第07讲 牛顿第一定律、牛顿第二定律【三大题型】讲义 -2027届高考物理一轮复习

该高中物理讲义聚焦牛顿第一定律、第二定律及超重失重高考核心考点，按“定律内涵-惯性本质-运动与力关系”逻辑架构梳理知识，通过考点精析（如理想实验验证、惯性量度）、方法指导（加速度分析技巧）、真题训练（典型例题及变式），帮助学生构建力学问题分析框架，突破理解难点。 讲义突出科学思维与模型建构，设计“概念辨析-情境应用-规律总结”教学活动，如用伽利略斜面实验培养逻辑推理能力，通过超重失重条件对比模型强化理解，配合分层练习确保高效复习，助力学生提升应考能力，为教师把控复习节奏提供清晰指导。

第07讲 牛顿第一、第二运动定律热点题型 热点题型 题型一 牛顿第一定律 题型二 牛顿第二定律 题型三 超重和失重问题 典型例题 【例1】关于惯性，下列说法正确的是（　　） A．跳远运动员助跑起跳，是为了增大惯性 B．我国航天员在地球上的惯性比在空间站里的大 C．行驶中的质量相同的两辆汽车，行驶快的不容易停下来，所以速度大的物体惯性大 D．踢出去的足球能够继续飞行，是因为惯性的缘故 一、牛顿第一定律 1．内容：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．理想实验：它是在经验事实基础上采用科学的抽象思维来展开的实验，是人们在思想上塑造的理想过程。牛顿第一定律是通过理想斜面实验得出的，它不能(填“不能”或“可以”)由实际的实验来验证。 3．物理意义 (1)揭示了物体在不受外力或所受合外力为零时的运动规律。 (2)提出了一切物体都具有惯性，即物体维持其原有运动状态的特性。 (3)揭示了力与运动的关系，说明力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。 注意：运动状态的改变指速度的改变，速度改变则必有加速度，故力是物体产生加速度的原因。 二、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叫作惯性。 2．惯性大小的量度 质量是物体惯性大小的唯一量度。物体的质量越大，惯性越大；物体的质量越小，惯性越小。 3．对惯性的理解 (1)惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。 (2)物体惯性的大小只取决于物体的质量，与物体的受力情况、速度大小及所处位置无关。 (3)物体惯性表现形式： ①形式一：“保持原状”。物体不受外力或所受的合外力为零时，惯性表现为物体保持匀速直线运动状态或静止状态。 ②形式二：“反抗改变”。物体受到外力且合外力不为零时，惯性表现为物体运动状态改变的难易程度。惯性越大，物体的运动状态越难改变。 【变式1-1】伽利略曾设计过一个斜面实验：让小球沿一个斜面从静止开始向下运动，小球将“冲”上另一个斜面；减小第二个斜面的倾角，重复实验，直至斜面最终变为水平。如图是现代所做的伽利略斜面实验的频闪照片（组合图），下列说法中正确的是（　　） A．该实验充分证实了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的观点 B．伽利略设计的无摩擦的斜面可以通过改进实验装置制作工艺实现 C．小球沿斜面向上运动越来越慢，主要是摩擦作用的影响 D．这种理想实验是依据逻辑推理把实际实验理想化，从而揭示现象本质的研究方法 【变式1-2】　如图所示，物理老师用一根筷子穿透一个苹果，他一手拿筷子，另一只手拿锤子敲击筷子上端，发现苹果会沿着筷子向上“爬”，下列说法正确的是（　　） A．苹果越大越容易完成该实验 B．苹果会沿着筷子向上“爬”是因为筷子具有惯性 C．该实验原理主要是利用牛顿第三定律 D．若把该实验搬到月球上去做，由于惯性减小，可能导致实验失败 【变式1-3】物理学的发展推动了人们对客观世界的认识，促进了人类文明进步。牛顿第一定律是科学家集体智慧的结晶，下列说法中正确的是（　　） A．质量越大的物体惯性越大 B．短跑运动员跑得越快惯性越大 C．牛顿最早通过理想斜面实验得出力不是维持物体运动的原因 D．开普勒开创了运用逻辑推理和实验相结合进行科学研究的方法 题型二： 牛顿第二定律 典型例题 【例2】如图，一不可伸长轻绳两端各连接一质量为m的小球，初始时整个系统静置于光滑水平桌面上，两球间的距离等于绳长L。一大小为F的水平恒力作用在轻绳的中点，方向与两球连线垂直。当两球运动至二者相距L时，它们加速度的大小均为(　　) A. B. C. D. 