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2021高考物理一轮复习 第3章 牛顿运动定律 第1讲 牛顿第一定律、第二定律的理解学案

2021高考物理一轮复习 第3章 牛顿运动定律 第1讲 牛顿第一定律、第二定律的理解学案

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第三章 牛顿运动定律
考情分析
本章内容是高考的重点，单独考查的题目多为选择题，与直线运动、曲线运动、电磁学等知识结合的题目多为计算题。
重要考点
1.牛顿运动定律及其应用(Ⅱ)
2．超重和失重(Ⅰ)
实验四：验证牛顿运动定律
考点解读
1.从近几年的高考考点分布知道，本章主要考查考生能否准确理解牛顿运动定律的意义，能否熟练应用牛顿第二定律、牛顿第三定律和受力分析解决运动和力的问题，以及对超重和失重现象的理解，对探究加速度与力、质量的关系的方法和原理的掌握。
2．高考命题中有关本章内容的题型有选择题、实验题、计算题。高考试题往往综合牛顿运动定律和运动学规律进行考查，考题中注重与电场、磁场的渗透，并常常与生活、科技、工农业生产等实际问题相联系。
3．本章内容含有中学物理的基本规律和核心知识，在整个物理学中占有非常重要的地位，且为高考命题的重点和热点，考查和要求的程度往往较高。
第1讲　牛顿第一定律、第二定律的理解

主干梳理 对点激活

知识点　　牛顿第一定律　Ⅱ
1．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)意义
①揭示了物体的固有属性：一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又叫惯性定律。
②揭示了力与运动的关系：力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因，即力是产生加速度的原因。
(3)适用范围：惯性参考系。
2．惯性
(1)定义：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质。
(2)惯性的两种表现
①物体不受外力作用时，其惯性表现在保持静止或匀速直线运动状态。
②物体受外力作用时，其惯性表现在反抗运动状态的改变。
(3)量度：质量是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。
(4)普遍性：惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性，与物体的运动情况和受力情况无关(选填“有关”或“无关”)。
知识点　　牛顿第二定律　Ⅱ
单位制　Ⅰ
1.牛顿第二定律
(1)内容：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)表达式：F＝kma，当F、m、a单位采用国际单位制时k＝1，F＝ma。
(3)适用范围
①牛顿第二定律只适用于惯性参考系(相对地面静止或做匀速直线运动的参考系)。
②牛顿第二定律只适用于宏观物体(相对于分子、原子)、低速运动(远小于光速)的情况。
2．单位制、基本单位、导出单位
(1)单位制：基本单位和导出单位一起组成了单位制。
①基本物理量：只要选定几个物理量的单位，就能够利用物理公式推导出其他物理量的单位，这些被选定的物理量叫做基本物理量。
②基本单位：基本物理量的单位。力学中的基本物理量有三个，它们是质量、时间、长度，它们的单位千克、秒、米就是基本单位。
③导出单位：由基本单位根据物理关系推导出来的其他物理量的单位。
(2)国际单位制中的基本单位
基本物理量
符号
单位名称
单位符号
质量
m
千克
kg
时间
t
秒
s
长度
l
米
m
电流
I
安[培]
A
热力学温度
T
开[尔文]
K
物质的量
n
摩[尔]
mol
发光强度
I，(IV)
坎[德拉]
cd

