2021年湖南省普通高中学业水平测试物理同步复习 1.4　牛顿运动定律word版含答案 1

第四章 牛顿运动定律
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考点1 牛顿第一定律
考点2 实验:探究加速度与力、质量的关系
考点3 牛顿第二定律
考点4 力学单位制
考点5 牛顿第三定律
考点6 用牛顿运动定律解决问题(一)
考点7 用牛顿运动定律解决问题(二)
一、牛顿第一定律
1.牛顿第一定律:
(1)内容:一切物体总保持___________状态或______状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态为止。
(2)意义:正确揭示了力与运动的关系,纠正了“力是维持物体运动的原因”的错误观点,明确了“力是改变物体运动状态的原因”而不是维持物体运动的原因。
2.惯性:
(1)惯性:物体具有保持原来______状态或______状态的性质,任何物体都具有惯性。牛顿第一定律又叫惯性定律。
(2)惯性的量度:量度物体惯性大小的物理量是物体的______。______大,物体的惯性就大,惯性与其他任何因素无关。
二、实验:探究加速度与力、质量的关系
1.实验原理:利用______法,探究加速度与物体质量,加速度与物体受力的关系。
2.实验环节:
(1)探究物体加速度的大小与质量的关系:保持物体受到的______不变,改变物体的质量,利用a-图象确定a与M的关系。
(2)探究物体的加速度与合外力的关系:保持物体的______不变,改变物体受到的合外力,利用a-F图象确定a与F的关系。
三、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______,跟它的质量成______,加速度的方向跟作用力的方向______。
2.表达式:F合=______。
3.牛顿第二定律的理解:
(1)矢量性:公式F合=ma是矢量式,等式两边不仅数值相等,还要求方向______,即加速度的方向始终跟合外力的方向相同。
(2)因果性:牛顿第二定律表明,只要物体所受合外力不为零,物体就产生加速度,因此,合外力是使物体产生加速度的原因,加速度是合外力作用下产生的结果。
(3)瞬时性:公式F合=ma对物体在运动过程中的每一瞬间都是成立的,因此a和F有瞬时对应关系,即同时______、同时消失、同时变化,没有时间上的先后之分。
(4)同一性:公式F合=ma中的F合、m、a三个量必须对应于同一个______或同一系统。
(5)单位:力的国际单位是______,符号是N。
四、力学单位制
1.单位制:由______和导出单位组成。选定的几个物理量的单位为基本单位,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为______。
2.力学中的基本物理量是: ______、质量、______,相应的基本单位是米、千克、秒。
五、牛顿第三定律
1.作用力和反作用力:
(1)力是物体对物体的作用,一个力一定存在着受力物体和施力物体。
(2)力的作用总是相互的,物体间______的这一对力称为作用力和反作用力。
2.牛顿第三定律:两个物体之间的作用力和反作用力总是大小______,方向______,作用在同一条直线上。
六、用牛顿运动定律解决问题(一)
1.从受力确定运动情况:如果已知物体的受力情况,可以由______求出物体的加速度,再通过运动学规律确定物体的运动情况。
2.从运动情况确定受力:如果已知物体的运动情况,根据______求出物体的加速度,再根据牛顿第二定律就可以确定物体所受的力。
七、用牛顿运动定律解决问题(二)
1.共点力平衡条件:
(1)共点力:一个物体受到几个外力作用,如果这几个力有共同的作用点或者这几个力的______交于一点,这几个力称为共点力。
(2)平衡状态:物体保持______状态或______的状态。
(3)平衡条件: ______________。
2.超重和失重:
(1)超重现象:当物体的加速度______时,物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) ______物体重力的现象。
