第四章 运动和力的关系 期末考点清单-2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

第四章 运动和力的关系——高一物理人教版（2019）上学期期末复习考点清单 第一步：单元学习目标敲重点 重点 ①牛顿第二定律及其应用 ②超重和失重 难点 ①实验：探究加速度与力、质量的关系 ②动力学两类基本问题 ③超重、失重问题 ④传送带模型 ⑤板块模型 第二步：单元思维导图敲重点 第三步：单元重难知识易混易错 重难点： 1、 牛顿第一定律 1.历史回顾 代表人物 基本观点(对力和运动关系的认识) 亚里士多德 必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就处于静止状态 伽利略 如果没有摩擦阻力，水平面上运动的物体将保持这个速度一直运动下去，因此力不是维持物体运动的原因 笛卡儿 如果运动的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向 2.伽利略的斜面实验 实验得出的结论是伽利略通过实验与合理猜想相结合的产物。 3.牛顿第一定律 （1）定义：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）惯性：物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性。 4.惯性与质量 （1）惯性的特点： 普遍性 惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性 无关性 惯性与物体受力情况、运动情况及地理位置均无关 唯一性 质量是物体惯性大小的唯一量度，质量越大，惯性越大 （2）惯性的表现形式： ①不受力时，惯性表现为“保持”“原来的”运动状态，有“惰性”的含义。 ②受力时，惯性表现为运动状态改变的难易程度，质量越大，惯性越大，运动状态越难以改变。 2、 牛顿第二定律 1.牛顿第二定律 （1）定义：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。 （2）公式： （3）单位： （4）性质：①瞬时性：当物体（质量一定）所受外力发生突然变化时，作为由力决定的加速度的大小和方向也要同时发生突变；当合外力为零时，加速度同时为零，加速度与合外力保持一一对应关系。牛顿第二定律是一个瞬时对应的规律，表明了力的瞬间效应。 ②矢量性：力和加速度都是矢量，物体加速度方向由物体所受核外力的方向决定。牛顿第二定律数学表达式中，等号不仅表示左右两边数值相等，也表示方向一致，即物体加速度方向与所受合外力方向相同。 ③独立性：作用在物体上的各个力，都能各自独立产生一个加速度，各个力产生的加速度的矢量和等于合外力产生的加速度。 2.注意 （1）当我们应用牛顿第二定律解决问题，计算物体的加速度的时候，一定要用物体所受合力带入公式计算加速度。 （2）由牛顿第二定律的矢量性可知，力的方向即为加速度的方向，力与加速度的方向始终保持一致。 3、 力学单位制 1.国际单位制： 物理量名称 单位名称 单位符号 长度 米 m 质量 千克（公斤） kg 时间 秒 s 电流 安（培） A 热力学温度 开（尔文） K 物质的量 摩（尔） mol 发光强度 坎（德拉） cd 2.理解单位制的三个常见误区 (1)只用一个符号表示的单位不一定是基本单位。例如，牛顿(N)、焦耳(J)、瓦特(W)等都不是基本单位，而是导出单位。 (2)是国际单位的不一定是基本单位。基本单位只是组成国际单位制的一小部分，在国际单位制中，除七个基本单位以外的单位都是导出单位。 (3)物理量单位之间的关系可能通过相应的物理公式导出，但并不是所有物理量的单位都可以互相导出。 4、 牛顿运动定律的应用 1.由受力情况确定物体的运动情况 （1）确定研究的对象，并根据研究对象确定正方向。 （2）对研究对象进行受力分析并画出受力分析图。 （3）在受力图上以受力中心为原点，尽可能多的力在坐标轴上为原则建立直角坐标系。分别求出x、y轴的合力，运用牛顿第二定律根据合力大小求出加速度大小。 （4）与题中所给的条件相结合，选择恰当的运动学公式，求出所需的物理量。 2.由运动情况确定物体的受力情况 （1）确定研究的对象，并根据研究对象的运动方向确定正方向。 （2）对研究对象进行受力分析并画出受力分析图。 （3）选择合适的运动学公式，求出物体的加速度。 （4）根据牛顿第二定律列方程，求出物体所受的合力。 （5）根据力的合成与分解的方法，由合力求出所需的力。 5、 超重和失重 1.重力的测量 （1）可以根据当地的重力加速度g，用公式G=mg计算得到。 （2）可以依据F=mg用弹簧测力计测量。 2.超重和失重 （1）定义 失重：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，叫作失重现象。 超重：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，叫作超重现象。 完全失重：加速度方向竖直向下，a=g，FN=0。 （2）条件：物体加速度竖直向上时物体超重；物体加速度竖直向下时物体失重。 （3）超重与失重的判断 首先要根据物体的受力情况，分析物体所受合力方向；再根据合力方向判断物体的加速度方向；最后根据加速度方向判断超、失重。 易错题： 1、 对惯性理解不深刻 例1.列车沿着水平轨道加速出站过程中（箭头表示列车出站的方向），乘客发现小桌板上的水杯里水面的形状如选项图中的( ) A. B. C. D. 答案：B 解析：列车加速出站速度增大，由于惯性水相对窗向后运动。故选B. 例2.春秋时期齐国人的著作《考工记·辀人篇》中有“马力既竭，辀犹能一取焉”的记载，意思是马拉车的时候，马虽然对车不再施力了，但车还能继续向前运动一段距离，关于这一现象下列说法正确的是( ) A.这个现象违背了牛顿第一定律 B.马力既竭，辀犹能一取的原因是车具有惯性 C.马力既竭，辀犹能一取的原因是车受到惯性作用 D.力是维持物体运动的原因，马不拉车车就不走了 答案：B 解析：ABC.马虽然对车不再施力了，但车还能继续向前运动一段距离，说明车具有惯性，即验证了牛顿第一定律，故B正确。AC错误；D.力是改变物体运动的原因，不是维持物体运动的原因，故D错误。故选B。 二、对力的突变与否产生误解 例3.如图所示，天花板上用细绳吊起两个用轻弹簧相连的质量相同的小球，两小球均保持静止。重力加速度为g。当突然剪断细绳时，上面小球A与下面小球B的加速度分别为( ) A.g，g B.2g，0 C.2g，g D.0，g 答案：B 解析：设小球的质量均为m，由平衡条件可知弹簧的弹力 在剪断细绳的瞬间，弹簧的弹力不变，对A由牛顿第二定律可得 对B由牛顿第二定律可得 故选项B正确。 三、对物理过程分析不全面 例4.在高山景区，为了将人员和货物方便快捷的运送上山，架设了如图所示的索道缆车。缆车车厢通过悬臂固定在缆绳上，车厢的质量为M，水平底板放置一质量为m的货物。某段时间内，在缆绳牵引下货物随车厢一起斜向上做加速度为a的匀加速运动。已知悬臂和车厢始终处于竖直方向，缆绳的倾角为θ，重力加速度为g，则在这段时间内( ) A.车厢受到3个力的作用 B.车厢对货物的支持力大小大于货物的重力 C.悬臂对车厢的作用力大小为 D.悬臂对车厢的作用力方向与水平方向的夹角大于θ 4.答案：BD 解析：车厢受到重力、悬臂对车厢的拉力、货物对车厢的压力，货物对车厢的摩擦力4个力的作用，A错误； 在缆绳牵引下货物随车厢一起斜向上做加速度为a的匀加速运动，将加速度分解为竖直向上的和水平向右的，由牛顿第二定律可得，车厢对货物的支持力大于货物的重力，B正确； 对车厢和货物所组成的系统分析，悬臂对车厢的拉力大小为F，将F沿竖直方向和水平方向分解， 根据牛顿第二定律可得 悬臂对车厢的作用力大小为，C错误； 悬臂对车厢的作用力与水平面夹角的正切值，故悬臂对车厢的作用力方向与水平方向的夹角大于θ，D正确。 故选BD。 例5.如图甲所示，港珠澳大桥的人工岛创新围岛填土在世界范围内首次提出深插式钢圆筒快速成岛技术，即起重船吊起巨型钢筒直接固定在海床上插入到海底，然后在中间填土形成人工岛。如图乙所示，每个钢圆筒的半径为R，质量为m，由10根长度均为2R的特制起吊绳通过液压机械抓手连接在钢筒边缘的10个等分点处，另一端汇聚在挂钩上，图乙中仅画出两根起吊绳。不考虑起吊绳和机械抓手的重力，已知重力加速度为g，则( ) A.钢圆筒竖直向下匀速运动时，每根起吊绳的拉力大小为 B.钢圆筒以大小为a的加速度竖直向下加速运动时，每根起吊绳的拉力大小为 C.钢圆筒以大小为a的加速度竖直向下减速运动时，每根起吊绳的拉力大小为 D.钢圆筒以大小为a的加速度水平向左加速运动时，所有起吊绳对圆钢桶的作用力大小为 5.答案：C 解析：由几何关系知每根起吊绳与竖直方向的夹角均为，设钢圆筒竖直向下匀速运动时，每根起吊绳的拉力大小为，根据平衡条件可得，解得，A错误；设钢圆筒以大小为a的加速度竖直向下加速运动时，每根起吊绳的拉力大小为，根据牛顿第二定律可得，解得，B错误；设钢圆筒以大小为a的加速度竖直向下减速运动时，每根起吊绳的拉力大小为，根据牛顿第二定律可得，解得，C正确；设钢圆筒以大小为a的加速度水平向左加速运动时，所有起吊绳对钢圆筒的作用力大小为F，则，D错误。 2、 图像与物理过程的关联不清 例6.粗糙的水平面上，一物体在水平方向拉力作用下做直线运动，水平拉力F及运动速度v随时间变化的图线如图中（甲）（乙）所示，取重力加速度，求物体与地面间的动摩擦因数μ。 答案：0.1 解析：由图像可得，在0-2s内，， 2s以后，物体做匀速直线运动，处于平衡状态，则 其中 在0-2s内，对物体受力分析可得: 又 解得： 第四步：单元核心素养对接高考 单元核心素养 ①物理观念：能理解牛顿运动定律的内涵，能分析超重和失重现象，知道单位制的意义及国际单位制中的力学单位；能用牛顿运动定律解释生产生活中的相关现象、解决一些相关的实际问题。具有与牛顿运动定律相关的运动与相互作用观念。 ②科学思维：能领悟理想实验的科学推理方法及其意义；能对动力学问题进行分析和推理，获得结论；能用与牛顿运动定律相关的证据表达自己的观点；能从不同角度解决动力学问题，具有质疑和创新的意识。 ③科学探究：能完成“探究加速度与力、质量的关系”等物理实验。能从生活中的现象提出可探究的物理问题；能在他人帮助下制订科学探究方案，有控制变量的意识，会使用实验器材获取数据；能根据数据形成结论，会分析导致实验误差的原因；能参考教材撰写有一定要求的实验报告，在报告中能对实验操作提出问题并进行讨论，能用学过的物理术语等交流科学探究过程和结果。 ④科学态度与责任：通过与伽利略、牛顿相关的史实，能认识物理学研究是不断完善的；乐于将牛顿运动定律应用于日常生活实际；能认识牛顿运动定律的应用对人类文明进步的推动作用。 情景应用 1.