【变式2-1】在空间站中，如需测量一个物体的质量，需要运用一些特殊方法。如图所示，先对质量为m1＝1.0 kg的标准物体P施加一水平恒力F，测得其在1 s内的速度变化量大小是10 m/s，然后将标准物体P与待测物体Q紧靠在一起，施加同一水平恒力F，测得它们1 s内速度变化量大小是2 m/s。则待测物体Q的质量m2为(　　) A．3．0 kg B．4．0 kg C．5．0 kg D．6．0 kg 【变式2-2】(多选)如图所示，水平轻弹簧两端拴接两个质量均为m的小球a和b，拴接小球的细线P、Q固定在天花板上，两球静止，两细线与水平方向的夹角均为37°。现剪断细线P，弹簧的劲度系数为k，重力加速度大小为g，取sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8。下列说法正确的是(　　) A．剪断细线P前，弹簧形变量为 B．剪断细线P的瞬间，小球b的加速度大小为 C．剪断与a球连接处的弹簧的瞬间，细线P的拉力变小 D．剪断与a球连接处的弹簧的瞬间，小球a的加速度大小为0.8g 超重、失重和完全失重的对比 名称 超重 失重 完全失重 产生条件 物体的加速度向上 物体的加速度向下 物体竖直向下的加速度等于g 对应运动情境 加速上升或减速下降 加速下降或减速上升 自由落体运动、竖直上抛运动等 原理 F－mg＝ma F＝mg＋ma mg－F＝ma F＝mg－ma mg－F＝mg F＝0 说明 (1)发生超重或失重现象时，物体所受的重力没有变化，只是压力(或拉力)变大或变小了。 (2)在完全失重的状态下，一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力作用、液柱不再产生压强等。 【变式3-1】蹦床属于体操运动的一种，有“空中芭蕾”之称。某次比赛过程中，一运动员做蹦床运动时，利用力传感器测得运动员所受蹦床弹力随时间的变化图像如图所示。若运动员仅在竖直方向运动，不计空气阻力，取重力加速度大小。依据图像给出的信息，下列说法正确的是（　　） 【变式3-4】如图甲所示，质量为m=2kg的物块挂在弹簧秤的下端，在弹簧秤的拉力作用下沿竖直方向从静止开始做直线运动。取竖直向上为正方向，物块的加速度随时间的变化关系如图乙所示，弹簧秤始终在弹性限度内，g取10m/s2。下列说法正确的是（　　） A．2s~6s内物块先超重后失重，弹簧秤的示数一直减小 B．0~6s内物块先超重后失重，速度变化量大小为3m/s C．0~6s内物块先失重后超重，6s时物块的速度为6m/s D．0~6s内物块先失重后超重，弹簧秤6s末的示数为24N 【变式3-5】建筑工地常用吊车通过钢索将建筑材料从地面吊到高处。如图所示为建筑材料被吊车竖直向上提升过程的简化运动图像，下列判断正确的是（     ） A．前10s的平均速度大于后6s的平均速度 B．整个过程上升高度是28m C．前5s内的平均速度大小为0.25m/s D．前10s钢索最容易发生断裂 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第07讲 牛顿第一、第二运动定律热点题型 热点题型 题型一 牛顿第一定律 题型二 牛顿第二定律 题型三 超重和失重问题 典型例题 【例1】关于惯性，下列说法正确的是（　　） A．跳远运动员助跑起跳，是为了增大惯性 B．我国航天员在地球上的惯性比在空间站里的大 C．行驶中的质量相同的两辆汽车，行驶快的不容易停下来，所以速度大的物体惯性大 D．踢出去的足球能够继续飞行，是因为惯性的缘故 【答案】D 【详解】A．跳远运动员助跑起跳是为了利用初速度增加跳远距离，但惯性大小仅由质量决定，运动员质量未变，故惯性未增大，故A错误； B．惯性大小只取决于质量，航天员在地球和空间站的质量相同，故惯性相同，故B错误； C．惯性大小仅与质量有关，质量大的物体惯性大，与速度无关，故C错误； D．踢出去的足球继续飞行是由于惯性，足球保持原有运动状态，直至外力改变它，故D正确。 故选D。 一、牛顿第一定律 1．内容：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．理想实验：它是在经验事实基础上采用科学的抽象思维来展开的实验，是人们在思想上塑造的理想过程。牛顿第一定律是通过理想斜面实验得出的，它不能(填“不能”或“可以”)由实际的实验来验证。 3．物理意义 (1)揭示了物体在不受外力或所受合外力为零时的运动规律。 (2)提出了一切物体都具有惯性，即物体维持其原有运动状态的特性。 (3)揭示了力与运动的关系，说明力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。 注意：运动状态的改变指速度的改变，速度改变则必有加速度，故力是物体产生加速度的原因。 二、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叫作惯性。 2．惯性大小的量度 质量是物体惯性大小的唯一量度。物体的质量越大，惯性越大；物体的质量越小，惯性越小。 3．对惯性的理解 (1)惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。 (2)物体惯性的大小只取决于物体的质量，与物体的受力情况、速度大小及所处位置无关。 (3)物体惯性表现形式： ①形式一：“保持原状”。物体不受外力或所受的合外力为零时，惯性表现为物体保持匀速直线运动状态或静止状态。 ②形式二：“反抗改变”。物体受到外力且合外力不为零时，惯性表现为物体运动状态改变的难易程度。惯性越大，物体的运动状态越难改变。 【变式1-1】伽利略曾设计过一个斜面实验：让小球沿一个斜面从静止开始向下运动，小球将“冲”上另一个斜面；减小第二个斜面的倾角，重复实验，直至斜面最终变为水平。如图是现代所做的伽利略斜面实验的频闪照片（组合图），下列说法中正确的是（　　） A．该实验充分证实了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的观点 B．伽利略设计的无摩擦的斜面可以通过改进实验装置制作工艺实现 C．小球沿斜面向上运动越来越慢，主要是摩擦作用的影响 D．这种理想实验是依据逻辑推理把实际实验理想化，从而揭示现象本质的研究方法 【答案】D 【详解】A．该实验反驳了亚里士多德的观点，A错误； B．现实世界中无法制造严格意义上“无摩擦”的实验装置，B错误； C．小球沿斜面向上运动越来越慢，主要是受重力的影响，C错误； D．理想实验是依据逻辑推理把实际实验理想化，从而揭示现象本质的研究方法，故D正确。 故选D。 【变式1-2】　如图所示，物理老师用一根筷子穿透一个苹果，他一手拿筷子，另一只手拿锤子敲击筷子上端，发现苹果会沿着筷子向上“爬”，下列说法正确的是（　　） A．苹果越大越容易完成该实验 B．苹果会沿着筷子向上“爬”是因为筷子具有惯性 C．该实验原理主要是利用牛顿第三定律 D．若把该实验搬到月球上去做，由于惯性减小，可能导致实验失败 【答案】A 【详解】ABC．该实验的原理是牛顿第一定律，即惯性定律，任何物体总要保持原有的运动状态（静止或匀速直线运动），除非外力迫使它改变这种状态。当拿锤子敲击筷子上端时，筷子快速下降，而苹果由于具有惯性，要保持原有的运动状态，位置保持不变，但筷子下降，则苹果相对筷子在向上运动，即苹果会沿着筷子向上“爬”，不是苹果受到筷子的向上的力向上“爬”，苹果越大，惯性越大，越容易完成该实验，故A正确，BC错误； D．惯性是物体本身固有的属性，其大小只与物体的质量有关。同一苹果在月球质量不变，若把该实验搬到月球上去做，由于惯性不变，该实验依然能够完成，故D错误。 故选A。 【变式1-3】物理学的发展推动了人们对客观世界的认识，促进了人类文明进步。牛顿第一定律是科学家集体智慧的结晶，下列说法中正确的是（　　） A．质量越大的物体惯性越大 B．短跑运动员跑得越快惯性越大 C．牛顿最早通过理想斜面实验得出力不是维持物体运动的原因 D．开普勒开创了运用逻辑推理和实验相结合进行科学研究的方法 【答案】A 【详解】A．根据牛顿第一定律，惯性是物体抵抗运动状态改变的性质，只与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，故A正确； B．惯性只与质量有关，与物体的速度无关，短跑运动员的速度变化不影响其惯性，故B错误； C．伽利略通过理想斜面实验得出力不是维持物体运动的原因，牛顿在此基础上总结出牛顿第一定律，故C错误； D．伽利略开创了运用逻辑推理和实验相结合进行科学研究的方法，开普勒主要研究行星运动，使用数学推导分析天文数据，并未开创该方法，故D错误。 故选A。 题型二： 牛顿第二定律 典型例题 【例2】如图，一不可伸长轻绳两端各连接一质量为m的小球，初始时整个系统静置于光滑水平桌面上，两球间的距离等于绳长L。一大小为F的水平恒力作用在轻绳的中点，方向与两球连线垂直。当两球运动至二者相距L时，它们加速度的大小均为(　　) A. B. C. D. 