第3章 第1课时 牛顿运动定律的理解与应用（课件PPT）-【优化指导】2025年高考物理一轮复习高中总复习·第1轮（人教多选版）

第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 匀速直线运动 静止 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 匀速直线运动 静止 大 小 无关 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 正比 反比 相同 ma 静止 匀速直线运动 宏观 低速 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 基本 导出 长度 质量 时间 米 千克 秒 物理关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第三章　运动和力的关系 谢谢观看！ 高考命题研究 四年考向分析 命题金线之 核心价值 1.社会责任：以我国的嫦娥五号、石桥、古代欹器、曲辕犁为素材，提升爱国主义情感，激发振兴中华的使命感和责任感 2．科学本质、科学态度：以餐厅暖盘车的储盘装置、足球入网、矫正牙齿的牵引线为素材，引导学生践行学科态度 1.牛顿运动定律的理解与应用： 浙江卷(2023、2022、2021)，全国甲卷(2023)，北京卷(2022、2021)，海南卷(2021、2020)，全国乙卷(2022)，江苏卷(2020)，湖南卷(2022) 高考命题研究 四年考向分析 命题银线之 能力引领 1.物理观念：在牛顿第一定律和惯性，力学单位制，超重和失重，牛顿二定律的理解和应用中提升力的观念 2．科学思维：加速度瞬时性问题的分析，应用整体、隔离法解决连接体问题，动力学临界极值问题的分析，斜面模型、传送带模型及“板—块”模型的构建 2．超重和失重： 浙江卷(2022)，山东卷(2020) 3．动力学问题： 北京卷(2023)，海南卷(2023)，全国乙卷(2023、2021)，山东卷(2022、2020)，江苏卷(2022)，全国甲卷(2022、2021)，浙江卷(2022、2021)，辽宁卷(2022、2021), 全国卷Ⅱ(2020)，全国卷Ⅲ(2020) 高考命题研究 四年考向分析 命题银线之 能力引领 3．科学探究：实验器材的选取、读数，图像法处理实验数据，实验原理、实验误差的简要说明，实验的创新设计等 4．探究加速度与力、质量的关系的实验： 上海卷(2023)，湖南卷(2021)，福建卷(2021)，浙江卷(2022、2020)，北京卷(2021、2020) 5．应用牛顿第二定律的创新实验： 山东卷(2022)，全国甲卷(2021) 第1课时　牛顿运动定律的理解与应用 一、牛顿第一定律　惯性 1．牛顿第一定律：一切物体总保持____________状态或____状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。 2．惯性 (1)定义：物体具有的保持原来____________状态或____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__，质量小的物体惯性__。 (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____。 二、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____，跟它的质量成____，加速度的方向跟作用力的方向____。 2．表达式：F＝____。 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____或____________的参考系。 (2)牛顿第二定律只适用于____物体(相对于分子、原子等)、____运动(远小于光速)的情况。 三、力学单位制 1．