物理大一輪復習試題：第三章第1節(jié)牛頓3定律的理解

考點三年全國卷高考統(tǒng)計1.牛頓運動定律及其應用(Ⅱ)2.超重和失重(Ⅰ)3.單位制(Ⅰ)4.實驗：驗證牛頓運動定律202120202019全國甲卷，T14，可調斜面；全國乙卷，T21，板塊模型全國卷Ⅲ，T25題第(1)問，傳送帶；全國卷Ⅱ，T22，測量加速度驗證牛頓第二定律全國卷Ⅱ，T22，測量動摩擦因數實驗；全國卷Ⅲ，T20，板塊模型與圖象結合考情分析：從近幾年高考看，考查的頻率很高，題目會綜合牛頓運動定律和運動學規(guī)律，注重生產、生活、當今熱點、現(xiàn)代科技的聯(lián)系。不只在選擇題中考查牛頓運動定律的應用，在實驗題和計算題中仍然是考查的重點。命題趨勢：一是高考考查的重點，命題次數較多；二是題型全面，從選擇題到實驗題再到計算題；三是命題趨勢大體呈現(xiàn)以下特點：從勻變速直線運動規(guī)律的應用為重點轉向動力學方法的應用為重點。第1節(jié)牛頓三定律的理解一、牛頓第一定律1.內容：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。2.意義(1)指出了一切物體都有慣性，因此牛頓第一定律又叫慣性定律。(2)指出力不是維持物體運動狀態(tài)的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因，即產生加速度的原因。3.慣性(1)定義：物體保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質。(2)性質：慣性是一切物體都具有的性質，是物體的固有屬性，與物體的運動情況和受力情況無關。4.量度：質量是慣性大小的唯一量度，質量大的物體慣性大，質量小的物體慣性小?！咀詼y1】(多選)下列對牛頓第一定律和慣性的分析正確的是()A.飛機投彈時，當目標在飛機的正下方時投下炸彈，能擊中目標B.地球自西向東自轉，人向上跳起來后，還會落到原地C.安全帶的作用是防止汽車剎車時，人由于慣性而發(fā)生危險D.有的同學說，向上拋出的物體，在空中向上運動時，肯定受到了向上的作用力答案BC二、牛頓第二定律單位制1.牛頓第二定律(1)內容物體加速度的大小跟它受到的作用力成正比、跟它的質量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。(2)表達式：F＝ma。2.單位制(1)單位制由基本單位和導出單位一起組成了單位制。(2)基本單位在力學范圍內，國際單位制規(guī)定質量、長度和時間為三個基本量，它們的單位千克、米和秒為基本單位。(3)導出單位由基本量根據物理關系推導出來的其他物理量的單位?！咀詼y2】(多選)關于運動狀態(tài)與所受外力的關系，下列說法中正確的是()A.物體受到恒定的力作用時，它的運動狀態(tài)不發(fā)生改變B.物體受到不為零的合力作用時，它的運動狀態(tài)要發(fā)生改變C.物體受到的合力為零時，它一定處于靜止狀態(tài)D.物體的運動方向與它所受的合力的方向可能相同答案BD三、牛頓第三定律1.作用力和反作用力兩個物體之間的作用總是相互的，一個物體對另一個物體施加了力，后一個物體一定同時對前一個物體也施加了力。物體間相互作用的這一對力叫作作用力和反作用力。2.牛頓第三定律兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上?？键c一牛頓第一定律的理解1.理想化狀態(tài)牛頓第一定律描述的是物體不受外力時的狀態(tài)，而物體不受外力的情形是不存在的。