【物理】2019届二轮复习牛顿运动定律的理解及应用学案

【物理】2019届二轮复习牛顿运动定律的理解及应用学案

第3讲　牛顿运动定律的理解及应用 ‎[考试要求和考情分析]‎ 考试内容 选考要求 历次选考统计 命题角度 ‎2016/‎ ‎04‎ ‎2016/‎ ‎10‎ ‎2017/‎ ‎04‎ ‎2017/11‎ ‎2018/04‎ ‎2018/11‎ 物理学史、动力学两类问题、超重失重 牛顿第一定律 c ‎3‎ 牛顿第二定律 c ‎19‎ ‎19‎ ‎8、19‎ ‎19、20‎ ‎19‎ ‎13‎ 力学单位制 b ‎2‎ ‎1‎ ‎1‎ ‎3‎ ‎3‎ 牛顿第三定律 c ‎20‎ ‎9‎ 超重与失重 b ‎3‎ ‎12‎ ‎8‎ ‎　对牛顿第一定律、牛顿第三定律的理解 ‎[要点总结]‎ ‎1．牛顿第一定律：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．惯性：惯性与物体是否受力、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。‎ ‎3．一对相互作用力与平衡力的最明显区别 作用力和反作用力，作用在两个相互作用的物体上；一对平衡力，作用在同一物体上。‎ ‎[精典题组]‎ ‎1．如图1所示的伽利略斜面理想实验让我们认识到(　　)‎ 图1‎ A．力是维持物体运动的原因 B．物体的加速度与外力成正比 C．物体运动不需要力来维持 D．力是改变物体惯性的原因 解析　伽利略斜面理想实验的科学意义在于揭示了力与运动之间的关系，改变了人们原有的“力是维持运动的原因”的错误认识，故选项C正确，A错误；惯性是物体的固有属性，外力不能改变其属性，选项D错误；牛顿第二定律源自自然规律的总结，选项B错误。‎ 答案　C ‎2．(2018·浙江诸暨中学高二期中)甲车快速倒车时车尾撞上静止的同型号的乙车车头，导致两车司机受伤。甲车司机、乙车司机最有可能的伤情分别是(　　)‎ A．胸部受伤，胸部受伤 B．胸部受伤，背部受伤 C．背部受伤，胸部受伤 D．背部受伤，背部受伤 解析　甲车向后倒车撞到乙车上而停止运动，甲车司机相对于甲车向后运动，甲车司机由于惯性继续向后运动而使背部受伤；乙车静止，乙车车头由于受到撞击而向后运动，乙车司机相对于乙车向前运动，所以司机由于惯性保持静止而和乙车的方向盘相碰而造成乙车司机胸部受伤，故选项C正确，A、B、D错误。‎ 答案　C ‎3．(2018·浙江宁波选考适应性考试)撑杆跳高是一项技术性很强的体育运动，完整的过程可以简化成三个阶段：持杆助跑、撑杆起跳上升、越杆下落。撑杆跳高的过程中包含很多物理知识，下列说法正确的是(　　)‎ 图2‎ A．持杆助跑过程，重力的反作用力是地面对运动员的支持力 B．撑杆起跳上升阶段，弯曲的撑杆对人的作用力大于人对撑杆的作用力 C．撑杆起跳上升阶段先处于超重状态后处于失重状态 D．最高点手已离开撑杆，运动员还能继续越过横杆，是因为受到了一个向前的冲力 解析　根据牛顿第三定律可知，重力的反作用力是运动员对地球的作用力，故选项A错误；根据牛顿第三定律可知，弯曲的撑杆对人的作用力等于人对撑杆的作用力，故选项B错误；撑杆起跳上升阶段由于撑杆对人的作用力大于运动员的重力，运动员离开撑杆后只受重力作用，所以运动员先处于超重状态后处于失重状态，故选项C正确；最高点手已离开撑杆，运动员还能继续越过横杆，是因为惯性，故选项D错误。‎ 答案　C ‎　牛顿第二定律、单位制 ‎[要点总结]‎ ‎1．