单位制：____单位和____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____、____、____，单位分别是__、____、__。 3．导出单位：由基本物理量根据________推导出来的其他物理量的单位。 [链接1] 人教必修第一册P95“思考与讨论”： 取质量的单位是千克(kg)，加速度的单位是米每二次方秒(m/s2)，根据上述牛顿第二定律中加速度与力、质量的关系，我们应该怎样确定力的单位？ (2022·浙江6月选考)下列属于力的单位的是(　　) A．kg·m/s2B．kg·m/sC．kg·m2/sD．kg·s/m2 A　解析：根据牛顿第二定律有F＝ma，则力的单位为kg·m/s2，A正确。 [链接2] 人教必修第一册P114T9： 9．某同学制作了一个“竖直加速度测量仪”，可以用来测量竖直上下电梯运行时的加速度。 …… (2021·北京卷)某同学使用轻弹簧、直尺、钢球等制作了一个“竖直加速度测量仪”。如图所示，弹簧上端固定，在弹簧旁沿弹簧长度方向固定一直尺。不挂钢球时，弹簧下端指针位于直尺20 cm刻度处；下端悬挂钢球，静止时指针位于直尺40 cm刻度处。将直尺不同刻度对应的加速度标在直尺上，就可用此装置直接测量竖直方向的加速度。取竖直向上为正方向，重力加速度大小为g。下列说法正确的是(　　) A．30 cm刻度对应的加速度为－0.5g B．40 cm刻度对应的加速度为g C．50 cm刻度对应的加速度为2g D．各刻度对应加速度的值是不均匀的 A　解析：取竖直向上为正方向，指针位于30 cm刻度时，有F弹－mg ＝ma，得出a ＝－0.5g，A正确；指针位于40 cm刻度时，有mg＝F弹，则40 cm刻度对应的加速度为0，B错误；指针位于50 cm刻度时，有F弹－mg＝ma，得出a＝0.5g，C错误；设刻度对应值为x，由牛顿第二定律有 eq \f(\f(mg,0.2)·Δx－mg,m) ＝a，且|x－0.2|，得出a＝ eq \f(gx－0.4g,0.2) (x≥0.2)或a＝ eq \f(－gx,0.2) (x<0.2)，可见加速度a与刻度对应值x成线性关系，则各刻度对应加速度的值是均匀的，D错误。 考点一　牛顿第一定律的理解和应用 1．牛顿第一定律的意义 (1)提出惯性的概念：牛顿第一定律指出一切物体都具有惯性，惯性是物体的一种固有属性； (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．惯性的两种表现形式 (1)当物体不受力或所受合力为零时，惯性表现为保持原来的运动状态不变； (2)当物体所受合力不为零时，惯性表现为抗拒运动状态改变的“能力”。 1．公交车急刹时常会出现乘客向前倾倒的现象。为了提醒乘客注意，公交公司征集到几条提示语，其中对惯性的理解正确的是(　　) A．站稳扶好，克服惯性 B．稳步慢行，避免惯性 C．当心急刹，失去惯性 D．谨防意外，惯性恒在 D　解析：惯性是物体具有的保持原来运动状态的性质，是物体固有的属性，不能被克服或避免，也不会失去，D正确。 2.大型油罐车内的油在运输过程中极易发生涌动，为了防止油涌动导致车体重心急剧变化的危害，在油罐车内部设置了一些固定挡板，如图所示。下列说法错误的是(　　) A．油罐车匀速向左拐弯时，油罐内的油将涌动到油罐的右侧 B．油罐车在设置挡板后，减小了油的惯性，使油不容易发生涌动 C．油罐车在匀速前进的过程中突然刹车，挡板可以减弱油向前的剧烈涌动 D．油罐车在平直道路上匀速前进时，即使没有挡油板，油也几乎不会涌动 B　解析：油罐车匀速向左拐弯时，由于惯性油罐内的油将涌动到油罐的右侧，A正确；惯性取决于物体的质量，设置挡板并没有改变油的质量，因此没有改变油的惯性，B错误；油罐车在匀速前进的过程中突然刹车，由于惯性油向前剧烈涌动，设置挡板并不能改变油的惯性，但能减弱油向前的剧烈涌动，C正确；油罐车在平直道路上匀速前进时，由牛顿第一定律可知，即使没有挡油板油也几乎不会涌动，D正确。 