2021高中物理一轮复习学案--第三章第1讲牛顿第一定律牛顿第三定律 11页

1 第 1 讲 牛顿第一定律 牛顿第三定律 ZHI SHI SHU LI ZI CE GONG GU 知识梳理·自测巩固 知识点 1 力与运动的关系 1．运动状态及运动状态的改变 速度是描述物体运动状态的物理量。 “运动状态的改变”是指物体的运动速 度发生改变。 2．力是物体产生加速度的原因 外力的作用使物体的速度发生改变， 而速度发生改变一定有加速度， 所以力 是使物体产生加速度的原因。 知识点 2 牛顿第一定律 1．牛顿第一定律的内容：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。 2．惯性的定义：一切物体都有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质。 3．惯性的量度：质量是物体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。 知识点 3 牛顿第三定律 1．牛顿第三定律的内容：两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。 2．作用力与反作用力的特点：同时产生、同时消失、同时变化、同性质、 分别作用在相互作用的两物体上，效果不能抵消。 思考： 人走在松软的土地上而下陷时， 人对地面的压力大于地面对人的支持 力，对吗？ [ 答案 ] 不对。属于作用力与反作用力，大小相等。 思维诊断： (1) 物体不受外力作用时一定处于静止状态。 ( × ) (2) 在水平面上滑动的木块最终停下来，是没有外力维持木块运动的结果。 ( × ) 2 (3) 运动的物体惯性大，静止的物体惯性小。 ( × ) (4) 做匀速直线运动的物体和静止的物体没有惯性。 ( × ) (5) 作用力与反作用力可以是不同性质的力。 ( × ) (6) 作用力与反作用力的作用效果不能抵消。 ( √ ) , 自测巩固 ZI CE GONG GU 1．(2020·山东青岛调研 ) 关于力与运动的关系，下列说法中正确的是 ( C ) A．必须有力的作用物体才能运动 B．牛顿第一定律可以用实验直接验证 C．理想斜面实验否定了“力是维持物体运动的原因” D．牛顿第二定律表明物体所受外力越大物体的惯性越大 [ 解析 ] 本题考查力与运动的关系。 要改变物体的运动状态必须要有力， 即 力是改变物体运动状态的原因， 物体不受力时也能保持匀速直线运动， 故 A错误； 牛顿第一定律是在实验的基础上进一步推理概括出来的科学理论， 而不能直接通 过实验得出， 但能接受住实践的检验， 故 B 错误； 伽利略通过理想斜面实验否定 了力是维持物体运动的原因，推理出力是改变物体运动状态的原因，故 C正确； 惯性的大小由物体的质量决定， 与物体受力的大小无关， 与是否受力也无关， 故 D错误。 2．(2019·江苏南京、盐城二模 ) 如图所示，将物理课本放在水平桌面上， 下列说法中正确的是 ( A ) A．桌面对课本的支持力与课本的重力是一对平衡力 B．桌面对课本的支持力与课本对桌面的压力是一对平衡力 C．桌面对课本的支持力与课本的重力是一对作用力与反作用力 D．课本对桌面的压力就是课本的重力 [ 解析 ] 本题考查作用力与反作用力和平衡力的区别。 桌面对课本的支持力 与课本的重力是一对平衡力， A 正确， C错误；桌面对课本的支持力与课本对桌 面的压力是一对作用力与反作用力， B 错误；课本对桌面的压力是由于课本发生 形变而产生的对桌面向下的压力， 施力物体是课本， 方向垂直于桌面， 大小等于 3 课本的重力，但压力不是重力， D错误。 HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO 核心考点·重点突破 考点一 牛顿第一定律的理解与应用 1．牛顿第一定律的意义 (1) 揭示了物体的一种固有属性：牛顿第一定律揭示了物体所具有的一个重 要属性——惯性。 (2) 揭示了力的本质：牛顿第一定律明确了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，物体的运动不需要力来维持。 (3) 揭示了物体不受力作用时的运动状态：牛顿第一定律描述的只是一种理 想状态， 而实际中不受力作用的物体是不存在的， 当物体受外力但所受合力为零 时，其运动效果跟不受外力作用时相同，物体将保持静止或匀速直线运动状态。 2．理解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。 例 1 (2019·福建省三明一中月考 ) 科学思维和科学方法是我们认识 世界的基本手段。 在研究和解决问题的过程中， 不仅需要相应的知识。 还需要运 用科学的方法。 理想实验有时更能深刻地反映自然规律， 伽利略设想了一个理想 实验，如图所示。 以下为他的设想步骤： ①两个对接的斜面， 静止的小球沿一个斜面滚下， 小 球将滚上另一个斜面； ②如果没有摩擦， 小球将上升到原来释放的高度； ③减小 第二个斜面的倾角， 小球在这个斜面上仍然会达到原来的高度； ④继续减小第二 个斜面的倾角， 最后使它成为水平面， 小球会沿水平面做持续的匀速运动。 通过 对这个实验的分析，我们可以得到的最直接的结论是 ( B ) 4 A．自然界的一切物体都具有惯性 B．光滑水平面上运动的小球，运动状态的维持并不需要外力 C．如果小球受到力的作用，它的运动状态将发生改变 D．小球受到的力一定时，质量越大，它的加速度越小 [ 解析 ] 伽利略的理想斜面实验只能说明小球具有惯性， 推广到一切物体的 是牛顿， A错误；伽利略通过“理想斜面实验”和科学推理，得出的结论是：力 不是维持物体运动的原因， 光滑水平面上运动的小球， 运动状态的维持并不需要 外力， B正确；如果小球受到力的作用，它的运动状态将发生改变，这是牛顿得 出的， C错误；小球受到的力一定时，质量越大，它的加速度越小，这是牛顿第 二定律内容， D错误。 方法技巧： 牛顿第一定律的问题 (1) 注意联系实际情况，理解“惯性”与“力”的联系。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。 物体所受合 外力不为零时，惯性表现为运动状态改变的难易程度。 (2) 如果物体的运动状态发生改变，则物体必然受到不为零的合外力作用。 因此判断物体的运动状态是否改变以及如何改变，应分析物体的受力情况。 〔类题演练 1〕 (2020·湖北黄冈月考 ) 远在春秋战国时代 ( 公元前 772～前 221 年) ，我国杰 出学者墨子认为：“力，刑之所以奋也。”“刑”同“形”，即物体；“奋，动 也”， 即开始运动或运动加快， 对墨子这句关于力和运动观点的理解， 下列说法 不正确的是 ( C ) A．墨子认为力是改变物体运动状态的原因 B．墨子认为力是使物体产生加速度的原因 C．此观点与亚里士多德关于力和运动的观点基本相同 D．此观点与牛顿关于力和运动的观点基本相同 [ 解析 ] “力，刑之所以奋也。 ”是说力是使物体开始运动的原因或力是改 变物体运动状态的原因， 使物体产生加速度的原因， 此观点与牛顿关于力和运动 的观点基本相同。 而亚里士多德认为有力作用在物体上， 物体才能运动； 没有力 的作用，物体就要静止。故 C错误， A、B、D正确。 5 考点二 牛顿第三定律的理解与应用 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产生的效果不同。 (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与物 体是否和其他物体存在相互作用无关。 2．