2022年高三物理第二輪專題復(fù)習(xí)學(xué)案 牛頓運動定律總結(jié)

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1、2022年高三物理第二輪專題復(fù)習(xí)學(xué)案 牛頓運動定律總結(jié) （一）牛頓第一定律（即慣性定律） 一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。 （1）理解要點： ①運動是物體的一種屬性，物體的運動不需要力來維持。 ②它定性地揭示了運動與力的關(guān)系：力是改變物體運動狀態(tài)的原因，是使物體產(chǎn)生加速度的原因。 ③第一定律是牛頓以伽俐略的理想斜面實驗為基礎(chǔ)，總結(jié)前人的研究成果加以豐富的想象而提出來的；定律成立的條件是物體不受外力，不能用實驗直接驗證。 ④牛頓第一定律是牛頓第二定律的基礎(chǔ)，不能認(rèn)為它是牛頓第二定律合外力為零

2、時的特例，第一定律定性地給出了力與運動的關(guān)系，第二定律定量地給出力與運動的關(guān)系。 （2）慣性：物體保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)叫做慣性。 ①慣性是物體的固有屬性，與物體的受力情況及運動狀態(tài)無關(guān)。 ②質(zhì)量是物體慣性大小的量度。 ③由牛頓第二定律定義的慣性質(zhì)量m=F/a和由萬有引力定律定義的引力質(zhì)量嚴(yán)格相等。 ④慣性不是力，慣性是物體具有的保持勻速直線運動或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)、力是物體對物體的作用，慣性和力是兩個不同的概念。 （二）牛頓第二定律 1. 定律內(nèi)容 物體的加速度a跟物體所受的合外力成正比，跟物體的質(zhì)量m成

3、反比。 2. 公式： 理解要點： ①因果性：是產(chǎn)生加速度a的原因，它們同時產(chǎn)生，同時變化，同時存在，同時消失； ②方向性：a與都是矢量，方向嚴(yán)格相同； ③瞬時性和對應(yīng)性：a為某時刻某物體的加速度，是該時刻作用在該物體上的合外力。 （三）力的平衡 1. 平衡狀態(tài) 指的是靜止或勻速直線運動狀態(tài)。特點：。 2. 平衡條件 共點力作用下物體的平衡條件是所受合外力為零，即。 3. 平衡條件的推論 （1）物體在多個共點力作用下處于平衡狀態(tài)，則其中的一個力與余下的力的合力等大反向； （2）物體在同一

4、平面內(nèi)的三個不平行的力作用下，處于平衡狀態(tài)，這三個力必為共點力； （3）物體在三個共點力作用下處于平衡狀態(tài)時，圖示這三個力的有向線段必構(gòu)成閉合三角形。 （四）牛頓第三定律 兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在一條直線上，公式可寫為。 （五）力學(xué)基本單位制：（在國際制單位中） 1. 作用力與反作用力的二力平衡的區(qū)別 內(nèi)容 作用力和反作用力 二力平衡 受力物體 作用在兩個相互作用的物體上 作用在同一物體上 依賴關(guān)系 同時產(chǎn)生，同時消失相互依存，不可單獨存在 無依賴關(guān)系，撤除一個、另一個可依然存在，只是不再平衡 疊加性

5、 兩力作用效果不可抵消，不可疊加，不可求合力 兩力運動效果可相互抵消，可疊加，可求合力，合力為零；形變效果不能抵消 力的性質(zhì) 一定是同性質(zhì)的力 可以是同性質(zhì)的力也可以不是同性質(zhì)的力 2. 應(yīng)用牛頓第二定律解題的一般步驟 ①確定研究對象； ②分析研究對象的受力情況畫出受力分析圖并找出加速度方向； ③建立直角坐標(biāo)系，使盡可能多的力或加速度落在坐標(biāo)軸上，并將其余分解到兩坐標(biāo)軸上； ④分別沿x軸方向和y軸方向應(yīng)用牛頓第二定律列出方程； ⑤統(tǒng)一單位，計算數(shù)值。 3. 解決共點力作用下物體的平衡問題思路 （1）確定研究對象：

