【物理】2020届一轮复习人教版牛顿第一定律　牛顿第三定律学案 14页

第三单元牛顿运动定律 课时1　牛顿第一定律　 牛顿第三定律 ‎　　1.力和运动的认识 ‎ ‎(1)亚里士多德的观点:必须有力作用在物体上,物体才能运动;没有力的作用,物体就静止。‎ ‎(2)笛卡儿的观点:除非物体受到外力的作用,物体将永远保持静止或匀速运动状态,永远不会使自己沿曲线运动,而只保持在直线上运动。‎ ‎　　2.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)意义:①指出了一切物体都具有惯性。②指出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,即产生加速度的原因。‎ ‎　　3.惯性 ‎ ‎(1)物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性。‎ ‎(2)惯性是物体的固有属性,一切物体都具有惯性;质量是惯性大小的唯一量度。‎ ‎　　4.牛顿第三定律 ‎ 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。‎ ‎1.(2018山东枣庄质量调研)下列关于惯性的说法,正确的是(　　)。‎ A.人走路时没有惯性,被绊倒时有惯性 B.物体的速度越大惯性越大 C.物体不受外力时有惯性,受外力后惯性被克服了 D.物体的惯性与物体运动状态及受力情况均无关 答案　D ‎2.(2018江西南昌五校联考)用计算机辅助实验系统(DIS)做验证牛顿第三定律的实验,如图所示是把两个测力探头的挂钩勾在一起,向相反方向拉动,观察显示器屏幕上出现的结果。观察分析两个力传感器的相互作用随着时间变化的曲线,以下结论不正确的是(　　)。‎ A.作用力与反作用力大小相等 B.作用力与反作用力方向相反 C.作用力与反作用力作用在同一物体上 D.作用力与反作用力同时存在,同时消失 答案　C ‎1.(2018浙江4月选考,1)通过理想斜面实验得出“力不是维持物体运动的原因”的科学家是(　　)。‎ A.亚里士多德　　　　　　　　B.伽利略 C.笛卡儿 D.牛顿 解析　伽利略通过理想斜面实验提出了力不是维持物体运动的原因,故B项正确。‎ 答案　B ‎2.(2018浙江6月学考,3)如图所示,船夫用撑竿撑船前行,则(　　)。‎ A.船对人的力小于人对船的力 B.船对水的力大于水对船的力 C.人对撑竿的力与撑竿对人的力大小相等 D.撑竿对河底的力大于河底对撑竿的力 解析　船对人的力与人对船的力,船对水的力与水对船的力,人对撑竿的力与撑竿对人的力,撑竿对河底的力与河底对撑竿的力,这四对力都属于相互作用力,相互作用力总是大小相等,方向相反的,C项正确。‎ 答案　C 见《自学听讲》P34‎ 一 对牛顿第一定律及惯性的理解 ‎　　1.建立:牛顿第一定律不能用实验直接证明,它是在可靠的经验事实(如伽利略斜面实验)基础上采用科学的逻辑推理得出的结论。‎ ‎2.条件:物体不受外力或所受合力为零。“不受外力”是理想环境下的条件,“受合力为零”是实际环境下的条件。‎ ‎3.结论:物体总保持匀速直线运动状态或静止状态。‎ ‎4.惯性:与物体是否受力、怎样受力无关,与物体是否运动、怎样运动、所处的地理位置无关,一切物体都具有惯性。‎ ‎5.惯性与力的关系:物体的惯性不是力,力可以改变物体的运动状态,但不能改变物体的惯性,惯性的大小反映了改变物体运动状态的难易程度。质量是物体惯性大小的唯一量度,质量越大惯性越大。惯性与力是两个截然不同的概念。‎ ‎6.牛顿第一定律的建立,具有以下三个重要意义:‎ ‎(1)它揭示了物体的一种性质——一切物体都具有惯性。因此,牛顿第一定律又叫作惯性定律。‎ ‎(2)它揭示了力的本质——力是改变物体运动状态的根本原因,而不是维持物体运动状态的原因,是产生加速度的原因。‎ ‎(3)它揭示了不受外力或所受合力为零时物体的运动规律——匀速直线运动或静止状态。‎ 例1　下列关于物理现象的解释,正确的是(　　)。‎ A.放在水平桌面上静止的物体,其重力与物体对桌面的压力大小相等,是一对平衡力 B.人向前走是因为地面对人的脚的作用力大于脚对地面的作用力 ‎　　C.鸡蛋掉在地上破了,而地面未损坏,说明地面对鸡蛋的作用力大于鸡蛋对地面的作用力 D.