2023年高考物理总复习名师学案牛顿运动定律43页WORD147385doc高中物理.docx

2023高考物理总复习名师学案--牛顿运动定律（43页WORD） ●考点指要 知识点 要求程度 1.牛顿第一定律.惯性. Ⅱ 2.牛顿第二定律.质量. Ⅱ 3.牛顿第三定律. Ⅱ 4.牛顿力学的适用范围. Ⅰ 5.牛顿定律的应用. Ⅱ 6.超重和失重. Ⅰ ●复习导航 在前面两章对力和运动分别研究的根底上，本章研究力和运动的关系.牛顿运动定律是动力学的根底，也是整个经典物理理论的根底.正确地理解惯性的概念，理解物体间相互作用的规律，熟练地运用牛顿第二定律解决问题，是本章复习的重点.本章中还涉及到许多重要的研究方法，如：在牛顿第一定律的研究中采用的理想实验法；在牛顿第二定律研究中的控制变量法；运用牛顿第二定律处理问题时常用的隔离法和整体法；以及单位的规定方法、单位制的创立等.对这些方法在复习中也需要认真地体会、理解，从而提高认知的境界. 高考关于本章知识的命题年年都有，既有对本章知识的单独命题，也有与其他知识的综合命题，既有选择题、填空题，也有计算题；既有考查对牛顿运动定律的理解及应用的传统题，也有与实际生活及现代科技联系的新颖题. 新大纲对本章的要求有所降低，对牛顿第二定律只要求会用它解决单一物体（或可视为单一物体的连接体）问题.对于超重和失重，新大纲不再把它作为一个知识点，但仍把它作为牛顿运动定律的一个应用. 本章可分成两个单元组织复习：（Ⅰ）牛顿运动定律.（Ⅱ）动力学的两类根本问题. 第Ⅰ单元 牛顿运动定律 ●知识聚焦 一、牛顿第一定律  １.定律内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止. 2.关于牛顿第一定律的理解注意以下几点： （1）牛顿第一定律反映了物体不受外力时的运动状态. （2）牛顿第一定律说明一切物体都有惯性. （3）牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因，即力是产生加速度的原因. 3.惯性：物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性.一切物体都有惯性，惯性是物体的固有性质. 质量是惯性大小的惟一量度.惯性与物体是否受力及受力大小无关，与物体是否运动及速度大小无关. 惯性的表现形式：（1）物体在不受外力或所受的合外力为零时，惯性表现为使物体保持原来的运动状态不变（静止或匀速直线运动）.（2）物体受到外力时，惯性表现为运动状态改变的难易程度.惯性大，物体运动状态难以改变，惯性小，物体运动状态容易改变. 4.理想实验方法：也叫假想实验或思想实验.它是在可靠的实验事实根底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.牛顿第一定律即是通过理想实验得出的，它不能由实际的实验来验证. 二、牛顿第二定律 １.定律内容：物体的加速度a跟物体所受的合外力Ｆ成正比，跟物体的质量m成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同. 2.公式：F合＝ma 3.关于牛顿第二定律的理解，注意以下几点： （1）牛顿第二定律反映的是加速度与力和质量的定量关系： ①合外力和质量决定了加速度，加速度不能决定力和质量； ②大小决定关系：加速度与合外力成正比与质量成反比； ③方向决定关系：加速度的方向总跟合外力的方向相同； ④单位决定关系：应用F=ma进行计算时，各量必须使用国际单位制中的单位. （2）牛顿第二定律是力的瞬时规律，它说明力的瞬时作用效果是使物体产生加速度.加速度跟力同时产生、同时变化、同时消失. (3)根据力的独立作用原理，用牛顿第二定律处理物体在一个平面内运动的问题时，可将物体所受各力正交分解，在正交的方向上分别应用牛顿第二定律的分量形式：Fx=max，Fy＝may列方程. 