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第三章 牛顿运动定律
一、三年高考考点统计与分析
考点
试题
题型
分值
惯性、惯性定律
2012年新课标全国T14
选择
6分
牛顿运动定律的应用
2012年海南T1
2012年安徽T17
2012年江苏T5
2011年浙江T14
2011年上海T4
2011年新课标全国T21
2010年新课标全国T18
2010年浙江T14
2010年海南T5
2010年山东T17
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3分
6分
3分
6分
3分
6分
6分
6分
3分
4分
牛顿运动定律的综合应用
2012年天津T8
2012年安徽T22
2012年浙江T23
2012年重庆T25
2011年北京T18
2011年福建T18
2011年上海T15
2010年安徽T22
2010年海南T16
选择
计算
计算
计算
选择
选择
选择
计算
计算
6分
14分
16分
19分
6分
6分
4分
14分
11分
(1)从近三年高考试题考点分布可以看出，高考对本章内容的考查重点有：力和运动的相互推断分析，动力学相关的图象问题，牛顿运动定律与曲线运动，功和能的综合等。实验“验证牛顿第二定律”也是近年高考考查的重点。
(2)高考对本章内容要求较高，每年都有涉及，既有选择题，也有计算题，且具有很强的综合性。
二、2014年高考考情预测
(1)对力和运动的关系的理解及应用牛顿第二定律进行分析与计算是本章的命题热点。本章知识与曲线运动、电磁学相结合，多以计算题的形式出现，也是高考的热点。
(2)以实际生活、生产和科学实验中有关问题为背景，突出表现物必备知识要打牢在生活中的应用是今后命题的一大趋势。
[备课札记]
第三章 牛顿运动定律
[学习目标定位]
考 纲 下 载
考 情 上 线
1.牛顿运动定律、牛顿定律的应用(Ⅱ)
2．超重和失重(Ⅰ)
实验四：验证牛顿运动定律
高考地位
本章内容是高考的重点，单独考查的题目多为选择题，与直线运动、曲线运动、电磁学等知识结合的题目多为计算题。
考点布设
1.对基本概念的理解，如惯性、相互作用力、超重、失重等。
2．对牛顿运动定律的理解和应用。
第1单元牛顿第一定律__牛顿第三定律
牛顿第一定律
[想一想]
我们经常见到快速行驶的汽车急刹车时，在路面上留下长长的黑色痕迹，因此得出汽车运动速度越大，惯性越大，停止的时间越长，上述结论是否正确？物体的惯性大小与什么有关？
提示：在路况相同的情况下，汽车的速度越大，刹车时间越长，但不能得出汽车的惯性越大的结论，物体的惯性大小与物体质量大小有关，与物体的速度大小无关。
[记一记]
1．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)成立条件：物体不受外力作用。
(3)意义：
①指出了一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又叫惯性定律。
②指出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，即产生加速度的原因。
2．惯性
(1)定义：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质。
(2)性质：惯性是一切物体都具有的性质，是物体的固有属性，与物体的运动情况和受力情况无关。
(3)量度：质量是惯性大小的唯一量度，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小。
[试一试]
1．以下说法正确的是( )
A．物体不受外力作用时，一定处于静止状态
B．要物体运动必须有力作用，没有力的作用，物体将静止
C．要物体静止必须有力作用，没有力的作用，物体将运动
D．物体不受外力作用时，总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态
解析：选D 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，B、C错误。物体不受外力作用时，将处于匀速直线运动状态或静止状态，A错误，D正确。
牛顿第三定律
[想一想]
如图3－1－1所示，物体A静止于光滑斜面上的挡板处，试分析物体A的受力情况，找出各个力的反作用力及平衡力。