(2)失重现象:当物体的加速度______时,物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力) ______物体重力的现象。
(3)完全失重状态:当物体向下的加速度为______时,物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)变为______的状态。
3.从动力学看自由落体运动:
(1)受力情况:运动过程中只受______作用,且受力恒定不变,物体的加速度不变。
(2)运动情况:初速度为______的竖直向下的匀加速直线运动。
(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)物体的惯性越大,其运动状态越容易改变。( )
(2)物体受到不为零的合外力作用,立即产生加速度。( )
(3)物体的加速度大,说明它的质量一定小。( )
(4)由基本单位和导出单位一起组成了单位制。( )
(5)作用力与反作用力可以作用在同一物体上。( )
(6)根据受力情况和物体的初始运动条件可以确定物体的运动情况。( )
(7)超重就是物体的重力变大的现象。( )
(8)自由落体运动的物体处于完全失重状态。( )
作用力与反作用力和平衡力的区别
作用力与反作用力 平衡力
受力物体 两个不同的物体,作用效果不能抵消 一个物体,作用效果可以抵消
大小方向 大小相等,方向相反 大小相等,方向相反
力的性质 一定是同一性质的力 可以是不同性质的力
大小变化 同时存在,同时变化,同时消失 其中一个力变化时,不影响另外一个力
热点一牛顿运动定律的理解
【例1】(2019·湖南学业水平考试真题)质量为2kg的物体A静止在水平面上,质量为1kg的物体B在水平桌面上做匀速直线运动。关于两物体惯性大小的比较,下列说法正确的是( )
A.A的惯性大
B.B的惯性大
C.A、B的惯性一样大
D.A、B的惯性大小无法比较
【例2】(2016·湖南学业水平考试真题)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,为了研究加速度与力的关系,应保持不变的物理量是( )
A.速度 B.加速度 C.质量 D.力
【例3】(2020·湖南合格考)在“探究作用力与反作用力的关系”实验中,已校准的两个弹簧测力计A、B用如图所示方式连接,B的一端固定。用手拉测力计A时,A受到B的拉力F和B受到A的拉力F'的大小关系为( )
A.F>F' B.F=F' C.F作用力与反作用力的关系
(1)作用力与反作用力是一种瞬时对应关系,同时产生、同时变化、同时消失。且不可认为先有作用力后有反作用力。
(2)牛顿第三定律中的“总是”的含义是,对于任何两个相互作用的物体,在任何情况下牛顿第三定律都是成立的。
【例4】(2018·湖南学业水平考试真题)下列单位,属于国际单位制中的基本单位的是( )
A.小时 B.秒 C.米/秒 D.米/秒2
热点二两类动力学问题
【例5】(2020·湖南合格考)一架质量m=5.0×103kg的喷气式飞机,从静止开始沿水平跑道滑跑,在前6s内做匀加速直线运动,加速度大小a=4m/s2,飞机受到的阻力大小Ff=1.0×103N。在此6s内,求:
(1)飞机的末速度大小v;
(2)飞机的位移大小x;
(3)飞机受到的牵引力大小F。
两类动力学问题的解题思路
热点三共点力的平衡
【例6】(2016·湖南学业水平考试真题)如图,在竖直光滑墙壁上,用细绳将一个匀质钢球悬挂在A点,钢球处于静止状态。如果减小细绳长度,则细绳对钢球的拉力( )
A.变大 B.变小
C.不变 D.大小变化情况无法确定
热点四探究加速度与力、质量的关系
【例7】(2017·湖南学业水平考试真题)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,为了更直观地判断加速度a是否与质量m成反比,我们应作( )
A.a-m图象 B.a-图象
C.a-m2图象 D.a-图象
判断加速度与质量关系的方法
因为a-m图象的形状是一条曲线,不能直观判断出加速度与质量的关系,故通过判断a-图象是一条过坐标原点的直线,则可得出结论:物体受力一定时,加速度与质量成反比。
一、选择题