考点二　牛顿第二定律的理解和应用 对牛顿第二定律的理解 [典例1] (多选)(2022·湖南卷)球形飞行器安装了可提供任意方向推力的矢量发动机，总质量为M。飞行器飞行时受到的空气阻力大小与其速率的平方成正比(即F阻＝kv2，k为常量)。当发动机关闭时，飞行器竖直下落，经过一段时间后，其匀速下落的速率为10 m/s；当发动机以最大推力推动飞行器竖直向上运动，经过一段时间后，飞行器匀速向上的速率为5 m/s。重力加速度大小为g，不考虑空气相对于地面的流动及飞行器质量的变化，下列说法正确的是(　　) A．发动机的最大推力为1.5Mg B．当飞行器以5 m/s匀速水平飞行时，发动机推力的大小为 eq \f(\r(17),4) Mg C．发动机以最大推力推动飞行器匀速水平飞行时，飞行器的速率为5 eq \r(3) m/s D．当飞行器以5 m/s的速率飞行时，其加速度大小可以达到3g BC　解析：飞行器关闭发动机，以v1＝10 m/s匀速下落时，有Mg＝kv12＝k×100，飞行器以v2＝5 m/s向上匀速运动时，设最大推力为Fm，Fm＝Mg＋kv22＝Mg＋k×25，可得Fm＝1.25Mg，k＝ eq \f(Mg,100) ，A错误；飞行器以v3＝5 m/s匀速水平飞行时，F＝ eq \r(（Mg）2＋（kv32）2) ＝ eq \f(\r(17),4) Mg，B正确；发动机以最大推力推动飞行器匀速水平飞行时f＝ eq \r(Fm2－（Mg）2) ＝ eq \f(3,4) Mg＝kv42，解得v4＝5 eq \r(3) m/s，C正确；当飞行器最大推力向下，以v5＝5 m/s的速率向上减速飞行时，其加速度向下达到最大值，由牛顿第二定律得Fm＋Mg＋kv52＝Mam，解得am＝2.5g，故飞行器的加速度不可能达到3g，D错误。 如何解答瞬时加速度问题 1.明确求解思路 求解物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是明确该时刻物体的受力情况或运动状态，再由牛顿第二定律求出瞬时加速度。 2．明辨两种模型 [典例2] 如图甲、乙所示，细绳拴着一个质量为m的小球，小球分别用固定在墙上的轻质铰链杆和轻质弹簧支撑，平衡时细绳与竖直方向的夹角均为53°，轻杆和轻弹簧均水平。已知重力加速度为g，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6。下列结论正确的是(　　) A．甲、乙两种情境中，小球静止时，细绳的拉力大小均为 eq \f(4,3) mg B．图甲所示的情境中，细绳烧断瞬间小球的加速度大小为 eq \f(4,3) g C．图乙所示的情境中，细绳烧断瞬间小球的加速度大小为 eq \f(5,3) g D．甲、乙两种情境中，细绳烧断瞬间小球的加速度大小均为 eq \f(5,3) g C　解析：甲、乙两种情境中，小球静止时，轻杆对小球与轻弹簧对小球的作用力都是水平向右，如图所示，由平衡条件得细绳的拉力大小都为T＝ eq \f(mg,cos 53°) ＝ eq \f(5,3) mg，A错误；题图甲所示的情境中，细绳烧断瞬间，小球即将做自由落体运动，所以小球的加速度大小为a1＝g，题图乙所示的情境中，细绳烧断瞬间弹簧的弹力不变，则小球所受的合力与烧断前细绳拉力的大小相等、方向相反，则此瞬间小球的加速度大小为a2＝ eq \f(T,m) ＝ eq \f(5,3) g，C正确，B、D错误。 3．(2024·江苏盐城模拟)如图所示，用三根相同轻绳系住一个质量为m且均匀分布的圆环，每根轻绳与竖直方向的夹角均为θ，重力加速度为g。现提住轻绳结点使圆环以加速度a竖直下落，则每根轻绳对圆环的拉力大小为(　　) A． eq \f(1,3) mg B． eq \f(mg,3cos θ) C． eq \f(m（g＋a）,3cos θ) D． eq \f(m（g－a）,3cos θ) D　解析：根据牛顿第二定律可得mg－3F cos θ＝ma，可得每根轻绳对圆环的拉力大小为F＝ eq \f(m（g－a）,3cos θ) ，D正确。 