高考物理【一轮复习】讲义练习第三章　第11课时　牛顿第一定律　牛顿第二定律

这是一份高考物理【一轮复习】讲义练习第三章　第11课时　牛顿第一定律　牛顿第二定律，共16页。试卷主要包含了理想实验，物理意义，5gD，8 m/s2，0　失重　1等内容，欢迎下载使用。
目标要求 1.理解牛顿第一定律的内容和惯性的本质。2.掌握牛顿第二定律的内容及公式，能够应用牛顿第二定律解决问题。3.了解单位制，并知道国际单位制中的七个基本单位，会用国际单位制检查结果表达式是否正确。
考点一 牛顿第一定律
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。
2.理想实验：它是在经验事实基础上采用科学的抽象思维来展开的实验，是人们在思想上塑造的理想过程。牛顿第一定律是通过理想斜面实验得出的，它不能(填“不能”或“可以”)由实际的实验来验证。
3.物理意义
(1)揭示了物体在不受外力或所受合外力为零时的运动规律。
(2)提出了一切物体都具有惯性，即物体维持其原有运动状态的特性。
(3)揭示了力与运动的关系，说明力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。
注意：运动状态的改变指速度的改变，速度改变则必有加速度，故力是物体产生加速度的原因。
二、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叫作惯性。
2.惯性大小的量度
质量是物体惯性大小的唯一量度。物体的质量越大，惯性越大；物体的质量越小，惯性越小。
3.对惯性的理解
(1)惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。
(2)物体惯性的大小只取决于物体的质量，与物体的受力情况、速度大小及所处位置无关。
(3)物体惯性表现形式：
①形式一：“保持原状”。物体不受外力或所受的合外力为零时，惯性表现为物体保持匀速直线运动状态或静止状态。
②形式二：“反抗改变”。物体受到外力且合外力不为零时，惯性表现为物体运动状态改变的难易程度。惯性越大，物体的运动状态越难改变。
1.牛顿第一定律是实验定律。( × )
2.物体不受力时，将处于静止状态或匀速直线运动状态。( √ )
3.运动的物体惯性大，静止的物体惯性小。( × )
4.超载时遇到紧急情况刹车不容易停下来，说明质量越大，惯性越大。( √ )
例1 关于伽利略设计的如图所示的斜面实验，下列说法正确的是( )
A.通过实验研究，伽利略总结得出了惯性定律
B.伽利略认为物体一旦具有某一速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去
C.图中完全没有摩擦阻力的斜面是实际存在的，实验可实际完成
D.图中的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持
答案 B
解析 通过斜面实验研究，伽利略总结得出了力不是维持物体运动的原因，牛顿得出了惯性定律，故A错误；伽利略认为物体一旦具有某一速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去，故B正确；完全没有摩擦阻力的斜面是实际不存在的，故C错误；伽利略用抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法得出物体的运动不需要力来维持，故D错误。
例2 (多选)如图，圆柱形玻璃容器内装满液体静置于水平面上，容器中有a、b、c三个不同材质的物块，物块a、c均对容器壁有压力，物块b悬浮于容器内的液体中，忽略a、c与容器壁间的摩擦。现给容器施加一个水平向右的恒力，使容器向右做匀加速直线运动。下列说法正确的是( )
A.三个物块将保持图中位置不变，与容器一起向右加速运动
B.物块a将相对于容器向左运动，最终与容器右侧壁相互挤压
C.物块b将相对于容器保持静止，与容器一起做匀加速运动
D.物块c将相对于容器向右运动，最终与容器右侧壁相互挤压
答案 CD
解析 由题意可知，c浮在上面对上壁有压力，可知c排开水的质量大于c本身的质量，同理b排开水的质量等于b本身的质量，a排开水的质量小于a本身的质量；则当容器向右做匀加速直线运动时，由牛顿第一定律可知，物块a将相对于容器向左运动，最终与容器左侧壁相互挤压；物块b将相对于容器保持静止，与容器一起做匀加速运动；物块c因相等体积的水将向左运动，则导致c将相对于容器向右运动，最终与容器右侧壁相互挤压(可将c想象为一个小气泡)，故选C、D。
考点二 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＝ma。
3.对牛顿第二定律的理解
4.加速度两个表达式的对比理解