1.(2020·邵阳学业水平模拟)关于物体的惯性,下列说法正确的是( )
A.物体的质量越大,惯性越小
B.运动的物体具有惯性,静止的物体没有惯性
C.物体的速度越大,惯性越小
D.汽车前行时突然刹车,由于惯性,乘客会向前倾
2.完美收官,星耀全球!2020年6月23日9时43分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射北斗系统第五十五颗导航卫星,暨北斗三号最后一颗全球组网卫星,至此北斗三号全球卫星导航系统星座部署比原计划提前半年全面完成。下列关于火箭升空时的说法正确的是( )
A.喷出气体对火箭的作用力与火箭受到的重力是一对相互作用力
B.喷出气体对火箭的作用力大于火箭对喷出气体的作用力
C.喷出气体对火箭的作用力等于火箭对喷出气体的作用力
D.火箭在太空的真空环境中将无法加速
3.为了更直观地反映在合外力F一定时,物体的加速度a与物体质量m的关系,往往用两者的关系图象来表示,该关系图象正确的是( )
4.“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示,用该装置研究小车的加速度a与质量M的关系时,下列说法中错误的是( )
A.实验时,应先接通电源,再释放小车
B.打点计时器应接在学生电源的直流输出端
C.在探究加速度a与质量M的关系时,应保证小车的合力大小不变
D.在探究加速度a与质量M的关系时,为了直观判断二者间的关系,作出a-图象
5.(2020·邵阳学业水平模拟)如图所示,重力为10N的物体置于水平桌面上,在3N的水平拉力F作用下处于静止状态,则物体所受力的合力大小为( )
A.10N B.7N C.3N D.0
6.(2020·益阳学业水平模拟)下列单位属于国际单位制的基本单位的是( )
A.牛顿 B.米 C.焦耳 D.米/秒
7.如图,把两个劲度系数均为100N/m的弹簧测力计A、B连接在一起,放在光滑水平桌面上,B的一端固定,用手沿水平方向拉A,当A的示数为2.0N时,B的示数及B的弹簧伸长量分别为( )
A.4.0N,2cm B.4.0N,4cm
C.2.0N,2cm D.2.0N,4cm
8.2019年12月1日,乒乓球男子世界杯决赛中,中国选手樊振东以4∶2击败张本智和,成功卫冕世界杯冠军。在樊振东击球的瞬间,下列说法正确的是( )
A.球拍对乒乓球的作用力大于乒乓球对球拍的作用力
B.球拍对乒乓球的作用力与乒乓球对球拍的作用力大小相等
C.球拍对乒乓球的作用力与乒乓球所受到的重力是一对平衡力
D.球拍对乒乓球的作用力与乒乓球对球拍的作用力是一对平衡力
9.国庆70周年阅兵仪式上,我国空警2000预警机和空军八一飞行表演队的8架歼-10战机进行飞行表演,飞机先爬升到一定高度,然后匀速通过天安门广场。假设飞机在竖直方向的分运动是向上先做加速直线运动后做减速直线运动,则在爬升过程中,下列说法正确的是( )
A.飞行员所受的重力先增加后减小
B.飞行员所受的合力先增加后减小
C.飞行员先处于超重状态,后处于失重状态
D.飞行员一直处于超重状态
二、非选择题
10.一个质量为m的人,站在电梯内随电梯竖直向上运动,重力加速度为g。当电梯匀速上升时,人对电梯底板的压力F______(选填“大于”或“等于”)mg,当电梯加速上升时,人处于______(选填“超重”或“失重”)状态。
11.“探究加速度与力、质量的关系”的实验采用的是控制变量法。研究物体加速度与质量的关系时,应保持物体的______(选填“合力”或“质量”)不变;研究物体加速度与合力的关系时,作出的a-F图象如图所示,由图可知,a与F成______。
12.如图所示,质量m=3kg的物体静止在光滑的水平地面上,现用F=9N的向右的水平拉力作用在物体上,则物体加速度的大小为______m/s2,5s末的速度大小为______m/s。
13.(2020·益阳学业水平模拟)一个质量m=2kg的物体在水平拉力F的作用下,在光滑水平面上从静止开始做匀加速直线运动,经过时间t=4s速度变为v=12m/s。求:
(1)物体的加速度a的大小;
(2)水平拉力F的大小。
14.把一质量为300kg的钢琴从阳台上落到地面,用一绳子吊着钢琴先以0.5m/s的速度匀速降落,当钢琴底部距地面高h时,又以大小为1m/s2的加速度匀减速降落,钢琴落地时速度刚好为0。(g取10m/s2)求:
(1)钢琴做匀减速运动的时间t;
(2)匀减速运动的距离h;
(3)匀减速下落过程中绳子对钢琴的拉力大小。
15.(2018·湖南学业水平考试真题)质量m=2kg的物体在光滑水平地面上以v0=4m/s的速度做匀速直线运动,某时刻起受到一个与运动方向相同的水平恒力F作用,经历时间t=2s,速度变为v=10m/s,求物体在此2s时间内:
(1)加速度a的大小。
(2)发生的位移x的大小。
(3)所受恒力F的大小。
16.(2017·湖南学业水平考试真题)一个质量m=4kg的木箱静止放置在水平地面上,某同学用F=18N的水平推力推动木箱做匀加速直线运动,已知木箱与地面之间的动摩擦因数μ=0.3,重力加速度g取10m/s2。求:
(1)木箱受到的滑动摩擦力大小。
(2)木箱运动的加速度大小。
(3)木箱在2s末的速度大小。
17.某一水平直线路段车辆的限速为20km/h。一辆质量为2.0×103kg的小汽车在发现前方的突发情况后,立即紧急刹车,使车停止。测得刹车痕迹长为3.0m,刹车过程中汽车受到的阻力为1.2×104N。
(1)求刹车过程中汽车的加速度大小。
(2)求刹车过程中汽车的初速度大小。
(3)判断该车是否超速。
独轮摩托车是一种新型交通工具,如图所示,它是通过内置的一对陀螺仪来实现平衡的,而它的速度则是由倾斜程度来控制的,想要加速则向前倾,减速和后退则向后倾。某人骑着一款独轮摩托车从静止开始,沿直线匀加速行驶了4s,达到最大速度6m/s后,又以1.2m/s2的加速度沿直线匀减速行驶了3s,然后做匀速直线运动。求:
(1)匀加速运动时的加速度大小及最后匀速运动时的速度大小;
(2)若人和摩托车的总质量M=100kg,求整体匀减速运动时所受的合力大小F。
核心速填·必考点夯基
一、1.(1)匀速直线运动　静止
2.(1)匀速直线运动　静止
　(2)质量　质量
二、1.控制变量　2.(1)合外力　(2)质量
三、1.正比　反比　相同　2.ma
3.(1)相同　(3)产生　(4)物体
　(5)牛顿
四、1.基本单位　导出单位
2.长度　时间
五、1.(2)相互作用　2.相等　相反
六、1.牛顿第二定律　2.运动学公式
七、1.(1)作用线
　(2)静止　匀速直线运动
　(3)F合=0
2.(1)竖直向上　大于
　(2)竖直向下　小于　(3)g　零
3.(1)重力　(2)零
【秒判正误】
(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×
(6)√　(7)×　(8)√
典例突破·热考点精练
【例1】A　质量是惯性大小的唯一量度,质量大的物体惯性大,惯性大小与物体的运动状态无关,故A正确,B、C、D错误。
【例2】C　加速度与力、质量两个因素有关,研究加速度与力的关系时,应保持质量不变。
【例3】B　测力计A受到测力计B的拉力与测力计B受到测力计A的拉力是一对相互作用力,根据牛顿第三定律可知其大小相等,A、C、D错误,B正确。
【例4】B　物理学中选定了七个基本物理量,它们的单位属于基本单位,其中力学中选定了三个,分别为长度、质量、时间。小时属于基本单位,但不是国际单位,秒是基本单位,A错误,B正确;由基本单位组成的单位叫导出单位,米/秒、米/秒2都是导出单位,C、D错误。
【例5】【解析】(1)飞机的末速度大小
v=at=4×6 m/s=24 m/s。
(2)飞机的位移大小
x=at2=×4×62 m=72 m。
(3)根据牛顿第二定律得
F-Ff=ma
得飞机受到的牵引力
F=Ff+ma=1.0×103 N+5.0×103×4 N=2.1×104 N。
答案:(1)24 m/s　 (2)72 m
(3)2.1×104 N
【例6】A　因Fcos θ=G,故F=,当绳子长度减小时,θ增大,cos θ减小,F变大。
【例7】B　在研究两个变量之间的关系时,为了直观判断二者间的关系,应作出线性图线,所以应作a -图象,若此图线为直线,则说明在当保持力不变时,加速度与质量成反比,A、C、D错误,B正确。故选B。
达标训练·合格考通关
1.D　　
2.C　
