高三物理复习必备精品牛顿运动定律.docx
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高三物理复习必备精品牛顿运动定律
第3章牛顿运动定律
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课程内容标准：
1.通过实验，探究加速度与物体质量、受力之间的关系。
理解牛顿运动定律，用它解释生活中的有关问题，通过实验认识超重与失重现象。
2.认识单位制在物理学中的物理意义。
知道国际单位制中的力学单位。
复习导航
1.对研究对象的受力分析是解题的关键。
要根据力的概念、力产生的条件去进行分析，更要注意结合物体的运动状态去研究。
2.选取适当的坐标系，会对建立方程和求解带来方便。
无论是分解物体的受力还是分解物体的加速度，都要根据题目的具体条件和所求，灵活地建立直角坐标系。
3.注意合外力与加速度的瞬时对应关系，牛顿运动定律是力学的核心，其物理过程的分析和理解能体现学生的综合分析能力、推理能力，是考查的重点。
4.理解超重和失重的本质，然后灵活运用其知识去分析和解决问题。
第1课时牛顿运动定律
1、高考解读
真题品析
知识：
牛顿第二、三定律
例1.（09年广东理科基础）4．建筑工人用图所示的定滑轮装置运送建筑材料。
质量为70.0kg的工人站在地面上，通过定滑轮将20.0kg的建筑材料以0．500m／s2的加速度拉升，忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦，则工人对地面的压力大小为（g取lOm／s2）
A．510NB．490NC．890ND．910N
解析：
对建筑材料进行受力分析根据牛顿第二定律有
得绳子的拉力大小等于F=210N,然后再对人受力分析由平衡的知识得
得FN=490N,根据牛顿第三定律可知人对地面间的压力为490N.B选项对。
答案：
B
点评：
此题为牛顿运动定律的基本应用。
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知识：
v-t图象、牛顿第二定律
例2.（09年山东卷）17．某物体做直线运动的v-t图象如图甲所示，据此判断图乙（F表示物体所受合力，x表示物体的位移）四个选项中正确的是
解析：
由图甲可知前两秒物体做初速度为零的匀加速直线运动，所以前两秒受力恒定，2s-4s做正方向匀加速直线运动，所以受力为负，且恒定，4s-6s做负方向匀加速直线运动，所以受力为负，恒定，6s-8s做负方向匀减速直线运动，所以受力为正，恒定，综上分析B正确。
答案：
B
点评：
在v-t图象中倾斜的直线表示物体做匀变速直线运动，加速度恒定，受力恒定
速度——时间图象特点：
①因速度是矢量，故速度——时间图象上只能表示物体运动的两个方向，t轴上方代表的“正方向”，t轴下方代表的是“负方向”，所以“速度——时间”图象只能描述物体做“直线运动”的情况，如果做曲线运动，则画不出物体的“位移——时间”图象；
②“速度——时间”图象没有时间t的“负轴”，因时间没有负值，画图要注意这一点；
③“速度——时间”图象上图线上每一点的斜率代表的该点的加速度，斜率的大小表示加速度的大小，斜率的正负表示加速度的方向；
④“速度——时间”图象上表示速度的图线与时间轴所夹的“面积”表示物体的位移。
2、知识网络
考点1.牛顿第一定律（惯性定律）
1.内容：
一切物体总保持静止状态或者匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。
2.意义：
⑴揭示了力与运动的关系：
力不是使物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因，从而推翻了亚里士多德“没有力物体不能运动”的错误观点。
⑵揭示了任何物体都有保持静止或运动直线运动的性质------惯性
考点2.惯性
1.定义：
物体所具有的保持静止状态或匀速直线运动状态的性质叫惯性。
2.说明：
⑴惯性是物体本身的固有属性。
与物体受力情况无关，与物体所处的地理位置无关，一切物体都具有惯性。
⑵质量是物体惯性大小的唯一量度，质量大惯性大。
⑶惯性不是一种力，惯性不是一种力，惯性的大小反映了改变物体运动状态的难易程度。
考点3.牛顿第二定律
1.内容：
物体的加速度与物体所受到的合外力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。
2.公式：
3.适用范围：
宏观、低速运动的物体。
考点4.牛顿第三定律
1.内容：
两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。
2.表达式：
3.说明：
作用力与反作用力有“三同、三不同”。
1三同：
大小相同、性质相同、同时存在消失具有同时性
2三不同：
方向不同、作用对象不同、作用的效果不同。
考点5：
力学单位制
在力学中，选用质量、时间、长度三个物理量的单位作为基本单位，选定基本单位后，由物理公式推导出的单位叫导出单位。
基本单位和导出单位一起组成国际单位制。
3、复习方案
基础过关
重难点：
牛顿第三定律
（原创）例3.物体静止在水平桌面上，则（）
A.桌面对物体的支持力的大小等于物体的重力，这两个力是一对平衡力。
B.物体所受的重力和桌面对它的的支持力是一对作用力与反作用力。
C.物体对桌面的压力就是物体的重力，这两个力是同一种性质的力。
D.物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对平衡力。
解析：
AB选项：
受力分析可以得到A选项对BD选项错。
C选项：
物体对桌面的压力的性质是弹力所以C选项错。
答案：
A
点评：
解决这类问题的关键：
是对牛顿第三定律的全面理解，任何运动状态下一对任何性质的作用力和反作用力大小相等、方向相反，要注意区分平衡力与作用力、反作用力。
典型例题
例4．物体A、B都静止在同一水平面上，它们的质量分别是mA和mB，与水平面之间的动摩擦因数分别为μA和μB.用平行于水平面的力F分别拉物体A、B，得到加速度a和拉力F的关系图象分别如图中A、B所示
（1）利用图象求出两个物体的质量mA和mB.
甲同学分析的过程是：
从图象中得到F=12N时，A物体的加速度aA=4m/s2，B物体的加速度aB=2m/s2，根据牛顿定律导出：
;
乙同学的分析过程是：
从图象中得出直线A、B的斜率为：
kA＝tan45°=1,kB=tan26°34′=0.5,而
.
请判断甲、乙两个同学结论的对和错，并分析错误的原因.如果两个同学都错，分析各自的错误原因后再计算正确的结果.
（2）根据图象计算A、B两物体与水平面之间动摩擦因数μA和μB的数值.
解析：
（1）甲同学的解法是错误,因为其忽略了滑动摩擦力;乙同学的解法也是错误的,因为坐标系的纵横坐标的单位长度表示数值不同。
正确的解法：
对A其斜率为
因此
对B其斜率为
因此
（2）对A和B当拉力为4N时,加速度为0
对A有F=μAmAg得
对B有F=μBmBg得
点评：
受力分析是学好高中物理的奠基石，同学们要培养正确受力的习惯。
第2课时牛顿运动定律的应用
（一）：
两类基本问题
1、高考解读
真题品析
知识：
牛顿运动定律中的两类基本问题：
已知受力求运动和已知运动求受力
例1.（09年江苏卷）13.（15分）航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器，其质量m=2㎏，动力系统提供的恒定升力F=28N。
试飞时，飞行器从地面由静止开始竖直上升。
设飞行器飞行时所受的阻力大小不变，g取10m/s2。
（1）第一次试飞，飞行器飞行t1=8s时到达高度H=64m。
求飞行器所阻力f的大小；
（2）第二次试飞，飞行器飞行t2=6s时遥控器出现故障，飞行器立即失去升力。
求飞行器能达到的最大高度h；
（3）为了使飞行器不致坠落到地面，求飞行器从开始下落到恢复升力的最长时间t3。
解析：
（1）第一次飞行中，设加速度为
匀加速运动
由牛顿第二定律
解得
（2）第二次飞行中，设失去升力时的速度为
，上升的高度为
匀加速运动
设失去升力后的速度为
，上升的高度为
由牛顿第二定律
解得
（3）设失去升力下降阶段加速度为
；恢复升力后加速度为
，恢复升力时速度为
由牛顿第二定律
F+f-mg=ma4
且
V3=a3t3
解得t3=
（s）（或2.1s）
答案：
⑴4N⑵42m⑶2.1S
点评：
牛顿运动定律两类基本问题解题的一般步骤
⑴由物体所受的力的情况推断出物体运动的情况：
①确定研究对象，对研究对象进行受力分析，并画出物体的受力图②根据力的合成或分解求出合外力（大小、方向）③根据牛顿第二定律列方程，并求出物体的加速度④结合题中所给的物体运动的初始条件，选择运动学公式求出说需要的运动学量。
⑵由物体运动的情况推断出物体所受的未知力的情况：
①确定研究对象②根据运动情况，利用运动学公式求出物体的加速度③对研究对象进行受力分析④根据牛顿第二定律确定物体所受的合外力从而求出未知力。
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知识：
受力分析、过程分析、牛顿第二定律
例2.（14分）“神舟”六号飞船完成了预定空间科学和技术试验任务后，返回舱于2005年10月17日4时11分开始从太空向地球表面按预定轨道返回，在离地10km的高度打开阻力降落伞减速下降，这一过程中若返回舱所受阻力与速度的平方成正比，比例系数（空气阻力系数）为k，设返回舱总质量M=3000kg，所受空气浮力恒定不变，且认为竖直降落。
从某时刻开始计时，返回舱的运动v-t图象如图中的AD曲线所示，图中AB是曲线在A点的切线，切线交于横轴一点B的坐标为（8，0），CD是平行横轴的直线，交纵轴于C点C的坐标为（0，8）。
G=10m/s2，请解决下列问题：
（1）在初始时刻v0=160m/s时，它的加速度多大？
（2）推证空气阻力系数k的表达式并算出其数值。
（3）返回舱在距离高度h=1m时，飞船底部的4个反推力小火箭点火工作，使其速
度由8m/s迅速减至1m/s后落在地面上，若忽略燃料质量的减少对返回舱总质量的
影响，并忽略此阶段速度变化而引起空气阻力的变化，试估算每支小火箭的平均推力（计算结果取两位有效数字）
2、知识网络
考点1.两类动力学问题
1.已知物体的受力情况，求物体的运动情况。
2.已知物体的运动情况，求物体的受力情况。
考点2.分析两类问题的基本方法
1.抓住受力情况和运动情况之间的联系的桥梁-----加速度。
2.分析流程图
3、复习方案
基础过关
重难点：
受力分析+过程分析
例3.（09年安徽卷）17.为了节省能量，某商场安装了智能化的电动扶梯。
无人乘行时，扶梯运转得很慢；有人站上扶梯时，它会先慢慢加速，再匀速运转。
一顾客乘扶梯上楼，恰好经历了这两个过程，如图所示。
那么下列说法中正确的是
A.顾客始终受到三个力的作用
B.顾客始终处于超重状态
C.顾客对扶梯作用力的方向先指向左下方，再竖直向下
D.顾客对扶梯作用的方向先指向右下方，再竖直向下
解析：
在慢慢加速的过程中顾客受到的摩擦力水平向左，电梯对其的支持力和摩擦力的合力方向指向右上，由牛顿第三定律，它的反作用力即人对电梯的作用方向指向向左下；在匀速运动的过程中，顾客与电梯间的摩擦力等于零，顾客对扶梯的作用仅剩下压力，方向沿竖直向下。
答案：
C
点评：
运动状态的改变取决于受力情况，准确的受力分析是解决好运动情景的基础。
典型例题
例4．（15分）如图所示，长，高，质量的长方体木箱，在水平面上向右做直线运动．当木箱的速度时，对木箱施加一个方向水平向左的恒力，并同时将一个质量的小球轻放在距木箱右端的P点（小球可视为质点，放在P点时相对于地面的速度为零），经过一段时间，小球脱离木箱落到地面．木箱与地面的动摩擦因数为0.2，其他摩擦均不计．取．求：
（1）小球从离开木箱开始至落到地面所用的时间；
（2）小球放上P点后，木箱向右运动的最大位移；
（3）小球离开木箱时木箱的速度．
解析：
第3课时牛顿运动定律的应用
（二）：
共点力的平衡超重和失重
1、高考解读
真题品析
知识：
V-t图；超、失重
例1.（09年广东物理）8.某人在地面上用弹簧秤称得体重为490N。
他将弹簧秤移至电梯内称其体重，
至
时间段内，弹簧秤的示数如图所示，电梯运行的v-t图可能是（取电梯向上运动的方向为正）
解析：
由图可知，在t0-t1时间内，弹簧秤的示数小于实际重量，则处于失重状态，此时具有向下的加速度，在t1-t2阶段弹簧秤示数等于实际重量，则既不超重也不失重，在t2-t3阶段，弹簧秤示数大于实际重量，则处于超重状态，具有向上的加速度，若电梯向下运动，则t0-t1时间内向下加速，t1-t2阶段匀速运动，t2-t3阶段减速下降，A正确；BD不能实现人进入电梯由静止开始运动，C项t0-t1内超重，不符合题意。
答案：
A
点评：
⑴正确识图、用图理解好物理情景。
⑵对超重、失重的理解：
超重并不是说重力增加了，失重并不是说重力减小了，完全失重也不是说重力完全消失了。
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）发生变化。
在完全失重的状态下，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失，如单摆停摆、天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生向下的压强等。
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知识：
失重的理解
例2.科学研究发现，在月球表面：
①没有空气；②重力加速度约为地球表面的1/6；
③没有磁场。
若宇航员登上月球后，在空中同时释放氢气球和铅球，忽略地球和其他星球对月球的影响，以下说法正确的有（）
A、氢气球和铅球都处于超重状态
B、氢气球将向上加速上升，铅球加速下落
C、氢气球和铅球都将下落，但铅球先落到地面
D、氢气球和铅球都将下落，且同时落地
解析：
①没有空气，说明物体不受浮力B选项错。
②重力加速度约为地球表面的1/6，说明物体要下落且同时落地D选项对。
答案：
D
2、知识网络
考点。
1.超重：
当物体具有向上的加速度时，物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体本身重力的现象。
2.失重：
当物体具有向下的加速度时，物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体本身重力的现象。
3.完全失重：
当物体的以加速度a=g竖直向下加速或竖直向上减速时（自由落体运动、竖直上抛运动），物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零的现象。
3、复习方案
基础过关
重难点：
牛顿运动定律、受力分析、过程分析、能量问题
例3.（09年江苏物理）9.如图所示，两质量相等的物块
A、B通过一轻质弹簧连接，B足够长、放置在水平面上，所有接触面均光滑。
弹簧开始时处于原长，运动过程中始终处在弹性限度内。
在物块A上施加一个水平恒力，A、B从静止开始运动到第一次速度相等的过程中，下列说法中正确的有
A．当A、B加速度相等时，系统的机械能最大
B．当A、B加速度相等时，A、B的速度差最大
C．当A、B的速度相等时，A的速度达到最大
D．当A、B的速度相等时，弹簧的弹性势能最大
解析：
对A、B在水平方向受力分析如图，F1为弹簧的拉力；当加速度大小相同为a时，对Ａ有
，对Ｂ有
，得
，在整个过程中Ａ的合力（加速度）一直减小而Ｂ的合力（加速度）一直增大，在达到共同加速度之前A的合力（加速度）一直大于Ｂ的合力（加速度），之后A的合力（加速度）一直小于Ｂ的合力（加速度）。
两物体运动的v-t图象如图，tl时刻，两物体加速度相等，斜率相同，速度差最大，t2时刻两物体的速度相等，Ａ速度达到最大值，两实线之间围成的面积有最大值即两物体的相对位移最大，弹簧被拉到最长；除重力和弹簧弹力外其它力对系统正功，系统机械能增加，tl时刻之后拉力依然做正功，即加速度相等时，系统机械能并非最大值。
答案：
BCD
点评：
处理本题的关键是对物体进行受力分析和运动过程分析，使用图象处理则可以使问题大大简化。
。
典型例题
例4．
（09年安徽卷）22．（14分）在2008年北京残奥会开幕式上，运动员手拉绳索向上攀登，最终点燃了主火炬，体现了残疾运动员坚忍不拔的意志和自强不息的精神。
为了探究上升过程中运动员与绳索和吊椅间的作用，可将过程简化。
一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的定滑轮，一端挂一吊椅，另一端被坐在吊椅上的运动员拉住，如图所示。
设运动员的质量为65kg，吊椅的质量为15kg，不计定滑轮与绳子间的摩擦。
重力加速度取
。
当运动员与吊椅一起正以加速度
上升时，试求
（1）运动员竖直向下拉绳的力；
（2）运动员对吊椅的压力。
解析：
解法一:
（1）设运动员受到绳向上的拉力为F，由于跨过定滑轮的两段绳子拉力相等，吊椅受到绳的拉力也是F。
对运动员和吊椅整体进行受力分析如图所示，则有：
由牛顿第三定律，运动员竖直向下拉绳的力
（2）设吊椅对运动员的支持力为FN，对运动员进行受力分析如图所示，则有：
由牛顿第三定律，运动员对吊椅的压力也为275N
解法二:
设运动员和吊椅的质量分别为M和m；运动员竖直向下的拉力为F，对吊椅的压力大小为FN。
根据牛顿第三定律，绳对运动员的拉力大小为F，吊椅对运动员的支持力为FN。
分别以运动员和吊椅为研究对象，根据牛顿第二定律
①
②
由①②得
答案：
440N，275N
点评：
连接体问题的处理方法⑴整体法：
连接体和各物体如果有共同的加速度，求加速度可把连接体作为一个整体，运用牛顿第二定律列方程求解。
⑵隔离法：
如果要求连接体之间的相互作用力，必须隔离出其中一个物体，对该物体应用牛顿第二定律求解。
第4课时实验（4）验证牛顿运动定律
1、高考解读
真题品析
知识：
研究牛顿第二定律
例1.（09年上海物理）17．（6分）如图为“用DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和力的关系”的实验装置。
（1）在该实验中必须采用控制变量法，应保持___________不变，用钩码所受的重力作为___________，用DIS测小车的加速度。
（2）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（如图所示）。
①分析此图线的OA段可得出的实验结论是_________________________________。
②（单选题）此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是
A．小车与轨道之间存在摩擦B．导轨保持了水平状态
C．所挂钩码的总质量太大D．所用小车的质量太大
解析：
（1）因为要探索“加速度和力的关系”所以应保持小车的总质量不变，钩码所受的重力作为小车所受外力；
（2）由于OA段a-F关系为一倾斜的直线，所以在质量不变的条件下，加速度与外力成正比；由实验原理：
得
，而实际上
，可见AB段明显偏离直线是由于没有满足M>>m造成的。
答案：
（1）小车的总质量，小车所受外力
（2）①在质量不变的条件下，加速度与外力成正比②C
点评：
知晓研究思路、会分析实验误差产生的原因。
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知识：
匀变速直线运动、探究加速度与物体质量、物体受力的关系
例2.09年江苏物理）11.（10分）“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图甲所示。
（1）在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸袋如图乙所示。
计时器打点的时间间隔为0.02s.从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离。
该小车的加速度a=______m/s2.（结果保留两位有效数字）
（2）平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上.挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度。
小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：
砝码盘中砝码总重力F（N）
0.196
0.392
0.588
0.784
0.980
加速度a（m·s-2）
0.69
1.18
1.66
2.18
2.70
请根据实验数据作出a-F的关系图像.