(1)a＝ΔvΔt是加速度的定义式，a与Δv、Δt无必然联系；
(2)a＝Fm是加速度的决定式，a的大小由合外力F和质量m决定，且a∝F，a∝1m。
1.由m＝Fa可知，物体的质量与其所受合外力成正比，与其运动的加速度成反比。( × )
2.可以利用牛顿第二定律确定高速(接近光速)电子的加速度。( × )
3.F＝ma是矢量式，a的方向与F的方向相同，与速度方向无关。( √ )
4.物体所受合外力减小，加速度一定减小，而速度不一定减小。( √ )
某同学为研究雨滴下落的规律查阅资料，了解到：较大的雨滴，其运动模型可看成是1 000 m高空的物体在有空气阻力的空间中由静止开始下落的运动，落地速度为4 m/s。请分析雨滴下落的运动过程，描述雨滴下落过程中速度和加速度的变化，并定性作出雨滴下落的v－t图像(设空气阻力与速度大小成正比)。
答案 雨滴先加速下落，速度变大，所受空气阻力变大，由牛顿第二定律mg－kv＝ma知，雨滴的加速度减小，当雨滴所受的空气阻力与重力大小相等时，加速度为零，雨滴匀速下落。其下落的v－t图像如图所示。
例3 如图所示，竖直轻弹簧下端固定在水平面上，一小球从弹簧正上方某一高度处由静止开始自由下落，接触弹簧后把弹簧压缩到一定程度(在弹性限度内)，不计空气阻力。则( )
A.从接触弹簧到运动至最低点的过程中，小球的加速度不断增大
B.从接触弹簧到运动至最低点的过程中，小球的速度先增大后减小
C.从接触弹簧到运动至最低点的过程中，小球的机械能守恒
D.小球在最低点时所受的弹力大小等于其所受的重力大小
答案 B
解析 小球从接触弹簧到运动至最低点的过程中，受重力和弹簧弹力作用，弹力从零逐渐增大，开始阶段弹力小于重力，小球合力向下，做加速运动，当弹力等于重力时，所受合外力为零，加速度为零，之后弹力大于重力，合力向上，小球做减速运动，故小球加速度先减小后增大，速度先增大后减小，A错误，B正确；小球从接触弹簧到运动至最低点的过程中，弹簧弹力对小球做负功，小球机械能减少，转化为弹簧弹性势能，C错误；小球在最低点时所受的弹力大小大于其所受的重力大小，D错误。
例4 (2022·全国乙卷·15)如图，一不可伸长轻绳两端各连接一质量为m的小球，初始时整个系统静置于光滑水平桌面上，两球间的距离等于绳长L。一大小为F的水平恒力作用在轻绳的中点，方向与两球连线垂直。当两球运动至二者相距35L时，它们加速度的大小均为( )
A.5F8mB.2F5mC.3F8mD.3F10m
答案 A
解析 当两球运动至二者相距35L时，如图所示，
由几何关系可知sin θ＝3L10L2＝35
由数学知识可知cs θ＝45，
设绳子拉力为FT，对结点O，
由平衡条件：水平方向有2FTcs θ＝F，
解得FT＝58F
对任意小球由牛顿第二定律有FT＝ma
解得a＝5F8m，故A正确，B、C、D错误。
例5 (2024·湖南卷·3)如图，质量分别为4m、3m、2m、m的四个小球A、B、C、D，通过细线或轻弹簧互相连接，悬挂于O点，处于静止状态，重力加速度为g。若将B、C间的细线剪断，则剪断瞬间B和C的加速度大小分别为( )
A.g，1.5gB.2g，1.5g
C.2g，0.5gD.g，0.5g
答案 A
解析 剪断前，对B、C、D整体受力分析，
A、B间轻弹簧的弹力
FAB＝(3m＋2m＋m)g＝6mg
对D受力分析，C、D间轻弹簧的弹力FCD＝mg
剪断后，对B：FAB－3mg＝3maB
解得aB＝g，方向竖直向上
对C：FDC＋2mg＝2maC，且FCD＝FDC
解得aC＝1.5g，方向竖直向下，故选A。
思考 为什么绳或杆中的弹力能发生突变，而弹簧(两端固定时)中的弹力不能发生突变？
答案 绳或杆形变不明显，可以认为它们恢复原来的形状，不需要时间，弹力立即消失或改变，但弹簧形变明显，恢复原来的形状需要时间，故弹簧中的弹力不会发生突变。
拓展 若例5中小球C、D间是用细线连接的，剪断B、C间细线瞬间，求小球C的加速度大小及C、D间细线拉力大小？
答案 g 0
解析 假设C、D间细线拉力大小为FT，
剪断B、C间细线瞬间，两球运动状态相同，
对C：2mg＋FT＝2ma①
对D：mg－FT＝ma②
联立①②可得：a＝g，FT＝0。
求解瞬时加速度问题的一般思路
考点三 超重和失重问题
超重、失重和完全失重的对比
1.减速上升的升降机内的物体对地板的压力大于物体的重力。( × )
2.加速度大小等于g的物体处于完全失重状态。( × )
3.物体处于超重或失重状态时其重力并没有发生变化。( √ )
4.根据物体处于超重或失重状态，可以判断物体运动的速度方向。( × )
当在盛水的静止塑料瓶壁上扎一个小孔时，水会从小孔喷出，但释放水瓶，让水瓶自由下落时，水却不会从小孔流出。这是为什么？