一 堵点疏通
1．牛顿第一定律是根据实验得到的定律，可以通过实验验证。(　　)
2．环绕地球运动的宇宙飞船处于完全失重状态，没有惯性。(　　)
3．汽车速度越大，刹车时越难停下来，表明物体的速度越大，其惯性越大。(　　)
4．牛顿第一定律是牛顿第二定律的特例。(　　)
5．力的单位是牛顿，简称牛，也属于基本单位。(　　)
6．物理公式不仅确定了物理量之间的数量关系，同时也确定了物理量间的单位关系。(　　)
答案　1.×　2.×　3.×　4.×　5.×　6.√
二 对点激活
1．(人教版必修1·P70·T1～3改编)(多选)下列对牛顿第一定律和惯性的分析正确的是(　　)
A．飞机投弹时，如果当目标在飞机的正下方时投下炸弹，则能击中目标
B．地球自西向东自转，人向上跳起来后，还会落到原地
C．安全带的作用是防止汽车刹车时人由于具有惯性仍向前运动而发生危险
D．向上抛出的物体，在空中向上运动时，肯定受到了向上的作用力
答案　BC
解析　飞机投下的炸弹由于惯性做平抛运动，所以目标在正下方时不能击中；地球自西向东转，人向上跳起后，由于惯性人也跟地球一起从西向东运动，故人仍落到原地；紧急刹车时，汽车停止运动，人由于惯性仍向前运动，容易撞伤，所以系上安全带对人起到保护作用；向上抛出的物体，由于惯性，在空中继续向上运动，而不是受到向上的作用力。所以B、C正确。
2．(多选)关于力学单位制，以下说法中正确的是(　　)
A．kg、m/s、N等单位为导出单位
B．kg、m、s都是基本单位
C．牛顿第二定律的表达式F＝kma，式中各物理量取国际单位时k＝1
D．在国际单位制中，质量的单位可以是kg，也可以是g
答案　BC
解析　kg为基本单位，故A错误；kg、m、s是国际单位制中的基本单位，故B正确；F＝kma，质量取“kg”，a取“m/s2”，F取“N”时k＝1，C正确；国际单位制中质量的单位是kg，而不是g，故D错误。

考点细研 悟法培优

考点1　　牛顿第一定律的理解
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。力是如何改变物体运动状态的问题由牛顿第二定律来回答。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。
例1　伽利略创造的把实验、假设和逻辑推理相结合的科学方法，有力地促进了人类科学认识的发展。利用如图所示的装置做如下实验：小球从左侧斜面上的O点由静止释放后沿斜面向下运动，并沿右侧斜面上升。斜面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材料时，小球沿右侧斜面上升到的最高位置依次为1、2、3。根据三次实验结果的对比，可以得到的最直接的结论是(　　)

A．如果斜面光滑，小球将上升到与O点等高的位置
B．如果小球不受力，它将一直保持匀速直线运动或静止状态
C．如果小球受到力的作用，它的运动状态将发生改变
D．小球受到的力一定时，质量越大，它的加速度越小
(1)由题干可知，小球受到的阻力越小，小球上升的位置越高还是越低？
提示：越高。
(2)直接结论包括推理过程后的结论吗？
提示：不包括。
尝试解答　选A。
根据实验结果，得到的最直接的结论是如果斜面光滑，小球将上升到与O点等高的位置，A项正确；而小球不受力时状态不变，小球受力时状态发生变化，是在假设和逻辑推理下得出的结论，而不是实验的直接结论，所以B和C选项错误；而D项不是本实验所说明的问题，故错误。

牛顿第一定律的应用技巧
(1)应用牛顿第一定律分析实际问题时，要把生活感受和理论问题联系起来深刻认识力和运动的关系，正确理解力不是维持物体运动状态的原因，克服生活中一些错误的直观印象，建立正确的思维习惯。
(2)如果物体的运动状态发生改变，则物体必然受到不为零的合外力作用。因此，判断物体的运动状态是否改变，以及如何改变，应先分析物体所受的合外力情况。
[变式1－1]　(2019·云南玉溪第一中学期末)(多选)如图所示，在向右行驶的汽车车厢的天花板上悬挂有一个小球A，在A的正下方地板上有一点B，则(　　)

A．若汽车匀速行驶的过程中细线突然断裂，小球A将落在B点上
B．若汽车匀速行驶的过程中细线突然断裂，小球A将落在B点的左侧
C．若汽车加速行驶的过程中细线突然断裂，小球A将落在B点的左侧
D．若汽车加速行驶的过程中细线突然断裂，小球A将落在B点的右侧
答案　AC
解析　若汽车匀速行驶，细线断裂后，小球A由于惯性在水平方向继续向前运动，水平速度和汽车的速度相同，故小球A落地时将落在正下方的B点，A正确，B错误；若汽车加速行驶，细线断裂后小球在水平方向继续保持原来的速度水平匀速运动，汽车加速行驶，其速度大于小球的水平速度，故小球A将落在B点的左侧，C正确，D错误。
[变式1－2]　某同学为了取出如图所示羽毛球筒中的羽毛球，一手拿着球筒的中部，另一手用力击打羽毛球筒的上端，则(　　)