【答案】　A 【详解】　当两球运动至二者相距L时，如图所示， 由几何关系可知sin θ＝＝ 由数学知识可知cos θ＝， 设绳子拉力为FT，对结点O， 由平衡条件：水平方向有2FTcos θ＝F， 解得FT＝F 对任意小球由牛顿第二定律有FT＝ma 解得a＝，故A正确，B、C、D错误。 【变式2-1】在空间站中，如需测量一个物体的质量，需要运用一些特殊方法。如图所示，先对质量为m1＝1.0 kg的标准物体P施加一水平恒力F，测得其在1 s内的速度变化量大小是10 m/s，然后将标准物体P与待测物体Q紧靠在一起，施加同一水平恒力F，测得它们1 s内速度变化量大小是2 m/s。则待测物体Q的质量m2为(　　) A．3．0 kg B．4．0 kg C．5．0 kg D．6．0 kg 【答案】　B 【详解】　对P施加F时，根据牛顿第二定律有a1＝＝＝10 m/s2，对P和Q整体施加F时，根据牛顿第二定律有a2＝＝＝2 m/s2，联立解得m2＝4.0 kg，故选B。 【变式2-2】(多选)如图所示，水平轻弹簧两端拴接两个质量均为m的小球a和b，拴接小球的细线P、Q固定在天花板上，两球静止，两细线与水平方向的夹角均为37°。现剪断细线P，弹簧的劲度系数为k，重力加速度大小为g，取sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8。下列说法正确的是(　　) A．剪断细线P前，弹簧形变量为 B．剪断细线P的瞬间，小球b的加速度大小为 C．剪断与a球连接处的弹簧的瞬间，细线P的拉力变小 D．剪断与a球连接处的弹簧的瞬间，小球a的加速度大小为0.8g 【答案】　ACD 【详解】　剪断细线P前，对小球a进行受力分析，小球a受竖直向下的重力、水平向右的弹簧弹力以及沿细线P斜向上的拉力。根据共点力平衡有FTsin 37°＝mg，FTcos 37°＝kx，联立解得x＝，故A正确；剪断细线P的瞬间，弹簧的弹力不变，小球b所受合力为零，所以小球b处于静止状态，加速度为0，故B错误；剪断细线P前，细线P的拉力大小为FT＝mg，剪断与a球连接处的弹簧的瞬间，小球a所受弹簧的弹力为零，小球a即将摆动，此时摆动的速度为零，则径向合力为零，切向合力提供切向加速度，有FT′－mgsin 37°＝man＝0，mgcos 37°＝mat，解得FT′＝mg<FT＝mg，at＝g，即剪断与a球连接处的弹簧的瞬间，细线P的拉力变小，小球a的加速度大小为0.8g，故C、D正确。 超重、失重和完全失重的对比 名称 超重 失重 完全失重 产生条件 物体的加速度向上 物体的加速度向下 物体竖直向下的加速度等于g 对应运动情境 加速上升或减速下降 加速下降或减速上升 自由落体运动、竖直上抛运动等 原理 F－mg＝ma F＝mg＋ma mg－F＝ma F＝mg－ma mg－F＝mg F＝0 说明 (1)发生超重或失重现象时，物体所受的重力没有变化，只是压力(或拉力)变大或变小了。 (2)在完全失重的状态下，一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力作用、液柱不再产生压强等。 【变式3-1】蹦床属于体操运动的一种，有“空中芭蕾”之称。某次比赛过程中，一运动员做蹦床运动时，利用力传感器测得运动员所受蹦床弹力随时间的变化图像如图所示。若运动员仅在竖直方向运动，不计空气阻力，取重力加速度大小。依据图像给出的信息，下列说法正确的是（　　） A．运动员的质量为60kg B．运动员的最大加速度为45m/s2 C．运动员离开蹦床后上升的最大高度为5m D．9.3s至10.1s内，运动员一直处于超重状态 【答案】ABC 【详解】A．由图知运动员的重力为mg=600N，解得m=60kg，故A正确； B．运动员在运动过程中受到的最大弹力Fm=3300N 根据牛顿第二定律可得Fm-mg=mam 解得am=45m/s2，故B正确； C．在空中运动的时间为t0=9.3s-7.3s=2s，下落时间为t=1s 最大高度为，故C正确； D．蹦床弹力大于重力，运动员处于超重状态，蹦床弹力小于重力，运动员处于失重状态，在9.3s至10.1s内，蹦床弹力从0开始增大到最大，然后减小为0，则运动员先处于失重状态，然后处于超重状态，最后失重状态，故D错误。 故选ABC。 【变式3-2】如图甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在水平面上，时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧至最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复，通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出这一过程弹簧弹力随时间的变化图像如图乙所示，忽略空气阻力，则（　　） A．