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1、高考物理大一轮复习 第三章 牛顿运动定律课件本讲稿第一页，共三十八页一、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,直到有外力迫使它知识梳理知识梳理改变这种状态为止。2.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,即保持原来运动状态的特性。(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。本讲稿第二页，共三十八页二、惯性二、惯性1.定义:一切物体都有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质,这个性质叫做惯性。2.惯性大小的量度(1)质量是物体惯性大小的唯一量度,质量大的物体
2、惯性大,质量小的物体惯性小。(2)惯性与物体是否受力、怎样受力无关,与物体是否运动、怎样运动无关,与物体所处的地理位置无关,一切有质量的物体都有惯性。本讲稿第三页，共三十八页内容物体的加速度跟物体的合外力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同表达式F合=ma该表达式只能在国际单位制中成立物理意义反映物体运动的加速度大小、方向与所受合外力的关系,且这种关系是瞬时的力的单位当质量单位为kg,加速度单位为m/s2时,力的单位为N,即1N=1kgm/s2三、牛顿第二定律三、牛顿第二定律适用范围(1)牛顿第二定律只适用于相对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
3、、低速运动的物体本讲稿第四页，共三十八页单位制基本单位和导出单位一起组成了单位制基本量只要选定几个物理量的单位,就能够利用这几个单位推导出其他物理量的单位。这些被选定的物理量叫做基本量基本单位基本量的单位叫基本单位。力学中的基本量有三个,它们是质量、长度、时间;它们的单位是基本单位,分别是kg、m、s导出单位由基本单位根据物理公式推导出来的其他物理量的单位四、单位制、基本单位、导出单位四、单位制、基本单位、导出单位本讲稿第五页，共三十八页五、牛顿第三定律五、牛顿第三定律作用力和反作用力两个物体之间的作用总是相互的,一个物体对另一个物体施加了力,另一个物体一定同时对这一个物体也施加了力定律内容两
4、个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一直线上意义建立了相互作用的物体之间的联系及作用力与反作用力的相互依赖关系本讲稿第六页，共三十八页1.(1)运动的物体惯性大,静止的物体惯性小。()(2)做匀速直线运动的物体和静止的物体均没有惯性。()(3)作用力与反作用力可以是不同性质的力。()(4)作用力与反作用力的作用效果不能抵消。()(5)人走在松软的土地上下陷时,人对地面的压力大于地面对人的支持力。()(6)物体所受合外力变小,物体的速度一定变小。()(7)物体所受合外力大,其加速度就一定大。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)本讲稿第七页，共三十八页2.下列
5、关于惯性的各种说法中,你认为正确的是()A.抛出去的标枪、手榴弹等是靠惯性向远处运动的B.在完全失重的情况下,物体的惯性将消失C.把手中的球由静止释放后,球能竖直加速下落,说明力是改变物体惯性的原因D.材料不同的两个物体放在地面上,用一个相同的水平力分别推它们,则难以推动的物体惯性大答案A抛出去的标枪、手榴弹等因具有惯性要继续向前运动,A正确;质量是物体惯性大小的唯一量度,不会因其运动状态而改变,B、C均错误;因两物体材料不同,则物体与地面间的动摩擦因数不同,故用同样的水平力难以推动的,不一定是质量大的,D错误。本讲稿第八页，共三十八页3.粗糙的水平地面上有一只木箱,现用一水平力拉木箱匀速前进