如果物體所受的合力等于零，其運動效果跟不受外力作用時相同，物體保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。2.明確了慣性的概念牛頓第一定律揭示了一切物體所具有的一種固有屬性——慣性，即物體具有保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質。3.揭示了力與物體運動狀態(tài)的關系力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而不是維持物體運動狀態(tài)的原因。4.與牛頓第二定律的關系牛頓第一定律和牛頓第二定律是相互獨立的。力是如何改變物體運動狀態(tài)的問題由牛頓第二定律來回答。牛頓第一定律是經過科學抽象、歸納推理總結出來的，而牛頓第二定律是一條實驗定律。1.(慣性的理解)下列說法中正確的是()A.慣性是只有物體做勻速直線運動或靜止時才表現(xiàn)出來的性質B.物體的慣性是指物體不受外力作用時仍保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質C.物體不受外力作用時保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，有慣性；受到外力作用時，不能保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，此時就無慣性D.慣性是物體的固有屬性，與運動狀態(tài)和是否受力無關答案D解析慣性是指物體具有保持原來的運動狀態(tài)的性質，不是只有做勻速直線運動或靜止的物體才有慣性，任何物體在任何狀態(tài)下都有慣性，故A錯誤；物體不受外力作用時保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，有慣性；受到外力作用時，不能保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，但仍有慣性，故B、C錯誤；慣性是物體的固有屬性，與運動狀態(tài)和是否受力無關，故D正確。2.(牛頓第一定律的應用)如圖1所示，一盛水的容器固定在一個小車上，在容器中分別懸掛和拴住一只鐵球和一只乒乓球。容器中的水和鐵球、乒乓球都處于靜止狀態(tài)。當容器隨小車突然向右運動時，兩球的運動情況是(以小車為參考系)()圖1A.鐵球向左，乒乓球向右 B.鐵球向右，乒乓球向左C.鐵球和乒乓球都向左 D.鐵球和乒乓球都向右答案A解析因為小車突然向右運動，鐵球和乒乓球都有向右運動的趨勢，但由于與同體積的“水球”相比，鐵球質量大，慣性大，鐵球的運動狀態(tài)難改變，即速度變化慢，而同體積的“水球”的運動狀態(tài)比鐵球容易改變，即速度變化快，水和車一起向右運動，所以小車突然向右運動時，鐵球相對小車向左運動。同理，由于乒乓球與同體積的“水球”相比，質量小，慣性小，乒乓球相對小車向右運動。選項A正確?？键c二對牛頓第二定律的理解和應用1.牛頓第二定律的五個特性2.合力、加速度、速度之間的決定關系(1)不管速度是大是小，或是零，只要合力不為零，物體都有加速度。(2)a＝eq\f(Δv,Δt)是加速度的定義式，a與Δv、Δt無必然聯(lián)系；a＝eq\f(F,m)是加速度的決定式，a∝F，a∝eq\f(1,m)。(3)合力與速度同向時，物體加速運動；合力與速度反向時，物體減速運動。角度1對牛頓第二定律的理解【例1】(2021·江蘇泰州二模)某種自動扶梯，無人乘行時運轉很慢，當有人站上去后會先慢慢加速。如圖2所示，有一顧客乘這種扶梯下樓。