图3－1－1
提示：物体A共受重力、斜面的支持力、挡板的弹力三个力作用。重力的反作用力为物体对地球的引力，其平衡力为斜面支持力与挡板弹力的合力；斜面的支持力的反作用力为物体对斜面的压力，其平衡力为重力垂直于斜面向下的分力；挡板的弹力的反作用力为物体对挡板的压力，其平衡力为重力沿斜面向下的分力。
[记一记]
1．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，后一个物体一定同时对前一物体也施加了力。力是物体与物体间的相互作用，物体间相互作用的这一对力通常叫做作用力和反作用力。
2．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，作用在同一条直线上。
3．意义
建立了相互作用物体之间的联系及作用力与反作用力的相互依赖关系。
[试一试]
2.用计算机辅助实验系统做验证牛顿第三定律的实验，点击实验菜单中“力的相互作用”。把两个力探头的挂钩钩在一起，向相反方向拉动，观察显示器屏幕上出现的结果如图3－1－2所示。观察分析两个力传感器的相互作用力随时间变化的曲线，可以得到以下实验结论( )
图3－1－2
A．作用力与反作用力同时存在
B．作用力与反作用力作用在同一物体上
C．作用力与反作用力大小相等
D．作用力与反作用力方向相反
解析：选ACD 由题图可知：两个力传感器的相互作用力属于作用力和反作用力，它们同时存在、大小相等、方向相反、作用在两个物体上，故A、C、D正确。
对牛顿第一定律的理解
1.惯性和惯性定律的区别
(1)惯性是物体保持原有运动状态不变的一种性质，与物体是否受力、受力的大小无关。
(2)惯性定律(牛顿第一定律)则反映物体在一定条件下的运动规律。
2．对牛顿第一定律的几点说明
(1)明确惯性的概念：
牛顿第一定律揭示了一切物体所具有的一种固有属性——惯性，即物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质。
(2)揭示力的本质：力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因。
(3)理想化状态：牛顿第一定律描述的是物体不受外力时的状态，而物体不受外力的情形是不存在的。在实际情况中，如果物体所受的合外力等于零，与物体不受外力时的表现是相同的。
(4)与牛顿第二定律的关系：牛顿第一定律和牛顿第二定律是相互独立的。力是如何改变物体运动状态的问题由牛顿第二定律来回答。牛顿第一定律是不受外力的理想情况下经过科学抽象、归纳推理而总结出来的，而牛顿第二定律是一条实验定律。
[例1] 在水平的路面上有一辆匀速行驶的小车，车上固定一盛满水的碗。现突然发现碗中的水洒出，水洒出的情况如图3－1－3所示，则关于小车在此种情况下的运动，下列叙述正确的是( )
图3－1－3
A．小车匀速向左运动 B．小车可能突然向左加速
C．小车可能突然向左减速 D．小车可能突然向右减速
[尝试解题] 原来水和小车相对静止以共同速度运动，水突然向右洒出有两种可能：①原来小车向左运动，突然加速，碗中水由于惯性保持原速度不变，故相对碗向右洒出。②原来小车向右运动，突然减速，碗中水由于惯性保持原速度不变，相对于碗向右洒出，故B、D正确。
[答案] BD
惯性的两种表现形式
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。
(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不变(静止或匀速直线运动)。
(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，物体的运动状态较难改变；惯性小，物体的运动状态容易改变。
对牛顿第三定律的理解及应用
1.作用力与反作用力的“三同、三异、三无关”
(1)“三同”：①大小相同；②性质相同；③变化情况相同。
(2)“三异”：①方向不同；②受力物体不同；③产生效果不同。
(3)“三无关”：①与物体的种类无关；②与物体的运动状态无关；③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
对应名称
比较内容
作用力和反作用力
一对平衡力
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
