浙江省2020高考物理二轮复习专题一第三讲牛顿运动定律讲义含解析

浙江省2020高考物理二轮复习专题一第三讲牛顿运动定律讲义含解析

第三讲　牛顿运动定律 知识内容 考试要求 备考指津 ‎1.牛顿第一定律 c 本讲是考查的重点，对基本概念的考查主要涉及力和运动、超重、失重等．由真题统计可明显看出牛顿第二定律、第三定律及牛顿运动定律的应用在大题中出现的可能性非常大，需重点掌握.‎ 说明：知道国际单位制中规定的单位符号.‎ ‎2.牛顿第二定律 c ‎3.力学单位制 b ‎4.牛顿第三定律 c ‎5.牛顿运动定律应用 d ‎6.共点力平衡条件及应用 c ‎7.超重与失重 b ‎　牛顿运动定律基本概念的理解 ‎ 【题组过关】‎ ‎1．伽利略和牛顿都是物理学发展史上最伟大的科学家，巧合的是，牛顿就出生在伽利略去世后第二年．下列关于力和运动关系的说法中，不属于他们观点的是(　　)‎ A．自由落体运动是一种匀变速直线运动 B．力是使物体产生加速度的原因 C．物体都具有保持原来运动状态的属性，即惯性 D．力是维持物体运动的原因 解析：选D.伽利略通过斜面实验以及逻辑推理证明自由落体运动是一种匀变速直线运动，A项不符合题意；牛顿第一定律表明力是产生加速度的原因、惯性是物体的固有属性，B、C项不符合题意；亚里士多德认为力是维持物体运动的原因，D项符合题意．‎ ‎2．在国际单位制(简称SI)中，力学和电学的基本单位有：m(米)、kg(千克)、s(秒)、A(安培)．导出单位V(伏特)用上述基本单位可表示为(　　)‎ A．m2·kg·s－4·A－1‎ B．m2·kg·s－3·A－1‎ C．m2·kg·s－2·A－1‎ D．m2·kg·s－1·A－1‎ 答案：B ‎3．(多选)跳高运动员从地面起跳的瞬间，下列说法中正确的是(　　)‎ A．运动员对地面的压力大于运动员受到的重力 B．地面对运动员的支持力大于运动员受到的重力 C．地面对运动员的支持力大于运动员对地面的压力 - 23 -‎ D．运动员对地面的压力大小等于运动员受到的重力 解析：选AB.运动员起跳的瞬间向上做加速运动，由牛顿第二定律得FN－mg＝ma，故地面对运动员的支持力大于运动员的重力，由牛顿第三定律得运动员对地面的压力等于地面对运动员的支持力，选项A、B正确，C、D错误．‎ ‎1．力的作用效果是改变物体的运动状态，而不是维持物体的运动．‎ ‎2．(1)惯性不是一种力，对物体受力分析时，不能把“惯性力”作为物体实际受到的力．‎ ‎(2)惯性与惯性定律不同．惯性是物体保持原有运动状态不变的一种性质，与物体的受力情况、运动状态及所处的位置无关，其大小只取决于物体的质量，质量越大，惯性越大；惯性定律(牛顿第一定律)则反映物体在一定条件下的运动规律．‎ ‎3．应用牛顿第三定律需注意的三个问题 ‎(1)定律中的“总是”说明对于任何物体，在任何情况下牛顿第三定律都是成立的．‎ ‎(2)作用力与反作用力虽然等大反向，但因所作用的物体不同，所产生的效果(运动效果或形变效果)往往不同．‎ ‎(3)作用力与反作用力只能是一对物体间的相互作用力，不能涉及第三个物体．　 ‎ ‎　牛顿运动定律的两类动力学问题 ‎ 【重难提炼】‎ ‎1．解决动力学的两类基本问题应把握的关键 ‎(1)两个分析——物体的受力分析和物体的运动过程分析. ‎ ‎(2)一个“桥梁”——物体运动的加速度是联系运动和力的桥梁．‎ ‎2．解决动力学基本问题时对力的处理方法 ‎ ‎(1)合成法：在物体受力个数较少(2个或3个)时一般采用“合成法” .‎ ‎(2)正交分解法：若物体的受力个数较多(3个或3个以上)，则采用“正交分解法”. ‎ ‎　如图所示，水平平台ab长为20 m，平台b端与长度未知的特殊材料制成的斜面bc连接，斜面倾角为30°.