知识点11：运动和力的关系 提高版 -2027届高考物理一轮复习讲义及对应练习

第三章 运动和力的关系 【运动和力的单元知识体系】 知识点11：牛顿三个运动定律的理解 考点一：牛顿第一定律的理解及应用 题型一：应用惯性的相对性分析空气中固体的运动 【知识思维方法技巧】 空气中的铁球和乒乓球的惯性都比对应的等效“空气球”的惯性大。 【典例1提高题】 1．如图所示，A是用绳拴在车厢底部上的氢气球，B是用绳挂在车厢项的金属球，开始时它们和车厢一起向右做匀速直线运动，若司机突然踩油门使车厢做加速运动，则下列哪个图能正确表示加速期间车内的情况（    ） A． B． C． D． 【典例1提高题对应练习】 2．打羽毛球是日常生活中常见的一种休闲运动，在购买羽毛球时，有时我们会直接购买一筒羽毛球，取羽毛球时会出现羽毛球卡在球筒里的现象，要将卡在球筒里的羽毛球取出，可以选择不同的方案。方案一：一手握在球筒中部，另一手用力击打球筒上端。方案二：手持球筒，使球筒下落，敲击水平面。假设方案二中球筒与水平面碰后速度立即变为0。关于这两种方案，下列说法正确的是（    ） A．方案一利用羽毛球的惯性，使其从球筒上端出来 B．方案一利用球筒的惯性，使羽毛球从球筒下端出来 C．方案二利用羽毛球所受的重力，使其从球筒下端出来 D．方案二中球筒敲击水平面后速度变为0，其惯性随之消失 题型二：应用惯性的相对性分析空气中液体的运动 【知识思维方法技巧】 空气中的液体的惯性都比对应的等效“空气球”的惯性大。 【典例2提高题】 3．一碗水置于火车车厢内的水平桌面上，当水面形状接近于如图所示时，火车可能在做（　　） A．向右加速运动 B．向右减速运动 C．向左减速运动 D．向左匀速运动 题型三：应用惯性的相对性分析液体中铁球和木球的运动 【知识思维方法技巧】 悬挂在水中的乒乓球的惯性没有对应的等效“水球”的惯性大。 【典例3提高题】 4．如图所示，容器里盛满水，水中放入铁球P和木球Q，它们用细线分别系于容器的顶部和底部，当容器静止时，细线均处于竖直方向，现使容器以一定的加速度a向右做匀加速直线运动，则此时P、Q两球所处位置正确的是（　　）    A．   B．   C．   D．   题型四：伽利略理想实验的理解 【典例4提高题】 5．为了说明力与运动的关系，伽利略设计了理想斜面实验。让一个小球沿斜面从静止状态开始运动，小球将冲上另一个斜面。如果没有摩擦，小球将到达原来的高度。如果减小第二个斜面的倾角，小球仍将到达原来的高度，但是运动的距离更长。由此推断，当斜面最终变为水平面时，小球要到达原有的高度将永远运动下去。关于该理想实验，下列说法正确的是（     ） A．斜面的阻力不可能完全消除，因此这个实验不能说明力与运动的关系 B．这个斜面实验无法实现，因此实验结论是不正确的 C．这种依据逻辑推理把实际实验理想化的思想是物理学常用的研究方法 D．小球沿斜面运动时还受到重力作用，这说明力是维持运动的原因 考点二：牛顿第二定律的理解及应用 【知识思维方法技巧】 对牛顿第二定律的理解： 题型一：牛顿第二定律的理解及应用： 【知识思维方法技巧】 牛顿第二定律的表达式为F合＝ma，加速度由物体所受合力决定，加速度的方向与物体所受合力的方向一致。当物体所受合力发生突变时，加速度也随着发生突变，而物体运动的速度不能发生突变。 类型一：牛顿第二定律矢量性的应用：分析物体的受力 【典例1a提高题】 6．如图所示，顶端固定着小球的直杆固定在小车上，当小车向右做匀加速运动时，球所受合外力的方向沿图中的（　　） A．OA方向 B．OB方向 C．OC方向 D．OD方向 类型二：牛顿第二定律矢量性瞬时型的综合应用：分析物体的运动 【知识思维方法技巧】 （1）分析物体的运动性质，要从受力分析入手，先求合力，然后根据牛顿第二定律分析加速度的变化． （2）物体做加速运动还是减速运动取决于加速度和速度方向间的关系，和加速度的大小没有关系． （3）加速度如何变化取决于物体的质量和合外力，与物体的速度没有关系． 【典例1b提高题】 7．一位质量为的滑雪运动员从高为的斜坡顶端由静止滑至坡底。如果运动员在下滑过程中受到的阻力为，斜坡的倾角为，取重力加速度大小，下列说法正确的是（　　） A．运动员的加速度的大小为 B．运动员所受重力做的功为 C．运动员受到的支持力的大小为 D．运动员滑至坡底时速度大小为 【典例1b提高题对应练习】 8．某力敏电阻的阻值随着压力的增大而线性减小。一同学利用该力敏电阻设计了判断小车在水平方向上运动状态的装置。其工作原理如图甲所示，将力敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，之间放置一个光滑绝缘重物M，重物与挡板之间通过轻弹簧连接。某次实验中，电压表示数随时间变化关系如图乙所示，已知时间内，小车处于静止状态，则（     ） A．0~时间内，弹簧处于原长状态 B．~时间内，小车的加速度随时间均匀增大 C．~时间内，小车做匀变速直线运动 D．~时间内，小车可能向右做匀加速直线运动 类型三：牛顿第二定律瞬时型的应用：求力或加速度a 【知识思维方法技巧】 解题的思路和关键 （1）选取研究对象进行受力分析； （2）应用正交分解法求合力； （3）根据F合＝ma求物体的加速度a. 【典例1c提高题】 9．如图所示，AC是半径为R的四分之一光滑圆环，固定在竖直面内，圆环圆心在B点，AB竖直。一个光滑定滑轮固定在A点正上方的P点，PB高度为，质量为m的带孔小球a套在圆环上，绕过定滑轮的细线一端连接在小球a上，另一端吊着小球b，两球静止时，Pa段细线长为R，重力加速度为g，不计小球、滑轮的大小，下列说法正确的是（     ） A．小球b的质量为 B．小球b的质量为 C．剪断细线的一瞬间，小球a的加速度大小为g D．剪断细线的一瞬间，小球a的加速度大小为 【典例1c提高题对应练习】 10．如图所示，一轻质弹簧的左端与竖直墙面固连，其右端与物体固连，物体、间用一段轻绳连接，另一段轻绳左端与连接，右端跨过定滑轮与物块连接，整个系统处于静止状态，物块、和的质量都为，不计一切阻力，弹簧形变在弹性限度内，重力加速度为。现将间的轻绳烧断，下列说法正确的是（　　） A．烧断后瞬间，此时的加速度为零 B．烧断后瞬间，此时的加速度为零 C．烧断后瞬间，此时间轻绳的拉力为 D．轻质弹簧第一次恢复至原长时，间轻绳的拉力为 题型二：国际单位制的理解及应用 【知识思维方法技巧】 力学单位制 （1）单位制：基本单位和导出单位一起组成了单位制． （2）基本单位：基本物理量的单位．国际单位制中基本物理量共七个，其中力学有三个，是长度、质量、时间，单位分别是米、千克、秒． （3）导出单位：由基本物理量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位． 【典例2提高题】 11．万有引力定律的表达式为F=G，其中引力常量G的单位是（　　） A．N·m²/kg B．N·m²/kg² C．N·m/kg² D．N²·m²/kg² 12．物理学的单位制有助于我们检查运算结果是否正确。某同学在解答一道已知量完全由字母表达的计算题时，解得某物体的位移表达式如下，请你用单位制的知识检查结果可能正确的是（     ） A． B． C． D． 考点三：牛顿第三定律的理解及应用 题型一：作用力与平衡力的理解 【知识思维方法技巧】 （1）作用力与反作用力的特点：在任何情况下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）相互作用力与一对平衡力的区别：一对平衡力作用在同一个物体上，相互作用力作用在两个不同的物体上。 【典例1提高题】 13．贴“福”字是中国民间由来已久的风俗，小吴同学正写“福”字，如图所示。他在水平桌面上平铺一张红纸，并在红纸左侧靠近边缘处用“镇纸”压住以防止打滑，整个书写过程中红纸始终保持静止，则该同学在书写过程中（     ） A．提笔悬空静止时，手对毛笔的摩擦力大小与握力没有关系，和重力相等，方向竖直向下 B．向下顿笔时，毛笔对红纸的压力等于红纸对毛笔的支持力，它们是一对平衡力 C．向右行笔时，镇纸对红纸的静摩擦力方向向左 D．向右行笔时，红纸对桌面的静摩擦力方向向右 【典例1提高题对应练习】 14．为了活跃校园气氛，增加班级凝聚力，松雷中学高二年级举行了拔河比赛，在水平地面上，六班同学赢了一班同学。