“一对相互作用力”与“一对平衡力”的比较 内容 一对相互作用力 一对平衡力 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 作用时间 同时产生，同时消失，同时 变化 不一定同时产生或消失 力的性质 一定是同性质的力 可以是同性质的力， 也可以是不同性质 的力 大小关系 大小相等 大小相等 方向关系 方向相反且共线 方向相反且共线 依赖关系 相互依存，不可单独存在 无依赖关系， 撤除一个力， 另一个力依 然可以存在，只是不再平衡 例 2 (2019·陕西黄陵中学模拟 )( 多选 ) 一物体受水平绳的拉力作用 由静止开始前进，先做加速运动，然后改为做匀速运动，再改为做减速运动。则 ( CD ) 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，绳拉物体的力等于物体受到的摩擦力 C．匀速运动时，绳拉物体的力等于物体受到的摩擦力 D．不管物体如何运动，绳拉物体的力都等于物体拉绳的力 [ 解析 ] 本题考查相互作用力在不同运动状态时的分析。 绳拉物体的力与物 体拉绳的力是一对作用力与反作用力， 它们总是大小相等、 方向相反、 作用在同 一条直线上， 与运动状态无关， 故选项 A 误， 选项 D正确； 当物体做加速运动时， 根据牛顿第二定律可知， 其受到的拉力大于其受到的摩擦力， 当物体匀速运动时， 6 合力为零，拉力等于摩擦力，当物体减速运动时，拉力小于摩擦力，故选项 B 错误， C正确。 规律总结： 应用牛顿第三定律应注意的三个问题 (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) 作用力与反作用力只能是一对物体间的相互作用力，不能牵扯第三个物 体。 〔类题演练 2〕 (2019·江苏清江中学月考 )( 多选 ) 把一木块放在水平桌面上保持静止， 下列 说法中正确的是 ( AB ) A．木块对桌面的压力在数值上等于木块的重力 B．木块对桌面的压力和桌面对木块的支持力作用效果不能抵消 C．木块对桌面的压力就是木块的重力，施力物体是地面 D．木块对桌面的压力与桌面对木块的支持力是一对平衡力 [ 解析 ] 本题考查相互作用力与平衡力的概念及各力大小的比较。 木块放在 水平桌面上保持静止，桌面对木块的支持 力大小等于木块的重力； 根据牛顿第三定律， 木块对桌面的压力大小等于桌 面对木块的支持力大小，所以木块对桌面的压力大小在数值上等于木块受的重 力，故 A 正确；木块对桌面的压力和桌面对木块的支持力是作用力与反作用力， 分别作用在桌面和木块上，作用效果无法抵消，故 B正确， D错误；木块对桌面 的压力大小等于木块的重力， 但不能说木块对桌面的压力就是木块的重力， 因为 两者产生的原因、 施力物体和受力物体等都不同， 木块对桌面的压力的施力物体 是木块，故 C错误。 考点三 应用牛顿第三定律转换研究对象 7 转换研究对象是解决力学问题时经常用到的解题策略。 当物体的某个力不容 易求时，可根据作用力与反作用力的关系，先求它的反作用力，如求压力时，可 先求支持力， 摩擦力的求解在很多问题中亦是如此。 利用牛顿第三定律转换研究 对象，可以使我们分析问题的思路更灵活，更开阔。 例 3 (2020·山东青岛市模拟 )( 多选 ) 木箱重 G1，人重 G2，人站在木 箱里用力 F 向上推木箱，如图所示，则有 ( AD ) A．人对木箱底的压力大小为 G2＋F B．人对木箱底的压力大小为 G2 C．木箱对地面的压力大小为 G2＋G1－F D．木箱对地面的压力大小为 G1＋G2 [ 解析 ] 对人隔离受力分析有：竖直向下的重力 G2、向下的作用力 F、向上 的支持力 FN，可得 FN＝G2＋F，根据牛顿第三定律，人对木箱底的压力大小为 G2 ＋F，选项 A 正确， B 错误；将人与木箱看成一个整体，可得木箱对地面的压力 大小为 G1＋G2，选项 C错误， D正确。 〔类题演练 3〕 如图所示， 质量为 m的木块在质量为 M的长木板上以加速度 a 水平向右加速 滑行，长木板与地面间的动摩擦因数为 μ 1，木块与长木板间的动摩擦因数为 μ 2， 若长木板仍处于静止状态，则长木板对地面的摩擦力大小和方向一定为 ( B ) A．