在平台a端放上质量为5 kg的物块，并给物块施加与水平方向成37°角的50 N推力后，物块由静止开始运动．已知物块与平台间的动摩擦因数为0.4，重力加速度g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，求：[第(2)、(3)两问结果保留三位有效数字]‎ ‎(1)物块由a运动到b所用的时间；‎ ‎(2)若物块从a端运动到P点时撤掉推力，则物块刚好能从斜面b端开始下滑，则aP - 23 -‎ 的距离为多少？(物块在b端无能量损失)‎ ‎(3)若物块与斜面间的动摩擦因数μbc＝0.277＋0.03Lb，式中Lb为物块在斜面上所处的位置离b端的距离，在(2)中的情况下，物块沿斜面滑到什么位置时速度最大？‎ ‎[审题突破]　(1)对a到b过程受力分析，根据牛顿第二定律求加速度，再根据运动学公式求时间t.‎ ‎(2)vP是物块从a到P过程中的末速度，也是物块从P到b过程中的初速度. ‎ ‎(3)物块沿斜面下滑过程中，当a＝0时，速度最大．‎ ‎[解析]　(1)受力分析知物块的加速度为 a1＝＝1.6 m/s2‎ x＝a1t2‎ 解得a到b的时间为t＝ s＝5 s.‎ ‎(2)物块从a到P：v＝2a1x1‎ 物块由P到b：v＝2a2x2‎ a2＝μg x＝x1＋x2‎ 解得aP距离为x1≈14.3 m.‎ ‎(3)物块沿斜面下滑的速度最大时，须加速度为0‎ 即a＝＝0‎ μbc＝0.277＋0.03Lb 联立解得Lb≈10.0 m 因此如斜面长度L＞10.0 m，则Lb＝10.0 m时速度最大；‎ 若斜面长度L≤10.0 m，则在斜面最低点时速度最大．‎ ‎[答案]　(1)5 s　(2)14.3 m ‎(3)若斜面长度L＞10.0 m，则Lb＝10.0 m时速度最大；若斜面长度L≤10.0 m，则在斜面最低点时速度最大 ‎【题组过关】‎ 考向一　已知受力情况确定运动情况 ‎1．北京获得2022年冬奥会举办权，冰壶是冬奥会的比赛项目之一．将一个冰壶以一定初速度推出后将运动一段距离停下来．换一个材料相同，质量更大的冰壶，以相同的初速度推出后，冰壶运动的距离将(　　)‎ A．不变　　　　　　　　 B．变小 - 23 -‎ C. 变大 D．无法判断 解析：选A.冰壶在冰面上由于滑动摩擦力的作用做匀减速运动，根据牛顿第二定律有：f＝ma，加速度a＝＝＝μg，即相同材料、质量不同的冰壶在冰面上匀减速运动的加速度大小相等．据位移速度关系：0－v＝－2ax可知，两种冰壶的初速度相同，加速度相同，故匀减速运动的位移大小相等．‎ 考向二　已知运动情况确定受力情况 ‎2.趣味运动会上运动员手持网球拍托球沿水平面匀加速跑，设球拍和球质量分别为M、m，球拍平面和水平面之间夹角为θ，球拍与球保持相对静止，它们间摩擦力及空气阻力不计，则(　　)‎ A．运动员的加速度为gtan θ B．球拍对球的作用力为mg C．运动员对球拍的作用力为(M＋m)gcos θ D．若加速度大于gsin θ，球一定沿球拍向上运动 解析：选A.网球受力如图甲所示，根据牛顿第二定律得FNsin θ＝ma，又FNcos θ＝mg，解得a＝gtan θ，FN＝，故A正确、B错误；以球拍和球整体为研究对象，受力如图乙所示，根据平衡，运动员对球拍的作用力为F＝，故C错误；当a>gtan θ时，网球才向上运动，由于gsin θ时，两者发生相对滑动，选项A错误，B正确；若两者保持相对静止，则两者之间的摩擦力小于最大静摩擦力，当拉力反向时，两者摩擦力的大小不变，方向改变，仍然保持相对静止，选项C错误，D正确．‎ ‎9.(原创)绰号“威龙”的第五代制空战机歼20具备高隐身性、高机动性能力，为防止极速提速过程中飞行员因缺氧晕厥，歼20新型的抗荷服能帮助飞行员承受最大9倍重力加速度．假设某次垂直飞行测试实验中，歼20加速达到50 m/s后离地，而后开始竖直向上飞行试验．