时刻小球速度最大 B．时刻弹簧弹力等于小球重力 C．至时间内，小球速度先增大后减小 D．时刻小球处于完全失重状态 【答案】CD 【详解】A．小球落到弹簧表面后，开始压缩弹簧，此后弹簧的弹力开始增大，小球受到的合力减小，但方向仍然向下；当重力等于弹力时合力为零，速度达最大，故时刻小球速度没有达到最大，故A错误； B．当重力等于弹力时合力为零，速度达最大，之后弹力继续增大，弹力大于重力，小球向下做减速运动，最低点时弹力最大，由图可知时刻弹力最大，小球速度为0，故B错误； C．至这段时间内，小球受到的弹力逐渐变小，开始时弹力大于重力，小球向上做加速运动，当弹力等于重力时，速度最大；当弹力小于重力时，小球向上做减速运动，故小球的速度先增大后减小，故C正确； D．时刻，弹簧的弹力为0，说明小球离开弹簧，只受重力作用，具有向下的加速度g，小球处于完全失重状态，故D正确。 故选CD。 【变式3-3】．同学为研究超重、失重现象，在电梯中放置了一个体重秤，自己站在体重秤上。他记录了电梯运行过程中秤的示数，并描绘了变化曲线，如图所示。则下列分析正确的是（　　） A．该同学到（不含、）处于失重状态，所受重力小于490N B．该同学到（不含、）处于超重状态，对秤的压力大于490N C．电梯可能开始在1楼，先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在3楼 D．电梯可能开始在3楼，先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后停在1楼 【答案】BD 【详解】A．电梯只在启动和停止的过程中做变速运动，其他时间做匀速运动，即、做变速运动，其他时间做匀速运动，由此可知，该同学的体重为490N，处于失重状态，所受支持力小于重力，而物体所受重力并不因电梯的运行而改变，故A错误。 B．处于超重状态，所受支持力大于重力，压力和支持力是一对相互作用力，二者相等，所以压力也大于重力，故B正确。 CD．由于电梯在加速下降和减速上升时处于失重状态，在加速上升和减速下降中处于超重状态，图示为先失重（）后超重（），所以只能是从高楼层下到低楼层，故C错误，D正确。 故选BD。 【变式3-4】如图甲所示，质量为m=2kg的物块挂在弹簧秤的下端，在弹簧秤的拉力作用下沿竖直方向从静止开始做直线运动。取竖直向上为正方向，物块的加速度随时间的变化关系如图乙所示，弹簧秤始终在弹性限度内，g取10m/s2。下列说法正确的是（　　） A．2s~6s内物块先超重后失重，弹簧秤的示数一直减小 B．0~6s内物块先超重后失重，速度变化量大小为3m/s C．0~6s内物块先失重后超重，6s时物块的速度为6m/s D．0~6s内物块先失重后超重，弹簧秤6s末的示数为24N 【答案】AB 【详解】CD．0∼4s：a>0，加速度向上，全程超重；4∼6s：a<0，加速度向下，全程失重。 因此 0~6s 先超重、后失重，故CD错误； A．内，加速度（超重），内，加速度 （失重），先超重后失重。 根据牛顿第二定律 可得，加速度一直减小，因此拉力F一直减小，故A 正确； B．根据加速度的物理意义，图像与时间轴围成的面积表示速度变化量。 0~2s是梯形，面积为 2~4s是三角形，面积为 4~6s是时间轴下方的三角形，面积为 总速度变化量，速度变化量大小为，且0~6s先超重后失重，故B正确。 故选 AB。 【变式3-5】建筑工地常用吊车通过钢索将建筑材料从地面吊到高处。如图所示为建筑材料被吊车竖直向上提升过程的简化运动图像，下列判断正确的是（     ） A．前10s的平均速度大于后6s的平均速度 B．整个过程上升高度是28m C．前5s内的平均速度大小为0.25m/s D．前10s钢索最容易发生断裂 【答案】BCD 【详解】A．根据题意，结合图像可得，前10s的平均速度为 后6s的平均速度为，故A错误； B．根据图像面积表示位移，由图可知，整个过程上升高度是，故B正确； C．根据题意，由图可知，5s末建筑材料的速度为 则前5s内的平均速度大小为，故C正确； D．前10s内建筑材料加速上升，处于超重状态，钢索最容易发生断裂，故D正确。 故选BCD。 / 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $