牛顿定律高中全题型归纳全.docx
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牛顿定律高中全题型归纳全
牛顿运动定律--(第一定律第三定律)
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.理解:
①定律的前一句话揭示了物体所具有的一个重要属性,即“保持匀速直线运动状态或静止状态”,这种性质叫惯性.牛顿第一定律指出了一切物体在任何情况下都具有惯性.
②定律的后一句话“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”这实际上是给力下的定义,即力是改变运动状态的原因(力并不是产生和维持物体运动的原因).
③牛顿第一定律指出了物体不受外力作用时的运动规律.实际上,不受外力作用的物体是不存在的.物体所受到的几个力的合力为零时,其运动效果就跟不受外力相同,这时物体的运动状态是匀速直线运动或静止状态.
二、牛顿第三定律
1.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,作用在同一直线上.
2.表达式:
F甲对乙=-F乙对甲,负号表示方向相反.
3.意义:
揭示了力的作用的相互性,即两个物体间只要有作用就必然会出现一对作用力和反作用力.
4.特点:
(1).是同种性质的力如G与G/、FN与FN/、f与f/.
(2).作用在两个物体上,如G作用于人,G/作用于地球.
(3).同时产生、同时消失(甲对乙无作用、乙对甲也无作用).
(4).不管静止或运动,作用力和反作用力总是大小相等,方向相反.
(5).与物体是否平衡无关.
题型1:
怎样判断物体运动状态是否发生变化?
例1关于运动状态的改变,下列说法正确的是()
A.速度方向不变,速度大小改变的物体,运动状态发生了变化
B.速度大小不变,速度方向改变的物体,运动状态发生了变化
C.速度大小和方向同时改变的物体,运动状态一定发生了变化
D.做匀速圆周运动的物体,运动状态没有改变
1.在以下各种情况中,物体运动状态发生了改变的有()
A.静止的物体B.物体沿着圆弧运动,在相等的时间内通过相同的路程
C.物体做竖直上抛运动,到达最高点过程D.跳伞运动员竖直下落过程,速率不变
2.跳高运动员从地面上跳起,是由于( )
A.地面给运动员的支持力大于运动员给地面的压力B.运动员给地面的压力大于运动员受的重力
C.地面给运动员的支持力大于运动员受的重力D.运动员给地面的压力等于地面给运动员的支持力
3.某人用力推原来静止在水平面上的小车,使小车开始运动,此后改用较小的力就可以维持小车做匀速直线运动。
可见( )
A.力是使物体产生运动的原因B.力是维持物体运动速度的原因
C.力是使物体产生加速度的原因D.力是使物体惯性改变的原因
题型2:
惯性定律
例1.下列说法正确的是( )
A.一同学看见某人用手推静止的小车,却没有推动,是因为这辆车惯性太大的缘故
B.运动得越快的汽车越不容易停下来,是因为汽车运动得越快,惯性越大
C.把一个物体竖直向上抛出后,能继续上升,是因为物体仍受到一个向上的推力
D.放在光滑水平桌面上的两个物体,受到相同大小的水平推力,加速度大的物体惯性小
例2.伽利略理想实验将可靠的事实和抽象思维结合起来,能更深刻地反映自然规律.如图3-1-7所示,有关的实验程序内容如下:
(1)减小第二个斜面的倾角,小球在这斜面上仍然要达到原来的高度
(2)两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面
(3)如果没有摩擦,小球将上升到释放时的高度
(4)继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球沿水平面做持续的匀速运动
请按程序先后次序排列,并指出它究竟属于可靠事实,还是通过思维过程的推论,下列选项正确的是(括号内数字表示上述程序的号码)()