对牛顿第二定律的理解 瞬时性 a与F对应同一时刻 因果性 F是产生a的原因，物体具有加速度是因为物体受到了力 同一性 a＝中，F、m、a对应同一物体或同一系统 独立性 ‎(1)作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵循牛顿第二定律 ‎(2)物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和 ‎2.力学中的基本物理量及单位 ‎(1)力学中的基本物理量是长度、质量、时间。‎ ‎(2)力学中的基本单位：三个基本物理量的单位在国际单位制中分别为米(m)、千克(kg)、秒(s)。‎ ‎[典例分析]‎ ‎【例1】 (2018·浙江温州学考模拟)一种常用的圆珠笔由笔筒、笔芯、弹簧、顶芯杆组成(如图3所示)，将顶芯杆抵在水平桌面上，下压笔筒从而压缩弹簧，松手后，笔筒在弹簧作用下向上弹起，带动顶芯杆跳离桌面。为考虑问题简单，将笔芯、笔筒看做一体，不计摩擦。下列说法正确的是(　　)‎ 图3‎ A．从松手到弹簧恢复原长，弹簧的弹性势能全部转化为笔筒的动能 B．从松手到弹簧恢复原长，笔筒一直向上加速运动 C．从松手到弹簧恢复原长，笔筒加速度先减小后增大 D．不论下压程度如何，松手后顶芯杆都能跳离桌面 解析　从松手到弹簧恢复原长，弹簧的弹性势能全部转化为笔筒的动能和笔筒的重力势能，选项A错误；从松手到弹簧恢复原长，笔筒开始阶段受到的弹力大于重力，向上加速运动，且加速度逐渐减小；后来弹力小于重力时，向上做减速运动，且加速度向下逐渐变大，选项B错误，C正确；若下压程度较小，则弹簧的弹性势能较小，则可能不足以提供笔杆离开桌面的动能，使得顶芯杆不能跳离桌面，选项D错误。‎ 答案　C ‎[精典题组]‎ ‎4．(2018·杭州地区七校联考)如图4所示，在农村有一种常见的平板车，车上放着一袋化肥。若平板车在水平面向左加速运动且加速度逐渐增大。在运动过程中，这袋化肥始终和平板车保持相对静止，则(　　)‎ 图4‎ A．化肥对平板车的压力逐渐增大 B．化肥对平板车的摩擦力逐渐减小 C．平板车对化肥的作用力逐渐增大 D．平板车对化肥的作用力方向竖直向上 解析　设平板车与水平方向的夹角为θ，化肥所受支持力为FN，摩擦力为f，将水平加速度分解，则f－mgsin θ＝macos θ，mgcos θ－FN＝masin θ，a增大，则f增大，FN减小，选项A、B错误；平板车对化肥的作用力是支持力和摩擦力的合力，合力方向将斜向左上方，且逐渐增大，选项C正确，D错误。‎ 答案　C ‎5．如图5所示，航天员王亚平利用“天宫一号”中的“质量测量仪”测量航天员聂海胜的质量为74 kg。测量时，聂海胜与轻质支架被王亚平水平拉离初始位置，且处于静止状态，当王亚平松手后，聂海胜与轻质支架受到一个大小为100 N的水平恒力作用而复位，用光栅测得复位时瞬间速度为1 m/s，则复位的时间为(　　)‎ 图5‎ A．0.74 s B．0.37 s C．0.26 s D．1.35 s 解析　根据牛顿第二定律，加速度为a＝＝ m/s2，则复位的时间为t＝＝ s＝0.74 s，故选项A正确。‎ 答案　A ‎　超重　失重 ‎[要点总结]‎ ‎1．超重、失重和完全失重比较 比较 超重 失重 完全失重 产生条件 加速度方向向上 加速度方向向下 加速度方向向下，且大小a＝g 可能状态 ‎①加速上升；‎ ‎②减速下降 ‎①加速下降；‎ ‎②减速上升 ‎①自由落体运动和所有的抛体运动；②‎ 绕地球做匀速圆周运动的卫星、飞船等 ‎2.超重和失重的理解注意点 只要物体有向上或向下方向的加速度，物体就处于超重或失重状态，与物体向上运动还是向下运动无关。