【高中物理】一轮复习：考点归纳 专题03 《牛顿运动定律》-学案

这是一份【高中物理】一轮复习：考点归纳 专题03 《牛顿运动定律》-学案，共10页。学案主要包含了第三定律，惯性，牛顿第三定律，力学中常见的几种临界条件等内容，欢迎下载使用。
第一节 牛顿第一、第三定律
【基本概念、规律】
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．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状态的原因，而是改变物体运动状态的原因，即产生加速度的原因．
二、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．
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．
3．普遍性：惯性是物体的本质属性，一切物体都有惯性．与物体的运动情况和受力情况无关．
三、牛顿第三定律
1．内容：两物体之间的作用力与反作用力总是大小相等、方向相反，而且在一条直线上．
2．表达式：F＝－F′.
特别提示：(1)作用力和反作用力同时产生，同时消失，同种性质，作用在不同的物体上，各自产生的效果，不会相互抵消．
(2)作用力和反作用力的关系与物体的运动状态无关．
【重要考点归纳】
考点一 牛顿第一定律
1．明确了惯性的概念．
2．揭示了力的本质．
3．揭示了不受力作用时物体的运动状态．
4.(1)牛顿第一定律并非实验定律．它是以伽利略的“理想实验”为基础，经过科学抽象，归纳推理而总结出来的．
(2)惯性是物体保持原有运动状态不变的一种固有属性，与物体是否受力、受力的大小无关，与物体是否运动、运动速度的大小也无关．
考点二 牛顿第三定律的理解与应用
1．作用力与反作用力的“三同、三异、三无关”
(1)“三同”：①大小相同；②性质相同；③变化情况相同．
(2)“三异”：①方向不同；②受力物体不同；③产生效果不同．
(3)“三无关”：①与物体的种类无关；②与物体的运动状态无关；③与物体是否和其他物体存在相互作用无关．
2．相互作用力与平衡力的比较
【思想方法与技巧】
用牛顿第三定律转换研究对象
作用力与反作用力，二者一定等大反向，分别作用在两个物体上．当待求的某个力不容易求时，可先求它的反作用力，再反过来求待求力．如求压力时，可先求支持力．在许多问题中，摩擦力的求解亦是如此．
牛顿第二定律 两类动力学问题
【基本概念、规律】
一、牛顿第二定律
1．内容：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同．
2．表达式：F＝ma.
3．适用范围
(1)牛顿第二定律只适用于惯性参考系，即相对于地面静止或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、原子等)、低速运动(远小于光速)的情况．
二、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．
特别提示：利用牛顿第二定律解决动力学问题的关键是利用加速度的“桥梁”作用，将运动学规律和牛顿第二定律相结合，寻找加速度和未知量的关系，是解决这类问题的思考方向．
三、力学单位制
1．单位制：由基本单位和导出单位一起组成了单位制．
2．基本单位：基本物理量的单位，基本物理量共七个，其中力学有三个，它们是长度、质量、时间，它们的单位分别是米、千克、秒．
3．导出单位：由基本物理量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位．
【重要考点归纳】
考点一 用牛顿第二定律求解瞬时加速度
1．求解思路
求解物体在某一时刻的瞬时加速度，关键是明确该时刻物体的受力情况或运动状态，再由牛顿第二定律求出瞬时加速度．
2．牛顿第二定律瞬时性的“两种”模型
(1)刚性绳(或接触面)——不发生明显形变就能产生弹力的物体，剪断(或脱离)后，其弹力立即消失，不需要形变恢复时间．
(2)弹簧(或橡皮绳)——两端同时连接(或附着)有物体的弹簧(或橡皮绳)，特点是形变量大，其形变恢复需要较长时间，在瞬时性问题中，其弹力的大小往往可以看成保持不变．
3．在求解瞬时加速度时应注意的问题
(1)物体的受力情况和运动情况是时刻对应的，当外界因素发生变化时，需要重新进行受力分析和运动分析．
(2)加速度可以随着力的突变而突变，而速度的变化需要一个积累的过程，不会发生突变．
4.解决瞬时加速度问题的关键是弄清哪些力发生了突变，哪些力瞬间不变，正确画出变化前后的受力图．
