专题03 牛顿运动定律【考点串讲】-2024-2025学年高一物理上学期期末考点大串讲（沪科版2020）

专题03 牛顿运动定律 高一物理上学期·期末复习大串讲 知识串讲 方法模型归纳 巩固提升 沪科版 知识串讲 01 一、牛顿第一定律和惯性 1．内容：一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态。 2．牛顿第一定律的深化理解 (1)牛顿第一定律不是由实验直接总结出来的规律，牛顿以伽利略的理想实验为基础，加以推理得出的一条理想条件下的规律； (2)牛顿第一定律成立的条件是物体不受任何外力，在实验情况下，物体所受合外力为零与物体不受任何外力作用是等效的； (3)牛顿第一定律揭示了一切物体都具有的一种基本属性-惯性； 3．使用范围：宏观世界中低速运动的物体，在惯性参考系中才适用。 4．惯性：物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性，是物体的固有属性之一。 5．惯性的大小仅与质量有关（即与物体的速度无关，位置无关，是否受力等均无关）。 知识串讲 01 二、牛顿第二定律 1. F合＝ma，即物体的加速度跟物体所受合外力成正比，跟物体的质量成反比，方向跟合外力的方向相同。 2.单位：F合＝k•ma，只有在国际单位制中才有k＝1。1N＝1kg•m/s2． 3.牛顿第二定律的五个性质 (1)因果性：力是使物体产生加速度的原因；因此可以说m一定，a与F成正比，但不能说F与a成正比。 (2)矢量性：F＝ma是一个矢量式，应用时应先规定正方向； (3)瞬时性：合力与加速度具有瞬时对应关系； (4)同一性：合力与加速度对应同一研究对象； (5)独立性：正交分解特例：如水平和竖直方向（沿斜面和垂直于斜面）Fx＝max，Fy＝may 4. 揭示质量是惯性大小的量度：即F一定，质量越大加速度越小，表示物体的运动状态越难改变，惯性越大。 5.适用范围：(1)宏观物体、(2)低速运动（远小于光速）、 (3)惯性参考系。 知识串讲 01 6.“求合力列方程”的两种方法 (1)合成法：首先确定研究对象，画出受力示意图，当物体只受两个力作用时，利用平行四边形定则在加速度方向上直接求出合力，再列牛顿第二定律方程求解。 (2)正交分解法：当物体受多个力作用时，选水平方向为x轴，竖直方向为y轴； 或者选沿斜面为x轴，垂直于斜面为y轴，则Fx=max Fy=may 7. 动力学的两类基本问题　 一是已知物体的受力情况分析运动情况；二是已知运动情况分析受力情况，程序如下图所示。 力<-(受力分析牛顿第二定律) -> 加速度 <- (运动学公式) -> 运动状态 其中，受力分析是基础，牛顿第二定律和运动学公式是工具，加速度是桥梁。 例1. 力F作用于甲物体（质量为m1）时产生的加速度为a1，此力作用于乙物体（质量为m2）时产生的加速度为a2，若将甲、乙两个物体合在一起，仍受此力的作用，则产生的加速度是（     ） 知识串讲 01 C 例2. 如图所示，在光滑的水平面上，在水平拉力F的作用下小车向右加速运动时，物块M与车厢壁相对静止，当作用在小车上的水平拉力F增大时，则（ ） A．物块M受的摩擦力不变 B．物块M受的合外力不变 C．物块M可能相对于车厢滑动 D．物块M与车厢壁的最大静摩擦力不变 A 知识串讲 01 例3. 如图所示，滑雪运动中，滑雪板与雪地之间的相互作用与滑动速度有关，当滑雪者的速度超过4m/s时，滑雪板与雪地间的动摩擦因数就会由μ1= 0.25变为μ2= 0.125一滑雪者从倾角θ = 37°的坡顶A处由静止开始自由下滑，滑至坡底B（B处为一光滑小圆弧）后又滑上一段水平雪地，最后停在C处，如图所示，不计空气阻力，坡长L=26m，取g=10m/s2，sin37°=0.6，cos37°=0.8，求： （1）滑雪者从静止开始到动摩擦因数发生变化所经历的时间； （2）滑雪者到达B处的速度； （3）在图中画出滑雪者速度大小为10m/s时加速度的大小。 