春秋时期齐国人的著作《考工记·辀人篇》中有“马力既竭，辀犹能一取焉”的记载，意思是马拉车的时候，马虽然对车不再施力了，但车还能继续向前运动一段距离，关于这一现象下列说法不正确的是( ) A.这个现象符合牛顿第一定律 B.马力既竭，转犹能一取的原因是车具有惯性 C.马对车不再施力了，车最终会停下来，说明物体的运动需要力来维持 D.马对车不再施力了，车最终会停下来，是因为受到阻力的作用 2.如图甲所示，是我国自主研制的全世界最大吨位2600t全地面起重机。该起重机能够实现160m高度吊重173t（相当于100多辆家用汽车加起来的重量）的极限工况，它转台转场时可以携带的总重达317t，最大车速可达10km/h，可以通过狭窄、起伏的山地。该起重机吊着一箱货物竖直下降，货物距离地面的高度h与时间t的关系简化图如图乙所示，图中段为直线，忽略重力加速度的变化，则下列说法正确的是( ) A.时间内，货物处于失重状态 B.时间内，货物处于失重状态 C.时间内，货物处于超重状态 D.时间内，货物处于失重状态 3.在快节奏的现代生活中，家用室内引体向上器作为一种简单实用的健身器材，受到很多人的青睐。它通常采用免打孔设计，通过调节杆的长度，利用橡胶垫与门框或墙壁的摩擦力起到固定的作用，如图所示。下列说法中正确的是( ) A.橡胶垫与墙面间的压力越大，橡胶垫与墙面间的摩擦力越大 B.健身者在做引体向上运动时，橡胶垫与墙面间的摩擦力保持不变 C.健身者在单杆上悬停时，健身者的质量越大，橡胶垫与墙面间的摩擦力就越大 D.健身者在单杆上悬停时，手臂间距离越大，所受到单杆的作用力就越大 4.在地铁运行过程中，某人把一根细绳的下端绑着一支圆珠笔，细绳的上端用电工胶布临时固定在地铁的竖直扶手上。他用手机拍摄了当时情景的照片，如图所示，拍摄方向跟地铁前进方向垂直，细绳与竖直方向夹角为θ，重力加速度为g。根据以上信息，可以确定( ) A.地铁运行方向 B.地铁运行加速度方向 C.圆珠笔的质量 D.地铁运行加速度大小为 5.摄影师KoenHartkamp在比利时PairiDaiza动物园参观时，记录了一对猩猩母子的有趣互动。如图甲所示，当时三岁的Berani正独自在户外玩耍，不一会它的妈妈Sari就找来了，一把拖着娃从草地上回到家门口，简化成乙图，小猩猩妈妈先用水平拉力F使小猩猩由静止开始做匀加速直线运动，在第1s内拉动了0.5m，而后换成方向与水平面成角的使小猩猩在草地上做匀速直线运动，已知小猩猩的质量，小猩猩与草地间的动摩擦因数，g取。求： （1）第1s内小猩猩的加速度a的大小； （2）水平拉力F的大小； （3）斜向上拉力的大小。 6.“滑冰车”是我国北方冬季的一种娱乐活动之一。滑冰车时，人左右手各握一根冰钎斜向后下方插入冰面，冰面给的反作用力使人与冰车一起向前运动，如图所示。现有一同学由静止开始在水平冰面上滑冰车，两侧冰钎在插冰时平行且与水平冰面成53°角，与冰面作用1.0s后收起冰钎，人与冰车依靠惯性滑行16m后停止运动。已知人与冰车的总质量为，冰钎的质量及空气阻力均可忽略不计，冰面对冰钎、冰车和人的作用力可视为恒力，且沿冰钎斜向上，冰车与冰面间的动摩擦因数为0.05，取重力加速度，，。求： （1）收起冰钎后人与冰车的加速度大小a； （2）人与冰车整个运动过程中的最大速度； （3）两侧冰钎插冰时对冰面的合力大小。 物理模型 7.如图所示，质量分别为m和的小物块P和Q，用轻质弹簧连接后放在水平地面上，P通过一根水平轻绳连接到墙上。P的下表面光滑，Q与地面间的动摩擦因数为μ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。用水平拉力将Q向右缓慢拉开一段距离，撤去拉力后，Q恰好能保持静止。