考点二 动力学两类基本问题
1.求解两类问题的思路，可用下面的框图来表示：
分析解决这两类问题的关键：应抓住受力情况和运动情况之间联系的桥梁——加速度．
2.(1)解决两类动力学基本问题应把握的关键
①一个桥梁——加速度是联系运动和力的桥梁．
②两类分析——受力分析和运动过程分析．
(2)解决动力学基本问题时对力的两种处理方法
①合成法：
物体受2个或3个力时，一般采用“合成法”．
②正交分解法：
物体受3个或3个以上的力时，则采用“正交分解法”．
(3)解答动力学两类问题的基本程序
①明确题目中给出的物理现象和物理过程的特点．
②根据问题的要求和计算方法，确定研究对象，进行受力分析和运动过程分析，并画出示意图．
③应用牛顿运动定律和运动学公式求解．
考点三 动力学图象问题
1．图象类型
(1)已知物体在一过程中所受的某个力随时间变化的图象，要求分析物体的运动情况．
(2)已知物体在一运动过程中位移、速度、加速度随时间变化的图象，要求分析物体的受力情况．
(3)已知物体在物理图景中的运动初始条件，分析物体位移、速度、加速度随时间的变化情况．
2．问题的实质：是力与运动的关系问题，求解这类问题的关键是理解图象的物理意义，理解图象的轴、点、线、截、斜、面六大功能．
3.数形结合解决动力学问题
(1)物理公式与物理图象的结合是一种重要题型．对于已知图象求解相关物理量的问题，往往是结合物理过程从分析图象的横、纵坐标轴所对应的物理量的函数入手，分析图线的斜率、截距所代表的物理意义得出所求结果．
(2)解决这类问题必须把物体的实际运动过程与图象结合，相互对应起来．
【思想方法与技巧】
传送带模型中的动力学问题
1．模型特征
一个物体以速度v0(v0≥0)在另一个匀速运动的物体上开始运动的力学系统可看做“传送带”模型，如图甲、乙、丙所示．
2．建模指导
传送带模型问题包括水平传送带问题和倾斜传送带问题．
(1)水平传送带问题：求解的关键在于对物体所受的摩擦力进行正确的分析判断．根据物体与传送带的相对速度方向判断摩擦力方向．两者速度相等是摩擦力突变的临界条件．
(2)倾斜传送带问题：求解的关键在于认真分析物体与传送带的相对运动情况，从而确定其是否受到滑动摩擦力作用．如果受到滑动摩擦力作用应进一步确定其大小和方向，然后根据物体的受力情况确定物体的运动情况．当物体速度与传送带速度相等时，物体所受的摩擦力有可能发生突变．
3.解答传送带问题应注意的事项
(1)水平传送带上物体的运动情况取决于物体的受力情况，即物体所受摩擦力的情况．
(2)倾斜传送带问题，一定要比较斜面倾角与动摩擦因数的大小关系．
(3)传送带上物体的运动情况可按下列思路判定：相对运动→摩擦力方向→加速度方向→速度变化情况→共速，并且明确摩擦力发生突变的时刻是v物＝v传．
第三节 牛顿运动定律的综合应用
【基本概念、规律】
一、超重和失重
1．超重
(1)定义：物体对水平支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)大于物体所受重力的情况称为超重现象．
(2)产生条件：物体具有向上的加速度．
2．失重
(1)定义：物体对水平支持物的压力(或对竖直悬挂物的拉力)小于物体所受重力的情况称为失重现象．
(2)产生条件：物体具有向下的加速度．
3．完全失重
(1)定义：物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)为零的情况称为完全失重现象．
(2)产生条件：物体的加速度a＝g，方向竖直向下．
二、解答连接体问题的常用方法
1．整体法
当系统中各物体的加速度相同时，我们可以把系统内的所有物体看成一个整体，这个整体的质量等于各物体的质量之和，当整体受到的外力已知时，可用牛顿第二定律求出整体的加速度．
2．隔离法
当求解系统内物体间相互作用力时，常把物体从系统中“隔离”出来进行分析，依据牛顿第二定律列方程．
3．外力和内力
(1)外力：系统外的物体对研究对象的作用力；
(2)内力：系统内物体之间的作用力．
【重要考点归纳】
考点一 超重和失重现象
1．超重并不是重力增加了，失重并不是重力减小了，完全失重也不是重力完全消失了．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)发生了变化(即“视重”发生变化)．
2．只要物体有向上或向下的加速度，物体就处于超重或失重状态，与物体向上运动还是向下运动无关．
3．尽管物体的加速度不是在竖直方向，但只要其加速度在竖直方向上有分量，物体就会处于超重或失重状态．
4．物体超重或失重的多少是由物体的质量和竖直加速度共同决定的，其大小等于ma.