6、若是相連接的幾個物體處于平衡狀態(tài)，要注意“整體法”和“隔離法”的綜合運用； （2）對研究對象受力分析，畫好受力圖； （3）恰當(dāng)建立正交坐標(biāo)系，把不在坐標(biāo)軸上的力分解到坐標(biāo)軸上。建立正交坐標(biāo)系的原則是讓盡可能多的力落在坐標(biāo)軸上。 （4）列平衡方程，求解未知量。 4. 求解共點力作用下物體的平衡問題常用的方法 （1）有不少三力平衡問題，既可從平衡的觀點（根據(jù)平衡條件建立方程求解）——平衡法，也可從力的分解的觀點求解——分解法。兩種方法可視具體問題靈活運用。 （2）相似三角形法：通過力三角形與幾何三角形相似求未知力。對解斜三角形的情況更顯優(yōu)勢。

7、 （3）力三角形圖解法，當(dāng)物體所受的力變化時，通過對幾個特殊狀態(tài)畫出力圖（在同一圖上）對比分析，使動態(tài)問題靜態(tài)化，抽象問題形象化，問題將變得易于分析處理。 5. 處理臨界問題和極值問題的常用方法 涉及臨界狀態(tài)的問題叫臨界問題。臨界狀態(tài)常指某種物理現(xiàn)象由量變到質(zhì)變過渡到另一種物理現(xiàn)象的連接狀態(tài)，常伴有極值問題出現(xiàn)。如：相互擠壓的物體脫離的臨界條件是壓力減為零；存在摩擦的物體產(chǎn)生相對滑動的臨界條件是靜摩擦力取最大靜摩擦力，彈簧上的彈力由斥力變?yōu)槔Φ呐R界條件為彈力為零等。 臨界問題常伴有特征字眼出現(xiàn)，如“恰好”、“剛剛”等，找準(zhǔn)臨界條件與極值條件，是解決臨界問題

8、與極值問題的關(guān)鍵。 例1. 如圖1所示，一細(xì)線的一端固定于傾角為45°的光滑楔形滑塊A的頂端P處，細(xì)線另一端拴一質(zhì)量為m的小球。當(dāng)滑塊以2g加速度向左運動時，線中拉力T等于多少？ 解析：當(dāng)小球和斜面接觸，但兩者之間無壓力時，設(shè)滑塊的加速度為a' 此時小球受力如圖2，由水平和豎直方向狀態(tài)可列方程分別為： 解得： 由滑塊A的加速度，所以小球?qū)h離滑塊A，其受力如圖3所示，設(shè)線和豎直方向成角，由小球水平豎直方向狀態(tài)可列方程 解得： 例2. 如圖4甲、乙所示，圖中細(xì)線均不可伸長，物體均處于平衡狀態(tài)

9、。如果突然把兩水平細(xì)線剪斷，求剪斷瞬間小球A、B的加速度各是多少？（角已知） 解析：水平細(xì)線剪斷瞬間拉力突變?yōu)榱?，圖甲中OA繩拉力由T突變?yōu)門'，但是圖乙中OB彈簧要發(fā)生形變需要一定時間，彈力不能突變。 （1）對A球受力分析，如圖5（a），剪斷水平細(xì)線后，球A將做圓周運動，剪斷瞬間，小球的加速度方向沿圓周的切線方向。 （2）水平細(xì)線剪斷瞬間，B球受重力G和彈簧彈力不變，如圖5（b）所示，則 小結(jié)：（1）牛頓第二定律是力的瞬時作用規(guī)律，加速度和力同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失。分析物體在某一時刻的瞬時加速度，關(guān)鍵是分析該瞬時前

10、后的受力情況及其變化。 （2）明確兩種基本模型的特點： A. 輕繩的形變可瞬時產(chǎn)生或恢復(fù)，故繩的彈力可以瞬時突變。 B. 輕彈簧（或橡皮繩）在兩端均聯(lián)有物體時，形變恢復(fù)需較長時間，其彈力的大小與方向均不能突變。 例3. 傳送帶與水平面夾角37°，皮帶以10m/s的速率運動，皮帶輪沿順時針方向轉(zhuǎn)動，如圖6所示。今在傳送帶上端A處無初速地放上一個質(zhì)量為的小物塊，它與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為0.5，若傳送帶A到B的長度為16m，g取，則物體從A運動到B的時間為多少？ 解析：由于，物體一定沿傳送帶對地下移，且不會與傳送帶相對靜止。 設(shè)從物塊

