相互作用与牛顿运动定律

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1、相互作用与牛顿运动定律知识梳理力是物体与物体间的相互作用，这是我们对力最基本的 认识，围绕这一基本观点，本专题从几个不同的角度进行探 究，通过这些探究明确力的基本特性，并且能应用基本规律 解决常见的力学问题 .牛顿运动定律是力学的基石，也是每年高考的重点，牛 顿第一、第二、第三定律是解决力学问题的基本工具，在本 专题中，对运动和力的关系、物体运动的加速度与物体所受 外力的关系、物体运动的加速度与物体的质量关系进行具体 的探究，指出它们间的定量关系，利用这些关系进行实际应 用.一、物体与物体间的相互作用1 力学中常见的三种力 .（ 1）重力产生的条件：由于地球的吸引而产生的，重力不是万有 引力，

2、只有在忽略地球自转的条件下才可以认为重力等于万 有引力 .重力大小：G=mg,在地面附近一般认为任何一个物体的重力均为一个恒定不变的量，其大小和方向不随其运动状态 和地理位置的变化而发生变化 .重力方向：总是竖直向下 .（ 2）弹力 产生条件：相互接触的两个物体由于发生弹性形变而产 生.弹力大小：对像弹簧这类弹性很好的物体而言，弹力的 大小为 F=kx（ k 为弹簧的劲度系数） ，对一般发生弹性形变的 物体而言，其弹力大小可以利用物体学的其它规律解答 .弹力方向：挤压形变时其方向为垂直支持面指向被支持 物，拉伸形变时其方向沿绳子指向绳子的收缩方向 .（ 3）摩擦力 产生条件：相互挤压的两个接触

3、不光滑的物体间如果存 在相对运动或相对运动趋势会产生摩擦力，摩擦力存在静摩 擦力和滑动摩擦力两类 .摩擦力大小：对滑动摩擦力而言，大小为 f=卩N （滑动 摩擦力），对静摩擦力而言，其大小和方向均是变化的，但 静摩擦力存在最大值，可以利用其它物体规律计算静摩擦力 的大小 .摩擦力的方向：滑动摩擦力的方向可以与运动的方向相 反，也可以与运动方向相同，它阻碍物体间的相对运动；而 静摩擦力的方向在某个物理过程中也可以发生变化 .2 力的一般处理方法 .（ 1）力的合成与分解：求几个已知力的合力是力的合 成，求一个力的几个分力是力的分解，力的合成与力的分解 均遵循力的平行四边形定则 .（ 2）力的平行

4、四边形定则：表示合力的线段为表示两 个分力的线段组成的平行四边形的对角线（合力与分力的大 小之间满足 F1-F2W FW F1+F2）.（ 3）物体的受力分析方法：选定合适的研究对象，对 物体进行受力分析，画出物体受力简图，这是力学中研究物 体受力和运动的一种常见的方法 .3 物体的平衡状态和受力的平衡条件.（1）物体的平衡状态：物体在外力作用下保持匀速直 线运动或静止状态 .（ 2）平衡条件：处于平衡状态的物体所受外力的合力 为零，可以利用力的平行四边形定则进行相关的计算 .二、牛顿运动定律1 牛顿第一定律 .（1）惯性：物体保持运动状态不变的性质，惯性是物 体的固有属性，与其它的外界因素无

5、关，只与物体的质量有 关.（ 2 ）运动状态及其变化：物体的运动状态是指物体运 动速度的大小和方向，物体作匀速运动时，其运动状态是不 变的；物体运动速度发生变化，就是运动状态发生了变化（ 3）定律的表述：一切物体总保持匀速直线运动状态 或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。定律说 明了两点，第一，一切物体都有惯性；第二，力不是维持物 体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因 .2牛顿第二定律 .（ 1）定律的表述：物体运动的加速度与物体所受外力 的合力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与物体 所受外力的合力方向相同 .（2）牛顿第二定律的表达式： F=ma，F 是物体所受的合 外

6、力，F与a的方向相同.（3）几种应用的思路：根据物体的受力情况，由牛顿 运动定律求加速度，再根据运动学的规律计算运动学物理量； 根据物体的运动情况，由运动学的公式计算加速度，再根据 牛顿运动定律计算物体所受的合外力或某个外力 .（ 4）几个特殊状态a 超重状态：当物体运动时，如果有竖直向上的加速 度，则物体处于超重状态，处于超重状态时，物体受的支持 力（或绳子的拉力）大于物体的重力 .b 失重状态：当物体运动时，如果有竖直向下的加速 度，则物体处于失重状态，处于失重状态时，物体受的支持 力（或绳子的拉力）小于物体的重力；如果物体运动的加速 度等于重力加速度，那么物体处于完全失重状态，处于完全