在電梯加速向下運行的過程中，她所受力的示意圖是()圖2答案D解析電梯加速向下運行，根據F合＝ma可知人所受合力與電梯運行方向相同，所以人在豎直方向重力G大于支持力FN，兩個力的合力F豎直向下，在水平方向靜摩擦力Ff平行于接觸面水平向右，故選D。角度2瞬時加速度問題1.兩類模型2.求解瞬時加速度的一般思路(1)首先確定模型，分析突變前后屬于哪一類模型。(2)分析瞬時變化前、后物體的受力情況，尤其注意通過瞬時變化后物體的運動判斷受力情況。(3)根據牛頓第二定律列方程，求瞬時加速度。【例2】(多選)如圖3所示，質量為m的小球被一根橡皮條AC和一根繩BC系住，當小球靜止時，橡皮條處在水平方向上。下列判斷中正確的是()圖3A.在AC被突然剪斷的瞬間，BC對小球的拉力不變B.在AC被突然剪斷的瞬間，小球的加速度大小為gsinθC.在BC被突然剪斷的瞬間，小球的加速度大小為eq\f(g,cosθ)D.在BC被突然剪斷的瞬間，小球的加速度大小為gsinθ答案BC解析根據題意，在AC剪斷前，有TBC＝eq\f(mg,cosθ)，AC剪斷后，有TBC′＝mgcosθ，且mgsinθ＝ma，故A錯誤，B正確；在BC剪斷前，有TAC＝mgtanθ，BC剪斷后，有TAC′＝TAC＝mgtanθ，其合力為F合＝eq\r(Teq\o\al(2,AC)＋G2)，解得a＝eq\f(F合,m)＝eq\f(g,cosθ)，故C正確，D錯誤。3.如圖4所示，質量為m的小球用一水平輕彈簧系住，并用傾角為60°的光滑木板AB托住，小球恰好處于靜止狀態(tài)，在木板AB突然向下撤離的瞬間，小球的加速度為()圖4A.0B.大小為g，方向豎直向下C.大小為eq\r(3)g，方向垂直木板向下D.大小為2g，方向垂直木板向下答案D解析撤離木板AB瞬間，木板對小球的支持力消失，而小球所受重力和彈力不變，且二力的合力與原支持力等大反向，由原來的平衡條件可知原來的支持力大小FN＝eq\f(mg,cos60°)＝2mg，由牛頓第二定律得2mg＝ma，撤離木板AB瞬間的加速度a＝2g，故選D。4.(2021·北京延慶區(qū)一模)如圖5所示，將一個質量為m＝2kg的小球與彈簧相連，彈簧的另一端與箱子頂端連接，小球的下端用細繩與箱子下面連接，整個裝置放在升降機上。當升降機以加速度a＝0.5m/s2加速上升時細繩的拉力恰好為F＝5N，若此時將細繩剪斷，則剪斷的瞬間小球的加速度大小為()圖5A.0.5m/s2 B.2m/s2C.2.5m/s2 D.3m/s2答案D解析對小球受力分析可知F彈－mg－F＝ma，解得F彈＝26N，剪斷細繩瞬時，彈簧的彈力不變，則F彈－mg＝ma′，解得a′＝3m/s2，故選D。考點三牛頓第三定律的理解和應用1.作用力與反作用力的“六同、三異、二無關”六同性質相同、大小相同、同一直線同時產生、同時變化、同時消失三異方向相反、不同物體、不同效果二無關與物體的運動狀態(tài)無關與物體是否受其他力無關2.作用力和反作用力與一對平衡力的比較作用力和反作用力一對平衡力不同點作用在兩個物體上作用在同一物體上力的性質一定相同對力的性質無要求作用效果不可抵消作用效果相互抵消相同點大小相等、方向相反，作用在同一直線上5.(作力力與反作用力)(2021·廣東卷)唐代《耒耜經》記載了曲轅犁相對直轅犁的優(yōu)勢之一是起土省力。設牛用大小相等的拉力F通過耕索分別拉兩種犁，F(xiàn)與豎直方向的夾角分別為α和β，α＜β，如圖6所示。忽略耕索質量，耕地過程中，下列說法正確的是()圖6A.耕索對曲轅犁拉力的水平分力比對直轅犁的大B.耕索對曲轅犁拉力的豎直分力比對直轅犁的大C.曲轅犁勻速前進時，耕索對犁的拉力小于犁對耕索的拉力D.