A．此同学无法取出羽毛球
B．羽毛球会从筒的下端出来
C．羽毛球筒向下运动过程中，羽毛球受到向上的摩擦力才会从上端出来
D．该同学是在利用羽毛球的惯性
答案　D
解析　羽毛球筒被手击打后迅速向下运动，而羽毛球具有惯性要保持原来的静止状态，所以会从筒的上端出来，羽毛球筒受到羽毛球对它向上的摩擦力，而羽毛球受到筒对它向下的摩擦力，故D正确，A、B、C错误。
考点2　　牛顿第二定律的理解

例2　(多选)关于速度、加速度、合力的关系，下列说法正确的是(　　)
A．原来静止在光滑水平面上的物体，受到水平推力的瞬间，物体立刻获得加速度
B．加速度的方向与合力的方向总是一致的，但与速度的方向可能相同，也可能不同
C．在初速度为0的匀加速直线运动中，速度、加速度与合力的方向总是一致的
D．合力变小，物体的速度一定变小
(1)a由什么决定？
提示：由a＝知a由合力F和质量m共同决定。
(2)a变小v一定变小吗？
提示：不一定，当a与v同向时v变大；当a与v反向时v变小。
尝试解答　选ABC。
加速度与力同时产生、同时消失、同时变化，A正确；加速度的方向由合力方向决定，与速度方向无关，B正确；在初速度为0的匀加速直线运动中，合力方向决定加速度方向，加速度方向决定末速度方向，C正确；合力变小，物体的加速度一定变小，但速度不一定变小，D错误。

合力、加速度、速度间的决定关系
(1)只要合力不为零，物体就会产生加速度，与物体的速度无关。
(2)a＝是加速度的定义式，a与Δv、Δt无必然联系；a＝是加速度的决定式，a∝F，a∝。
(3)合力与速度同向时，物体做加速运动；合力与速度反向时，物体做减速运动。
[变式2]　如图所示，一木块在光滑水平面上受一个恒力F作用而运动，前方固定一个轻质弹簧，当木块接触弹簧后，下列判断正确的是(　　)

A．木块将立即做匀减速直线运动
B．木块将立即做变减速直线运动
C．在弹簧弹力大小等于恒力F时，木块的速度最大
D．在弹簧压缩量最大时，木块的加速度为零
答案　C
解析　木块刚接触弹簧时形变量较小，弹力小于F，木块依旧做加速运动，只有弹力大于F之后，木块才减速，故A、B错误，C正确；当弹簧处于最大压缩量时，弹力大于F，弹力与恒力F的合力不为零，因此加速度不为零，故D错误。

思想方法3　牛顿第三定律在受力分析中的妙用

1．方法概述
在对物体进行受力分析时，如果不便于分析物体受到的某些力，则可以通过分析其反作用力来解决问题，牛顿第三定律将起到非常重要的转换研究对象的作用，使得我们对问题的分析思路更灵活、更宽阔。
2．常见类型
物体与地面(或其他受力未知的物体)相互作用，求物体对地面(或其他物体)的作用力。
3．解题思路
(1)根据所求问题应用整体法或隔离法选择研究对象。
(2)根据牛顿第三定律转换研究对象，进行受力分析。
【典题例证】
一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套着一个环，箱与杆的质量为M，环的质量为m，如图所示。已知环沿杆匀加速下滑时，环与杆间的摩擦力大小为f，则此时箱对地面的压力大小为(　　)

A．Mg＋f B.Mg－f
C.Mg＋mg D.Mg－mg
[解析]　环在竖直方向上受重力及杆给它的竖直向上的摩擦力f，受力情况如图甲所示，根据牛顿第三定律，环应给杆一个竖直向下的摩擦力f′，故箱子竖直方向上受重力Mg、地面对它的支持力N及环给它的摩擦力f′，受力情况如图乙所示，由于箱子处于平衡状态，可得N＝f′＋Mg＝f＋Mg。根据牛顿第三定律，箱子对地面的压力大小等于地面对箱子的支持力，即N′＝Mg＋f，故选项A正确。

[答案]　A
名师点睛　题中箱对地面的压力作用在地面上，因不能以地面为研究对象，这时必须转换研究对象，先以箱为研究对象，求地面对箱的支持力，再通过牛顿第三定律求箱对地面的压力。而求地面对箱的支持力时，要先分析箱的受力；求环对杆的摩擦力时，也要转换研究对象，先以环为研究对象，求杆对环的摩擦力，再通过牛顿第三定律求环对杆的摩擦力。
【针对训练】
如图所示，质量为m的木块在质量为M的长木板上以加速度a水平向右加速滑行，长木板与地面间的动摩擦因数为μ1，木块与长木板间的动摩擦因数为μ2，若长木板仍处于静止状态，则长木板对地面的摩擦力大小和方向一定为(　　)