6、,则()A.拉力与地面对木箱的摩擦力是一对作用力与反作用力B.木箱对地面的压力与地面对木箱的支持力是一对平衡力C.木箱对地面的压力与地面对木箱的支持力是一对作用力与反作用力D.木箱对地面的压力与木箱受到的重力是一对平衡力答案C拉力与地面对木箱的摩擦力作用在同一个物体上,且大小相等,方向相反,是一对平衡力,所以A错。木箱对地面的压力与地面对木箱的支持力分别作用在地面和木箱上,作用在两个物体上,不是一对平衡力,故B错。木箱对地面的压力与地面对木箱的支持力是一对作用力与反作用力,故C正确。木箱对地面的压力与木箱受到的重力方向相同,作用在两个物体上,不是一对平衡力,D错。本讲稿第九页，共三十八页4.如
7、图所示,质量分别为m、2m的小球A、B,由轻质弹簧相连后再用细线悬挂在电梯内,已知电梯正在竖直向上做匀加速直线运动,细线中的拉力为F,此时突然剪断细线,在线断的瞬间,弹簧的弹力的大小和小球A的加速度的大小分别为()A.,+gB.,+gC.,+gD.,+g本讲稿第十页，共三十八页答案A在线被剪断前,对A、B及弹簧整体由牛顿第二定律有:F-3mg=3ma,对B由牛顿第二定律得:F弹-2mg=2ma,由此可得:F弹=,线被剪断后的瞬间,弹簧弹力不变,此时对A球来说,受到向下的重力和弹力,则有:F弹+mg=maA,解得:aA=+g,故A对。本讲稿第十一页，共三十八页1.惯性的表现形式(1)物体在不受外
8、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(静止或匀速直线运动)不变。(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。2.牛顿第一定律与牛顿第二定律的关系(1)牛顿第一定律不是实验定律,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;牛顿第二定律是通过探究加速度重难一对牛顿第一定律、惯性的进一步理解重难一对牛顿第一定律、惯性的进一步理解重难突破重难突破本讲稿第十二页，共三十八页与力和质量的关系得出的实验定律。(2)牛顿第一定律不是牛顿第二定律的特例,而是不受任何外力或所受合外力为零的理想情
9、况,在此基础上,牛顿第二定律定量地指出了力和运动的联系:F=ma。注意(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)物体的惯性总是以“保持原状”或“反抗改变”两种形式表现出来。本讲稿第十三页，共三十八页典例典例1一汽车在路面情况相同的公路上沿直线行驶,下面关于车速、惯性、质量和滑行位移的讨论,正确的是()A.车速越大,它的惯性越大B.质量越大,它的惯性越大C.车速越大,刹车后滑行的位移越长D.车速越大,刹车后滑行的位移越长,所以惯性越大解析要理解质量是惯性大小的唯一决定因素,惯性是物体的固有属性,其大小仅由物体的质量决定,质量越大,惯性越大,所以A错B正确
10、。滑行位移应由刹车时的速度确定,因为刹车过程中,其加速度是一定的,根据v2-=2ax,所以车速越大,其滑行位移越大,而与其惯性大小无关,所以C对D错。答案BC本讲稿第十四页，共三十八页1-1如图所示是一种汽车安全带控制装置的示意图,当汽车处于静止或匀速直线运动时,摆锤竖直悬挂,锁棒水平,棘轮可以自由转动,安全带能被拉动。当汽车突然刹车时,摆锤由于惯性绕轴摆动,使得锁棒锁定棘轮,安全带不能被拉动。若摆锤从图中实线位置摆到虚线位置,汽车的可能运动方向和运动状态是()A.向左行驶、突然刹车B.向右行驶、突然刹车C.向左行驶、匀速直线运动D.向右行驶、匀速直线运动本讲稿第十五页，共三十八页答案B解析简
11、化模型如图所示,当小球在虚线位置时,小球、车具有向左的加速度,车的运动情况可能为:向左加速行驶或向右减速行驶,A错B对;当车匀速运动时,无论向哪个方向运动,小球均处于竖直位置不摆动,C、D错。本讲稿第十六页，共三十八页1.牛顿第二定律的特性重难二进一步理解牛顿第二定律重难二进一步理解牛顿第二定律同向性公式F=ma是矢量式,任意时刻,F与a同向正比性m一定时,aF瞬时性a与F对应同一时刻,即a为某时刻的加速度时,F为该时刻物体所受合外力因果性F是产生a的原因,物体具有加速度是因为物体受到了力本讲稿第十七页，共三十八页同一性有三层意思:加速度a相对同一惯性系(一般指地面)F=ma中,F、m、a对应