直轅犁加速前進時，耕索對犁的拉力大于犁對耕索的拉力答案B解析耕索對曲轅犁的拉力在水平方向上的分力為Fsinα，耕索對直轅犁的拉力在水平方向上的分力為Fsinβ，由于α<β，則Fsinβ＞Fsinα，A錯誤；耕索對曲轅犁的拉力在豎直方向上的分力為Fcosα，耕索對直轅犁的拉力在豎直方向上的分力為Fcosβ，由于α<β，故Fcosα>Fcosβ，B正確；耕索對犁的拉力與犁對耕索的拉力是一對作用力與反作用力，作用力與反作用大小相等，故耕索對犁的拉力等于犁對耕索的拉力，C、D錯誤。6.如圖7所示，質量為M的大圓環(huán)，用輕繩懸掛于天花板上，兩個質量均為m的小環(huán)同時從等高處由靜止滑下，當兩小圓環(huán)滑至與圓心等高時所受到的摩擦力均為Ff，則此時大環(huán)對繩的拉力大小是()圖7A.Mg B.(M＋2m)gC.Mg＋2Ff D.(M＋2m)g＋2Ff答案C解析小環(huán)受到大環(huán)的摩擦力大小為Ff，方向向上，根據力的作用是相互的，大環(huán)受到兩個小環(huán)的摩擦力大小各為Ff，方向向下，以大環(huán)為研究對象，處于靜止狀態(tài)，受力滿足平衡關系，向上的力是繩子對它的拉力F，向下的力有：大環(huán)的重力G、兩個小環(huán)的摩擦力2Ff；根據平衡力的大小相等的特點，有F＝G＋2Ff＝Mg＋2Ff，由牛頓第三定律可知大環(huán)對繩的拉力大小為(Mg＋2Ff)，故選C。小球——彈簧模型【模型概述】地面上豎立著一輕質彈簧，小球從其正上方某一高度處自由下落到彈簧上。從小球剛接觸彈簧到彈簧被壓縮至最短的過程中(在彈簧的彈性限度內)的運動問題、能量轉換問題、動量變化問題?！臼纠?多選)(2021·湖北十堰期末)如圖所示，處于自然狀態(tài)下的輕彈簧一端固定在水平地面上，質量為m的小球從彈簧的另一端所在位置由靜止釋放，設彈簧一直處于豎直方向，彈簧的勁度系數為k，重力加速度為g。在小球將彈簧壓縮到最短的過程中，下列說法正確的是()A.小球的速度先增大后減小B.小球的加速度先減小后增大C.小球速度最大時彈簧的形變量為eq\f(mg,k)D.彈簧的最大形變量為eq\f(mg,k)答案ABC解析開始時，小球的重力大于彈簧的彈力，小球的加速度向下，向下加速運動，隨著彈簧的壓縮，彈力逐漸變大，則加速度逐漸減小，當彈力等于重力時，加速度為零，即有mg＝kx，可得x＝eq\f(mg,k)，此時小球的速度最大，然后小球繼續(xù)向下運動壓縮彈簧，彈力大于重力，加速度變?yōu)橄蛏希俣戎饾u減小，直到速度減小到零，到達最低點，由對稱性可知，此時彈簧的壓縮量為2x＝eq\f(2mg,k)，故選項A、B、C正確，D錯誤。考點一牛頓第一定律的理解1.(2021·四川南充模擬)科學家關于物體運動的研究對樹立正確的自然觀具有重要作用。下列說法不符合歷史事實的是()A.亞里士多德認為，必須有力作用在物體上，物體的運動狀態(tài)才會改變B.伽利略通過“理想實驗”得出結論：一旦物體具有某一速度，如果它不受力，它將以這一速度永遠運動下去C.笛卡兒指出：如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運動，既不停下來也不偏離原來的方向D.