专题04 牛顿运动定律 高考物理必背知识手册

专题04 牛顿运动定律

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为止.

2.对牛顿第一定律的理解

①牛顿第一定律揭示了运动和力的关系，运动是物体的一种属性，物体的运动不需要力来维持，力是改变物体运动状态的原因.

②保持静止或匀速直线运动状态是物体的固有属性，这一属性称为惯性，因此牛顿第一定律也叫作惯性定律.

③牛顿第一定律不能用实验直接验证.不受力的物体是不存在的.牛顿第一定律是在可靠的实验事实(如伽利略斜面实验)基础上采用科学的逻辑推理得出的结论.它告诉了人们研究物理问题的另一种新方法:通过观察大量的实验现象，利用人的逻辑思维，从大量现象中寻找事物的规律.

④顿第一定律是牛顿第二定律的基础，不能简单地认为它是牛顿第二定律不受外力时的特例，牛顿第一定律定性地给出了力与运动的关系，牛顿第二定律定量地给出力与运动的关系.

 2.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.

②决定因素：质量是物体惯性大小的唯一量度, 与物体是否受力、是否运动及所处的位置无关.

③对惯性的理解：惯性是物体的固有属性，是物体固有的，即一切物体都有惯性，与物体的受力情况及运动状态无关.因此说，人们只能“利用”惯性而不能“克服”惯性.

二、牛顿第二定律

1.定义：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:

3.对牛顿第二定律的理解

①牛顿第二定律定量揭示了力与运动的关系，即知道了力，可根据牛顿第二定律，分析出物体的运动规律;反过来，知道了运动，可根据牛顿第二定律研究其受力情况。牛顿第二定律为设计运动，控制运动提供了理论基础.

②对牛顿第二定律的数学表达式， 是力，是力的作用效果，特别要注意不能把看作是力.

③加速度的方向由物体所受合外力的方向决定,二者总是相同.即任一瞬间,a的方向均与合外力方向相同.

④牛顿第二定律揭示的是力的瞬间效果，F=ma对运动过程的每一瞬间成立,且瞬时力决定瞬时加速度.即作用在物体上的力与它的效果是瞬时对应关系，物体在某一时刻加速度的大小和方向是由该物体在这一时刻所受到的合外力的大小和方向决定的，力变加速度就变，力撤除加速度就为零.注意力的瞬间效果是加速度而不是速度，加速度可以突变，速度不能突变.

④牛顿第二定律，是矢量，也是矢量，且与 的方向总是一致的. 可以进行合成与分解，也可以进行合成与分解.

4. 牛顿运动定律的适用范围:宏观低速的物体和在惯性系中

三、牛顿第三定律

1.定义：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，作用在同一直线上.

2.对牛顿第三定律的理解

①牛顿第三运动定律指出了两物体之间的作用是相互的，因而力总是成对出现的，它们总是同时产生，同时消失.

②作用力和反作用力总是同种性质的力.

③作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上，各产生其效果，不可叠加.

④对于不宜直接分析的物体,如地面,可转而分析与之接触的物体,解出作用力后,再利用牛顿第三定律说明反作用力的大小和方向.

四、超重和失重

1.超重:物体有向上的加速度称物体处于超重.处于超重的物体对支持面的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体的重力，即.

2.失重:物体有向下的加速度称物体处于失重.处于失重的物体对支持面的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体的重力.即.

3.当时，物体处于完全失重.

技巧点拨：

 ①不管物体处于失重状态还是超重状态，物体本身的重力并没有改变，只是物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）不等于物体本身的重力.

②超重或失重现象与物体的速度无关，只决定于加速度的方向.“加速上升”和“减速下降”都是超重;“加速下降”和“减速上升”都是失重.

③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、液体柱不再产生压强等.

一、牛顿第二定律的“五性”

二、牛顿第二定律两类基本问题的求解步骤

1.确定研究对象：根据问题需要和解题方便，选择某个物体或某几个物体组成的系统整体为研究对象.

2.分析受力情况和运动情况：画好示意图、情景示意图，明确物体的运动性质和运动过程；

3.选取正方向或建立坐标系：通常以加速度的方向为正方向或以加速度方向为某一坐标轴的正方向.

4.确定题目类型：

①已知运动求力类问题→确定加速度：寻找题目中3个运动量（），根据运动学公式（）求解

②已知运动求力类问题→确定合力：若以物体只受到两个力作用，通常用合成法；若受到3个及3个以上的力，一般用正交分解法.求解

5.列方程求解剩下物理量：根据牛顿第二定律或者列方程求解，必要时对结果进行讨论

技巧点拨：解题关键

①两类分析——物体的受力分析和物体的运动过程分析；

②两个桥梁——加速度是联系运动和力的桥梁；速度是各物理过程间相互联系的桥梁．

三、瞬时类问题

1.两种基本模型的特点

①刚性绳(或接触面)模型：这种不发生明显形变就能产生弹力的物体，剪断(或脱离)后，形变恢复几乎不需要时间，故认为弹力可以立即改变或消失.