12、同一物体或同一系统F=ma中,各量统一使用国际单位独立性作用于物体上的每一个力各自产生的加速度都遵从牛顿第二定律物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和分力和加速度在各个方向上的分量也遵从牛顿第二定律,即Fx=max,Fy=may局限性只适用于宏观、低速运动的物体,不适用于微观、高速运动的粒子物体的加速度必须是相对于地球静止或匀速直线运动的参考系(惯性系)而言的本讲稿第十八页，共三十八页2.应用牛顿第二定律的解题步骤(1)明确研究对象。根据问题的需要和解题的方便,选出被研究的物体。(2)进行受力分析和运动状态分析,画好受力分析图,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
13、,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)求选取的物体或系统所受的合外力F合。(5)根据牛顿第二定律F合=ma或列方程求解,必要时还要对结果进行讨论。本讲稿第十九页，共三十八页典例典例2如图所示,bc是固定在小车上的水平横杆,物块M中心穿过横杆,M通过细线悬吊着小物块m,小车在水平地面上运动的过程中,M始终未相对杆bc移动,M、m与小车保持相对静止,悬线与竖直方向夹角为,则M受到横杆的摩擦力为()A.大小为(m+M)gtan,方向水平向右B.大小为Mgtan,方向水平向右C.大小为(m+M)gtan,方向水平向左D.大小为Mgtan,方向水平向左本讲稿第二十页，共三
14、十八页解析对m受力分析,应用牛顿第二定律得mgtan=ma,a=gtan,方向水平向右。取M和m整体分析:f=(M+m)a=(M+m)gtan,方向水平向右,A正确。答案A本讲稿第二十一页，共三十八页2-1如图所示,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。求人受的支持力和摩擦力的大小。本讲稿第二十二页，共三十八页答案m(g-asin)macos解析解法一以人为研究对象,他站在减速上升的扶梯上,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F静,由于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(a)
15、所示,建立如图所示的坐标系,将加速度分解为水平方向加速度ax和竖直方向加速度ay,如图(b)所示,则ax=acos,ay=asin。本讲稿第二十三页，共三十八页由牛顿第二定律得F静=max,mg-FN=may求得F静=macos,FN=m(g-asin)。解法二以人为研究对象,受力分析如图所示。因摩擦力F静为待求,且必沿水平方向,设为水平向右。建立如图所示坐标系,并规定正方向。本讲稿第二十四页，共三十八页根据牛顿第二定律得x方向mgsin-FNsin-F静cos=may方向mgcos+F静sin-FNcos=0由两式可解得FN=m(g-asin),F静=-macosF静为负值,说明摩擦力的实际
16、方向与假设方向相反,为水平向左。本讲稿第二十五页，共三十八页1.作用力与反作用力的“三同、三异、三无关”(1)“三同”:大小相同;性质相同;变化情况相同。(2)“三异”:方向不同;受力物体不同;产生效果不同。(3)“三无关”:与物体的种类无关;与物体的运动状态无关;与是否和另外物体相互作用无关。2.相互作用力与平衡力的比较重难三对牛顿第三定律的理解及应用重难三对牛顿第三定律的理解及应用对应名称比较内容作用力和反作用力一对平衡力本讲稿第二十六页，共三十八页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,相互依存,不可单独存在无依赖关系,撤除一个,另一个可依然存
17、在,只是不再平衡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可以是同性质的力,也可以不是同性质的力相同点大小、方向大小相等、方向相反、作用在同一条直线上本讲稿第二十七页，共三十八页典例典例3一个箱子放在水平地面上,箱内有一固定的竖直杆,在杆上套着一个环,箱与杆的质量为M,环的质量为m,如图所示,已知环沿杆匀加速下滑时,环与杆间的摩擦力大小为Ff,则此时箱子对地面压力大小为多少?本讲稿第二十八页，共三十八页Ff,且Ff=Ff,故箱子在竖直方向上受力情况如图乙所示,受重力Mg、地面对它的支持力FN,及环给它的摩擦力Ff,