A．μ1(m＋M)g，向左 B．μ2mg，向右
C．μ2mg＋ma，向右 D．μ1mg＋μ2Mg，向左
答案　B
解析　长木板处于静止状态，水平方向受两个力：木块对长木板向右的滑动摩擦力，大小为f1＝μ2mg，地面对长木板向左的静摩擦力f2，据平衡条件得f2＝f1＝μ2mg，根据牛顿第三定律，长木板对地面的摩擦力大小为μ2mg，方向向右，故B正确。

高考模拟 随堂集训

1．(2016·全国卷Ⅰ)(多选)一质点做匀速直线运动。现对其施加一恒力，且原来作用在质点上的力不发生改变，则(　　)
A．质点速度的方向总是与该恒力的方向相同
B．质点速度的方向不可能总是与该恒力的方向垂直
C．质点加速度的方向总是与该恒力的方向相同
D．质点单位时间内速率的变化量总是不变
答案　BC
解析　由题意知此恒力即为质点所受合外力，若原速度与该恒力在一条直线上，则质点做匀变速直线运动，质点单位时间内速率的变化量总是不变的；若原速度与该恒力不在一条直线上，则质点做匀变速曲线运动，速度与恒力间夹角逐渐减小，质点单位时间内速度的变化量是不变的，但速率的变化量是变化的，A、D两项错误，B项正确；由牛顿第二定律知，质点加速度的方向总与该恒力方向相同，C项正确。
2.(2017·上海高考)如图，在匀强电场中，悬线一端固定于地面，另一端拉住一个带电小球，使之处于静止状态。忽略空气阻力，当悬线断裂后，小球将做(　　)

A．曲线运动 B.匀速直线运动
C．匀加速直线运动 D.变加速直线运动
答案　C
解析　在悬线断裂前，小球受重力、电场力和悬线拉力作用而处于平衡状态，故重力与电场力的合力与拉力等大反向。悬线断裂后，小球所受重力与电场力的合力大小、方向均不变，故小球将沿原来悬线拉力的反方向做匀加速直线运动，C项正确。
3．(2017·上海高考)一碗水置于火车车厢内的水平桌面上。当火车向右做匀减速运动时，水面形状接近于图(　　)

答案　A
解析　(方法一)当火车向右做匀减速运动时，碗内的水由于惯性，保持原来较大的速度向右运动，则只有图A所示的情形符合要求，故A正确。
(方法二)“微元体”的选取
由于液体内任一部分所受合力水平向左，故可在液体内部任意位置取一个立方体，则右侧面处的压强必大于左侧面处的压强，由液体的压强公式p＝ρgh可知，液体内同一水平线上各点从左到右距液面高度依次增大，故A正确。
4.(2016·上海高考)如图，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
答案　D
解析　当小车向右做匀加速运动时，其加速度的方向水平向右，由牛顿第二定律可知，小球所受合外力的方向水平向右，即沿图中OD方向，D正确，A、B、C错误。
5．(2019·浙江杭州高三上学期模拟)关于作用力与反作用力，下列说法中正确的是(　　)
A．作用力和反作用力同时产生、同时消失，是不同性质的力
B．钢丝绳吊起货物匀速上升时，钢丝绳对货物的拉力等于货物对钢丝绳的拉力
C．石头击鸡蛋，石存蛋破，证明石头对鸡蛋的作用力大于鸡蛋对石头的反作用力
D．作用力与反作用力大小相等，方向相反，作用在同一直线上，因而它们的合力为零
答案　B
解析　作用力与反作用力是物体间的相互作用，力产生的本质原因是一样的，是同一性质的力，A错误；作用力和反作用力大小相等，所以钢丝绳对货物的拉力等于货物对钢丝绳的拉力，B正确；石头对鸡蛋的作用力与鸡蛋对石头的反作用力大小相等，方向相反，C错误；由牛顿第三定律可知，作用力与反作用力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，但作用在不同物体上，作用效果不能抵消，故不能合成，D错误。