【答案】（1）1s；（2）16m/s；（3）- 1.25m/s2 知识串讲 01 三、探究加速度与物体受力、物体质量的关系 1.实验装置如图所示 2.方法：控制变量法 3.过程： (1)保持小车的质量不变，改变所挂钩码的重力，测量加速度。 (2)保持钩码的重力不变，改变小车的质量，测量加速度。 知识串讲 01 4.数据处理 (1)分析加速度和力的关系 以加速度a为纵坐标，以外力F为横坐标，作出a－F关系图像，如图所示。 (2)分析加速度和质量的关系 以加速度a为纵坐标，以小车及砝码的总质量M或为横坐标作出a－M或a－图像，如图所示。 5.注意事项 (1)本实验中绳的拉力F＝mg必须满足m≪M的条件，其中m为钩码质量，M为小车质量和砝码的总质量。 但如果使用力传感器测量小车的拉力，不需要有此条件限制。 (2)平衡摩擦力：把木板无滑轮的一端垫高，使得不挂钩码时小车在斜面上做匀速直线运动。 知识串讲 01 6.图像分析 知识串讲 01 例4. （2023学年·上海市复旦附中高一上期末）如图为“用DIS研究加速度与力的关系”实验的关系，根据图线分析该实验过程可能存在的问题为（　　） A. 所用小车质量过大 B. 所挂钩码的总质量太大 C. 导轨与小车间摩擦太大 D. 没有多次测量取平均值 B 知识串讲 01 例5. 如图a为“用DIS研究加速度和力的关系”的实验装置： （1）改变所挂钩码的数量，多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-F关系图线（如图b），此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是　 　； （2）若在原装置中的P处加装一力传感器，重复上述实验，得到的a-F图线与图b中的图线相比会有什么不同：　 　； （3）在（2）中，若小车的质量为M，不断增加钩码的数量，则力传感器示数的极限值为　 　。 【答案】（1）未满足m小车＞＞m钩码；（2）图线为直线，没有弯曲部分 （3）Mg 知识串讲 01 四、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相等，方向相反，作用在同一条直线上． 2. 作用力与反作用力的区别： 四同：①大小相同；②方向在同一直线上；③性质相同；④同时出现、变化、消失。 三不同：①方向不同；②作用对象不同；③作用效果不同。 3. 相互作用力与平衡力的区别： 例6. 《中国制造2025》是国家实施强国战略第一个十年行动纲领，智能机器制造是一个重要方向，其中智能机械臂已广泛应用于各种领域。如图所示，一机械臂铁夹夹起一个金属小球，小球在空中处于静止状态，铁夹与球接触面保持竖直，则（　　 ） 知识串讲 01 C A．铁夹对小球的两个弹力为一对相互作用力 B．若进一步加大铁夹对小球挤压，小球受到的摩擦力变大 C．小球受到5个力的作用 D．若铁夹水平匀速移动，铁夹对小球作用力的方向斜向上 知识串讲 01 例7. 如图所示，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，箱和杆的质量为M，环的质量为m，已知环沿着杆以加速度a加速下滑（a＜g）则此时箱对地面的压力N的大小是（　　） A．Mg B．(M+m)g C．(M+m)g- ma D．(M-m)g+ma C 知识串讲 01 五、超重与失重现象 1.重力的测量 (1)二力平衡方法：将待测物体悬挂或放置在测力计上，使它处于静止状态，F=G。 (2)重力加速度法：用运动学方法测量自由落体运动的加速度g，再测量物体的质量， 利用牛顿第二定律可得：G＝mg。 