牛頓認為，物體具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質答案A解析亞里士多德認為，必須有力作用在物體上物體才運動，如果沒有力，物體就不會運動，A符合題意；伽利略通過“理想實驗”得出結論：一旦物體具有某一速度，如果它不受力，它將以這一速度永遠運動下去，B不符合題意；笛卡兒指出：如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運動，既不停下來也不偏離原來的方向，C不符合題意；牛頓認為，物體具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質，稱為慣性，D不符合題意。2.某同學為了取出如圖1所示羽毛球筒中的羽毛球，一只手拿著球筒的中部，另一只手用力擊打羽毛球筒的上端，則()圖1A.此同學無法取出羽毛球B.羽毛球會從筒的下端出來C.羽毛球筒向下運動過程中，羽毛球受到向上的摩擦力才會從上端出來D.該同學是在利用羽毛球的慣性答案D解析羽毛球筒被手擊打后迅速向下運動，而羽毛球具有慣性要保持原來的靜止狀態(tài)，所以會從筒的上端出來，D正確。3.水平儀的主要測量裝置是一個內部封有液體的玻璃管，液體中有一氣泡，水平靜止時，氣泡位于玻璃管中央，如圖2甲所示。一輛在水平軌道上行駛的火車車廂內水平放置兩個水平儀，一個沿車頭方向，一個垂直于車頭方向。某時刻，氣泡位置如圖乙所示，則此時關于火車運動的說法可能正確的是()圖2A.加速行駛，且向左轉彎 B.加速行駛，且向右轉彎C.減速行駛，且向左轉彎 D.減速行駛，且向右轉彎答案B解析由題意可知，水平靜止或勻速直線運動時，氣泡位于玻璃管中央，由圖乙可以看出：沿車頭方向的氣泡向車頭方向移動，當火車加速時，氣泡和液體由于慣性不會隨火車立即加速，還會以原來的速度運動，相對火車向后運動，因為氣泡密度小于液體密度，所以氣泡在液體作用下就向前運動，故C、D錯誤；垂直于車頭方向的裝置中氣泡處于右端，因原來火車做直線運動，氣泡位于中心位置，當火車向右轉彎時，氣泡和液體由于慣性不會立即隨火車右轉，還會沿直線運動，所以氣泡和液體就相對火車向左運動，因為氣泡密度小于液體密度，所以氣泡在液體的作用下相對中心位置向右運動；所以此時刻火車應是加速運動且向右轉彎，故A錯誤，B正確?？键c二牛頓第二定律的理解和應用4.某直升機的質量為m，某次試飛時，主旋翼提供大小為2mg、方向向上的升力，兩個向前螺旋推進器均提供大小為mg、方向向前的推力，如圖3所示。不考慮空氣阻力的影響，下列說法正確的是()圖3A.該直升機可能處于平衡狀態(tài)B.該直升機以加速度g做勻加速直線運動C.空氣對直升機的作用力為2eq\r(2)mgD.空氣對直升機的作用力為4mg答案C解析直升機水平方向兩個螺旋槳產生的水平方向的加速度大小ax＝2g，豎直方向的加速度大小ay＝g，則直升機的加速度大小a＝eq\r(aeq\o\al(2,x)＋aeq\o\al(2,y))＝eq\r(5)g，故選項A、B錯誤；空氣對直升機的作用力為F＝eq\r(（2mg）2＋（2mg）2)＝2eq\r(2)mg，故選項C正確，D錯誤。5.(多選)(2021·安徽淮北一模)如圖4所示，質量為2m的物塊A和質量為m的物塊B用一輕彈簧相連，將A用承受力足夠大的輕繩懸掛于天花板上，用一個托盤托著B使彈簧恰好處于原長，系統(tǒng)處于靜止狀態(tài)?，F(xiàn)將托盤撤掉，則下列說法正確的是()圖4A.托盤撤掉瞬間，輕繩拉力大小為mgB.托盤撤掉瞬間，B物塊的加速度大小為gC.托盤撤掉后，B物塊向下運動速度最大時，輕繩拉力大小為3mgD.托盤撤掉后，物塊向下運動到最低點時，彈簧彈力大小為mg答案BC解析托盤撤掉瞬間，彈簧的長度不變，則輕繩拉力與A的重力平衡，大小為2mg，故A錯誤；托盤撤掉瞬間，B物塊只受重力，則其加速度大小為g，故B正確；托盤撤掉后，B物塊向下運動速度最大時，B物塊瞬間受力平衡，則彈簧彈力大小等于B的重力，根據平衡條件可得輕繩拉力大小為F＝2mg＋mg＝3mg，故C正確；托盤撤掉后，物塊先向下做加速運動，再向下做減速運動，運動到最低點時，有向上的加速度，所以彈簧彈力大小大于mg，故D錯誤?？