5.超重和失重现象的判断方法
(1)从受力的大小判断，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；小于重力时处于失重状态，等于零时处于完全失重状态．
(2)从加速度的方向判断，当物体具有向上的加速度时处于超重状态，具有向下的加速度时处于失重状态，向下的加速度为重力加速度时处于完全失重状态．
考点二 整体法和隔离法解决连接体问题
1．整体法的选取原则
若连接体内各物体具有相同的加速度，且不需要求物体之间的作用力，可以把它们看成一个整体，分析整体受到的合外力，应用牛顿第二定律求出加速度(或其他未知量)．
2．隔离法的选取原则
若连接体内各物体的加速度不相同，或者要求出系统内各物体之间的作用力时，就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．整体法、隔离法的交替运用
若连接体内各物体具有相同的加速度，且要求物体之间的作用力时，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”．
4.正确地选取研究对象是解题的首要环节，弄清各物体之间哪些属于连接体，哪些物体应该单独分析，并分别确定出它们的加速度，然后根据牛顿运动定律列方程求解．
考点三 分解加速度求解受力问题
在应用牛顿第二定律解题时，通常不分解加速度而分解力，但有一些题目要分解加速度．最常见的情况是与斜面模型结合，物体所受的作用力是相互垂直的，而加速度的方向与任一方向的力不同向．此时，首先分析物体受力，然后建立直角坐标系，将加速度a分解为ax和ay，根据牛顿第二定律得Fx＝max，Fy＝may，使求解更加便捷、简单．
【思想方法与技巧】
“滑块——滑板”模型的分析
1．模型特点：上、下叠放两个物体，并且两物体在摩擦力的相互作用下发生相对滑动．
2．模型分析
解此类题的基本思路：
(1)分析滑块和木板的受力情况，根据牛顿第二定律分别求出滑块和木板的加速度；
(2)对滑块和木板进行运动情况分析，找出滑块和木板之间的位移关系或速度关系，建立方程．特别注意滑块和木板的位移都是相对地面的位移．
3.(1)滑块由滑板的一端运动到另一端的过程中，若滑块和滑板同向运动，位移之差等于板长；反向运动时，位移之和等于板长．
(2)滑块是否会从滑板上掉下的临界条件是：滑块到达滑板一端时两者共速．
(3)滑块不能从滑板上滑下的情况下，当两者共速时，两者受力、加速度发生突变．
动力学中的临界条件及应用
一、临界状态
物体在运动状态变化的过程中，相关的一些物理量也随之发生变化．当物体的运动变化到某个特定状态时，相关的物理量将发生突变，该物理量的值叫临界值，这个特定状态称之为临界状态．
二、临界状态的判断
1．若题目中有“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“取值范围”、“多长时间”、“多大距离”等词语，表明题述的过程存在着“起止点”，而这些起止点往往就对应临界状态．
3．临界状态的问题经常和最大值、最小值联系在一起，因此，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．
4．若题目中有“最终”、“稳定”等文字，即是求收尾速度或加速度．
三、处理临界问题的思路
1．会分析出临界状态的存在．
2．要抓住物体处于临界状态时的受力和运动特征，找出临界条件，这是解决问题的关键．
3．能判断物体在不满足临界条件时的受力和运动情况．
4．利用牛顿第二定律结合其他规律列方程求解．
四、力学中常见的几种临界条件
1．接触物体脱离的临界条件：
接触面间的弹力为零，即FN＝0.
2．绳子松弛的临界条件：
绳中张力为0，即FT＝0.
3．相对滑动的临界条件：
静摩擦力达到最大值，即f静＝fm.
4．滑块在滑板上不滑下的临界条件：
滑块滑到滑板一端时，两者速度相同．
实验四 验证牛顿运动定律
一、实验目的
1．学会用控制变量法研究物理规律．
2．探究加速度与力、质量的关系．
3．掌握灵活运用图象处理问题的方法．
二、实验原理(见实验原理图)
1．保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系．
2．保持合外力不变，探究加速度与质量的关系．
3．作出a－F图象和a－eq \f(1,m)图象，确定其关系．
三、实验器材
小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺．
四、实验步骤
1．测量：
用天平测量小盘和砝码的质量m′和小车的质量m.
2．安装：
按照如实验原理图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)
3．平衡摩擦力：
在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑．
4．操作：
(1)小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码．
(2)保持小车的质量m不变，改变砝码和小盘的质量m′，重复步骤(1)．
(3)在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a.
(4)描点作图，作a－F的图象．
(5)保持砝码和小盘的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤(1)和(3)，作a－eq \f(1,m)图象．
一、数据处理
1．保持小车质量不变时，计算各次小盘和砝码的重力(作为小车的合力)及对应纸带的加速度，填入表(一)中．
表(一)
2.保持小盘内的砝码个数不变时，计算各次小车和砝码的总质量及对应纸带的加速度，填入表(二)中．
表(二)
3.利用Δx＝aT2及逐差法求a.
4．以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比．
5．以a为纵坐标，eq \f(1,m)为横坐标，描点、连线，如果该线过原点，就能判定a与m成反比．
二、注意事项
1．平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着打点的纸带匀速运动．
2．不重复平衡摩擦力．
3．实验条件：m≫m′.
4．一先一后一按：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达定滑轮前按住小车．
5．作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上．不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧．
6．作图时两轴标度比例要选择适当．各量需采用国际单位．
三、误差分析
1．系统误差：本实验用小盘和砝码的总重力m′g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力．
2．偶然误差：摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差．
作用力和反作用力
一对平衡力
不同点
受力物体
作用在两个相互作用的物体上
作用在同一物体上
依赖关系
同时产生、同时消失
不一定同时产生、同时消失
叠加性
两力作用效果不可抵消，不可叠加，不可求合力
两力作用效果可相互抵消，可叠加，可求合力，合力为零
力的性质
一定是同性质的力
性质不一定相同
相同点
大小、方向
大小相等、方向相反、作用在同一条直线上
实验次数
加速度a/(m·s－2)
小车受力F/N
1
2
3
4
实验次数
加速度a/(m·s－2)
小车和砝码
的总质量m/kg
1
2
3
4