A.事实
(2)→事实
(1)→推论(3)→推论(4)
B.事实
(2)→推论
(1)→推论(3)→推论(4)
C.事实
(2)→推论(3)→推论
(1)→推论(4)
D.事实
(2)→推论
(1)→推论(4)→推论(3)
1.关于牛顿第一定律有下列说法:
①牛顿第一定律是实验定律②牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因
③惯性定律与惯性的实质是相同的④物体的运动不需要力来维持其中正确的是( )
A.①②B.②③C.②④D.①②④
1.下列说法正确的是( )
A.物体只有静止或做匀速直线运动时才有惯性B.物体只有受外力作用时才有惯性
C.物体的速度大时,惯性大D.力是使物体产生加速度的原因
2.一物体受绳的拉力作用由静止开始前进,先做加速运动,然后改为匀速运动;再改做减速运动,则下列说法中正确的是( )
A.加速前进时,绳拉物体的力大于物体拉绳的力B.减速前进时,绳拉物体的力大于物体拉绳的力
C.只有匀速前进时,绳拉物体的力与物体拉绳的力大小才相等D.不管物体如何前进,绳拉物体的力与物体拉绳的力大小总相等
3.火车在长直水平轨道上匀速行驶,门窗紧闭的车厢内有一个人向上跳起,发现仍落回到车上原处,这是因为( )
A.人跳起后,厢内空气给他以向前的力,带着他随同火车一起向前运动
B.人跳起的瞬间,车厢的地板给他一个向前的力,推动他随同火车一起向前运动
C.人跳起后,车在继续向前运动,所以人落下后必定偏后一些,只是由于时间很短,偏后距离太小,不明显而已
D.人跳起后直到落地,在水平方向上人和车具有相同的速度
4.如图所示,一个劈形物体物体F,各面均光滑,放在固定斜面上,上面成水平,水平面上放一光滑小球m,劈形物体从静止开始释放,则小球碰到斜面前的运动轨迹是( )
A.沿斜面向下的直线B.竖直向下的直线
C.无规则的曲线D.抛物线
5.如图所示,在车厢中的A是用绳拴在底部上的氢气球,B是用绳挂在车厢顶的金属球,开始时它们和车顶一起向右做匀速直线运动,若忽然刹车使车厢做匀减速运动,则下列哪个图正确表示刹车期间车内的情况( )
6.一向右运动的车厢顶上悬挂两单摆M与N,它们只能在右图所示平面内摆动,某一瞬时出现图示情景,由此可知车厢的运动及两单摆相对车厢运动的可能情况是( )
A.车厢做匀速直线运动,M在摆动,N静止B.车厢做匀速直线运动,M在摆动,N也在摆动
C.车厢做匀速直线运动,M静止,N在摆动D.车厢做加速直线运动,M静止,N也静止
7.如图3—1—5所示,在一辆表面光滑的小车上,有质量分别为m1、m2的两小球(m1>m2)随车一起匀速运动,当车突然停止时,如不考虑其它阻力,设车无限长,则两个小球()
A.一定相碰B.一定不相碰C.不一定相碰
题型3:
作用力与反作用力平衡力
1.物体静止于水平桌面上,则( )
A.桌面对物体的支持力的大小等于物体的重力,这两个力是一对平衡力
B.物体所受的重力和桌面对它的支持力是一对作用力和反作用力
C.物体对桌面的压力就是物体的重力,这两个力是同一种性质的力
D.物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对作用力和反作用力
2.人走路时,人和地球间的作用力和反作用力的对数有( )
A.一对B.二对C.三对D.四对
3.甲乙两队拔河比赛,甲队胜,若不计绳子的质量,下列说法正确的是( )
A.甲队拉绳子的力大于乙队拉绳子的力B.甲队对地面的摩擦力大于乙队对地面的摩擦力
C.甲乙两队与地面间的最大静摩擦力大小相等、方向相反D.甲乙两队拉绳的力相等
4.如图3-1-6所示,P和Q叠放在一起,静止在水平桌面上,下列各对力中属于作用力和反作用力的是()
A.P所受的重力和Q对P的支持力B.Q所受的重力和Q对P的支持力
C.P对Q的压力和Q对P的支持力D.P所受的重力和P对Q的压力
牛顿第二定律
一、牛顿第二定律
1.内容:
物体的加速度跟作用力成正比,跟质量成反比.