11、剛放上到皮帶速度達(dá)10m/s，物體位移為，加速度，時間，因物速小于皮帶速率，根據(jù)牛頓第二定律，，方向沿斜面向下。皮帶長度。 設(shè)從物塊速率為到B端所用時間為，加速度，位移，物塊速度大于皮帶速度，物塊受滑動摩擦力沿斜面向上，有： 即（舍去） 所用總時間 例4. 如圖7，質(zhì)量的小車停放在光滑水平面上，在小車右端施加一水平恒力F=8N。當(dāng)小車向右運動速度達(dá)到3m/s時，在小車的右端輕放一質(zhì)量m=2kg的小物塊，物塊與小車間的動摩擦因數(shù)，假定小車足夠長，問： （1）經(jīng)過多長時間物塊停止與小車間的相對運動？ （2）小物塊從放在車上開始

12、經(jīng)過所通過的位移是多少？（g?。? 解析：（1）依據(jù)題意，物塊在小車上停止運動時，物塊與小車保持相對靜止，應(yīng)具有共同的速度。設(shè)物塊在小車上相對運動時間為t，物塊、小車受力分析如圖8： 物塊放上小車后做初速度為零加速度為的勻加速直線運動，小車做加速度為勻加速運動。 由牛頓運動定律： 物塊放上小車后加速度： 小車加速度： 由得： （2）物塊在前2s內(nèi)做加速度為的勻加速運動，后1s同小車一起做加速度為的勻加速運動。 以系統(tǒng)為研究對象： 根據(jù)牛頓運動定律，由得： 物塊位移

13、 例5. 將金屬塊m用壓縮的輕彈簧卡在一個矩形的箱中，如圖9所示，在箱的上頂板和下底板裝有壓力傳感器，箱可以沿豎直軌道運動。當(dāng)箱以的加速度豎直向上做勻減速運動時，上頂板的傳感器顯示的壓力為6.0 N，下底板的傳感器顯示的壓力為10.0 N。（?。? （1）若上頂板傳感器的示數(shù)是下底板傳感器的示數(shù)的一半，試判斷箱的運動情況。 （2）若上頂板傳感器的示數(shù)為零，箱沿豎直方向運動的情況可能是怎樣的？ 啟迪：題中上下傳感器的讀數(shù)，實際上是告訴我們頂板和彈簧對m的作用力的大小。對m受力分析求出合外力，即可求出m的加速度，并進(jìn)一步確定物體的運動情況，但必須

14、先由題意求出m的值。 解析：當(dāng)減速上升時，m受力情況如圖10所示： （1） 故箱體將作勻速運動或保持靜止?fàn)顟B(tài)。 （2）若，則 即箱體將向上勻加速或向下勻減速運動，且加速度大小大于、等于。 例6. 測定病人的血沉有助于對病情的判斷。血液由紅血球和血漿組成，將血液放在豎直的玻璃管內(nèi)，紅血球會勻速下沉，其下沉的速度稱為血沉，某人血沉為v，若把紅血球看成半徑為R的小球，它在血漿中下沉?xí)r所受阻力，為常數(shù)，則紅血球半徑R＝___________。（設(shè)血漿密度為，紅血球密度為） 解析：紅血球受到重力

15、、阻力、浮力三個力作用處于平衡狀態(tài)，由于這三個力位于同一豎直線上，故可得 即 得： 1. 如圖1所示，在原來靜止的木箱內(nèi)，放有A物體，A被一伸長的彈簧拉住且恰好靜止，現(xiàn)突然發(fā)現(xiàn)A被彈簧拉動，則木箱的運動情況可能是（ ） A. 加速下降 B. 減速上升 C. 勻速向右運動 D. 加速向左運動 2. 如圖2所示，固定在水平面上的光滑半球，球心O的正上方固定一個小定滑輪，細(xì)繩一端拴一小球，小球置于半球面上的A點，另一端繞過定滑輪，如圖所示。今緩慢拉繩使小球從A點滑到半球頂點，則此過程中，小球?qū)Π肭虻膲毫Υ笮

16、及細(xì)繩的拉力T大小的變化情況是（ ） A. N變大，T變大 B. N變小，T變大 C. N不變，T變小 D. N變大，T變小 3. 一個物塊與豎直墻壁接觸，受到水平推力F的作用。力F隨時間變化的規(guī)律為（常量k>0）。設(shè)物塊從時刻起由靜止開始沿墻壁豎直向下滑動，物塊與墻壁間的動摩擦因數(shù)為，得到物塊與豎直墻壁間的摩擦力f隨時間t變化的圖象，如圖3所示，從圖線可以得出（ ） A. 在時間內(nèi)，物塊在豎直方向做勻速直線運動 B. 在時間內(nèi)，物塊在豎直方向做加速度逐漸減小的加速運動 C. 物塊的重力等于a D. 物塊