18、由平衡条件知FN=Mg+Ff,解析环在竖直方向上受力情况如图甲所示,环受重力及杆给它的竖直向上的摩擦力Ff,根据牛顿第三定律,环应给杆一个竖直向下的摩擦力再由牛顿第三定律可得箱子对地面的压力为FN=FN=Mg+Ff。答案Mg+Ff本讲稿第二十九页，共三十八页3-1如图所示为杂技“顶竿”表演,一人站在地上,肩上扛一质量为M的竖直竹竿,竿上有一质量为m的人可以看成质点,当此人沿着竖直竿以加速度a加速下滑时,竿对地面上的人的压力大小为()A.(M+m)g-maB.(M+m)g+maC.(M+m)gD.(M-m)g本讲稿第三十页，共三十八页由牛顿第三定律知竿对地面上人的压力大小为N=N=(M+m)g-
19、ma。甲乙答案A解析竿上的人下滑过程受力如图甲,则有mg-f=ma,得f=m(g-a),竿在竖直方向静止,受力如图乙,则有N=f+Mg=(M+m)g-ma,本讲稿第三十一页，共三十八页 牛顿运动定律在两类问题中的应用方法牛顿运动定律在两类问题中的应用方法1.刚性绳和弹簧问题思想方法思想方法刚性绳(或接触面)此类物体认为是一种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。一般题目中所给细绳、轻杆和接触面等在不加特殊说明时,均可按此模型处理弹簧(或橡皮绳)此类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,其弹力的大小往往可以看成是不变的本讲稿第
20、三十二页，共三十八页典例典例1如图甲所示,一质量为m的物体系于长度分别为L1、L2的两根细线上,L1的一端悬挂在天花板上,与竖直方向夹角为,L2水平拉直,物体处于平衡状态。求解下列问题:(1)现将线L2剪断,求剪断L2的瞬间物体的加速度。(2)若将图甲中的细线L1换成长度相同(接m后),质量不计的轻弹簧,如图乙所示,其他条件不变,求剪断L2的瞬间物体的加速度。本讲稿第三十三页，共三十八页解析(1)线L2被剪断的瞬间,因细线L2对物体的弹力突然消失,而引起L1上的张力发生突变,使物体的受力情况改变,瞬时加速度垂直L1斜向下方,大小为a=gsin。(2)当线L2被剪断时,细线L2对物体的弹力突然消
21、失,而弹簧的形变还来不及变化(变化要有一个过程,不能突变),因而弹簧的弹力不变,它与重力的合力与细线L2对物体的弹力是一对平衡力,等值反向,所以线L2被剪断的瞬间,物体加速度的大小为a=gtan,方向水平向右。答案(1)gsin,方向垂直于L1斜向下方(2)gtan,方向水平向右本讲稿第三十四页，共三十八页细线的拉力在瞬间会发生突变,而弹簧的弹力在瞬间不会突变。因此在细线被剪断前,甲、乙两图中物体的受力情况相同,但在剪断细线瞬间,物体的受力情况不再相同。本讲稿第三十五页，共三十八页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
22、整体受到的外力F已知时,可用牛顿第二定律求出整体的加速度,这种处理问题的思维方法叫做整体法隔离法从研究的方便出发,当求系统内物体间相互作用的内力时,常把某个物体从系统中“隔离”出来,进行受力分析,依据牛顿第二定律列方程,这种处理连接体问题的思维方法叫做隔离法2.整体法与隔离法处理连接体问题注意处理连接体问题时,整体法与隔离法往往交叉使用,一般的思路是先用整体法求加速度,再用隔离法求物体间的作用力。本讲稿第三十六页，共三十八页典例典例2两个叠在一起的滑块,置于固定的、倾角为的斜面上,如图所示,滑块A、B的质量分别为M、m,A与斜面间的动摩擦因数为1,B与A之间的动摩擦因数为2,已知两滑块都从静止开始以相同的加速度从斜面上滑下,滑块B受到的摩擦力为()A.等于零B.方向沿斜面向上C.大小等于1mgcosD.大小等于2mgcos本讲稿第三十七页，共三十八页解析把A、B两滑块作为一个整体,设其下滑的加速度为a,由牛顿第二定律有(M+m)gsin-1(M+m)gcos=(M+m)a得a=g(sin-1cos)。由于agsin,可见B随A一起下滑过程中,必须受到A对它沿斜面向上的摩擦力,设摩擦力为FB(如图所示)。由牛顿第二定律有mgsin-FB=ma得FB=mgsin-ma=mgsin-mg(sin-1cos)=1mgcos。答案BC本讲稿第三十八页，共三十八页