‎ ‎[典例分析]‎ ‎【例2】 (2018·浙江选考适应性考试)撑杆跳是田径运动项目的一种。在这项比赛中，运动员双手握住一根特制的杆子，经过快速助跑后，借助杆子撑地的反弹力量，使身体腾起，跃过横杆。关于撑杆跳，下列说法正确的是(　　)‎ A．运动员起跳时，撑杆提供给运动员的弹力等于运动员所受重力 B．运动员起跳时，撑杆提供给运动员的弹力小于运动员所受重力 C．在运动员起跳上升阶段，运动员始终处于超重状态 D．在运动员越过杆子下落阶段，运动员始终处于失重状态 解析　起跳时运动员的加速度的方向向上，竿对他的弹力大于他的重力，故选项A、B错误；起跳以后的下落过程中运动员的加速度的方向向下，他处于失重状态，故选项C错误，D正确。‎ 答案　D ‎[精典题组]‎ ‎6．以下案例中不可能出现失重现象的是(　　)‎ 解析　‎ 形成失重现象的原因是物体存在竖直向下的加速度。车在拱形桥上行驶存在竖直向下的加速度(向心加速度)；绕地球的空间站有指向地球球心的向心加速度；向上减速或向下加速状态下运行的电梯同样具有向下的加速度。骑行在凹形桥上的加速度方向向上，出现超重现象，故选A。‎ 答案　A ‎7．(2018·浙江嘉兴第一中学高一期中)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小。一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图6甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止时电流表示数为I0，某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程中(　　)‎ 图6‎ A．物体处于失重状态 B．物体处于超重状态 C．升降机一定向上运动 D．升降机一定向下运动 解析　由乙图看出，电流表示数增大，说明压敏电阻的阻值减小，由压敏电阻的特点得知压力增大，则压敏电阻所受的压力大于重力，物体处于超重状态，故选项A错误，B正确；物体处于超重状态，加速度方向向上，故升降机可能向上加速运动，也可能向下减速运动，故选项C、D错误。‎ 答案　B ‎8．(2018·浙江温岭地区七校联考)在电梯中，把一重物置于水平放置的压力传感器上，电梯从静止开始加速上升，然后又匀速运动一段时间，最后减速直至停止运动。在此过程中传感器的屏幕上显示出其所受压力与时间关系的图象如图7所示，重力加速度g＝10 m/s2，则(　　)‎ 图7‎ A．在0～4 s内电梯先超重后失重 B．在18～22 s内电梯加速下降 C．仅在4～18 s内重物的惯性才保持不变 D．电梯加速和减速时加速度的最大值相等 解析　0～4 s内，支持力的大小大于重力的大小，加速度方向向上，处于超重状态，故选项A错误；18～22 s内，支持力小于重力的大小，加速度方向向下，即减速上升，故选项B错误；惯性的大小量度是质量，质量不变，惯性不变，故选项C错误；电梯加速时的最大值a＝＝ m/s2＝ m/s2，减速时加速度的最大值a′＝＝ m/s2＝ m/s2，故选项D正确。‎ 答案　D 弹簧和线(绳)突变问题易错分析 ‎【例】 如图8所示，将两相同的木块a、b置于粗糙的水平地面上，中间用一轻弹簧连接，两侧用细绳系于墙壁。开始时a、b均静止，弹簧处于伸长状态，两细绳均有拉力，a所受摩擦力fa≠0，b所受摩擦力fb＝0，现将右侧细绳剪断，则剪断瞬间(　　)‎ 图8‎ A．fa大小不变　　　　　　B．fa方向改变 C．