2.公式:
F=ma
3.物理意义:
它突出了力是改变物体运动状态的原因,不是维持物体运动的原因.
4.理解:
模型性牛顿第二定律的研究对象只能是质点模型或可看成质点模型的物体.
因果性力是产生加速度的原因,质量是物体惯性大小的量度,物体的加速度是力这一外因和质量这一内因共同作用的结果.
矢量性加速度与合外力都是矢量,它们的方向始终相同,加速度的方向唯一由合外力的方向决定.
瞬时性物体的加速度跟它所受到的合外力之间存在着瞬时对应关系,加速度随合外力同时产生、同时变化、同时消失.
相对性定律中的加速度是以地面或相对于地面静止或匀速直线运动的物体为参照物所量度的,即定律仅在惯性系中成立.
统一性牛顿第二定律是实验定律,通过实验得出F∝ma,写成等式为F=kma,其中k为比例系数.为使k=1,力、质量、加速度的单位必须统一使用同一单位制(通常使用国际单位制).
独立性物体受到多个力作用时,每个力都独立地产生一个加速度,且力和加速度之间仍遵循牛顿第二定律,就好象其他力不存在一样.
局限性牛顿第二定律只能解决物体的低速运动问题,不能解决物体的高速运动问题,只适用于宏观物体,不适用于微观粒子.
题型1基本概念的考查
1.在牛顿第二定律的数学表达式F=kmg中,有关比例系数k的说法正确的是()
A.在任何情况下k都等于1B.因为k=1,所以k可有可无
C.k的数值由质量、加速度和力的大小决定D.k的数值由质量、加速度和力的单位决定
2.由牛顿第二定律的数学表达式可推出m=
,则物体质量()
A.在加速度一定时,与合外力成正比B.在合外力一定时,与加速度成反比
C.在数值上等于它所受到的合外力跟它获得的加速度的比值D.与合外力及加速度无关
3.下列说法中,正确的是()
A.在力学单位制中,若采用cm、g、s作为基本单位,力的单位是N
B.在力学单位制中,若力的单位是N,则是采用m、kg、s为基本单位
C.牛顿是国际单位制中的一个基本单位D.牛顿是力学单位制中采用国际单位制单位的一个导出单位
4.在光滑的水平桌面上,有一个静止的物体,给物体施以水平作用力,在力作用到物体上的瞬间,则()
A.物体同时具有加速度和速度B.物体立即获得加速度,速度仍为零
C.物体立即获得速度,加速度仍为零D.物体的速度和加速度均为零
题型2:
基本公式与规律的运用
a
例1.质量为m的物体放在倾角为α的斜面上,物体和斜面间的动摩擦系数为μ,如沿水平方向加一个力F,使物体沿斜面向上以加速度a做匀加速直线运动,如下图甲,则F多大?
F
例2.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,求人受的支持力和摩擦力。
1.一个木块沿倾角为α的斜面刚好能匀速下滑,若这个斜面倾角增大到β(α<β<90°),则木块下滑加速度大小为( )
A.gsinβB.gsin(β-α)
C.g(sinβ-tanαcosβ)D.g(sinβ-tanα)
2.一支架固定于放于水平地面上的小车上,细线上一端系着质量为m的小球,另一端系在支架上,当小车向左做直线运动时,细线与竖直方向的夹角为θ,此时放在小车上质量M的A物体跟小车相对静止,如图所示,则A受到的摩擦力大小和方向是()
A.Mgsinθ,向左B.Mgtanθ,向右
C.Mgcosθ,向右D.Mgtanθ,向左
4.如图所示,一倾角为θ的斜面上放着一小车,小车上吊着小球m,小车在斜面上下滑时,小球与车相对静止共同运动,当悬线处于下列状态时,分别求出小车下滑的加速度及悬线的拉力。
3
2
1
(1)悬线沿竖直方向。
θ
(2)悬线与斜面方向垂直。
(3)悬线沿水平方向。
5.A、B、C三球大小相同,A为实心木球,B为实心铁球,C是质量与A一样的空心铁球,三球同时从同一高度由静止落下,若受到的阻力相同,则( )
