第3章 第7讲 牛顿第一定律牛顿第三定律&第8讲 牛顿第二定律两类动力学问题（教师用书）-【名师大课堂】2025年新高考物理艺术生总复习必备

第7讲 牛顿第一定律 牛顿第三定律 1.牛顿第一定律 (1)一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状 态,除非作用在它上面的力迫使它 改变这种状 态 . (2)对牛顿第一定律的理解 ①牛顿第一定律揭示了一切物体在任何情况下 都具有保持原来运动状态不变的性质———惯性, 故也叫惯性定律. ②牛顿第一定律揭示了静止状态和匀速直线运 动状 态 的 等 价 性,它 们 的 区 别 仅 仅 是 参 考 系 不同. 􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋牛顿第一定律明确了力不是 维持物体运动 的 原因,而是 改变物体运动状态 (即产生加速 度)的原因,为牛顿第二定律的提出提供了理论基 础. 2.惯性 (1)定义:物体保持原来匀速直线运动状态或静 止状态的性质. (2)对惯性的理解 ①惯性是物体的固有属性,即一切物体都有惯 性,与物体的 受力情况 及 运动状态 无 关.因此说人们只能“利用”惯性而不能“克服”和 “避免”惯性. ②惯性大小是描述物体保持原来运动状态的本 领强弱,惯性大,则物体保持原来运动状态的本 领强,运动状态越难改变. ③ 质量 是物体惯性大小的唯一量度,质量大 的物体惯性大,质量小的物体惯性小. 􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋惯性不是力,惯性是物体保持原来匀速直线运动 或静止状态的性质,力是物体对物体的相互作用, 这是两个不同的概念. 3.牛顿第二定律 (1)物体加速度的大小跟它受到的作用力成正 比,跟它的质量成反比,加速度的方向跟作用力 的方向 相同 ,即F= kma . (2)物体具有加速度是因为 受到力 的作用. 4.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.关 系式为 F=-F' . (2)对牛顿第三定律的理解 作用力与反作用力的关系可总结为“三同、三异、 三无关”. ①三同 同大小 同时产生、变化、消失 同性质 􀮠 􀮢 􀮡 􀪁􀪁 􀪁􀪁 ②三异 反向 异体 不同效果 􀮠 􀮢 􀮡 􀪁􀪁 􀪁􀪁 ③三无关 与物体的种类无关 与相互作用的两物体的运 动状态无关 与是否与另外物体相互作用无关 􀮠 􀮢 􀮡 􀪁 􀪁􀪁 􀪁 􀪁􀪁 􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋作用力和反作用力不可叠加,它们作用在两个不 同的物体上,各自产生效果,不可求它们的合力, 两力的作用效果不能抵消. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 420 牛顿第一定律的理解及应用 1.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(静止 或匀速直线运动). (2)物体受到外力时,惯性表现为运动状态改变 的难易程度.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. 2.对牛顿第一定律的四点说明 (1)明确惯性的概念: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状态的原因. (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.在实际情况中,如果物体所受的合外力等 于零,与物体不受外力时的表现是相同的. (4)与牛顿第二定律的关系:牛顿第一定律和牛 顿第二定律是相互独立的.牛顿第一定律是经过 科学抽象、归纳推理总结出来的,而牛顿第二定 律是一条实验定律. 各个面都光滑的直角 三角体A 放在光滑的斜面 B 上时,恰好使一直角边水 平,如图所示,将一个小球 置于该光滑直角边水平面上,然后将三角体 A 由静止释放,则小球在碰到斜面之前的运动轨迹 是 ( B ) A.平行于斜面向下的直线 B.竖直向下的直线 C.无规则曲线 D.垂直于斜面的直线 解析:由于直角三角体的水平面是光滑的,A 又 是放在光滑的斜面上,当 A 在光滑的斜面B 上 下滑时,小球由于只在竖直方向受力,故小球在 碰到斜面之前的运动轨迹是竖直向下的直线.故 B选项正确. 牛顿第三定律的理解及应用 一对平衡力与作用力、反作用力的比较 比较项目 一对平衡力 作用力与反作用力 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 如图所示,磁悬浮地球仪依靠它与底座之 间的磁力悬浮在底座的正上方保持静止.已知地 球仪的质量为m,底座的质量为 M,则底座对水 平地面的作用力大小为 ( D ) A.0 B.mg C.Mg D.(m+M)g 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 第8讲 牛顿第二定律 两类动力学问题 1.对牛顿第二定律的理解 (1)矢量性 公式a=Fm 是一个矢量式,合外力F 和加速度a 均为矢量,加速度的方向与 合外力的方向 相 同,即加速度的方向由 合外力的方向 决定. (2)瞬时性 a=Fm 对运动过程中的每一瞬间都成立,每一时刻 的加速度的大小总跟那一时刻的合外力的大小成 正比.