跳高运动员从地面上跳起,是由于地面给运动员的支持力大于运动员所受的重力 解析　放在水平桌面上静止的物体,其重力和对桌面的压力大小相等,但他们分别作用在物体和桌面上,不是一对平衡力,A项错误;人的脚与地面间的作用力,地面与鸡蛋间的作用力均为作用力与反作用力,由牛顿第三定律知,相互作用力总是大小相等,B、C两项错误;运动员从地面上起跳时,有向上的加速度,因此,地面对运动员的支持力一定大于运动员的重力,D项正确。‎ 答案　D 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”‎ ‎　　2.相互作用力与平衡力的比较 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 不一定同时产生、同时消失 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 性质不一定相同 大小、方向 大小相等,方向相反,作用在同一条直线上 ‎　　例2　一个榔头敲在一块玻璃上把玻璃打碎了。对这一现象,下列说法正确的是(　　 )。‎ A.榔头敲玻璃的力大于玻璃对榔头的作用力,所以玻璃才碎裂 B.榔头受到的力大于玻璃受到的力,只是由于榔头能够承受比玻璃更大的力才没有碎裂 C.榔头和玻璃之间的作用力应该是大小相等的,只是由于榔头能够承受比玻璃更大的力才没有碎裂 D.因为不清楚玻璃和榔头的其他受力情况,所以无法判断它们之间的相互作用力的大小 解析　这里要明确作用力和反作用力的作用效果,因为相同大小的力作用在不同的物体上效果往往不同,所以不能从效果上去比较作用力与反作用力的大小关系,故C项正确。‎ 答案　C 变式1　(多选)下列关于飞船与火箭起飞的情形,叙述正确的是(　　)。‎ A.火箭尾部向下喷气,喷出的气体反过来对火箭产生一个反作用力,从而让火箭获得了向上的推力 B.火箭尾部喷出的气体对空气产生一个作用力,空气的反作用力使火箭获得飞行的动力 C.火箭飞出大气层后,由于没有空气,虽然向下喷气,但也无法获得前进的动力 D.飞船进入运行轨道之后,与地球之间仍然存在一对作用力与反作用力 ‎　　解析　火箭升空时,其尾部向下喷气,火箭与被喷出的气体是一对相互作用的物体,火箭向下喷气时,喷出的气体同时对火箭产生向上的反作用力,即火箭上升的推力,此动力并不是由周围的空气对火箭的反作用力提供的,因而与是否飞出大气层,是否在空气中飞行无关,B、C两项错误,A项正确;当飞船进入轨道后,飞船与地球之间仍然存在着相互吸引力,即地球吸引飞船,飞船也吸引地球,这是一对作用力和反作用力,故D项正确。‎ 答案　AD 三 掌握惯性现象的分析方法 ‎　　分析惯性现象一般有三步:①确定研究对象;②该物体原来处于什么运动状态;③该物体由于受到外力作用,将改变原来的运动状态,若不受外力作用,则将保持原来的运动状态。‎ 例3　如图所示,一盛水的容器固定在一个小车上,在容器中分别悬挂和拴住一只铁球和一只乒乓球。容器中的水、铁球和乒乓球都处于静止状态。当容器随小车突然向右运动时,两球的运动状况是(以小车为参考系)(　　)。‎ A.铁球向左,乒乓球向右 B.铁球向右,乒乓球向左 C.铁球和乒乓球都向左 D.铁球和乒乓球都向右 解析　由题意可知,开始时容器中的水和铁球、乒乓球都处于静止状态,当小车突然向右运动时,铁球和乒乓球都有向右运动的趋势,但由于与同体积的“水球”相比,铁球质量大、惯性大,铁球的运动状态难改变,即速度变化慢,而同体积的“水球”的运动状态容易改变,即速度变化快,而且水和车一起向右运动,所以小车向右运动时,铁球相对小车向左运动。同理,由于乒乓球与同体积的“水球”相比,质量小,惯性小,乒乓球相对小车向右运动,A项正确。‎ 答案　A ‎(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乒乓球的惯性都比对应的“空气球”的惯性大,但悬挂在水中的乒乓球的惯性没有对应的“水球”的惯性大。‎ ‎　　转换研究对象法在受力分析中的应用 ‎ 如果不能直接求解物体受到的某个力时,可先求它的反作用力,如求压力时可先求支持力。在许多问题中,摩擦力的求解也是如此。可见利用牛顿第三定律转换研究对象,可以使我们对问题的分析思路更灵活、更宽阔。‎ 例4　如图甲所示,两块小磁铁质量均为0.5 kg,A磁铁用轻质弹簧吊在天花板上,B磁铁在A正下方的地板上,弹簧的原长L0=10 cm,劲度系数k=100 N/m。