A.B球下落的加速度最大B.C球下落的加速度最大
C.A球下落的加速度最大D.B球落地时间最短,A、C球同落地
6.如图所示,物体m原以加速度a沿斜面匀加速下滑,现在物体上方施一竖直向下的恒力F,则下列说法正确的是( )
F
A.物体m受到的摩擦力不变
B.物体m下滑的加速度增大
C.物体m下滑的加速度变小
α
D.物体m下滑的加速度不变
7.如图所示,质量m=10kg的物体在水平面上向左运动,物体与水平面间的动摩擦因数为0.2,与此同时物体受到一个水平向右的推力F=20N的作用,则物体产生的加速度是(g取为10m/s2)
A.0B.4m/s2,水平向右
C.2m/s2,水平向左D.2m/s2,水平向右
8.如图3-2-9所示,小车上固定一弯折硬杆ABC,C端固定一质量为m的小球,已知α角恒定,当小车水平向左做变加速直线运动时,BC杆对小球的作用力方向()
A.一定沿杆斜向上
B.一定竖直向上
C.可能水平向左
D.随加速度大小的改变而改变
9.如图3-2-11所示,质量为m的木块在推力F作用下,沿竖直墙壁匀加速向上运动,F与竖直方向的夹角为θ.已知木块与墙壁间的动摩擦因数为µ,则木块受到的滑动摩擦力大小是()
A.µmg
B.Fcosθ-mg
C.Fcosθ+mg
D.µFsinθ
10.三个完全相同的物块1、2、3放在水平桌面上,它们与桌面间的动摩擦因数都相同。
现用大小相同的外力F沿图示方向分别作用在1和2上,用
F的外力沿水平方向作用在3上,使三者都做加速运动,令a1、a2、a3分别代表物块1、2、3的加速度,则( )
A.a1=a2=a3B.a1=a2,a2>a3
C.a1>a2,a2<a3D.a1>a2,a2>a3
11.如图所示,质量为m的物体放在水平地面上,物体与水平地面间的摩擦因数为
,对物体施加一个
与水平方向成
角的力F,则物体在水平面上运动时力F的值应满足的条件是≤F≤。
题型3:
动力学的两类基本问题
1.已知物体的受力情况求物体的运动情况
根据物体的受力情况求出物体受到的合外力,然后应用牛顿第二定律F=ma求出物体的加速度,再根据初始条件由运动学公式就可以求出物体的运动情况––物体的速度、位移或运动时间。
2.已知物体的运动情况求物体的受力情况
根据物体的运动情况,应用运动学公式求出物体的加速度,然后再应用牛顿第二定律求出物体所受的合外力,进而求出某些未知力。
求解以上两类动力学问题的思路,可用如下所示的框图来表示:
第一类 第二类
物体的受力情况
物体的加速度a
物体的运动情况
在匀变速直线运动的公式中有五个物理量,其中有四个矢量v0、v1、a、s,一个标量t。
在动力学公式中有三个物理量,其中有两个矢量F、a,一个标量m。
运动学和动力学中公共的物理量是加速度a。
在处理力和运动的两类基本问题时,不论由力确定运动还是由运动确定力,关键在于加速度a,a是联结运动学公式和牛顿第二定律的桥梁。
例1.如图所示,物体从斜坡上的A点由静止开始滑到斜坡底部B处,又沿水平地面滑行到C处停下,已知斜坡倾角为θ,A点高为h,物体与斜坡和地面间的动摩擦因数都是μ,物体由斜坡底部转到水平地面运动时速度大小不变,求B、C间的距离。
例2.风洞实验室中可产生水平方向的、大小可调节的风力,现将一套有小球的细直杆放入风洞实验室,小球孔径略大于细杆直径。
(如图)
(1)当杆在水平方向上固定时,调节风力的大小,使小球在杆上匀速运动。
这时小球所受的风力为小球所受重力的0.5倍,求小球与杆间的动摩擦因数。
(2)保持小球所受风力不变,使杆与水平方向间夹角为37°并固定,则小球从静止出发在细杆上滑下距离s所需时间为多少?