该飞机在10 s内匀加速到 3 060 km/h，匀速飞行一段时间后到达最大飞行高度18.5 km.假设加速阶段所受阻力恒定，约为重力的 0.2.已知该歼20质量为20吨，声速为340 m/s，忽略战机因油耗等导致质量的变化．则下列说法正确的是(　　)‎ A．本次飞行测试的匀速阶段运行时间为26.5 s B．加速阶段系统的推力为1.84×106 N C．加速阶段时飞行员有晕厥可能 D．飞机在匀速阶段时爬升高度为14.25 km 解析：选B.加速阶段初速度v0＝50 m/s，末速度v＝3 060 km/h＝850 m/s，根据v＝v0＋at，加速度a＝80 m/s2＝8g，飞行员不会晕厥，C选项错误；根据牛顿第二定律F－f－mg＝‎ - 23 -‎ ma，推力F＝f＋ma＋mg＝1.84×106 N，B选项正确；加速阶段上升的高度x＝v0t＋at2＝4 500 m，即匀速上升14 km，D选项错误；匀速飞行时间t＝＝ s＝16.47 s，A选项错误．‎ 二、非选择题 ‎10．(2019·绍兴一中期中)斜面ABC中AB段粗糙，BC段长为1.6 m且光滑，如图甲所示．质量为1 kg的小物块以初速度v0＝12 m/s沿斜面向上滑行，到达C处速度恰好为零，小物块沿斜面上滑的v－t图象如图乙所示．已知在AB段的加速度是BC段加速度的两倍，g取10 m/s2.(vB、t0未知)求：　‎ ‎(1)小物块沿斜面向上滑行通过B点处的速度vB的大小；‎ ‎(2)斜面AB段的长度；‎ ‎(3)小物块沿斜面向下滑行通过BA段的时间．‎ 解析：(1)小物块沿斜面向上滑行的初速度v0＝12 m/s 由aAB＝2aBC可得：＝2 解得：vB＝4 m/s.‎ ‎(2)在上滑过程中：对AB段有v－v＝2aABsAB 在上滑过程：对BC段有v－v＝2aBCsBC 由以上两式解得：sAB＝6.4 m.‎ ‎(3)上滑时aAB＝2aBC 由牛顿第二定律可知：f＋mgsin θ＝2mgsin θ，即f＝mgsin θ 所以下滑通过AB段时小物块做匀速运动，其速度为vB＝4 m/s 因此tBA＝＝s＝1.6 s.‎ 答案：(1)4 m/s　(2)6.4 m　(3)1.6 s ‎11．(2018·浙江选考4月)可爱的企鹅喜欢在冰面上玩游戏．如图所示，有一企鹅在倾角为37°的倾斜冰面上，先以加速度a＝0.5 m/s2从冰面底部由静止开始沿直线向上“奔跑”，t＝8 s时，突然卧倒以肚皮贴着冰面向前滑行，最后退滑到出发点，完成一次游戏(企鹅在滑动过程中姿势保持不变)．若企鹅肚皮与冰面间的动摩擦因数μ＝0.25，已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8.求：‎ - 23 -‎ ‎(1)企鹅向上“奔跑”的位移大小；‎ ‎(2)企鹅在冰面滑动的加速度大小；‎ ‎(3)企鹅退滑到出发点时的速度大小．(计算结果可用根式表示)‎ 解析：(1)在企鹅向上奔跑过程中：x＝at2，‎ 解得：x＝16 m.‎ ‎(2)在企鹅卧倒以后将进行两个过程的运动，第一个过程是从卧倒到最高点，第二个过程是从最高点滑到最低点，两次过程由牛顿第二定律分别有：‎ mgsin 37°＋μmgcos 37°＝ma1‎ mgsin 37°－μmgcos 37°＝ma2‎ 解得：a1＝8 m/s2，a2＝4 m/s2.‎ ‎(3)企鹅卧倒滑到最高点的过程中，做匀减速直线运动，设时间为t′，位移为x′；‎ t′＝，x′＝a1t′2，解得：x′＝1 m.‎ 企鹅从最高点滑到出发点的过程中，设末速度为vt，初速度为0，则有：‎ v－02＝2a2(x＋x′)‎ 解得：vt＝2 m/s.‎ 答案：(1)16 m　(2)8 m/s2　4 m/s2　(3)2 m/s - 23 -‎