4．(多选)(2024·湖南邵阳统考)如图所示，两小球1和2之间用轻质弹簧B相连，弹簧B与水平方向的夹角为30°，小球1的左上方用轻绳A悬挂在天花板上，绳A与竖直方向的夹角为30°，小球2的右边用轻绳C沿水平方向固定在竖直墙壁上。两小球均处于静止状态。已知重力加速度为g，则(　　) A．球1和球2的质量之比为1∶2 B．球1和球2的质量之比为2∶1 C．在轻绳A突然断裂的瞬间，球1的加速度大小为 eq \r(3) g D．在轻绳A突然断裂的瞬间，球2的加速度大小为2g BC　解析：对两小球1、2受力分析如图所示，根据平衡条件有FB＝m1g，FBsin 30°＝m2g，所以 eq \f(m1,m2) ＝ eq \f(2,1) ；在轻绳A突然断裂的瞬间，弹簧弹力没来得及变化，球2的加速度大小为0，弹簧弹力FB＝m1g，对球1有F合＝2m1g cos 30°＝m1a，解得a＝ eq \r(3) g，B、C正确。 考点三　动力学中的连接体问题 1．巧用整体法、隔离法 (1)解题思路：处理连接体问题时，整体法与隔离法往往交叉使用，一般的思路为：先用整体法求加速度，再用隔离法求物体间的作用力。 (2)整体法：如果不需要求物体之间的相互作用力，且连接体的各部分具有相同的加速度，一般采用整体法列牛顿第二定律方程。 (3)隔离法：如果需要求物体之间的相互作用力或连接体各部分加速度不同，一般采用隔离法列牛顿第二定律方程。应用隔离法时，一般先选受力较少的物体进行分析。 2．连接体问题中力的分配原则 (1)如图所示，若外力F作用于m1上，则m1和m2的相互作用力F12＝ eq \f(m2F,m1＋m2) ；若作用于m2上，则F12＝ eq \f(m1F,m1＋m2) 。 (2)两物体间的相互作用力与有无摩擦无关(若有摩擦，两物体与接触面间的动摩擦因数须相同)，与两物体间有无连接物、何种连接物(轻绳、轻杆、轻质弹簧)无关，而且物体系统处于平面、斜面、竖直方向都成立。 [典例3] (多选)(2020 ·海南卷)如图所示，在倾角为θ的光滑斜面上，有两个物块P和Q，质量分别为m1和m2，用与斜面平行的轻质弹簧连接，在沿斜面向上的恒力F作用下，两个物块一起向上做匀加速直线运动，则(　　) A．两个物块一起运动的加速度大小为a＝ eq \f(F,m1＋m2) B．弹簧的弹力大小为F弹＝ eq \f(m2,m1＋m2) F C．若只增大m2，两物块一起向上匀加速运动时，它们的间距变大 D．若只增大θ，两物块一起向上匀加速运动时，它们的间距变大 BC　解析：对整体受力分析，根据牛顿第二定律有F－(m1＋m2)g sin θ＝(m1＋m2)a，解得a＝ eq \f(F,m1＋m2) －g sin θ，A错误；对Q受力分析，根据牛顿第二定律有F弹－m2g sin θ＝m2a，解得F弹＝ eq \f(m2F,m1＋m2) ，B正确；根据F弹＝ eq \f(m2F,m1＋m2) ＝ eq \f(F,\f(m1,m2)＋1) ，可知若只增大m2，两物块一起向上匀加速运动时，弹簧弹力变大，根据胡克定律可知，弹簧伸长量变大，两物块的间距变大，C正确；根据F弹＝ eq \f(m2F,m1＋m2) 可知，只增大θ，两物块一起向上做匀加速运动时，弹力不变，根据胡克定律可知，弹簧伸长量不变，两物块的间距不变，D错误。 5．(2024·天津新华中学模拟)如图所示，向前行驶的车厢内有一名面向行驶方向的乘客，乘客在自身重力G与车厢(含座椅)的作用力F的作用下与车厢保持相对静止，座椅旁边有一个小球用细线悬挂在车厢的天花板上，悬线与竖直方向成θ角，也与车厢相对静止，下列说法正确的是(　　) A．乘客受到的合力方向与运动方向相同 B．车厢的速度越大，悬线与竖直方向的夹角θ越大 C．车厢对乘客的作用力F一定大于乘客的重力G D．