有合外力作用就有加速度.合外力停止作 用,加速度消失;合外力变化,加速度也随之变化. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 520 (3)独立性 ①作用于物体上的每一个力各自产生的加速度 都遵从牛顿第二定律,与物体是否受其他力的作 用 无关 . ②物体的实际加速度是每个力产生的加速度 的 矢量和 . ③每个力在各个方向上的分力所产生的加速度 也遵从牛顿第二定律,即ax= Fx m ,ay= Fy m . 􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋 􀪋 􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋 􀪋 􀪋牛顿第二定律的独立性是正交分解法求合力、加 速度的依据. 2.单位制 (1)基本单位 选定的几个基本物理量的单位.如:长度的单位 有光年、千米、米和海里等;时间的单位有年、时、 分、秒等,这些单位都是基本物理量的单位,称为 基本单位. (2)导出单位 由基本量根据物理公式推导出来的其他物理量 的单位叫作导出单位,如利用牛顿第二定律F= ma可导出力的单位“kg·m/s2”,即N. (3)单位制 由基本单位和导出单位共同组成的单位系统叫 作单位制. 单位制 国际单 位制 国际基本单位,如 m 国际导出单位,如 m/s 常用单 位制 常用基本单位,如km 常用导出单位,如km/h 􀮠 􀮢 􀮡 􀪁 􀪁􀪁 􀪁 􀪁 􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋根据物理公式中各物理量的单位,可以推断该物 理公式计算结果的单位.若该单位与该公式所求 的物理量的单位相同,则说明公式可能是正确的; 否则,公式肯定是错误的. 3.动力学的两类基本问题 (1)已知力求运动:知道物体受力情况,应用牛顿 第二定律求加速度,再结合初始条件应用运动学 规律求出物体在任意时刻的速度、位移等. (2)已知运动求力:知道物体的运动情况,根据运 动学规律求出物体的加速度,再应用牛顿第二定 律,分析物体的受力情况. (3)解题思路 受力情况 (F合) 动力学规律 F合 =ma 􀜩 􀜨􀜑􀜑􀜑􀜑􀜑 加速度 (a) 运动学规律 vt=v0+at s=v0t+ 1 2at 2 􀜩 􀜨􀜑􀜑􀜑􀜑􀜑􀜑 运动情况 (s、v、t) 围绕加速度联系运动学和动力学来得出受力情 况和运动情况是解题的关键. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 牛顿第二定律的理解 1.牛顿第二定律的五个性质 (1)因果性:合外力是产生加速度的原因. (2)矢量性:合外力的方向决定了加速度的方向, 合外力方向改变,加速度方向也改变,加速度方 向与合外力方向一致. (3)瞬时性:加速度与合外力是瞬时对应关系,它 们同生、同灭、同变化. (4)同体性:a=Fm 中各物理量均对应同一个研究 对象,因此应用牛顿第二定律解题时,首先要处 理好的问题是研究对象的选取. (5)独立性:当物体同时受到几个力作用时,各个 力都满足F=ma,每个力都会产生一个加速度, 这些加速度的矢量和即为物体具有的合加速度, 故牛顿第二定律可表示为 Fx=max, Fy=may. 2.合力、加速度、速度之间的决定关系 (1)不管速度是大是小,或是零,只要合力不为 零,物体都有加速度. (2)a=ΔvΔt 是加速度的定义式,a与Δv、Δt无必然 联系;a=Fm 是加速度的决定式,a∝F,a∝1m. (3)合力与速度同向时,物体加速运动;合力与速 度反向时,物体减速运动. 如图所示,小球从高处下落到正 下方竖直放置的轻弹簧上,那么小球 从接触弹簧开始到将弹簧压缩到最短 的过程中(弹簧一直保持竖直),下列 说法中正确的是 ( C ) A.小球受到的弹力先增大后减小 B.小球的速度一直在减小 C.小球的加速度先减小后增大 D.小球一直处于失重状态 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 620 解析:弹簧的压缩量不断变大,故弹簧的弹力不 断变大,故 A错误.小球开始下落时,只受重力 作用,做加速运动,当和弹簧接触时,受到弹簧的 弹力作用,开始时弹簧的压缩量小,因此重力大 于弹力,此时mg-kx=ma,随着弹簧压缩量的 增加,弹力增大,加速度减小,但是小球仍加速运 动.当 mg=kx 时,加速度等于零,速度最大.小 球继续向下运动,弹簧继续被压缩,弹力大于重 力,此时kx-mg=ma',随 着 弹 簧 压 缩 量 的 增 加.弹力增大.加速度增大,方向竖直向上,小球 做减速运动.当速度减小到零时,达到最低点,弹 簧的压缩量最大.所以整个过程中物体先加速后 减速,加速度先减小后增大,小球先处于失重状 态后处 于 超 重 状 态,故 B、D 错 误,C正 确.故 选C. 动力学两类基本问题 1.解决两类动力学基本问题应把握的关键 (1)两类分析———物体的受力分析和物体的运动 过程分析. (2)一个“桥梁”———物体运动的加速度是联系运 动和力的桥梁. 2.