键c三牛頓第三定律的理解和應用6.(多選)下列關于牛頓運動定律和物理現(xiàn)象的說法中正確的是()A.力的國際制單位“牛頓”是根據牛頓第二定律定義的B.司機系上安全帶主要是為了減輕車突然啟動時可能對人造成的傷害C.人乘坐能加速或減速運動的電梯，當電梯減速下降時，人是處在超重狀態(tài)D.滑冰時運動員對冰面的壓力與冰面對運動員的支持力是一對作用力和反作用力答案ACD解析力的國際制單位“牛頓”是根據牛頓第二定律F＝ma定義的，故A正確；當汽車突然啟動時，人由于座椅的作用而隨車加速，安全帶對人沒有作用，當汽車緊急剎車時，人由于慣性，保持向前的速度，但由于安全帶的作用，避免了向前撞擊或摔出去的可能性，減輕了剎車時可能對人造成的傷害，故B錯誤；人乘坐能加速或減速運動的電梯，當電梯減速下降時，人的加速度方向向上，人處在超重狀態(tài)，故C正確；運動員對冰面的壓力與冰面對運動員的支持力是一對作用力和反作用力，故D正確。7.如圖5，列車沿水平直線方向高速運行時，硬幣可直立在水平窗臺上，列車轉彎時，硬幣傾倒。在列車行使過程中，該硬幣()圖5A.直立階段一定處于受力平衡狀態(tài)B.直立階段可能受到窗臺的摩擦力作用C.轉彎時，硬幣一定會向彎道內側傾倒D.列車沿直線方向加速和減速行駛時，硬幣都受到與列車運動方向相反的摩擦力作用答案B解析當列車在加速或減速過程中，如果加速度較小，硬幣會受到沿著行進方向的靜摩擦力或與行進方向反向的靜摩擦力提供硬幣加速度，故A、D錯誤，B正確；轉彎時，硬幣由于慣性，要保持向前的速度，會向彎道外側傾倒，故C錯誤。8.(2021·浙江6月選考)2021年5月15日，天問一號著陸器在成功著陸火星表面的過程中，經大氣層290s的減速，速度從4.9×103m/s減為4.6×102m/s；打開降落傘后，經過90s速度進一步減為1.0×102m/s；與降落傘分離，打開發(fā)動機減速后處于懸停狀態(tài)；經過對著陸點的探測后平穩(wěn)著陸。若打開降落傘至分離前的運動可視為豎直向下運動，則著陸器()圖6A.打開降落傘前，只受到氣體阻力的作用B.打開降落傘至分離前，受到的合力方向豎直向上C.打開降落傘至分離前，只受到浮力和氣體阻力的作用D.懸停狀態(tài)中，發(fā)動機噴火的反作用力與氣體阻力是平衡力答案B解析打開降落傘前，著陸器受大氣的阻力作用以及火星的引力作用，選項A錯誤；打開降落傘至分離前，著陸器做減速運動，加速度方向豎直向上，則合力方向豎直向上，選項B正確；打開降落傘至分離前，受到浮力和氣體的阻力以及火星的吸引力作用，選項C錯誤；懸停狀態(tài)中，發(fā)動機噴火的反作用力是氣體對發(fā)動機的作用力，與火星對發(fā)動機的吸引力是一對平衡力，選項D錯誤。9.(多選)如圖7所示，當車向右加速行駛時，一質量為m的物塊緊貼在車廂壁上，且相對于車廂壁靜止。下列說法正確的是()圖7A.在豎直方向上，車廂壁對物塊的摩擦力與物塊的重力平衡B.在水平方向上，車廂壁對物塊的彈力與物塊對車廂壁的壓力是一對平衡力C.若車的加速度變小，則車廂壁對物塊的彈力減小D.若車的加速度變大，則車廂壁對物塊的摩擦力也變大答案AC解析物塊在豎直方向受重力和車廂壁對物塊的靜摩擦力Ff作用而處于平衡狀態(tài)，故摩擦力Ff不會隨加速度的變大而變大，A正確，D錯誤；在水平方向上，車廂壁對物塊的彈力與物塊對車廂壁的壓力是一對相互作用力，等大、反向，B錯誤；物塊在水平方向受彈力FN，據牛頓第二定律可得FN＝ma，故a減