当A、B均处于静止状态时,弹簧的长度L=11 cm。不计地磁场对磁铁的作用和磁铁与弹簧间相互作用的磁力,求B对地面的压力大小。(g取10 m/s2)‎ 甲 解析　对A受力分析如图乙所示 由平衡条件得 乙 k(L-L0)-mg-F=0‎ 解得F=-4 N 故B对A的作用力大小为4 N,方向竖直向上 由牛顿第三定律得A对B的作用力 F'=-F=4 N,方向竖直向下 对B受力分析如图丙所示 丙 由平衡条件得 FN-mg-F'=0‎ 解得FN=9 N 由牛顿第三定律得B对地面的压力大小为9 N。‎ 答案　9 N 变式2　如图所示,质量M=60 kg的人站在水平地面上,用定滑轮装置将质量m=40 kg的重物送入井中。当重物以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)(　　)。‎ ‎　　A.200 N　　　B.280 N　　　C.320 N　　　D.920 N 解析　设人对绳的拉力大小为F,对重物运用牛顿第二定律得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大小相等,方向相反,设地面对人的支持力为FN,对人受力分析可得F'+FN=Mg,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为280 N,B项正确。‎ 答案　B 见《高效训练》P23‎ ‎1.(2018湖南岳阳阶段考试)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 解析　物体间的作用力和反作用力是相互的,总是成对出现的。人走路时受到三个力的作用,即重力、地面的支持力和地面对人的摩擦力。力的作用总是相互的,这三个力的反作用力分别是人对地球的引力、人对地面的压力和人对地面的摩擦力,所以人走路时与地球间有三对作用力和反作用力。‎ 答案　C ‎2.(2018湖南岳阳一中期中)“引体向上”是同学们经常做的一项健身运动。该运动的规范动作是:两手正握单杠,由悬垂开始,上拉时,下颚须超过单杠面;下放时,两臂放直,不能曲臂(如图所示),这样上拉下放,重复动作,达到锻炼臂力和腹肌的目的。关于做“引体向上”动作时人的受力,以下判断不正确的是(　　)。‎ A.上拉过程中,人受到两个力的作用 B.上拉过程中,单杠对人的作用力大小等于人对单杠的作用力 C.下放过程中,单杠对人的作用力小于人对单杠的作用力 D.下放过程中,在某瞬间人可能只受到一个力的作用 解析　上拉过程中,人受到两个力的作用,一个是重力,一个是单杠给人的作用力,A项正确。不论是上拉过程还是下放过程,单杠对人的作用力总与人对单杠的作用力大小相等,与人的运动状态无关,B项正确,C项错误。在下放过程中,若在某瞬间人向下的加速度为重力加速度g,则人只受到重力的作用,D项正确。‎ 答案　C ‎3.(2018陕西延安仿真模拟)如图所示,甲、乙两位同学做“拔河”游戏。两人分别用伸平的手掌托起长凳的一端,保持凳子水平,然后各自向两侧拖拉。若凳子下表面各处的粗糙程度相同,且乙端的凳面上放四块砖,下列判断正确的是(　　)。‎ A.谁用的力气大就可以将凳子拉向自己 B.由于甲端比较轻,甲容易将凳子拉向自己 C.拔河过程中甲、乙的手受凳子对它的摩擦力总是大小相等,方向相反 ‎ D.由于乙端比较重,可以和手之间产生较大的摩擦力,乙可以将凳子拉向自己 解析　由图知,凳子在乙端的压力较大,所以乙端对凳子向右的最大静摩擦力大于甲端对凳子向左的最大静摩擦力,由于甲所受最大静摩擦力小,因此甲容易相对长凳滑动,即乙可以将凳子拉向自己,故A、B、C三项错误,D项正确。‎ 答案　D ‎4.(2018湖北恩施开学考试)如图所示,在日常生活中,小巧美观的冰箱贴使用广泛。一磁性冰箱贴贴在冰箱的竖直表面上静止不动时,它受到的磁力(　　)。‎ A.小于受到的弹力 B.大于受到的弹力 C.和受到的弹力是一对作用力与反作用力 D.和受到的弹力是一对平衡力 解析　因磁性冰箱贴静止不动,在水平方向受到两个力作用,即磁力和弹力,这两个力都作用在冰箱贴上,力的性质不同,是一对平衡力。由平衡条件知两力大小相等,故D项正确。‎ 答案　D ‎5.(2018广东广州高考调研)16世纪末,伽利略用实验和推理,推翻了已在欧洲流行了近两千年的亚里士多德关于力和运动的理论,开启了物理学发展的新纪元。