3.D　物体在所受外力一定时,物体的加速度a与物体质量m成反比,两者的a-m图象应为双曲线(反比例函数)或a-图象应为过原点的直线(正比例函数),A、B均错误;在研究物体的加速度a与物体质量m的关系时,这两者的关系图象应为我们熟悉的容易辨别的函数图象,选项C中a-m图象是曲线,但很难辨别其是否是双曲线,所以也就难以判断a与m是否成反比,C错误;而选项D中a-图象为过原点的直线,很容易得到a与成正比,即a与m成反比,D正确。故选D。
4.B　实验时应该先接通电源,再释放小车,A正确;打点计时器应接学生电源的交流输出端,B错误;在探究加速度a与质量M的关系时,应用控制变量法,即控制小车的合力大小不变,C正确;在探究加速度a与质量M的关系时,为了能直观地判断二者间的反比关系,应作出a-图象,D正确。故选B。
5.D　物体处于静止状态即平衡状态,一定受到平衡力的作用,而平衡力的合力为零,A、B、C错误,D正确。故选D。
6.B　牛顿、焦耳、米/秒都是国际单位制中的导出单位,米是国际单位制中基本物理量长度的国际单位,A、C、D错误,B正确。故选B。
7.C　根据牛顿第三定律,B的示数和A的示数相同。再根据F=kΔx,Δx=2 cm,故C正确。
8.B　球拍对乒乓球的作用力与乒乓球对球拍的作用力是一对相互作用力,大小相等,A、D错误,B正确;在击球的瞬间,球拍处于非平衡状态,球拍对乒乓球的作用力与乒乓球所受到的重力不平衡,C错误。故选B。
9.C　飞行员所受的重力保持不变,A错误;合力方向先向上后向下,合力大小无法判断,B错误;飞行员的加速度方向先向上后向下,所以飞行员先处于超重状态,后处于失重状态,C正确、D错误。故选C。
10.【解析】电梯匀速上升时,人处于平衡状态,则F=mg,当电梯加速上升时,F-mg=ma,得F=mg+ma,人处于超重状态。
答案:等于　超重
11.【解析】本题考查控制变量法和数据处理方法。当研究物体加速度与质量的关系时,应控制物体合力不变;由题目给出的图象可以知道,加速度与合力成正比。
答案:合力　正比
12.【解析】对物体受力分析:重力G、支持力N、拉力F,由牛顿第二定律:F=ma得:a== m/s2=3 m/s2
5 s末的速度大小为:
v=at=3×5 m/s=15 m/s
答案:3　15
13.【解析】(1)a==
= m/s2=3 m/s2;
(2)F=ma=2×3 N=6 N。
答案:(1)3 m/s2　(2)6 N
14.【解析】(1)钢琴做匀减速运动时,
初速度v0=0.5 m/s,
加速度 a=-1 m/s2,末速度v=0,
由v=v0+at得
t== s=0.5 s。
(2)匀减速运动的距离h=v0t+at2=0.5×0.5 m+×(-1)×0.52 m=
0.125 m。
(3)匀减速下落过程中,根据牛顿第二定律得mg-T=ma
可得T=m(g-a)=300×(10+1) N=3 300 N
答案:(1)0.5 s　(2)0.125 m
(3)3 300 N
15.【解析】(1)物体做匀加速直线运动,根据加速度的定义式
a=,得a= m/s2=3 m/s2
(2)根据位移公式x= t=t,
得x=×2 m=14 m
(3)根据牛顿第二定律F=ma,
得F=2×3 N=6 N
答案:(1)3 m/s2　(2)14 m　(3)6 N
16.【解析】(1)对木箱进行受力分析,水平方向上受到拉力F和滑动摩擦力Ff的作用;竖直方向上受到重力G和支持力FN的作用,且二力平衡,即FN=G。
所以Ff=μFN=μG=μmg=12 N。
(2)根据牛顿第二定律得
F-Ff=ma,a== m/s2=1.5 m/s2。
(3)2 s末的速度
v=v0+at=1.5×2 m/s=3 m/s。
答案:(1)12 N　(2)1.5 m/s2
(3)3 m/s
17.【解析】(1)由牛顿第二定律F合=ma得:a==6 m/s2。
(2)由-v2=2ax,
有:v0==6 m/s。
(3)因v0=6 m/s=21.6 km/h>20 km/h,所以超速。
答案:(1)6 m/s2　(2)6 m/s
(3)超速
【新思维·新考向】
【解析】(1)根据加速度的定义式可知:
a1== m/s2=1.5 m/s2
根据速度—时间关系,设匀速速度为v2,有:v2=v1-a2t2,
代入数据解得v2=2.4 m/s。
(2)由牛顿第二定律知,F=Ma2=120 N
答案:(1)1.5 m/s2　2.4 m/s　(2)120 N