:采用大功率的发动机,能够提高赛车的最大速度,质量不变,则惯性不变,选项A错误;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,原因是子弹的动能过小,但惯性不变,选项B错误;货运列车摘下或加挂一些车厢,列车的质量改变了,其惯性也改变了,选项C正确;摩托车转弯时,车手控制速度,调控人和车的重心位置,但整体的惯性不变,选项D错误.考点二牛顿第三定律的理解与应用1.作用力与反作用力的“六同、三异、二无关”(1)六同:大小相同、性质相同、同一直线、同时产生、同时变化、同时消失.(2)三异:方向相反、不同物体、不同效果.(3)二无关:与物体的运动状态无关、与物体是否受其他力无关.2.平衡力与作用力和反作用力的比较名称项目一对平衡力作用力与反作用力相同点大小相等,方向相反,作用在同一条直线上不同点作用对象同一个物体两个相互作用的不同物体作用时间不一定同时产生、同时消失一定同时产生、同时消失力的性质不一定相同一定相同作用效果可相互抵消不可抵消【典例2】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为赢.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C解析:根据牛顿第三定律,甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对作用力与反作用力,故A错误.因为甲对绳的力和乙对绳的力作用在同一个物体上,因绳子质量不计,所以两力是一对平衡力,故B错误.冰面光滑,摩擦力忽略不计,设绳的张力为F,根据牛顿第二定律a=Fm知,由于m甲m乙,则a甲a乙,由x=12at2可知,甲的位移较小,乙先过界,故C正确.冰面上“拔河”比赛的输赢只与甲、乙的质量有关,与收绳速度无关,故D错误.【针对训练】(2019·福建莆田测试)鸡蛋与桌面相碰,蛋壳破裂.关于鸡蛋与桌面间的相互作用力,下列说法中正确的是()A.桌面对鸡蛋的力大于鸡蛋对桌面的力B.桌面对鸡蛋的力小于鸡蛋对桌面的力C.桌面对鸡蛋的力与鸡蛋对桌面的力大小相等D.桌面对鸡蛋的力与鸡蛋对桌面的力方向相同C解析:桌面对鸡蛋的力与鸡蛋对桌面的力是一对作用力与反作用力,根据作用力与反作用力的特点可知,二者总是大小相等,方向相反,故C正确.素养提升学科素养·演练提升核心素养【物理方法】“转换研究对象法”在受力分析中的应用1.方法概述转换研究对象法是当将A物体作为研究对象无法求解结果时,可以选与A相互作用的物体B为研究对象进行求解的方法,该方法往往用到牛顿第三定律.2.一般解题思路(1)选择合适的研究对象,分析受力情况,判断物体的受力是否可以直接求出.(2)转换研究对象,分析待求力的反作用力.(3)由牛顿第三定律求出待求力.【示例】(2019·海南海口模拟)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的加速度提升,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.490NC.890ND.910NB解析:设绳子对建筑材料的拉力为F1,对建筑材料由牛顿第二定律有F1-mg=ma,则F1=m(g+a)=210N,绳子对人的拉力F2=F1=210N人处于静止状态,则地面对人的支持力FN=Mg-F2=490N,由牛顿第三定律知,人对地面的压力FN′=FN=490N.【即学即练】如图所示,物体A,B质量分别是5kg和12kg,不计滑轮与绳间摩擦及绳的重力,整个系统静止.则地面对B的摩擦力及物体B对地面的压力大小分别为(g取10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6)()A.30N70NB.30N80NC.70N30ND.80N30NB解析:由于物体A处于平衡状态,受力分析可知绳子上的拉力FT=mAg,对物体B受力分析,如图所示,由于B静止,则有水平方向:FTcos53°=f,得地面对B的摩擦力f=30N,对物体B,在竖直方向,有mBg=FTsin53°+FN,代入数据解得FN=80N,由牛顿第三定律可知物体B对地面的压力大小为80N,方向竖直向下.高考模拟1.(2017·上海卷,6)一碗水置于火车车厢内的水平桌面上.当火车向右做匀减速运动时,水面形状接近于图()A解析:当火车向右做匀减速运动时,碗内的水由于惯性,保持原来较大的速度向右运动,则只有图A所示的情形符合要求,故选项A正确.2.(2019·广东珠海联考)如图所示,一个劈形物体M,各面均光滑,放在固定的斜面上,上表面水平,在上表面放一光滑小球m,劈形物体从静止开始释放,则小球在碰到斜面前的运动轨迹是()A.沿斜面向下的直线B.竖直向下的直线C.无规则曲线D.抛物线B解析:由题意知,小球在水平方向上不受外力作用,由牛顿第一定律,小球在此方向上将保持原有的运动状态不变,即静止而不向左或向右运动,只有竖直方向上的运动,因此运动轨迹是一条竖直向下的直线.3.(2019·江苏泰州模拟)(多选)如图所示,一木箱放在水平地面上,木箱重G1,人重G2,人站在木箱里用力F向上推木箱,则()A.人对木箱底的压力大小为G2+FB.木箱对人的作用力大小为G2C.木箱对地面的压力大小为G1+G2-FD.地面对木箱的支持力大小为G1+G2ABD解析:由于人站在木箱里用力F向上推木箱,则木箱上面对人有向下的压力,大小也是F,所以人受重力、木箱上面对人的压力和木箱底面对人向上的支持力,由平衡条件可知,支持力大小为G2+F,所以人对木箱的压力大小也是G2+F,选项A正确;人受重力与木箱对人的作用力,人处于静