(sin37°=0.6,cos37°=0.8)
【例3】蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目.一个质量为60kg的运动员,从离水平网面3.2m高处自由下落,着网后沿竖直方向蹦回离水平网面5.0m高处.已知运动员与网接触的时间为1.2s.若把在这段时间内网对运动员的作用力当作恒力处理,求此力的大小.(g=10m/s2)
例4.、在跳马运动中,运动员完成空中翻转的动作,能否稳住是一个得分的关键,为此,运动员在脚接触地面后都有一个下蹲的过程,为的是减小地面对人的冲击力.某运动员质量为m,从最高处下落过程中在空中翻转的时间为t,接触地面时所能承受的最大作用力为F(视为恒力),双脚触地时重心离脚的高度为h,能下蹲的最大距离为s,若运动员跳起后,在空中完成动作的同时,又使脚不受伤,则起跳后重心离地的高度H的范围为多大?
练习:
1.以24.5m/s的速度沿水平面行驶的汽车上固定一个光滑的斜面,如图所示,汽车刹车后,经2.5s
停下来,欲使在刹车过程中物体A与斜面保持相对静止,则此斜面的倾角应为,车的行
驶方向应向。
(g取9.8m/s2)
2.如图所示,质量为60kg的运动员的两脚各用750N的水平力蹬着两竖直墙壁匀速下滑,若他从离地12m高处无初速匀加速下滑2s可落地,则此过程中他的两脚蹬墙的水平力均应等于(g=10m/s2)
A.150NB.300N
C.450ND.600N
3.如图所示,一物体从竖直平面内圆环的最高点A处由静止开始沿光滑弦轨道AB下滑至B点,那么( )
①只要知道弦长,就能求出运动时间②只要知道圆半径,就能求出运动时间
③只要知道倾角θ,就能求出运动时间④只要知道弦长和倾角就能求出运动时间
A.只有①B.只有②C.①③D.②④
4.某航空公司的一架客机,在正常航线上做水平飞行时,由于突然受到强大垂直气流的作用,使飞机在10s内高度下降了1700m,造成众多乘客和机组人员的伤害事故,如果只研究飞机在竖直方向上的运动,且假定这一运动是匀变速直线运动,取g=10m/s2,试计算:
(1)乘客所系安全带必须提供相当于乘客体重多少倍的竖直拉力才能使乘客不脱离座椅?
(2)未系安全带的乘客,相对于机舱将向什么方向运动?
最可能受到伤害的是人体的什么部位?
2007上海,21如图3-6-12所示,物体从光滑斜面上的A点由静止开始下滑,经过B点后进入水平面(设经过B点前后速度大小不变),最后停在C点.每隔0.2秒钟通过速度传感器测量物体的瞬时速度,下表给出了部分测量数据.(重力加速度g=10m/s2).
t(s)
0.0
0.2
0.4
……
1.2
1.4
……
v(m/s)
0.0
1.0
2.0
……
1.1
0.7
……
求:
(1)斜面的倾角;
(2)物体与水平面之间的动摩擦因数;
(3)t=0.6s时的瞬时速度v。
题型4:
两类问题中的重点题型:
传送带与两物体相对滑动的问题
例1、
如图3-3-8,有一水平传送带以2m/s的速度匀速运动,现将一物体轻轻放在传送带上,若物体与传送带间的动摩擦因数为0.5,则传送带将该物体传送10m的距离所需时间为多少?
(g=10m/s2;皮带足够长。
)
以传送带上轻放物体为研究对象,如图3-3-9在竖直方向受重力和支持力,在水平方向受滑动摩擦力,做v0=0的匀加速运动.