fb仍然为零　　　　　　D．fb方向向左 ‎[错因分析]‎ 错解1　误认为右侧细绳剪断后，弹簧弹力变为零，则fb仍然为零，fa方向发生了改变。‎ 错解2　选错研究对象，以a、b整体进行受力分析，认为右侧绳子剪断瞬间，左侧绳子的拉力和a受到的摩擦力fa都立即变为0，从而错选C项。‎ ‎[正解展示]　右侧细绳剪断的瞬间，弹簧弹力来不及发生变化，故a的受力情况不变，a左侧绳的拉力、静摩擦力的大小方向均不变，选项A正确，B错误；而在剪断绳的瞬间b右侧绳的拉力立即消失，静摩擦力方向向右，选项C、D错误。‎ 答案　A ‎ ‎ 根据牛顿第二定律可知，加速度与合外力存在瞬时对应关系。分析瞬时对应关系时应注意两个基本模型特点。‎ 轻绳模型：(1)轻绳不能伸长；(2)轻绳的拉力可突变；(3)轻绳各处受力相同且拉力方向沿绳方向。‎ ‎1．(2017·4月浙江学考)下列物理量及对应的国际单位制单位符号，正确的是(　　)‎ A．力，kg B．功率，J C．电场强度，C/N D．电压，V 解析　力的国际单位N，功率国际单位W，电场国际单位N/C，电压的国际单位V，所以选项D正确。‎ 答案　D ‎2．(2017·11月浙江选考)在国际单位制中，属于基本量及基本单位的是(　　)‎ A．质量，千克 B．能量，焦耳 C．电阻，欧姆 D．电荷量，库仑 解析　国际单位制中，基本物理量有：质量、长度、时间、电流、发光强度、热力学温度、物质的量；其对应单位依次是千克、米、秒、安培、坎德拉、开尔文、摩尔，故选项A正确。‎ 答案　A ‎3．(2018·4月浙江选考)用国际单位制的基本单位表示能量的单位，下列正确的是(　　)‎ A．kg·m2/s2 B．kg·m/s2‎ C．N/m D．N·m 解析　国际七大基本物理量及单位分别为质量：千克(kg)，长度：米(m)，时间：秒(s)，电流：安培(A)，温度：开尔文(K)，光强：坎德拉(cd)，物质的量：摩尔(mol)。能量的单位可以从做功的角度考虑等于力(N)·位移(m)，力的单位从牛顿第二定律F＝ma可知N可表示为kg·m/s2，所以能量的单位为kg·m2/s2，故选项A正确。‎ 答案　A ‎4.(2018·11月浙江选考)用国际单位制的基本单位表示电场强度的单位，下列正确的是(　　)‎ A.N/C B.V/m C.kg·m/(C·s2) D.kg·m/(A·s3)‎ 答案　D ‎5.(2018·11月浙江选考)如图9所示为某一游戏的局部简化示意图。D为弹射装置，AB是长为21 m的水平轨道，倾斜直轨道BC固定在竖直放置的半径为R＝10 m的圆形支架上，B为圆形的最低点，轨道AB与BC平滑连接，且在同一竖直平面内。某次游戏中，无动力小车在弹射装置D的作用下，以v0＝10 m/s的速度滑上轨道AB，并恰好能冲到轨道BC的最高点。已知小车在轨道AB上受到的摩擦力为其重量的0.2倍，轨道BC光滑，则小车从A到C的运动时间是(　　)‎ 图9‎ A. 5 s B.4.8 s C.4.4 s D.3 s 解析　小车在AB段，由题意知f＝μmg，得μ＝0.2，其加速度大小为a1＝μg＝‎ ‎2 m/s2，由运动学公式得LAB＝v0t1－a1t ，解得t1＝3 s，或t1′＝7 s(舍去)。从B到C运动时，如图所示，LBC＝2Rsin θ，加速度为a2＝gsin θ，所以LBC＝a2t，得t2＝2 s，所以从A到C的时间为t＝t1＋t2＝5 s。‎ 答案　A 一、选择题(在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的)‎ ‎1．