三、牛顿第三定律 1.定律内容：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上. 2.关于一对作用力、反作用力的关系，除牛顿第三定律反映的“等大、反向、共线〞的关系外，还应注意以下几点： （1）同性：一对作用力、反作用力必定是同种性质的力. （2）同时：一对作用力、反作用力必定同时产生，同时变化、同时消失. （3）异物：一对作用力、反作用力分别作用在相互作用的两个物体上，它们的作用效果也分别表达在不同物体上，不可能相互抵消，这是一对作用力、反作用力和一对平衡力最根本的区别. 四、牛顿定律的适用范围 对于宏观物体低速的运动(运动速度远小于光速的运动)，牛顿运动定律是成立的，但对于物体的高速运动(运动速度接近光速)和微观粒子的运动，牛顿运动定律就不适用了，要用相对论观点、量子力学理论处理. ●疑难辨析 1.惯性是物体的固有属性，与物体的运动情况及受力情况无关.质量是惯性大小的惟一量度. 当物体不受外力或所受外力的合力为零时，惯性表现为维持原来的静止或匀速直线运动状态不变.当物体受到外力作用而做变速运动时，物体同样表现具有惯性.这种表现可以从两方面说明：第一，物体表现出具有对抗外力的作用而维持其原来运动状态不变的趋向.具体的说，外力要迫使物体改变原来的运动状态，而物体的惯性要对抗外力的作用而力图维持物体原来的运动状态，这一对矛盾斗争的结果表现为物体运动状态改变的快慢——产生大小不同的加速度，在同样大小的力作用下，惯性大的物体运动状态改变较慢（加速度小），惯性小的物体运动状态改变较快（加速度较大）.第二，做变速运动的物体虽然每时每刻速度都在变化，但是每时每刻物体都表现出要维持该时刻速度不变的性质，只是由于外力的存在不断地打破它本身惯性的这种“企求〞，致使速度继续变化，如果某一时刻外力突然撤消，物体就立刻“维持住〞该时刻的瞬时速度不变而做匀速直线运动，这充分反映了做变速运动的物体仍然具有保持它每时每刻的速度不变的性质——惯性. 有的同学总认为“惯性与物体的运动速度有关，速度大，惯性就大；速度小，惯性就小〞.理由是物体运动速度大，不容易停下来；速度小，容易停下来.产生这种错误认识的原因是把“惯性大小表示运动状态改变的难易程度〞理解成“惯性大小表示把物体从运动变为静止的难易程度〞.事实上，在受到了相同阻力的情况下，速度（大小）不同质量相同的物体，在相同的时间内速度的减小量是相同的.这就说明质量相同的物体，它们改变运动状态的难易程度是相同的，所以它们的惯性是相同的，与它们的速度无关. 2.牛顿第二定律的适用范围是：低速(相对于光速)、宏观(相对微观粒子).用F＝ma列方程时还必须注意其“相对性〞和“同一性〞.所谓“相对性〞是指：在中学阶段利用F＝ma求解问题时，式中的a相对的参照系一定是惯性系，一般以大地为参照系.假设取的参照系本身有加速度，那么所得的结论也将是错误的.“同一性〞是指式中的F、m、a三量必须对应同一个物体.譬如图3—1—1中，在求物体A的加速度时，有些同学总认为B既然在A上，应该有F－μ1（mA＋mB）g－μ2mBg＝（mA＋mB）ɑA.分析此方程，方程的左边是物体A受的合外力，但方程的右边却是A和B的总质量，显然合力F与m不对应，故此方程是错误的. 图3—1—1 ●典例剖析 ［例1］以下关于惯性的说法正确的选项是 A.物体只有静止或做匀速直线运动时才有惯性 B.物体受到外力时惯性消失 C.汽车速度越大越难刹车，说明速度越大惯性越大 D.在宇宙飞船中的物体处于完全失重状态，所以没有惯性 E.乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球惯性小 【解析】 惯性是物体的固有属性，质量是惯性大小的惟一量度，惯性与物体所处的运动状态无关，与物体是否受力及受力大小无关.所以A、B、C、D选项均错.正确选项为E. 【思考】物体重力越大，惯性一定越大吗？ 