答案 塑料瓶静止时，小孔有水喷出，是因为上部的水对下部的水产生压力；当让水瓶自由下落时，由于a＝g，水和瓶均处于完全失重状态，上部的水不会对下部的水产生压力，故水不再从小孔流出。
例6 (2025·山东省实验中学第一次诊断)某人站在力的传感器(连着计算机)上完成下蹲、起立动作，计算机屏幕上显示出力的传感器示数F随时间t变化的情况如图所示，g取10 m/s2。下列说法正确的是( )
A.该人下蹲时间约为0.5 s
B.下蹲过程该人一直处于失重状态
C.起立过程该人一直处于超重状态
D.该人下蹲过程的最大加速度约为6 m/s2
答案 D
解析 下蹲过程中，初速度为0，末速度也为0，则下蹲过程先加速向下运动后减速向下运动，该人先处于失重状态，后处于超重状态。从题图可知1~2 s过程为下蹲过程，则下蹲时间约为1 s，故A、B错误；起立过程，初速度为0，末速度也为0，则起立过程先加速向上运动后减速向上运动，该人先处于超重状态，后处于失重状态，故C错误；由题图可知该人静止时有mg=FN=500 N，支持力最小为200 N，最大为700 N，由牛顿第二定律可得mg-FNmin=ma1，FNmax-mg=ma2，联立解得a1=6 m/s2，a2=4 m/s2，所以该人下蹲过程的最大加速度约为6 m/s2，故D正确。
例7 (2024·全国甲卷·22)学生小组为了探究超重和失重现象，将弹簧测力计挂在电梯内，测力计下端挂一物体。已知当地重力加速度大小为9.8 m/s2。
(1)电梯静止时测力计示数如图所示，读数为 N(结果保留1位小数)；
(2)电梯上行时，一段时间内测力计的示数为4.5 N，则此段时间内物体处于 (填“超重”或“失重”)状态，电梯加速度大小为 m/s2(结果保留1位小数)。
答案 (1)5.0 (2)失重 1.0
解析 (1)由题图可知弹簧测力计的分度值为0.5 N，则读数为5.0 N。
(2)电梯上行时，一段时间内测力计的示数为4.5 N，小于物体的重力，可知此段时间内物体处于失重状态；G＝mg＝5.0 N
根据牛顿第二定律mg－FT＝ma
代入数据联立解得电梯加速度大小a≈1.0 m/s2。
判断超重和失重的方法
1.从受力的角度判断
当物体所受向上的拉力(或支持力)大于重力时，物体处于超重状态；小于重力时，物体处于失重状态；等于零时，物体处于完全失重状态。
2.从加速度的角度判断
当物体具有向上的(分)加速度时，物体处于超重状态；具有向下的(分)加速度时，物体处于失重状态；向下的加速度等于重力加速度时，物体处于完全失重状态。
考点四 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：基本量的单位。国际单位制中基本量共七个，其中力学有三个，是长度、质量、时间，基本单位分别是米、千克、秒。
3.导出单位：由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位。
4.国际单位制的基本单位
例8 (2023·辽宁卷·2)安培通过实验研究，发现了电流之间相互作用力的规律。若两段长度分别为Δl1和Δl2、电流大小分别为I1和I2的平行直导线间距为r时，相互作用力的大小可以表示为ΔF＝kI1I2Δl1Δl2r2。比例系数k的单位是( )
A.kg·m/(s2·A)B.kg·m/(s2·A2)
C.kg·m2/(s3·A)D.kg·m2/(s3·A3)
答案 B
解析 根据题干公式ΔF＝kI1I2Δl1Δl2r2整理可得k＝ΔFr2I1I2Δl1Δl2，代入相应物理量单位可得比例系数k的单位为NA2＝kg·m/s2A2＝kg·m/(s2·A2)，故选B。
课时精练
(分值：60分)
1~7题每小题5分，共35分
1.(多选)( 2023·山东泰安市期中)关于牛顿第一定律，下列说法中正确的是( )
A.物体的运动状态改变时，一定受到了外力的作用
B.作用在物体上的力消失后，物体保持静止状态或匀速直线运动状态
C.牛顿第一定律是在伽利略“理想实验”的基础上总结出来的
D.牛顿第一定律表明，物体只有在静止或做匀速直线运动时才具有惯性
答案 ABC
解析 力是改变物体运动状态的原因，物体的运动状态改变时，一定受到了外力的作用，故A正确；作用在物体上的力消失后，物体保持静止状态或匀速直线运动状态，故B正确；牛顿第一定律是在伽利略“理想实验”的基础上总结出来的，故C正确；物体在任何状态下均具有惯性，故D错误。
2.(多选)一重物固定在光滑动滑轮上，绳子穿过动滑轮将重物悬挂在车厢中，车厢向左匀减速运动，下列情景可能的是( )
答案 BD
解析 依题意，车厢向左匀减速运动，可知重物受合外力水平向右，滑轮两边绳子的拉力相等，令左侧绳子与竖直方向的夹角为α，右侧绳子与竖直方向的夹角为β，则合力F=FTsin β-FTsin α，可知图A中α>β，水平方向重物受合外力向左；图B中αmg
B.t1~t2 时间内，v减小，FN