悬线与竖直方向之间的夹角θ增大，车厢对乘客作用力F可能不变 C　解析：小球受到的合外力方向与车厢运动方向相反，可知车厢做匀减速运动，乘客受到的合力方向与运动方向也相反，A错误；对小球，根据牛顿第二定律有mg tan θ＝ma，可得a＝g tan θ，则车厢的加速度越大，悬线与竖直方向的夹角θ越大，但是速度大，θ不一定大，B错误；对乘客受力分析可知，车厢对乘客的作用力F＝ eq \r(（mg）2＋（ma）2) >mg，即F一定大于乘客的重力G，C正确；悬线与竖直方向夹角θ增大，则加速度a变大，车厢对乘客作用力F增大，D错误。 6.如图所示，升降机天花板上固定一轻滑轮，跨过滑轮的光滑轻绳分别系有物块A和B，B的下面是压力传感器C。系统静止时压力传感器C的读数为F1，当升降机以加速度a(a<g)加速下降时，压力传感器C的读数为 F2。已知重力加速度为g，则 eq \f(F1,F2) 的值为(　　) A． eq \f(g,g－a) B． eq \f(g,g＋a) C． eq \f(g－a,g＋a) D． eq \f(g＋a,g－a) A　解析：系统静止时，压力传感器C的读数F1＝(mB－mA)g，当升降机以加速度a加速下降时，对于物块A有mAg－T＝mAa，对于物块B有mBg－T－F2＝mBa，解得F2＝(mB－mA)(g－a)，因此 eq \f(F1,F2) ＝ eq \f(（mB－mA）g,（mB－mA）（g－a）) ＝ eq \f(g,g－a) ，A正确。 1.(经典高考题)如图所示，轻弹簧的下端固定在水平桌面上，上端放有物块P，系统处于静止状态。现将一竖直向上的力F作用在P上，使其向上做匀加速直线运动。以s表示P离开静止位置的位移，在弹簧恢复原长前，下列表示F与s之间关系的图像可能正确的是(　　) A　解析：假设物块静止时弹簧的压缩量为s0，则由力的平衡条件可知ks0＝mg，在弹簧恢复原长前，当物块向上做匀加速直线运动时，由牛顿第二定律得F＋k(s0－s)－mg＝ma，由以上两式解得F＝ks＋ma，显然F与s之间为一次函数关系，且在F轴上有截距，A正确。 2．(2021·浙江6月选考)2021年5月15日，天问一号着陆器在成功着陆火星表面的过程中，经大气层290 s的减速，速度从4.9×103 m/s减为4.6×102 m/s；打开降落伞后，经过90 s速度进一步减为1.0×102 m/s；与降落伞分离，打开发动机减速后处于悬停状态；经过对着陆点的探测后平稳着陆。若打开降落伞至分离前的运动可视为竖直向下运动，则着陆器(　　) A．打开降落伞前，只受到气体阻力的作用 B．打开降落伞至分离前，受到的合力方向竖直向上 C．打开降落伞至分离前，只受到浮力和气体阻力的作用 D．悬停状态中，发动机喷火的反作用力与气体阻力是平衡力 B　解析：打开降落伞前，着陆器在大气层中做减速运动，则着陆器受大气的阻力作用以及火星的引力作用，A错误；着陆器打开降落伞至分离前做减速运动，则其加速度方向与运动方向相反，加速度方向向上，则合力方向竖直向上，B正确；在打开降落伞至分离前，受到浮力和气体的阻力以及火星的吸引力作用，C错误；悬停状态中，发动机喷火的反作用力是气体对发动机的作用力，由于还受到火星的吸引力，则发动机喷火的反作用力与气体的阻力不是平衡力，D错误。 3．(2021·海南卷)如图所示，两个物块P、Q用跨过光滑轻质定滑轮的轻绳相连，开始时P静止在水平桌面上。将一个水平向右的推力F作用在P上后，轻绳的张力变为原来的一半。已知P、Q两个物块的质量分别为mP＝0.5 kg、mQ＝0.2 kg，P与桌面间的动摩擦因数μ＝0.5，重力加速度g＝10 m/s2。则推力F的大小为(　　) A．4.0 N B．3.0 N C．2.5 N D．1.5 N A　解析：P静止在水平桌面上时，由平衡条件对Q有T1＝mQg＝2 N，对P有f＝T1＝2 N<μmPg＝2.5 N；推力F作用在P上后，轻绳的张力变为原来的一半，即T2＝ eq \f(T1,2) ＝1 N，故Q物体加速下降，有mQg－T2＝mQa，得a＝5 m/s2；而P物体将以相同的加速度向右加速而受滑动摩擦力，对P，由牛顿第二定律有T2＋F－μmPg＝mPa，解得F＝4 N，A正确。 $$