【思考提示】 物体的质量是惯性大小的惟一量度，由G=mg知，在地球上不同地方，在离地面不同高度时，在不同星球外表，重力加速度大小不同，这使得同一物体在不同地方所受重力不同，重力大的物体的质量不一定大，所以，不能根据重力大小判断惯性大小. 【说明】 1.“惯性越大运动状态越难改变〞.“汽车速度越大越难刹车〞.第一个“难〞字与第二个“难〞字的含义是不一样的.前者指的是速度变化快慢（加速度）相同时，物体所受的合外力不同，力大时即运动状态难改变；力小时运动状态容易改变.后者指的是刹车过程中力相同时，初速度越大，停下来速度变化量越大，所用时间越长；速度越小，停下来所用时间越短.因此速度越大的汽车越难停下来，不是因为运动状态难改变，而是因为运动状态改变量增大的缘故. 2.在分析判断有关惯性的问题时，必须深刻理解惯性的物理意义，抛开外表现象、抓住问题本质. 【设计意图】 设计本例是为了帮助学生深刻理解惯性的含义，明确惯性与什么因素有关，与什么因素无关.掌握判断惯性大小的依据和方法. ［例2］如图3—1—2所示，质量为m的人站在自动扶梯上，扶梯正以加速度a向上减速运动，a与水平方向的夹角为θ.求人受的支持力和摩擦力. 图3—1—2 【解析】 利用牛顿定律解题时，根本思路是相同的，即先确定研究对象，再对其进行受力分析，最后列方程求解. 方法1：以人为研究对象，他站在减速上升的电梯上，受到竖直向下的重力mg和竖直向上的支持力FN，还受到水平方向的静摩擦力Ff，由于物体斜向下的加速度有一个水平向左的分量，故可判断静摩擦力的方向水平向左.人受力如图3—1—3所示，建立如下列图的坐标系，并将加速度分解为水平加速度ax和竖直加速度ay，如图3—1—4所示，那么 图3—1—3 图3—1—4 ax=acosθ ay=asinθ 由牛顿第二定律得 Ff=max mg-FN=may 求得Ff=macosθ,FN=m(g-asinθ) 方法2：以人为研究对象，受力分析如图3—1—5所示.因摩擦力Ff为待求，且必沿水平方向，设为水平向右.建立图示坐标，并规定正方向. 图3—1—5 根据牛顿第二定律得 x方向 mgsinθ－FNsinθ－Ffcosθ＝ma ① y方向 mgcosθ＋Ffsinθ－FNcosθ＝0 ② 由①、②两式可解得 FN=m(g-asinθ），Ff=-macosθ. Ff为负值，说明摩擦力的实际方向与假设方向相反，为水平向左. 【思考】 (1)扶梯以加速度a加速上升时如何 (2)请用“失重〞和“超重〞知识定性分析人对扶梯的压力是大于人的重力还是小于人的重力？ 【思考提示】 （1）扶梯以加速度a加速上升时支持力FN大于重力，大小为 FN=m(g+asinθ) 静摩擦力方向水平向右，大小为 Ff=macosθ (2)扶梯减速上升时，加速度斜向下，扶梯上的人处于失重状态，故人对扶梯的压力小于他的重力；扶梯加速上升时，加速度斜向上，扶梯上的人处于超重状态，故人对扶梯的压力大于他的重力. 【说明】 1.利用正交分解法解决动力学问题建立坐标系时，常使一个坐标轴沿着加速度方向，使另一个坐标轴与加速度方向垂直，从而使物体的合外力沿其中一个轴的方向，沿另一轴的合力为零.但有时这种方法并不简便，例如此题.所以要根据具体问题进行具行分析，以解题方便为原那么，建立适宜的坐标系. 2.判断静摩擦力的方向、计算静摩擦力的大小是一难点.在物体处于平衡状态时，可根据平衡条件判断静摩擦力的方向，计算静摩擦力的大小；假设物体有加速度，那么应根据牛顿第二定律判断静摩擦力的方向，计算静摩擦力的大小. 【设计意图】 1.强调建立坐标系的方法和灵活性. 2.说明利用牛顿第二定律判断静摩擦力方向、计算静摩擦力大小的方法. ［例3］如图3—1—6所示，沿水平方向做匀变速直线运动的车厢中，悬挂小球的悬线偏离竖直方向37°角，球和车厢相对静止，球的质量为1 kg.（g＝１0 m/s2，sin27°＝0.6，cos27°＝0.8）