下列说法正确的是（    ） A．一班同学的惯性小于六班同学的惯性 B．一班同学对六班同学的拉力等于六班同学对一班同学的拉力 C．六班同学对一班队员的拉力小于地面对一班同学的最大静摩擦力 D．六班同学对地面的压力和六班同学的重力是一对相互作用力 题型二：牛顿第三定律在转换研究对象法中的应用 【知识思维方法技巧】 由于作用力与反作用力的关系，当待求的某个力不容易求时，可先求它的反作用力，再反过来求待求力。如求压力时，可先求支持力，摩擦力的求解亦是如此。 【典例2提高题】 15．某城市“智慧停车楼”的简化模型如图。质量为的汽车静止在升降机的水平托盘上，先以加速度竖直加速上升一段距离，再匀速上升，最后以加速度减速上升至目标楼层。已知重力加速度为，则托盘对汽车的支持力大小（　　） A．在匀速上升阶段为0 B．在加速上升阶段为 C．在减速上升阶段为 D．先小于，再等于，最后大于 【典例2提高题对应练习】 16．如图所示，笼子中一猴子以0.5g的加速度沿杆向下做匀加速运动。已知，笼子质量为M，猴子质量为m，重力加速度为g，则地面对笼子的支持力大小为（　　） A． B． C． D． 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 《知识点11：牛顿三个运动定律的理解 提高版》参考答案： 1．B 【详解】A受绳子拉力、重力、浮力；B受重力、绳子拉力，浮力与重力相比可忽略，题意是一起向右加速，加速度方向向右，A是用绳拴在车厢底部上的氢气球，B是用绳挂在车厢项的金属球，因为金属球比车间内同体积的空气质量大，惯性大，运动状态不易改变，所以金属球相对于车厢向左运动，因为氢气球比车间内同体积的空气质量小，惯性小，运动状态不易改变，所以金属球相对于车厢向右运动，B正确。 故选B。 2．A 【详解】AB．方案一中用力击打球筒上端，球筒向下运动，而羽毛球具有惯性，要保持原来的静止状态，方案一利用羽毛球的惯性，使其从球筒上端出来，A正确，B错误； C．方案二中球筒下落，敲击水平面，球筒与水平面碰后速度立即变为0，而羽毛球具有惯性，要保持原来向下运动的状态，方案二利用羽毛球的惯性，使其从球筒下端出来，C错误； D．惯性是物体本身的属性，与速度无关，D错误。 故选A。 3．B 【详解】图中水面向左倾斜，则碗对水的作用力的方向大致斜向左上方，另外，水受到竖直向下的重力，因此水受到的重力与碗对水作用力的合力的方向向左。则根据牛顿第二定律可知，水的加速度的方向向左，因此水可能向左做加速运动，也可能向右做减速运动，而水的运动状态和火车的运动状态一致，则可知火车可能向左做加速运动，也可能向右做减速运动。 故选B。 4．C 【详解】根据题意，假设把P球拿掉，用同样体积的水球来替代，很显然，当这个水球随容器以加速度向右做匀加速直线运动时，由牛顿第二定律可得，水球受到的水平合力为 且水球相对于容器的原来位置不会改变，我们知道，同样体积的实心铁球质量要比水球质量大，即 由牛顿第二定律可得，铁球做加速运动需要的合力 可知，单靠水的作用力不够，需绳子提供向右的拉力，则P向左偏移，同理可求，向右偏移。 故选C。 5．C 【详解】A．理想实验是在实际实验基础上进行严谨的科学逻辑推理，即使斜面阻力无法完全消除，依然能揭示力是改变物体运动状态的核心规律，完全可以说明力与运动的关系，A错误； B．理想实验虽无法在现实中完全复刻，但推理过程符合物理规律，得出的“运动不需要力维持”的结论是正确的，是牛顿第一定律的重要理论基础，B错误； C．该实验抓住“力改变运动状态”的主要因素，忽略摩擦等次要因素，通过逻辑推理将实验理想化，是物理学普遍使用的科学研究方法，C正确； D．该实验的结论是物体不受力或合力为零时会保持原有运动状态，说明力是改变运动状态的原因，不是维持运动的原因，D错误。 故选C。 6．D 【详解】当小车向右做匀加速运动时，小球和小车是一个整体，所以小球向右做匀加速直线运动，根据牛顿第三定律可得合力沿OD方向。 故选D。 【点睛】根据牛顿第二定律可知，加速度的方向与合力的方向相同，是解决本题的关键。另外要知道杆的弹力不一定沿杆的方向。 7．A 【详解】A．沿斜面方向由牛顿第二定律得 代入数据解得，故A正确； B．