弹簧形变始终在弹性限度内，弹簧的劲度系数为k，重力加速度大小为g。若剪断轻绳，P在随后的运动过程中相对于其初始位置的最大位移大小为( ) A. B. C. D. 8.如图所示为位于水平面上的小车，固定在小车上的支架的斜杆与竖直杆的夹角为θ，在斜杆下端固定有质量为m的小球，力加速度为g。现使小车以加速度向右做匀加速直线运动，下列说法正确的是( ) A.杆对小球的弹力一定沿杆斜向上 B.杆对小球的弹为一定竖直向上 C.杆对小球的弹力大小为 D.杆对小球的弹力大小为 答案以及解析 1.答案：C 解析：AB.马虽然对车不再施力了，但车还能继续向前运动一段距离，说明车具有惯性，符合牛顿第一定律，故AB正确，不符合题意； C.力是改变物体运动状态的原因，不是维持物体运动状态的原因，故C错误，符合题意； D.马对车不再施力了，车最终会停下来是因为受到阻力的作用，故D正确，不符合题意。 故选C。 2.答案：A 解析：图线斜率的绝对值表示速度大小，时间内，货物加速下降，处于失重状态，A正确；时间内，货物匀速下降，既不超重也不失重，B、C错误；时间内，货物减速下降，处于超重状态，D错误。 3.答案：C 解析：A.橡胶垫与墙面之间是静摩擦力，与压力没有必然联系，故A错误;B.健身者在做引体向上运动时，先做加速度向上的加速运动，后做加速度向下的减速运动，把健身者与室内引体向上器作为研究对象，由牛顿第二定律可知，摩擦力的大小与健身者的加速度有关，先大于重力后小于重力，B错误;C.健身者在单杆上悬停时，把健身者与室内引体向上器作为研究对象，摩擦力的大小等于健身者与室内引体向上器的重力，故健身者的质量越大，摩擦力越大，C正确;D.若把健身者作为研究对象，健身者处于平衡状态，受到单杆的作用力始终等于健身者的重力，D错误。故选C。 4.答案：B 解析：AB.物体受绳子拉力方向沿绳子向上，受重力方向竖直向下，则物体所受的合力水平向左，由牛顿第二定律知，地铁运行加速度方向向左，但无法确定地铁的运行方向，故B正确，A错误；CD.圆珠笔受力如图 根据牛顿第二定律得，所以，无法计算圆珠笔的质量，故CD错误。故选B。 5.答案：（1） （2）130N （3）100N 解析：（1）当拉力水平时，小猩猩做匀加速直线运动，根据位移时间关系 可得 （2）根据牛顿第二定律可得， 联立可得 （3）当拉力倾斜时，对小猩猩受力分析如图所示 水平方向，有 竖直方向，有， 联立可得 6.答案：（1）（2）（3） 解析：（1）冰车与冰面间的动摩擦因数，收起冰钎后人与冰车所受的摩擦力 收起冰钎后人与冰车所受的合外力就是这个摩擦力，由牛顿第二定律，则有人与冰车的加速度大小为 （2）冰钎与冰面间相互作用的过程中，人和冰车一直在加速，所以收起冰钎时人与冰车有最大速度，此后人与冰车做匀减速直线运动到静止，因此有 解得最大速度的大小为 （3）冰钎与冰面间相互作用的过程中加速运动的加速度 设冰面对两侧冰钎的合力大小为F，由牛顿第二定律可得 解得 根据牛顿第三定律可知，两侧冰钎对冰面的合力大小 7.答案：C 解析：设轻质弹簧原长为向右缓慢移动并恰好静止时，轻质弹簧形变量为。由于最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则有，解得。剪断轻绳后，P向右运动，之后以轻质弹簧处于原长时的位置为中心，在水平方向做简谐运动，则P在随后的运动过程中相对于其初始位置的最大位移大小为，选项C正确。 8.答案：D 解析：AB.小车加速向右运动，则杆对小球的弹力斜向右上方，不一定沿杆，AB错误;CD.小球所受重力与杆弹力的合力提供加速度，杆对小球的弹力大小为C错误，D正确。故选D。 学科网（北京）股份有限公司 $$