据牛顿第二定律:
F=ma
水平方向:
f=ma①
竖直方向:
N-mg=0②
又:
f=μN③
由式①,②,③解得a=5m/s2
设经时间tl,物体速度达到传送带的速度,据匀加速直线运动的速度公式
vt=v0+at1④
解得t1=0.4s
时间t1内的位移
=
×5×0.42=0.4m
物体位移为0.4m时,物体的速度与传送带的速度相同,物体0.4s后无摩擦力,开始做匀速运动
则:
S2=v2t2⑤
因为S2=S-S1=10-0.4=9.6(m),v2=2m/s
代入式⑤得t2=4.8s
则传送10m所需时间为t=0.4+4.8=5.2s.
练习
1.皮带运输机是靠货物和传送带之间的摩擦力把货物送往别处的.如图3-3-11所示,已知传送带与水平面的倾角为θ=37°,以4m/s的速率向上运行,在传送带的底端A处无初速地放上一质量为0.5kg的物体,它与传送带间的动摩擦因数为0.8.若传送带底端A到顶端B的长度为25m,则物体从A到B的时间为多少?
(取g=10m/s2,sin37°=0.6)
【解析】货物在沿斜面上升的过程中受重力mg、支持力FN、滑动摩擦力f三个力作用,如图3-3-12所示货物在摩擦力的作用下先匀加速运动,其加速度的方向沿斜面向上,将重力沿斜面和垂直与斜面的方向分解,根据牛顿第二定律列方程∑Fx=max,即f-mgsinθ=ma;①
∑Fy=0,FN=mgcosθ,②
又因为f=µmg③
联解①②③可得:
a=µgcosθ-gsinθ=0.4m/s2
设货物的速度达v=4m/s后所需的时间为t1,由运动学的公式得:
v=at1解得t1=10s
在这段时间内货物发生的位移是:
s=(1/2)at12=20m
之后货物随皮带一起以速度v匀速运动的时间为t2=(s-s1)/v=1.25s,t=t1+t2=11.25s
【答案】11.25s
2.如图所示,传送带保持1m/s的速度运动,现将一质量为0.5kg的小物体从传送带左端放上,设物体与皮带间动摩擦因数为0.1,传送带两端水平距离为2.5m,则物体从左端运动到右端所经历的时间为( )
A.
B.
C.3sD.5s
3传送带与水平面夹角37°,皮带以10m/s的速率运动,皮带轮沿顺时针方向转动,如图所示,今在传送带上端A处无初速地放上一个质量为m=0.5kg的小物块,它与传送带间的动摩擦因数为0.5,若传送带A到B的长度为16m,g取10m/s2,则物体从A运动到B的时间为多少?
4.如图所示,高为h的车厢在平直轨道上匀减速向右行驶,加速度大小为a,车厢顶部A点处有油滴滴落到车厢地板上,车厢地板上的O点位于A点的正下方,则油滴落地点必在O点的(填“左”、“右”)方,离O点距离为。
5.如图所示的传送皮带,其水平部分ab的长度为2m,倾斜部分bc的长度为4m,bc与水平面的夹角为
=37°,将一小物块A(可视为质点)轻轻放于a端的传送带上,物块A与传送带间的动摩擦因数为
=0.25。
传送带沿图示方向以v=2m/s的速度匀速运动,若物块A始终未脱离皮带,试求小物块A从a端被传送到c端所用的时间。
(g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)
6.水平传送带被广泛地应用于机场和火车站,如图3-3-18所示为一水平传送带装置示意图.紧绷的传送带AB始终保持恒定的速率1m/s,行李与传送带的动摩擦因数为µ=0.1,A、B间的距离L=2m,g取10m/s2.
(1)求行李刚开始运动时加速度的大小;
(2)求行李做匀加速直线运动的时间;
(3)如果提高传送带的运行速率,行李就能被较快地传送到B处,求行李从A处传送到B处的最短时间和传送带对应的最小运行速率。
题型5:
力与运动的关系(弹簧)
1.如图3-2-7所示,弹簧左端固定,右端自由伸长到O点并系住物体m,现将弹簧压缩到A点,然后释放,物体一直可以运动到B点,如果物体受
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