7、失重状态的物体，所受的支持力（或绳子的拉力）等于零 .3 牛顿第三定律 .（ 1）定律的表述：两个物体之间的作用力与反作用力 总是大小相等、方向相反，作用在同一条直线上。作用力与 反作用力是性质相同的力，分别作用在两个物体上，它们同 时产生，同时存在 .（ 2）作用力与反作用力和平衡力 作用力与反作用力是分别作用在两个物体上的物体之 间的相互作用力，这两个力的大小相等，方向相反，同时产 生，同时存在；平衡力是作用在一个物体上的两个力，这两 个力的大小相等，方向相反，当其中一个力突然消失时，另 一个力仍然可以存在，作用力与反作用力不可能是平衡力 .命题预测2008 年文科基础和理科基础中的物体试

8、题， 在本专题对 应的部分占有一定比例，这两个部分一直是高考的重点，其 中考查较多的内容有：（ 1）摩擦力的性质（包括摩擦力的方向） ；（ 2）力的合成与分解的基本方法（包括平行四边形定 则）；（ 3）物体受力平衡条件的应用（主要是实际问题中的 应用）；（ 4）牛顿第二定律的基本应用（包括两个基本类型）（ 5）超重失重问题 .其中将具体问题融合在物理原理中进行考查可以说是 高考的一个命题趋势， 在掌握知识的同时， 重在知识的应用， 要能将复杂的物理背景简化为一个物理模型，再通过物理原 理进行解答，特别注意这类问题的复习 .典例精析题型 1 斜面上的弹力和摩擦力例 1 如图 1 所示，位于斜面上

9、的物块 M 在沿斜面向上 的力 F 作用下处于静止状态，若稍稍增大推力，物体仍处于 静止，则（）A. 物体对斜面的摩擦力增大B. 物体对斜面的压力减少C. 物体所受到的合力增大D. 物体所受到的合力不变解析力F的方向沿斜面向上，因此，只有物体能静止 在斜面上，即使增大 F，也不会影响到物体对斜面的压力大 小，可见，物体对斜面的压力不变，物体对斜面的摩擦力的 大小变化，有几种可能性，如果开始摩擦力的方向向上，那 么，稍稍增大推力，物体所受的摩擦力的大小有可能减少； 如果开始摩擦力的方向向下，那么，摩擦力的大小增大，可 见，物体对斜面的摩擦力的大小变化是不确定的；由于物体 仍处于静止状态，因此，物

10、体所受到的合力不变 .答案D点评题设中没有说明初始情况下力F的大小，因此，摩擦力的大小和方向的变化均存在可能性，无法说明其确定 的变化情况 .题型 2.力的合成与分解例2如图2所示，重量为G的物块在推力F的作用下， 沿水平面向右匀速运动；推力F与物块所受滑动摩擦力的合力一定是竖直向上的，推力F与物块所受滑动摩擦力的合力一定是竖直向下的，推力F与地面给物块的支持力的合力一定是向右偏上的，地面给物块的支持力和滑动摩擦 力的合力一定与推力 F等值反向，以上关于物块受力分析的 说法正确的是（）A B C D 解析将推力F分解为水平和竖直两个分力F1、F2，由平衡条件可以判断，水平分力 F1 与物块所受

11、滑动摩擦力平 衡，竖直分力 F2 和重力的合力一定与地面给物块的支持力 平衡，由此可见，推力 F 与物块所受滑动摩擦力的合力一定 是竖直向下的，答案正确；推力F与地面给物块的支持力的合力一定是向右偏上的，答案正确.答案 B 点评 计算或判断任意两个力的合力方向是有一定困 难的，如果这两个力具有一定的特征，就可以简化判断的方 法。本题分解力 F 是解答的关键，利用物体受力的平衡条件 是解答的基础，对推力 F 与地面给物块的支持力的合力还需 要根据力的合成的知识解答 .题型 3 共点力作用下物体的平衡条件的应用例 3n 个共点力作用在一个物体上 （物体可以看成质点） 使物体处于平衡状态。那么，当其

12、中的某个力 F1 逐渐减小 而其它力保持不变时，物体所受的合力将（）A 逐渐增大，与 F1 同向B 逐渐增大，与 F1 反向C 逐渐减小，与 F1 同向D 逐渐减小，与 F1 反向解析根据物体受力的平衡条件，这n个力的合力为零， 除F1夕卜，其它力的合力的大小等于F1,方向与F1的方向相反。可见，当其中的某个力 F1 逐渐减小时，物体所受的合 力将逐渐增大，方向与 F1 方向相反 .答案 B点评 准确利用平衡条件判断出除 F1 外，其它力的合 力的大小和方向特征，再利用力的平行四边形定则，判断物 体所受合力的变化情况 .题型 4 加速度与物体所受合力的关系例4如图3所示，一轻质弹簧一端系在墙上