②弹簧(或橡皮绳)模型：此种物体的特点是形变量大，形变恢复需要较长时间，在瞬时问题中，在弹簧(或橡皮绳)的自由端连接有物体时其弹力的大小不能突变，往往可以看成是瞬间不变的.

2.基本方法

①分析原状态(给定状态)下物体的受力情况，明确各力大小.

②分析当状态变化时(烧断细线、剪断弹簧、抽出木板、撤去某个力等)，哪些力变化，哪些力不变，哪些力消失(被剪断的绳、弹簧中的弹力、发生在被撤去物体接触面上的弹力都立即消失).

③求物体在状态变化后所受的合外力，利用牛顿第二定律，求出瞬时加速度.

四、连接体问题

1.连接体：两个或两个以上相互作用的物体组成的具有相同运动状态的整体叫连接体.如几个物体叠放在一起，或并排放在一起，或用绳子、细杆等连在一起，在求解连接体问题时常用的方法为整体法与隔离法.

2.方法：整体法与隔离法，正确选取研究对象是解题的关键.

①若连接体内各物体具有相同的加速度,且不需要求系统内各物体之间的作用力,则可以把它们看作一个整体,根据牛顿第二定律,已知合外力则可求出加速度,已知加速度则可求出合外力.

②若连接体内各物体的加速度不相同,则需要把物体从系统中隔离出来,应用牛顿第二定律列方程求解.

③若连接体内各物体具有相同的加速度,且需要求物体之间的作用力,则可以先用整体法求出加速度,然后再用隔离法选取合适的研究对象,应用牛顿第二定律求作用力,即“先整体求加速度,后隔离求内力”.

五、临界值问题

1.临界、极值条件的标志

①有些题目中有“刚好”“恰好”“正好”等字眼,明显表明题述的过程存在着临界点;

②若题目中有“最大”“最小”“至多”“至少”等字眼,表明题述的过程存在着极值,这个极值点往往是临界点.

2.“四种”典型临界条件

①接触与脱离的临界条件:两物体相接触或脱离,临界条件是弹力FN=0.

②相对滑动的临界条件:两物体相接触且相对静止时,常存在着静摩擦力,则相对滑动的临界条件是静摩擦力达到最大值.

③绳子断裂与松弛的临界条件:绳子所能承受的张力是有限度的,绳子断与不断的临界条件是绳中张力等于它所能承受的最大张力,绳子松弛的临界条件是张力FT=0.

④加速度变化时,速度达到最值的临界条件:加速度变为0.

六、板块问题

1.模型概述：一个物体在另一个物体上，两者之间有相对运动.问题涉及两个物体、多个过程，两物体的运动速度、位移间有一定的关系.

2.解题方法

①明确各物体对地的运动和物体间的相对运动情况，确定物体间的摩擦力方向.

②分别隔离两物体进行受力分析，准确求出各物体在各个运动过程中的加速度(注意两过程的连接处加速度可能突变).

③物体之间的位移(路程)关系或速度关系是解题的突破口.求解中应注意联系两个过程的纽带，即每一个过程的末速度是下一个过程的初速度.

3.常见的两种位移关系

滑块从木板的一端运动到另一端的过程中，若滑块和木板同向运动，则滑离木板的过程中滑块的位移与木板的位移之差等于木板的长度；若滑块和木板相向运动，滑离木板时滑块的位移和木板的位移大小之和等于木板的长度.

技巧点拨：运动学公式中的位移都是对地位移.

4.注意摩擦力的突变

当滑块与木板速度相同时，二者之间的摩擦力通常会发生突变，由滑动摩擦力变为静摩擦力或者消失，或者摩擦力方向发生变化，速度相同是摩擦力突变的一个临界条件.

七、传动带问题

1.传送带的基本类型

传送带运输是利用货物和传送带之间的摩擦力将货物运送到其他地方，有水平传送带和倾斜传送带两种基本模型.

2.传送带模型分析流程

 技巧点拨：求解的关键在于根据物体和传送带之间的相对运动情况，确定摩擦力的大小和方向.当物体的速度与传送带的速度相等时，物体所受的摩擦力有可能发生突变，速度相等前后对摩擦力的分析是解题的关键.

3.类型

①水平传送带常见类型及滑块运动情况

②倾斜传送带常见类型及滑块运动情况

八、作用力与反作用力和一对平衡的辨析

九、超重、失重与完全失重