17、受到的最大靜摩擦力總等于b 4. 如圖4所示，幾個傾角不同的光滑斜面具有共同的底邊AB，當(dāng)物體由靜止沿不同的傾角從頂端滑到底端，下面哪些說法是正確的？（ ） A. 傾角為30°時所需時間最短 B. 傾角為45°所需時間最短 C. 傾角為60°所需時間最短 D. 所需時間均相等 5. 如圖5所示，質(zhì)量為M的木板，上表面水平，放在水平桌面上，木板上面有一質(zhì)量為m的物塊，物塊與木板及木板與桌面間的動摩擦因數(shù)均為，若要以水平外力F將木板抽出，則力F的大小至少為（ ） A. B. C. D.

18、 6. 一個質(zhì)量不計的輕彈簧，豎直固定在水平桌面上，一個小球從彈簧的正上方豎直落下，從小球與彈簧接觸開始直到彈簧被壓縮到最短的過程中，小球的速度和加速度的大小變化情況是（ ） A. 加速度越來越小，速度也越來越小 B. 加速度先變小后變大，速度一直是越來越小 C. 加速度先變小，后又增大，速度先變大，后又變小 D. 加速度越來越大，速度越來越小 7. 質(zhì)量的物體在拉力F作用下沿傾角為30°的斜面斜向上勻加速運動，加速度的大小為，力F的方向沿斜面向上，大小為10N。運動過程中，若突然撤去拉力F，在撤去拉力F的瞬間物體的加速度的大小是__

19、__________；方向是____________。 8. 如圖6所示，傾斜的索道與水平方向的夾角為37°，當(dāng)載物車廂加速向上運動時，物對車廂底板的壓力為物重的1.25倍，這時物與車廂仍然相對靜止，則車廂對物的摩擦力的大小是物重的________倍。 9. 如圖7所示，傳送帶AB段是水平的，長20 m，傳送帶上各點相對地面的速度大小是2 m/s，某物塊與傳送帶間的動摩擦因數(shù)為0.1?，F(xiàn)將該物塊輕輕地放在傳送帶上的A點后，經(jīng)過多長時間到達(dá)B點？（g?。? 10. 鴕鳥是當(dāng)今世界上最大的鳥。有人說它不會飛是因為翅膀退化了，如果鴕鳥長了一副與身體大小成比例的翅膀，它是否就能

20、飛起來呢？這是一個使人極感興趣的問題，試閱讀下列材料并填寫其中的空白處。 鳥飛翔的必要條件是空氣的上舉力F至少與體重G＝mg平衡，鳥扇動翅膀獲得的上舉力可表示為，式中S為鳥翅膀的面積，v為鳥飛行的速度，c是恒量，鳥類能飛起的條件是，即_________，取等號時的速率為臨界速率。 我們作一個簡單的幾何相似性假設(shè)。設(shè)鳥的幾何線度為，質(zhì)量體積，，于是起飛的臨界速率。燕子的滑翔速率最小大約為20 km/h，而鴕鳥的體長大約是燕子的25倍，從而跑動起飛的臨界速率為________km/h，而實際上鴕鳥的奔跑速度大約只有40km/h，可見，鴕鳥是飛不起來的，我們在生活中還可以看到，像

21、麻雀這樣的小鳥，只需從枝頭跳到空中，用翅膀拍打一兩下，就可以飛起來。而像天鵝這樣大的飛禽，則首先要沿著地面或水面奔跑一段才能起飛，這是因為小鳥的_______，而天鵝的______。 11. 如圖8所示，A、B兩個物體靠在一起放在光滑水平面上，它們的質(zhì)量分別為。今用水平力推A，用水平力拉B，和隨時間變化的關(guān)系是。求從t=0到A、B脫離，它們的位移是多少？ 12. 如圖9所示，在傾角為的長斜面上有一帶風(fēng)帆的滑塊，從靜止開始沿斜面下滑，滑塊質(zhì)量為m，它與斜面間的動摩擦因數(shù)為，帆受到的空氣阻力與滑塊下滑速度的大小成正比，即。 （1）寫出滑塊下滑加速度的表達(dá)式。 （