[例2] (2011·浙江高考)如图3－1－4所示，甲、乙两人在冰面上“拔河”。两人中间位置处有一分界线，约定先使对方过分界线者为赢者。若绳子质量不计，冰面可看成光滑，则下列说法正确的是( )
图3－1－4
A．甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对平衡力
B．甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是作用力与反作用力
C．若甲的质量比乙大，则甲能赢得“拔河”比赛的胜利
D．若乙收绳的速度比甲快，则乙能赢得“拔河”比赛的胜利
[审题指导]
第一步：抓关键点
关键点
获取信息
两人中间位置处有一分界线
两人到分界处的距离相等
冰面可看成光滑
两人水平方向上均只受水平绳的拉力
第二步：找突破口
已知两人水平拉力大小相等，根据牛顿第二定律和质量大小可得出两人运动的加速度大小关系，进而应用x＝at2比较两人运动的位移关系。
[尝试解题]
根据牛顿第三定律可知甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对作用力与反作用力，选项A错；因为甲和乙的力作用在同一个物体上，故选项B错。设绳的张力为F，根据牛顿第二定律a＝知，若m甲>m乙，则a甲<a乙，由x＝at2推知，甲的位移较小，乙先过界，C正确。“拔河”比赛的输赢只与甲、乙的质量有关，与收绳速度无关，选项D错误。
[答案] C
应用牛顿第三定律应注意的问题
(1)定律中的“总是”说明对于任何物体，在任何情况下牛顿第三定律都是成立的。
(2)作用力与反作用力虽然等大反向，但因所作用的物体不同，所产生的效果(运动效果或形变效果)往往不同。
(3)作用与反作用力只能是一对物体间的相互作用力，不能牵扯有第三个物体。
在对物体进行受力分析时，如果不便于分析物体受到的某些力，则可以通过分析其反作用力来解决问题，牛顿第三定律将起到非常重要的转换研究对象的作用，使得我们对问题的分析思路更灵活、更宽阔。
[典例] (2012·厦门模拟)如图3－1－5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，当竿上一质量为m的人以加速度a加速下滑时，竿对“底人”的压力大小为( )
图3－1－5
A．(M＋m)g B．(M＋m)g－ma
C．(M＋m)g＋ma D．(M－m)g
转换对象
“底人”受力―→竿受力
思路立现
通过转换研究对象将研究对象由受力复杂的“底人”转换为受力较“少”的杆，便于分析和计算
[解析] 对竿上的人分析：受重力mg、摩擦力Ff，有mg－Ff＝ma得Ff＝m(g－a)。竿对人有摩擦力， 人对竿也有反作用力——摩擦力，且大小相等，方向相反，对竿分析：受重力Mg、竿上的人对竿向下的摩擦力Ff′、顶竿的人对竿的支持力FN，有Mg＋Ff′＝FN，又因为竿对“底人”的压力和“底人”对竿的支持力是一对作用力与反作用力，由牛顿第三定律，得到FN′＝Mg＋Ff′＝(M＋m)g－ma。B项正确。
[答案] B
[题后悟道] 由于题中没有给出地面对“底人”的支持力情况，所以不能以“底人”为研究对象，这时必须转换研究对象，先以竿上的人为研究对象，再以杆为研究对象，通过牛顿第三定律建立竿对“底人”的压力和“底人”对竿的支持力等大的关系进行求解。
如图3－1－6所示，质量为M＝60 kg的人站在水平地面上，用定滑轮装置将质量为m＝40 kg的重物送入井中。当重物为2 m/s2的加速度加速下落时，忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦，则人对地面的压力大小为(g取10 m/s2)( )
图3－1－6
A．200 N B．280 N
C．320 N D．920 N
解析：选B 设人对绳的拉力大小为F，对重物m应用牛顿第二定律得mg－F＝ma。由牛顿第三定律可知，绳对人向上的拉力F′与人对绳的拉力F等大反向，设地面对人的支持力为FN，对人应用平衡条件可得：F′＋FN＝Mg，可解得FN＝Mg－mg＋ma＝280 N。由牛顿第三定律可知，人对地面的压力大小与地面对人的支持力大小相等，故人对地面的压力大小为280 N，B正确。
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