(2018·浙江选考适应性考试)‎ 功的单位是焦耳(J)，焦耳与基本单位米(m)、千克(kg)、秒(s)之间的关系正确的是(　　)‎ A．1 J＝1 kg·m/s B．1 J＝1 kg·m/s2‎ C．1 J＝1 kg·m2/s D．1 J＝1 kg·m2/s2‎ 解析　根据功的定义得W＝FL，所以1 J＝1 N·m，根据牛顿第二定律F＝ma可知，力的单位为1 N＝1 kg·m/s2，所以有1 J＝kg·m2/s2，故选项D正确，A、B、C错误。‎ 答案　D ‎2．(2018·浙江杭州地区六校高一期中联考)关于必修课本中的这四幅插图，下列说法正确的是(　　)‎ A．甲图中运动员推开冰壶后，冰壶在冰面运动时受到的阻力很小，可以认为冰壶在接下去的过程中做匀速直线运动 B．过山车关闭油门后能依靠强大的惯性通过最高点，轨道对过山车的弹力一定向下 C．丙图中赛车的质量不很大，却安装着强大的发动机，可以获得很大的惯性 D．丁图中高大的桥要造很长的引桥，从而减小桥面的坡度，来增大车辆重力沿桥面方向的分力，保证行车方便与安全 解析　由于冰壶在冰面上只受到阻力，如果阻力很小，则可认为冰壶做匀速直线运动，选项A正确；如果速度满足mg＝即v＝时，轨道对过山车无弹力，选项B错误；惯性和质量有关，与其他因素无关，选项C错误；高大的桥要造很长的引桥，从而减小桥面的坡度，这样可以减小车辆重力沿桥面方向的分力，保证行车方便与安全，选项D错误。‎ 答案　A ‎3．(2018·浙江桐乡茅盾中学高三月考)2017年12月24日，我国自主研制的水陆两栖飞机“鲲龙”AG600首飞成功。至此，中国大飞机家族“三兄弟”‎ 运20、C919、AG600先后飞上蓝天！而“鲲龙”AG600既可飞天，又能入海。如果AG600在水面起飞，其在水面加速滑行过程中受到的合外力(　　)‎ A．大小为零 B．方向竖直向上 C．方向与滑行方向相同 D．方向沿滑行方向斜向上 解析　根据牛顿第二定律，AG600在水面加速滑行过程中受到的合外力方向与滑行方向相同，选项C正确。‎ 答案　C ‎4．(2018·浙江桐乡选考模拟)日本石头平衡大师Kokei Mikuni能不可思议地将石头堆叠在一起保持静止，下列说法正确的是(　　)‎ 图1‎ A．B石头对A石头的支持力大于A石头对B石头的压力 B．B石头对A石头的作用力就是A石头的重力 C．B石头对A石头的作用力一定经过A石头的重心 D．B石头与A石头之间一定没有摩擦力 解析　石头都处于静止状态，B石头对A石头的支持力与A石头对B石头的压力是相互作用力，一定是大小相等，选项A错误；B石头对A石头的作用力的施力物体是B，而A石头的重力的施力物体是地球，所以B石头对A石头的作用力不是A石头的重力，因为施力物体不同，选项B错误；A石头受重力和B石头对它的作用力，根据平衡条件，两个力作用在同一条直线上，故B石头对A石头的作用力一定经过A石头的重心，选项C正确；B石头与A石头的接触面可能是斜面，根据平衡条件可知B石头与A石头间可能有静摩擦力，选项D错误。‎ 答案　C ‎5．(2018·浙江金华十校联考)踢足球是青少年最喜爱的运动项目之一，足球运动中包含有丰富的物理常识。如图2所示，某校一学生踢球时(　　)‎ 图2‎ A．脚对球的作用力大于球对脚的作用力 B．脚对球的作用力与球对脚的作用力大小相等 C．脚对球的作用力与球的重力是一对平衡力 D．脚对球的作用力小于球对脚的作用力 解析　由牛顿第三定律：作用力与反作用力总是大小相等、方向相反，作用在一条直线上可知选项B正确，A、D错误；一学生踢球时，脚对球的作用力与球的重力不在一条直线，大小也不一定相等，所以不是平衡力，选项C错误。