μ 1(m＋M)g，向左 B．μ 2mg，向右 C．μ 2mg＋ma，向右 D．μ 1mg＋μ 2Mg，向左 [ 解析 ] 长木板处于静止状态， 水平方向受两个力： 木块对长木板向右的滑 动摩擦力，大小为 f 1＝μ 2mg，地面对长木板向左的静摩擦力 f 2，据平衡条件得 f 2＝f 1＝μ 2mg，根据牛顿第三定律，长木板对地面的摩擦力大小为 μ2mg，方向 向右，故 B 正确。 8 JIE DUAN PEI YOU CHA QUE BU LOU 阶段培优·查缺补漏 惯性的“相对性” 一、空气中的铁球和塑料球 例 4 如图所示，一容器固定在一个小车上，在容器中分别悬挂一只 铁球和一只塑料球， 容器中铁球和塑料球都处于静止状态， 当容器随小车突然向 右运动时，两球的运动情况是 ( 以小车为参考系 )( C ) A．铁球向左，塑料球向右 B．铁球向右，塑料球向左 C．铁球和塑料球都向左 D．铁球和塑料球都向右 [ 解析 ] 由于惯性， 当容器随小车突然向右运动时， 铁球和塑料球都相对容 器向左运动， C正确。 二、水中的铁球和塑料球 例 5 ( 原创题 ) 甲瓶子盛满水，在密封塞上用细绳悬挂一个铁球，乙 瓶子盛满水， 在密封塞上用等长细绳悬挂与小铁球体积相同的小泡沫塑料球， 且 将乙瓶子倒置，如下图 (1) 所示，甲乙两个瓶子均固定在小车上。当小车突然向 前运动时，则两球的存在状态为 ( A ) 9 [ 解析 ] 对 A 选项所示情况， 可设想一个与金属小球等体积的水球。 金属球 位置的变化， 必然代替这个水球的位置。 而同体积的水球和金属球， 金属球的质 量大，惯性大，运动状态不容易改变，故相对水球来说滞后。同理，由于同体积 水球的质量大于泡沫塑料球的质量， 水球惯性大， 相对泡沫塑料球来说水球滞后， 泡沫塑料球相对水球在前，因此 A 选项正确。 反思领悟： (1) 质量是物体惯性大小的唯一量度，物体的质量越大，惯性越大，状态越 难改变。 (2) 悬挂在空气中的铁球和塑料球的惯性都比对应的“空气球”的惯性大， 但悬挂在水中的塑料球的惯性没有对应的“水球”的惯性大。 2 NIAN GAO KAO MO NI XUN LIAN 2 年高考·模拟训练 1．(2020·安徽皖中名校联盟联考 ) 下列说法正确的是 ( D ) A．牛顿认为力是维持物体运动的原因 B．牛顿第一定律、牛顿第二定律可以通过实验来验证 C．国际单位制中， kg、m、N是三个基本单位 D．根据速度定义式 v＝Δx Δt ，当 Δt →0 时， Δx Δt 就可以表示物体在 t 时刻的 瞬时速度 [ 解析 ] 本题考查对牛顿运动定律的认识。 亚里士多德认为力是维持物体运 动的原因，牛顿认为力是改变物体运动状态的原因， A错误；牛顿第二定律可以 通过实验来验证， 牛顿第一定律不可以通过实验来验证， 该定律来源于理想斜面 实验的合理外推， B错误； 国际单位制中有 7 个基本单位为 kg、m、s、A、K、mol、 cd，其余均为导出单位， 如 N，C错误； 根据速度定义式 v＝Δx Δt ，可知当 Δt →0 10 时， Δx Δt 表示物体在 t 时刻的瞬时速度， D正确。 2．(2019·山东聊城东阿县月考 )( 多选 ) 如图甲所示，重物 A 用一根轻弹簧 悬于天花板下， 画出重物和弹簧的受力图如图乙、 丙所示。 关于这四个力的说法， 正确的是 ( ABC ) A．F3与 F4 是一对平衡力 B．F1的反作用力是 F3 C．F1的施力物体是弹簧 D．F1与 F2 是一对作用力与反作用力 [ 解析 ] F3与 F4 是一对平衡力， A 正确； F1 的反作用力是 F3，B 正确； F1 的 施力物体是弹簧， C正确； F1 与 F2 是作用在重物上的两个力，即重力和拉力，它 们是一对平衡力， D错误。 3．(2020·江苏苏州月考 ) 立夏“斗蛋”是深受小朋友们喜欢的一项传统民 俗， 如图所示， 把鸡蛋 A 快速向另一个静止的鸡蛋 B 撞去， 结果鸡蛋 B 被撞破了， 已知两个鸡蛋质量大小关系为 mA