13、的0点，另一端自由伸长到B点今用一小物体m把弹簧压缩到A点， 然后由静止释放，小物体第一次运动到 C点就静止不动.设物 体与水平面之间的动摩擦因数恒定，则下列有关物体运动的 分析中正确的是（）A. 物体从A到B作匀加速运动，从B到C作匀减速运 动B. 物体从A到B作加速运动，从 B到C作减速运动C. 物体从A到B先加速后减速，从B到C先匀速后减 速D. 物体速度最大的位置应出现在从 A到B的运动过程 中解析根据题设，B点为弹簧的原长所在的位置，因此， 当物体把弹簧压缩到 A 点，然后释放，物体在向右的运动过 程中，先作加速运动，因为弹力的大小在减小，其合力是变 力，加速度也是变化的，因此，该过

14、程中的运动不可能是匀 加速运动；当弹力减小到等于滑动摩擦力时，物体的加速运 动过程结束，此时，物体的位置应在A、B之间的某点，此后物体运动过程中，因合力的方向与运动的方向相反，物体 作减速运动 （同理， 物体的减速运动也不可能是匀减速运动） 当物体到B点后，因弹力的方向与摩擦力的方向相同，与运 动方向相反，因此，从B点直到C点，物体一直作减速运动，而在整个运动过程中物体运动速度最大的位置应在A、B 之间的某点 .答案 D点评 通过分析物体的受力来确定物体的运动情况，这 是利用牛顿第二定律及运动学公式直接得到的结论，根据物 体的运动情况不难确定物体速度最大的位置应出现在从A 到B的运动过程中，本

15、题是加速度与合外力关系的典型应用， 特别要注意加速度与合外力关系的瞬时性 .题型 5 超重和失重 例 5某人站在升降机中， 当升降机在上升的过程中速度 逐渐减小时，下列说法中正确的是（）A 人对升降机地板的压力等于人的重力B 人对升降机地板的压力大于人的重力C 人所受到的重力将减小D 人所受到的重力不变 解析 升降机在上升的过程中速度逐渐减小，说明升降 机在作向上的减速运动，具有向下的加速度，因此，属于失 重情况，根据牛顿第二定律可以得到，人对升降机地板的压 力应小于人的重力；在运动过程中，人对升降机地板的压力 的大小可以变化，但人所受到的重力是保持不变的 .答案 D点评 根据物体的运动特征能

16、准确分析出物体运动的加速度的方向，从而确定该过程是属于超重还是失重，并进一步判断人对升降机地板的压力大小与人的重力大小关系，值 得说明的是，超重还是失重不是取决于物体运动的方向，而 是由物体运动的加速度方向判定 .例 6某同学找了一个用过的易拉罐做实验， 他在靠近罐 底的侧面打一个洞，用手指按住洞在里面装上水，再把它 悬挂在天花板上，他移开手指，水就从洞中喷射出来；当他 剪断绳让罐自下落时，则下落过程中实际出现的是A 水继续以相同速率喷出B. 以较小的速率喷出C 水以更大的速率喷出D. 水将不再从孔中喷出 解析 剪断绳让罐自下落时，由于易拉罐和水均完全失 重，因此，靠近罐底的侧面洞口内外没有压

17、力差，水将不再 从孔中喷出 .答案 D点评 水从孔中喷出的条件是洞口内外必须存在压力 差，因此，可以通过分析压力差的存在确定下落过程中水是 否能从孔中喷出 .模拟操练1 下面有关相互作用力的说法，正确的是（）A 人走路时，人和地球间的作用力和反作用力的对数有三对B 人走路时，地对脚的力大于脚蹬地的力，所以人才 往前走C 船的螺旋桨对水的作用力就是使船前进的推力D 只有物体处于平衡状态时，作用力与反作用力才大 小相等2 如图 4 所示，在一粗糙水平面上有两个质量分别为 m1 和 m2 的木块 1 和 2，中间用劲度系数为 k 的轻弹簧连结 起来，木块与地面间的滑动摩擦因数为 卩.现用一水平力向左

18、 拉木块 1，当两木块一起匀速运动时，弹簧的伸长量为（）A. m1gB. （ m1+m2 ） gC. m2gD. （） g3.如图5所示，是一主动轮 A通过皮带带动从动轮 B 的示意图， A 轮上 M 点和 B 轮上 N 点的切线均为竖直方向， 则对此二点静摩擦力方向的判断正确的是（）AM 点向上，N 点向上BM 点向上，N 点向下CM 点向下，N 点向上DM 点向下，N 点向下4.如图 6 所示，质量均为m的物体a和b，置于水平支承面上，它们与支承面间的动摩擦因数均为卩，a、b间为光滑接触， 在水平力 F 作用下， 它们一起沿水平面匀速运动时 若a、b间的作用力为N,贝U N的大小（）A.

