山东省2021高考物理一轮复习 专题三 牛顿运动定律课件

考点清单考点一牛顿运动定律一、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.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①改变物体运动状态的原因,即产生加速度的原因。注意质量是惯性大小的唯一量度,惯性与物体的运动情况和受力情况无关。质量大的物体惯性大,质量小的物体惯性小。二、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。(此式只在国际单位制中成立)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。三、单位制、单位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②长度、③质量、④时间,它们的国际单位制单位分别是米、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。基本物理量符号单位名称单位符号质量m千克kg时间t秒s长度l米m电流I安[培]A热力学温度T开[尔文]K物质的量n,(ν)摩[尔]mol发光强度I,(IV)坎[德拉]cd4.国际单位制中的基本单位四、牛顿第三定律1.作用力与反作用力的“六同、三异、二无关”(1)六同 (2)三异 (3)二无关 大小相同、性质相同、同一直线同时产生、同时变化、同时消失方向相反不同物体不同效果与物体的运动状态无关与物体是否受其他力无关作用力与反作用力一对平衡力相同点等大、反向,作用在同一条直线上2.一对作用力与反作用力和一对平衡力的区别 受力物体作用在两个不同的物体上作用在同一个物体上依赖关系相互依存,不可单独存在无依赖关系,解除一个,另一个可依然存在,只是不再平衡力的效果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相同不一定相同考点二牛顿运动定律的综合应用一、应用牛顿第二定律解决的两类问题1.已知物体的受力情况,求解物体的运动情况解这类题目,一般是应用牛顿运动定律求出物体的加速度,再根据物体的初始条件,应用运动学公式,求出物体运动的情况。2.已知物体的运动情况,求解物体的受力情况解这类题目,一般是应用运动学公式求出物体的加速度,再应用牛顿第二定律求出物体所受的合外力,进而求出物体所受的其他外力。二、整体法与隔离法1.整体法是指系统内(即连接体内)物体间无相对运动时(具有相同加速度),可以把连接体内所有物体组成的系统作为整体考虑,分析其受力情况,对整体列方程求解的方法。整体法可以求系统的加速度或外界对系统的作用力。2.隔离法是指当我们所研究的问题涉及多个物体组成的系统时,需要求连接体内各部分间的相互作用力,从研究方便出发,把某个物体从系统中隔离出来,作为研究对象,分析其受力情况,再列方程求解的方法。隔离法适合求系统内各物体间的相互作用力或各个物体的加速度。三、超重和失重视重当物体挂在弹簧测力计下或放在水平台秤上时,弹簧测力计或台秤的示数称为视重。视重大小等于弹簧测力计所受物体的拉力或台秤所受物体的压力超重物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)大于物体所受重力的现象称为超重。超重的条件是:物体具有向上的加速度失重物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)小于物体所受重力的现象称为失重。失重的条件是:物体具有向下的加速度完全失重物体对支持物的压力(或对悬挂物的拉力)等于零的现象称为完全失重。完全失重的条件是:物体的加速度为⑤重力加速度拓展一对牛顿运动定律的理解1.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,而是不受任何外力的理想情况,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。2.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(静止或匀速直线运动)不变。知能拓展(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。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。同向性公式F=ma是矢量式,任一时刻,F与a同向正比性m一定时,a∝F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同一性有三层意思:①加速度a相对同一参考系(一般指地面)②F=ma中,F、m、a对应同一物体或同一系统③F=ma中,各量统一使用国际单位制单位独立性①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②物体的实际加速度等于每个力产生的加速度的矢量和③力、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①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②物体的加速度必须是相对于地面静止或匀速直线运动的参考系而言的3.对牛顿第二定律的理解注意独立性原理是牛顿第二定律正交分解法的基础,根据独立性原理,把物体所受的各力分解在相互垂直的方向,在这两个方向分别列牛顿第二定律方程。这就是牛顿第二定律的正交分解法。例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θ。求人受到的支持力和摩擦力的大小。 