两类动力学问题的解题步骤 明确研 究对象 根据问题的需要和解题的方便,选出 被研究的物体,研究对象可以是某个 物体,也可以是几个物体构成的系统 受力分析 和运动状 态分析 ↓ 画好受力示意图、运动情景图,明确 物体的运动性质和运动过程 选取正方 向或建立 坐标系 ↓ 通常沿加速度的方向建立坐标系并 以加速度方向为某一坐标轴的正方 向 确定合 外力 ↓ 若物体只受两个共点力作用,通常用 合成法;若物体受到3个及以上不在 同一直线上的力,一般用正交分解法 列方程 求解 ↓ 根据牛顿第二定律 F合 =ma 或 Fx =max Fy =may 列方程求解,必要时还要对结果进行 讨论 有一个冰上推木箱的游戏节目,规则是:选 手们从起点开始用力推木箱一段时间后,放手让 木箱向前滑动,若木箱最后停在冰上有效区域 内,视为成功;若木箱最后未停在冰上有效区域 内就视为失败.其简化模型如图所示,AC是长度 为L1=7m的水平冰面,选手们可将木箱放在A 点,从A 点开始用一恒定不变的水平推力推木 箱,BC为有效区域.已知BC 长度L2=1m,木 箱的质量m=50kg,木箱与冰面间的动摩擦因 数μ=0.1.某选手作用在木箱上的水平推力 F= 200N,木箱沿AC做直线运动,若木箱可视为质 点,g 取10m/s2.那么该选手要想游戏获得成 功,试求: (1)推力作用在木箱上时的加速度大小; (2)推力作用在木箱上的时间满足的条件. 答案:(1)3m/s2 (2)1s≤t≤ 76s 动力学中的图像问题 1.数形结合解决动力学图像问题 在图像问题中,无论是读图还是作图,都应尽量 先建立函数关系,进而明确“图像与公式”“图像 与物体”间的关系;然后根据函数关系读取图像 信息或者描点作图. 2.动力学图像问题的类型 图像类问题的实质是力与运动的关系问题,以牛 顿第二定律F=ma为纽带,理解图像的种类,图 像的轴、点、线、截距、斜率、面积所表示的意义. 一般包括下列几种类型: 动力学图 像问题的 类型 由v-t图像分析物体的受力情况 由F-t图像分析物体的运动情况 根据已知条件确定某物理量的变化 图像 3.动力学图像问题的解题策略 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 720 (多 选)如 图 所 示,某人从距水面一定 高度的平台上做蹦极 运动.劲度系数为k的 弹性绳一端固定在人 身上,另一端固定在平 台上.人从静止开始竖直跳下,在其到达水面前 速度减为零.运动过程中,弹性绳始终处于弹性 限度内.取与平台同高度的O 点为坐标原点,以 竖直向下为y轴正方向,忽略空气阻力,人可视 为质点.从跳下至第一次到达最低点的运动过程 中,用v、a、t分别表示人的速度、加速度和下落 时间.下列描述v与t、a与y 的关系图像可能正 确的是 ( AD ) 解析:人在下落的过程中,弹性绳绷紧之前,人处 于自由落体状态,加速度为g;弹性绳绷紧之后, 弹力 随 下 落 距 离 的 增 大 而 逐 渐 增 大,由 a= mg-kΔy m 知,C错误,D正确;人的加速度先减小 后反向增大,可知v-t图像斜率的绝对值先减小 后增大,B错误,A正确. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 第9讲 牛顿运动定律的综合应用 超重 失重 1.超重 (1)定义: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. (2)产生条件:物体具有 向上 的加速度. 2.失重 (1)定义: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)产生条件:物体具有 向下 的加速度. 3.完全失重 (1)定义:物体对支持物的压力(或对竖直悬挂物 的拉力) 等于0 的现象称为完全失重现象. (2)产生条件:物体的加速度a= g ,方向竖 直向下. 4.实重和视重 (1)实重:物体实际所受的重力,它与物体的运动 状态 无关 . (2)视重:当物体在竖直方向上有加速度时,物体 对弹簧测力计的拉力或对台式弹簧秤的压力将 不等于 物体的重力,此时弹簧测力计的示数 或台式弹簧秤的示数即视重. 物体在竖直方向有加速度是物体超重和 失重现象产生的原因,物体“视重”发生变化, 而“实重”并未改变. 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 超重和失重现象 1.超重、失重的定性理解 (1)超重并不是重力增加了,失重并不是重力减 小了,完全失重也不是重力完全消失了.在发生 这些现象时,物体的重力依然存在,且不发生变 化,只是物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉 力)发生了变化(即“视重”发生变化). (2)只要物体有向上或向下的加速度,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. (3)尽管物体的加速度不是在竖直方向,但只要 其加速度在竖直方向上有分量,物体就会处于超 重或失重状态. 2.超重、失重的定量计算:当物体具有竖直向上的 加速度a时,支持物对物体的支持力(或悬绳的 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 􀪋 820