19、N=FB. F > N>C. NvD. N =5 水平桌面上有一重 200N 的物体，与桌面间的动摩 擦因数为 0.2，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，当依次用 15N、 30N、 80N 的水平拉力拉此物体时， 物体受到的摩擦 力依次为（）A15N， 30N， 40NB0， 15N， 15NC0， 20N， 40N D15N， 40N， 40N6 2005 年我国成功发射了神舟六号飞船。 设飞船返回 舱质量为 m ，在接近地面时，为保护内部设施不受损坏，要 放出降落伞进行减速。 若返回舱离地高度为 h 时放出降落伞， 此时返回舱速度为 v,方向竖直向下，着陆时速度为零。假 定随后返

20、回仓做匀减速直线运动。贝其在匀减速下落时所受 阻力应为（）A. B.C. D. mg+7 放在水平地面上的一物块，受到方向不变的水平推力 F 的作用， F 的大小与时间 t 的关系和物块速度 v 与时间 t的关系如图7所示。取重力加速度 g= 10m/s2。由此两图线 可以求出物块的质量 m及物块与地面之间的动摩擦因数 卩 分别为（）A. m = 0.5kg,卩=0.4B. m = 1.5kg,卩=2/15C. m = 0.5kg,卩=0.2 D. m = 1kg, p, = 0.28. 某人在地面上最多可举起 60kg 的物体， 他在竖直向 上运动的电梯中最多举起了 80kg的物体，据此可以

21、判断此电 梯加速度的大小和方向为（ g=10m/s2）（）A. 2.5 m/s2 ,竖直向下B. 2.5 m/s2，竖直向上C. 17.5m/s2 ,竖直向下D. 17.5m/s2，竖直向下9. 蹦级是一种极限体育项目,可以锻炼人的胆量和意 志。运动员从高处跳下,弹性绳被拉展前做自由落体运动, 弹性绳被拉展后在弹性绳的缓冲作用下,运动员下落一定高 度后速度减为零。在这下降的全过程中,下列说法中正确的 是（）A. 弹性绳拉展前运动员处于失重状态, 弹性绳拉展后运 动员处于超重状态B. 弹性绳拉展后运动员先处于失重状态, 后处于超重状C. 弹性绳拉展后运动员先处于超重状态， 后处于失重状态D. 运

22、动员一直处于失重状态10“神州”六号载人宇宙飞船在完成 77 圈飞行任务后通过启动发动机开始减速飞行，经过一段时间于 10 月 17 日 凌晨顺利降落在预定地点，则在飞船返回地面的过程中，下 列说法中正确的是（）A. 飞船中乘坐的宇航员处于失重状态， 其坐椅对他的支 持力小于重力B. 船中乘坐的宇航员处于完全失重状态， 其坐椅对他的 支持力等于零C. 飞船中乘坐的宇航员处于超重状态， 其坐椅对他的支 持力大于重力D. 飞船中乘坐的宇航员处于平衡状态， 其坐椅对他的支持力等于重力答案点拨 1. A （这三对力分别是重力、支持力和摩擦力，使船前进的推力是水对船的螺旋桨的力，而作用力与反作用力大 小

23、相等在任何情况下都成立）2. C （ kx= p, m2gx=m2g）3 D（ M 点摩擦力是阻力，其方向与运动方向相反；N点摩擦力是动力，其方向与运动方向相同）4. D （选择以a和b为整体：则F=2卩mg;选择以b 为研究对象：则 Np mg,可见，N=F）5 . A（三种情况下物体所受的摩擦力分别是动摩擦力、 静摩擦力和滑动摩擦力）6 D（ a=， f-mg=maf=mg+m ）7. A（由两个图象可知，f=2N ,3-2=ma, a=2m/s2m=0.5kg , f=卩 mg 卩=0.4）8 . A （物体处于失重状态，加速度方向竖直向下，根据 F=ma 知 800-600=80a, a=2.5m/s2）9. B （弹性绳拉展后运动员所受的合力方向先向下， 后向上）10. C （在飞船返回地面的过程中，加速度方向向上， 处于超重状态）责任编校李平安注：本文中所涉及到的图表、 注解、公式等内容请以 PDF格式阅读原文