22、2）寫出滑塊下滑的最大速度的表達(dá)式。 （3）若，從靜止下滑的速度圖象如圖所示的曲線，圖中直線是t＝0時的速度圖線的切線，由此求出和k的值。 13. 如圖10所示，一個彈簧臺秤的秤盤和彈簧質(zhì)量均不計，盤內(nèi)放一個質(zhì)量的靜止物體P，彈簧的勁度系數(shù)?，F(xiàn)施加給P一個豎直向上的拉力F，使P從靜止開始向上做勻加速運動。已知在頭0.2s內(nèi)F是變力，在0.2s以后，F(xiàn)是恒力，取，求拉力F的最大值和最小值。 【試題答案】 1. ABD 解析：木箱未運動前，A物體處于受力平衡狀態(tài)，受力情況：重力mg、箱底的支持力N、彈簧拉力F和最大的靜摩擦力（向左），由平衡條件知：

23、 物體A被彈簧向右拉動（已知），可能有兩種原因，一種是彈簧拉力（新情況下的最大靜摩擦力），可見，即最大靜摩擦力減小了，由知正壓力N減小了，即發(fā)生了失重現(xiàn)象，故物體運動的加速度必然豎直向下，由于物體原來靜止，所以木箱運動的情況可能是加速下降，也可能是減速上升，A對B也對。 另一種原因是木箱向左加速運動，最大靜摩擦力不足使A物體產(chǎn)生同木箱等大的加速度，即的情形，D正確。 勻速向右運動的情形中A的受力情況與原來靜止時A的受力情況相同，且不會出現(xiàn)直接由靜止改做勻速運動的情形，C錯。 2. C 小球受力如圖11（甲），T、N、G構(gòu)成一封閉三角形。

24、 由圖11（乙）可見， AB變短，OB不變，OA不變，故T變小，N不變。 3. BC 在時間內(nèi)，物塊受到的摩擦力小于物塊受到的重力，物塊向下做加速運動，A錯。滑動摩擦力隨正壓力的增大而逐漸增大，合外力逐漸減小，加速度逐漸減小，B對。當(dāng)摩擦力不再隨正壓力的變化而變化時，一定是靜摩擦力了。靜摩擦力的大小恰好與重力平衡，所以物塊受的重力等于a，C對。最大靜摩擦力隨正壓力的增大而增大，不會總等于b，D錯。 4. B 解析：設(shè)沿一一般斜面下滑，傾角為，長為，物體沿斜面做初速為零加速度為的勻加速直線運動，滑到底端的時間為t，則有：

25、 <1><2>聯(lián)立解得： 所以當(dāng)時，t最小，故選B。 5. D 解析：將木板抽出的過程中，物塊與木板間的摩擦力為滑動摩擦力，m的加速度大小為，要抽出木板，必須使木板的加速度大于物塊的加速度，即，對木板受力分析如圖12，根據(jù)牛頓第二定律，得： 選項D正確 6. C 當(dāng)彈簧的彈力等于重力時，小球的速度最大，。 7. ，沿斜面向下 有拉力時， 代入，求得 撤F瞬間， 8. 0.33 提示： 9. 11s 提示：物塊放到A點后先在摩擦力作用下做勻加速直線運動

26、，速度達(dá)到2m/s后，與傳送帶一起以2m/s的速度直至運動到B點。 10. 解析：根據(jù)題意，鳥類飛起的必要條件是 即滿足 故 燕子的最小滑翔速率約為20 km/h，而鴕鳥的體長大約是燕子的25倍。因 故 可見，鴕鳥起飛的臨界速率約為100km/h，而實際上鴕鳥的速率約為40km/h，可見鴕鳥是飛不起來的。 11. 4.17m 提示：以A、B整體為對象： 當(dāng)A、B相互脫離時，N＝0，則以A為研究對象 12. （1）對滑塊應(yīng)用牛頓第二定

27、律有： 滑塊下滑加速度表達(dá)式為： （2）由<1>式可知，當(dāng)滑塊的速度增大時，其加速度是減小的，當(dāng)加速度為零時，滑塊的速度達(dá)到最大，由<1>式可知最大速度為： （3）由圖可知，當(dāng)滑塊的速度為零時，其加速度為最大加速度，而由<1>式可知當(dāng)滑塊的加速度為零時，它的速度最大，滑塊的最大速度為，由<1>式和<2>式有： 將g、m、代入<3>式和<4>式后解得： 13. 解析：根據(jù)題意，F(xiàn)是變力的時間，這段時間內(nèi)的位移就是彈簧最初的壓縮量S，由此可以確定上升的加速度a， 由得： 根據(jù)牛頓第二定律，有： 得： 當(dāng)時，F(xiàn)最小 當(dāng)時，F(xiàn)最大 ∴拉力的最小值為90N，最大值為210N