解题导引 解析方法一以人为研究对象,受力分析如图(a)所示,建立如图所示的坐标系,并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=acosθ,ay=asinθ。由牛顿第二定律得F静=max,mg-FN=may求得F静=macosθ,FN=m(g-asinθ)。方法二以人为研究对象,建立如图所示坐标系,并规定正方向。 根据牛顿第二定律得x方向mgsinθ-FNsinθ-F静cosθ=ma ①y方向mgcosθ+F静sinθ-FNcosθ=0 ②由①②两式可解得FN=m(g-asinθ),F静=-macosθF静为负值,说明摩擦力的实际方向与假设方向相反,为水平向左。答案m(g-asinθ)macosθ拓展二对超重和失重的理解1.对超重、失重的理解: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.判断方法(1)不管物体的加速度是不是沿竖直方向,只要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。(2)尽管不是整体有竖直方向的加速度,但只要物体的一部分具有竖直方向的分加速度,整体也会出现超重或失重现象。注意在完全失重的状态下,平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失,如天平失效、浸在水中的物体不再受浮力、液体柱不再产生压强等。例2如图所示,是某同学站在压力传感器上做下蹲—起立的动作时记录的力随时间变化的图像,纵坐标为力(单位为牛顿),横坐标为时间。由图像可知 ()A.该同学做了两次下蹲—起立的动作B.该同学做了一次下蹲—起立的动作C.下蹲过程中人处于失重状态D.下蹲过程中先处于超重状态后处于失重状态解析在一次下蹲过程中,该同学要先后经历失重状态和超重状态,所以对压力传感器的压力先小于自身重力后大于自身重力,而在一次起立过程中,该同学又要先后经历超重状态和失重状态,所以对压力传感器的压力先大于自身重力后小于自身重力,所以题图记录的是一次下蹲—起立的动作。答案B拓展三两类动力学问题1.两类动力学问题分析思路2.解答两类动力学问题应注意的问题(1)无论是哪种情况,联系力和运动的“桥梁”都是加速度。(2)物体的运动情况由受力情况及物体运动的初速度共同决定。例3如图所示,质量为10kg的物体在F=200N的水平推力作用下,从粗糙斜面的底端由静止开始沿斜面运动,斜面固定不动,与水平地面的夹角θ=37°,力F作用2s后撤去,物体在斜面上继续上滑了1.25s后,速度减为零。求:物体与斜面间的动摩擦因数μ和物体沿斜面向上运动的总位移x。(已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,g=10m/s2) 解题导引解析对物体受力分析如图所示,设加速时的加速度为a1,末速度为v,将mg和F沿斜面方向和垂直于斜面方向正交分解,由牛顿运动定律得N=Fsinθ+mgcosθFcosθ-f-mgsinθ=ma1又f=μN加速过程由运动学规律可知v=a1t1撤去F后,物体减速运动的加速度大小为a2,则a2=gsinθ+μgcosθ由匀变速直线运动规律有v=a2t2由运动学规律知x=a1 /2+a2 /2代入数据得μ=0.25x=16.25m21t22t答案0.2516.25m拓展四连接体问题1.加速度相同的连接体问题(1)若求解整体的加速度,可用整体法。把整个系统看做一个研究对象,分析整体受外力情况,再由牛顿第二定律求出加速度。(2)若求解系统内力,可先用整体法求出整体的加速度,再用隔离法将内力转化成外力,由牛顿第二定律求解。例4(多选)如图所示,一质量M=3kg、倾角为α=45°的斜面体放在光滑水平地面上,斜面体上有一质量为m=1kg的光滑楔形物体。用一水平向左的恒力F作用在斜面体上,系统恰好保持相对静止地向左运动。重力加速度为g=10m/s2,下列判断正确的是 () A.系统做匀速直线运动B.F=40NC.斜面体对楔形物体的作用力FN=5 ND.增大力F,楔形物体将相对斜面体沿斜面向上运动2解析对整体受力分析如图甲所示,由牛顿第二定律有F=(M+m)a,对楔形物体受力分析如图乙所示,由牛顿第二定律有mgtan45°=ma,可得F=40N,a=10m/s2,A错,B对。斜面体对楔形物体的作用力FN= = mg=10 N,C错。外力F增大,则斜面体加速度增加,楔形物体不能获得那么大的加速度,将会相对斜面体沿斜面向上运动,D对。答案BDsin45?mg222.加速度不同的连接体问题由于系统内各个物体的加速度不同,一般应采用隔离法。以各个物体分别作为研究对象,对每个研究对象进行受力和运动情况分析,分别应用牛顿第二定律建立方程,并注意应用物体间的相互作用关系,联立求解。例5如图所示,质量为M的木板可沿倾角为θ的光滑斜面下滑,木板上站着一个质量为m的人,求: (1)为了保持木板与斜面相对静止,人运动的加速度是多少?(2)为了保持人与斜面相对静止,木板运动的加速度是多少?解题导引解析(1)为了使木板与斜面保持相对静止,必须满足木板在斜面上的合力为零,所以人施于木板的摩擦力应沿斜面向上,故人应加速向下跑。现分别对木板和人应用牛顿第二定律。对木板进行受力分析,如图甲所示, 沿斜面方向有:Mgsinθ-f1=0,对人进行受力分析,如图乙所示,mgsinθ+f1'=ma人(a人为人相对斜面的加速度),f1=f1'解得a人= gsinθ,方向沿斜面向下。(2)为了使人与斜面保持相对静止,必须满足人在木板上所受合力为零,所以木板施于人的摩擦力应沿斜面向上,故人相对木板向上跑,木板相对斜面向下滑,但人相对斜面静止不动。设木板相对斜面的加速度为a木,现分别对木板和人进行受力分析,由牛顿第二定律有: Mmm对木板:Mgsinθ+f2'=Ma木,对人:mgsinθ=f2,f2=f2'解得a木= gsinθ,方向沿斜面向下,即人相对木板向上加速跑动,而木板沿斜面向下滑动,此时人相对斜面静止不动。MmM答案见解析拓展五动力学和运动图像的综合问题1.