‎ 答案　B ‎6．(2018·浙江余姚五中摸底)放在电梯地板上的一个木箱，被一根处于伸长状态的弹簧拉着而处于静止状态(如图3)，后发现木箱突然被弹簧拉动，据此可判断出电梯的运动情况是(　　)‎ 图3‎ A．匀速上升 B．加速上升 C．减速上升 D．减速下降 解析　木箱突然被拉动，表明木箱所受摩擦力变小了，也表明木箱与地板之间的弹力变小了，重力大于弹力，合力向下，处于失重状态，选项C正确。‎ 答案　C ‎7．(2018·浙江余姚中学模拟)如图4所示，质量为M、倾角为θ的斜面体静止在水平地面上，有一质量为m的小物块放在斜面上，轻推下小物块后，它沿斜面匀速运动。若给小物块持续施加沿斜面向下的恒力F ‎，斜面体始终静止。下列说法正确的是(　　)‎ 图4‎ A．小物块沿斜面向下运动的加速度大小为 B．斜面体对地面的压力大小等于(m＋M)g＋Fsin θ C．地面给斜面体的摩擦力方向水平向左 D．斜面体给小物块的作用力的大小和方向都变化 解析　在未施加外力时，根据共点力平衡可知mgsin θ＝μmgcos θ，当施加外力后，对物体m受力分析可知F＋mgsin θ－μmgcos θ＝ma，解得a＝，故选项A正确；施加上外力后，m对斜面的压力和摩擦力不变，其中压力和摩擦力的合力等于m的重力，方向竖直向下，对M分析可知，受到的支持力等于Mg＋mg，故选项B错误；由于M没有相对运动趋势，故不受到摩擦力，故选项C错误；斜面体对m的支持力和摩擦力大小都不变，则斜面体给小物块的作用力的大小和方向都不变，故选项D错误。‎ 答案　A ‎8．(2018·浙江台州中学高一统练)如图5，光滑固定斜面的倾角为30°，A、B两物体的质量之比为4∶1，B用不可伸长的轻绳分别与A和地面相连，开始时A、B离地高度相同。在C处剪断轻绳，当B落地前瞬间，A、B的速度大小之比为(　　)‎ 图5‎ A．1∶1 B．2∶1‎ C．1∶3 D．1∶2‎ 解析　设B距地面的高度为h，剪断轻绳后，B做自由落体运动，A沿斜面向下做匀加速运动，故对B有2gh＝v，解得vB＝，下落时间t＝；A 沿斜面下滑，加速度为a＝gsin 30°＝，B落地时A获得的速度大小vA＝at＝，则vA∶vB＝1∶2，故选项D正确。‎ 答案　D ‎9．(2018·浙江浦江中学模拟)用30 N的水平外力F拉一个静止在光滑水平面上质量为20 kg的物体，力F作用3 s后撤去，则第5 s末物体的速度和加速度分别为(　　)‎ A．v＝4.5 m/s，a＝1.5 m/s2‎ B．v＝1.5 m/s，a＝7.5 m/s2‎ C．v＝4.5 m/s，a＝0‎ D．v＝7.5 m/s，a＝0‎ 解析　由题意知在前3 s内，物体的加速度a1＝＝1.5 m/s2，3 s末的速度v＝a1t＝4.5 m/s，力F撤去后物体做匀速直线运动，所以第5 s末物体的速度为4.5 m/s，加速度为0，故选项C正确。‎ 答案　C ‎10．物体A、B均静止在同一水平面上，它们的质量分别为mA、mB，与水平面的动摩擦因数分别为μA、μB，用水平拉力F分别拉物体A、B，得到加速度a与拉力F的关系可用图6中直线甲、乙表示，则以下关系正确的是(　　)‎ 图6‎ A．μA＝μB　mAμB　mA>mB D．μA>μB　mA＝mB 解析　根据牛顿第二定律F－μmg＝ma，得a＝－μg，根据数学知识得知a－F图象的斜率k＝，由图象可知mA

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