（3）根据提供的试验数据作出的
-F图线不通过原点，请说明主要原因。
解析：
（1）
，t=0.1s，
（3.68-3.52）
m，带入可得加速度
=0.16m/s2。
也可以使用最后一段和第二段的位移差求解，得加速度
=0.15m/s2.
（2）如图所示。
（3）与纵坐标相交而不过原点，该交点说明当不挂砝码时，小车仍由加速度，即绳对小车仍有拉力，从此拉力的来源考虑很容易得到答案，是因为砝码盘的重力，而在
（2）问的图表中只给出了砝码的总重力，而没有考虑砝码盘的重力。
答案：
（1）0.16（0.15也算对）；
（2）（见图）；（3）未计入砝码盘的重力。
点评：
⑴处理匀变速直线运动中所打出的纸带，求解加速度用公式
，关键弄清公式中各个量的物理意义，
为连续相等时间内的位移差，t为连需相等的时间间隔
（2）根据图中的数据，合理的设计横纵坐标的刻度值，使图线倾斜程度太小也不能太大，以与水平方向夹角45°左右为宜。
由此确定F的范围从0设置到1N较合适，而a则从0到3m/s2较合适。
设好刻度，根据数据确定个点的位置，将个点用一条直线连起来，延长交与坐标轴某一点。
（3）处理图象问题要注意图线的斜率、交点、拐点、面积等意义，能正确理解这些量的意义则很多问题将会迎刃而解。
2、知识网络
一、实验目的
验证牛顿第二定律
二、实验原理
1．如图所示装置，保持小车质量M不变，改变小桶内砂的质量m，从而改变细线对小车的牵引力F（当m<2．保持小桶和砂的质量不变，
在小车上加减砝码,改变小车
的质量M，测出小车的对应加速度a,由多组a、M数据作出加速度和质量倒数的关系a-M-1图线,验证加速度是否与质量成反比。
三、实验器材
小车，砝码，小桶，砂,细线，附有定滑轮的长木板,垫块，打点计时器，低压交流电源,导线两根,纸带,托盘天平及砝码，米尺。
四、实验步骤
1．用调整好的天平测出小车和小桶的质量M和m，把数据记录下来。
2．按如图装置把实验器材安装好，只是不把挂小桶用的细线系在小车上，即不给小车加牵引力。
3．平衡摩擦力：
在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上垫块，反复移动垫块的位置，直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态（可以从纸带上打的点是否均匀来判断）。
4．在小车上加放砝码，小桶里放入适量的砂，把砝码和砂的质量M'和m'记录下来。
把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶,接通电源,放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,取下纸带,在纸带上写上编号.
5.保持小车的质量不变，改变砂的质量（要用天平称量），按步骤4再做5次实验。
6.算出每条纸带对应的加速度的值。
7.用纵坐标表示加速度a，横坐标表示作用力F，即砂和桶的总重力（m+m'）g，根据实验结果在坐标平面上描出相应的点，作图线。
若图线为一条过原点的直线，就证明了研究对象质量不变时其加速度与它所受作用力成正比。
8.保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，并做好记录，求出相应的加速度,用纵坐标表示加速度a，横坐标表示小车和车内砝码总质量的倒数
在坐标平面上根据实验v结果描出相应的点并作图线，若图线为一条过原点的直线,就证明了研究对象所受作用力不变时其加速度与它的质量成反比。
五、注意事项
1．砂和小桶的总质量v不要超过小车和砝码的总质量的1/10。
2．在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源。
用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的，表明小车受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡。
3．作图时应该使所作的直线通过尽可能多的点,不在直线上的点也要尽可能对称地分布在直线的两侧，但如遇个别特别偏离的点可舍去。
3、复习方案
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