重力做的功，故B错误； C．垂直斜面方向运动员受力平衡，所以支持力，故C错误； D．斜坡长度 运动员滑至坡底的过程有 得，故D错误。 故选A。 8．D 【详解】A．已知小车静止，重物M受力平衡，若弹簧为原长，M不受弹簧弹力，也就不会对右侧的力敏电阻产生压力，力敏电阻阻值应为极大，与图中电压恒定（力敏电阻阻值恒定、存在对应压力）矛盾。实际静止时弹簧处于压缩状态，弹簧弹力平衡M对力敏电阻的压力，故A错误； BC．在时间内，电压随时间均匀减小，设。 电路中电流 ，随时间均匀减小。 由闭合电路欧姆定律 ，可得 。 因为随时间线性减小，所以随时间非线性增大（反比例关系）。 又因为与压力呈线性关系，所以压力随时间非线性减小。 对重物，假设其相对小车位置未发生明显变化，弹簧弹力不变。根据牛顿第二定律 由于随时间非线性减小，所以加速度随时间非线性增大，小车做变加速直线运动，故BC错误； D．时间内电压表示数恒定，说明力敏电阻阻值不变，即M对力敏电阻的压力恒定，M受到的合力方向向右，大小恒定、加速度恒定，因此小车加速度恒定，小车可能向右做匀加速直线运动，故D正确。 故选 D。 9．BD 【详解】AB．对小球a受力分析如图所示 由相似三角形可知 其中，代入数据解得小球b的质量为，故A错误，B正确； CD．设细线Pa与竖直方向的夹角为θ，根据几何关系可知，Ba与竖直方向的夹角也为θ，则 解得 剪断细线的一瞬间，设小球的加速度大小为a，根据牛顿第二定律 解得，故C错误，D正确。 故选BD。 10．C 【详解】ABC．间的轻绳烧断之前，物块、和都处于平衡状态，轻质弹簧的弹力等于的重力，即 间的轻绳烧断瞬间，弹簧的弹力不变，、的加速度相等，其大小为 此时间轻绳的拉力设为T，对b由牛顿第二定律有，故AB错误，C正确； D．轻质弹簧第一次恢复至原长时，、的加速度均为零，所以间轻绳的拉力为零，故D错误。 故选C。 11．B 【详解】根据万有引力定律 变形可得 结合各物理量的单位推导G的单位：力的单位是，距离的单位是，质量、的单位是，因此的单位为。 故选B。 12．B 【详解】位移的单位为，力的单位满足，时间单位为，质量单位为，逐一判断各选项等号右侧的单位： A．右侧单位为，为速度单位，与位移单位不符，故A错误； B．右侧单位为，与位移单位一致，故B正确； C．右侧单位为，与位移单位不符，故C错误； D．右侧单位为，与位移单位不符，故D错误。 故选B。 13．D 【详解】A．提笔静止时，手对毛笔的摩擦力大小与握力没有关系，摩擦力和重力平衡，则两者等大反向，则手对毛笔的摩擦力方向竖直向上，故A错误； B．向下顿笔时，毛笔对红纸的压力等于红纸对毛笔的支持力，它们是一对相互作用力，不是平衡力，故B错误； C．不管向什么方向行笔，“镇纸”相对红纸无运动趋势，则红纸与“镇纸”之间不存在摩擦力，故C错误； D．向右行笔时，笔对红纸的滑动摩擦力向右，则由平衡可知，桌面对红纸的静摩擦力向左，由牛顿第三定律，则红纸对桌面的静摩擦力方向向右，故D正确。 故选D。 14．B 【详解】A．质量是惯性大小的量度，由题中条件不能确定一班同学的总质量小于六班同学的总质量，即一班的队员的惯性不一定小于六班的队员的惯性，故A错误； B．一班同学对六班同学的拉力与六班同学对一班同学的拉力是一对相互作用力，大小相等，故B正确； C．因六班胜利，可知六班队员对一班队员的拉力大于地面对一班队员的最大静摩擦力，故C错误； D．六班同学对地面的压力和六班同学的重力是不同性质的力，不是一对相互作用力，故D错误。 故选B。 15．B 【详解】A．在匀速上升阶段汽车受力平衡，则托盘对汽车的支持力大小等于汽车重力大小，A错误； B．在加速上升阶段，根据 可得，B正确； C．在减速上升阶段，根据 可得为，C错误； D．由以上分析可知整个过程中托盘对汽车的支持力大小先大于，再等于，最后小于，D错误。 故选B。 16．A 【详解】设笼子对猴子的摩擦力的，对猴子根据牛顿第二定律 解得 方向数值向上，则猴子对笼子的摩擦力大小为，方向竖直向下，对笼子根据平衡条件可得 可得地面对笼子的支持力大小 故选A。 答案第1页（共2页） 答案第1页（共2页） 学科网（北京）股份有限公司 $