比如测量竖直上抛初速度v0和落回原点的时间t，可得：,测量其它星球加速度常用此法。 2. 视重：当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时，弹簧测力计或台秤的示数称为“视重”。 3. 超重与失重 (1)超重：“视重”大于“实重”，物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象。 (2)失重：“视重”小于“实重”，物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象。 知识串讲 01 4.超重、失重、运动情况与受力情况的比较 知识串讲 01 5.对超重、失重的深化理解 (1)发生超重和失重时，物体所受的重力并没有变化。 (2)物体处于超重还是失重状态，只取决于加速度的方向，与物体的运动方向无关。 (3)在完全失重状态下，由重力引起的现象将消失。如：液体的压强、浮力将为零、摆钟停摆。 弹簧测力计不能测重力等（但可以测量水平拉力）。 自由落体，绕地球运转的空间站中会发生完全失重。 例8. 如图，质量为m的小球挂在电梯的天花板上。电梯在以大小为0.25g的加速度向下加速运动的过程中，小球（ ） 知识串讲 01 A．处于失重状态，所受拉力为0.25mg B．处于失重状态，所受拉力为0.75mg C．处于超重状态，所受拉力为0.25mg D．处于超重状态，所受拉力为1.25mg B 例9. （多选）广州塔，昵称小蛮腰，总高度达600米，游客乘坐观光电梯大约一分钟就可以到达观光平台。若电梯简化成只受重力与绳索拉力，已知电梯在t＝0时由静止开始上升，a－t图像如图所示。则下列相关说法正确的是（ ） 知识串讲 01 A．t＝4.5 s时，电梯处于超重状态 B．5～55 s时间内，绳索拉力最小 C．t＝59.5 s时，电梯处于超重状态 D．t＝60 s时，电梯速度恰好为零 AD 例10. （多选）图甲是某人站在力传感器上做下蹲——起跳动作的示意图，中间的“·”表示人的重心。图乙是根据传感器画出的F－t图线。两图中a～g各点一一对应，其中有几个点在图甲中没有画出。取重力加速度g＝10 m/s2。则下列说法中正确的是（ ） 知识串讲 01 A．此人的质量约为70 kg B．此人重心在b点时处于失重状态 C．此人重心在d点时的加速度方向向下 D．在a、b、d三点中，此人重心在d点时加速度最大 ABD 知识串讲 01 六、单位制 1．单位制：基本单位和导出单位共同组成了单位制。 (1)基本单位：基本物理量的单位。力学中的基本物理量有长度、质量、时间。 (2)导出单位是由基本单位根据物理关系推导出来的其他物理量的单位。 如：力（N）、速度（m/s）、加速度（m/s2） 等。 2．国际单位制中的基本物理量和基本单位 知识串讲 01 例11. 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 例12. 下列给出的关系式中，l是长度，v是速度，m是质量，g是重力加速度，这些量的单位都是国际单位制单位。试判断下列表达式的单位，并指出单位所对应的物理量的名称。 （1）单位：　　　 　，物理量名称：　 　　　。 （2）单位：　　　 　，物理量名称：　 　　　。 （3）单位：　 　　　，物理量名称：　 　　　。 【答案】（1）s，时间（2）m/s2，加速度；（3）N，力 方法模型归纳 02 解题方法总结 1.解题的基本步骤 巩固提升 03 1. 如图所示，两木块的质量M是m的二倍，水平面光滑，当用水平力F分别推m和M时，两物体之间弹力之比N1：N2应为（　　） A．1：1 B．1：2 C．2：1 D．3：1 C 2. （2023学年·上海市复旦附中高一上期末）光滑水平面上的木块从静止开始受到水平力F的作用，在0～4s时间内F随时间t的变化如图所示，第1s内F的方向向东，则质点在第3s末位移的方向为_____（填：“向东”、“向西”），第4s末速度大小为__________。 【答案】 ①. 向东 ②. 0 巩固提升 03 3. （2023学年·上海市曹杨二中高一上期末）如图所示，质量为m的光滑小球，用轻绳连接后挂在三角劈的顶端斜面平行，劈置于光滑水平面上，当劈水平向右匀加速加速度________时，球与斜面相对静止且细绳的拉力恰好为零；当劈以加速度向左匀加速运动时，绳的拉力________。 【答案】 ①. ② 巩固提升 03 4．来到许愿树下，许老师把许的心愿用绸带系在两个小球上并抛到树上，这一情景可以简化为如图所示，质量分别为M和m的物体A、B用细线连接，悬挂在定滑轮上，定滑轮固定在天花板上。已知M＞m，滑轮质量及摩擦均不计，重力加速度为g，则下列说法正确的是（　　） D 巩固提升 03 5.（多选）如图，一足够长的倾斜传送带顺时针匀速转动．一小滑块以某初速度沿传送带向下运动，滑块与传送带间的动摩擦因数恒定，则其速度v随时间t变化的图象可能是（ ） 【答案】BC 巩固提升 03 6. （多选）如图甲所示，一质量为M的长木板静置于光滑水平面上，其上放置一质量为m的小滑块。木板受到水平拉力F作用时，用传感器测出长木板的加速度a与水平拉力F的关系如图乙所示，重力加速度g＝10 m/s2，下列说法正确的是（ ） A.小滑块的质量m＝2 kg B.小滑块与长木板之间的动摩擦因数为0.1 C.当水平拉力F＝7 N时，长木板加速度大小为3 m/s2 D.当水平拉力F增大时，小滑块加速度一定增大 AC 巩固提升 03 7.（多选）如图(a)，物块和木板叠放在实验台上，物块用一不可伸长的细绳与固定在实验台上的力传感器相连，细绳水平，t＝0时，木板开始受到水平外力F的作用，在t＝4 s时撤去外力。细绳对物块的拉力随时间t变化的关系如图(b)所示，木板的速度v与时间t的关系如图(c)所示，木板与实验台之间的摩擦可以忽略。重力加速度取10 m/s2。由题给数据可以得出（ ） A．木板的质量为1 kg　 B．2 s～4 s内，力F的大小为0.4 N　 C．0～2 s内，力F的大小保持不变　 D．物块与木板之间的动摩擦因数为0.2　 AB 巩固提升 03 8．跳伞运动员做低空跳伞表演，他从224m的高空离开飞机开始下落，最初未打开降落伞，自由下落一段距离打开降落伞，运动员以12.5m/s2的加速度匀减速下降，为了运动员的安全，要求运动员落地的速度不得超过5m/s（g＝10m/s2）。求： （1）运动员打开降落伞后做匀减速下降时，是处于超重状态还是失重状态，并说明原因； （2）运动员打开降落伞时，离地面的高度至少为多少？ （3）运动员在空中的最短时间为多少？ 【答案】（1）超重，运动员加速度竖直向上，绳上的拉力大于运动员的重力； （2）99m； （3）8.6s。 巩固提升 03 9．如图所示，长L＝1.5m、高h＝0.45m、质量M＝10kg的长方体木箱在水平面上向右做直线运动．当木箱的速度v0＝3.6m/s时，对木箱施加一个方向水平向左的恒力F＝50N，并同时将一个质量m＝1kg的小球轻放在木箱上距右端L/3处的P点（小球可视为质点，放在P点时相对于地面间的速度为零），经过一段时间，小球脱离木箱落到地面．已知木箱与地面间的动摩擦因数μ＝0.2，而小球与木箱之间的摩擦不计．取g＝10m/s2，则： （1）小球从开始离开木箱至落到地面所用的时间　 　s （2）小球放上P点后，木箱向右运动的最大位移　 　m （3）小球离开木箱时，木箱的速度　 　m/s． 【答案】（1）0.3 s　（2）0.9 m　（3）2.8 m/s 课堂小结 $$