在以下说法中,与亚里士多德观点相反的是(　　)。‎ A.四匹马拉的车比两匹马拉的车跑得快。这说明,物体受的力越大,速度就越大 B.一个运动的物体,如果不再受力了,它总会逐渐停下来。这说明,静止状态才是物体长时间不受力的“自然状态”‎ C.两物体从同一高度自由下落,较重的物体下落较快 D.一个物体维持匀速直线运动,不需要力 解析　亚里士多德的多数结论来自观察,亚里士多德认为物体受力越大,速度越大,A项错误;一个物体不受力就会逐渐停下来,是因为物体受到了地面的摩擦力,而不是因为不受力,故B项是亚里士多德的观点,B项错误;两个物体从同一高度自由下落,较重的下落较快,是亚里士多德的观点,C项错误;维持物体的运动不需要力,是伽利略的观点,与亚里士多德的观点相反,D项正确。‎ 答案　D ‎6.(2018甘肃兰州诊断考试)(多选)下列关于作用力和反作用力的说法正确的是(　　)。‎ A.物体先对地面产生压力,然后地面才对物体产生支持力 B.物体对地面的压力和地面对物体的支持力总是大小相等,方向相反 C.人推车前进,人对车的作用力大于车对人的作用力 D.物体在地面上滑行,不论物体的速度多大,物体对地面的摩擦力与地面对物体的摩擦力始终大小相等 解析　作用力与反作用力同时产生,同时变化,同时消失,物体对地面产生压力的同时地面对物体产生支持力,故A项错误;物体对地面的压力和地面对物体的支持力互为作用力与反作用力,大小相等,方向相反,故B项正确;人推车前进,人对车的作用力与车对人的作用力是作用力与反作用力,大小相等,方向相反,故C项错误;物体在地面上滑行,不论物体的速度多大,物体对地面的摩擦力与地面对物体的摩擦力始终大小相等,故D项正确。‎ 答案　BD ‎7.(2018山西大同一中月考)(多选)如图所示,有两个穿着溜冰鞋的人站在冰面上,当其中一个人A从背后轻轻推另一个人B时,两个人都会向相反的方向运动,这是因为A推B时(　　)。‎ A.A与B之间有相互作用力 B.A对B的作用在先,B对A的作用在后 C.B对A的作用力大小等于A对B的作用力大小 D.A对B的作用力和B对A的作用力是一对平衡力 解析　A推B时,A与B之间有相互作用力,是一对作用力与反作用力,作用力与反作用力同时产生,大小相等,A、C两项正确,B、D两项错误。‎ 答案　AC ‎8.(2018福建南平全市统考)(多选)一根轻质弹簧竖直悬挂在天花板上,下端悬挂一小球,弹簧和小球的受力如图所示,下列说法正确的是(　　)。‎ A.F1的施力者是弹簧 B.F2的反作用力是F3‎ C.F3的施力者是小球 D.F4的反作用力是F1‎ 解析　F1即球的重力,施力者为地球,A项错误;F2是弹簧对小球的拉力,其反作用力是小球对弹簧的拉力F3,B、C两项正确;F4是天花板对弹簧的拉力,其反作用力是弹簧对天花板的拉力,D项错误。‎ 答案　BC ‎9.(2018广东清远期末考试)(多选)匀速骑自行车的同学,突然用力提起自行车车把使前轮悬空,如图所示,则前轮从刚刚离地往空中升的整个过程中,下列说法错误的是(　　)。‎ A.后轮不受摩擦力的作用 B.后轮对地面的压力大小等于车和人的总重力 C.后轮对地面的压力先增加后减小 D.人与车组成的系统所受到的合外力等于零 解析　自行车正在行驶,突然提起车把,图中后轮相对于地面有向左的运动趋势,所以受到摩擦力,当前轮上升到最高点后,系统合力为零,后轮不受摩擦力,A项错误。提起前,人、车组成的系统所受的合外力为零,地面对两车轮的支持力大小等于重力,突然提起,则前车轮有向上的加速度,处于超重状态,人、车组成的系统所受的合外力不为零,地面对车的支持力大于车和人的总重力;在系统稳定后,加速度为零,系统所受的合外力为零,地面的支持力大小等于重力,根据牛顿第三定律可知地面的支持力大小等于后轮对地面的压力,所以后轮对地面的压力先增大后减小,C项正确,B、D两项错误。‎ 答案　ABD ‎10.(2018云南昆明12月模拟)(多选)如图所示,人重600 N,木板重400 N,人与木板、木板与地面间的动摩擦因数均为0.2,现在人用水平拉力拉绳,使他与木板一起向右匀速运动,则(　　)。‎ A.人拉绳的力是200 N B.人拉绳的力是100 N C.人的脚给木板的摩擦力方向水平向右 D.人的脚给木板的摩擦力方向水平向左 解析　以整体为研究对象,整体在水平方向受拉力和摩擦力,由共点力的平衡可知2F=μ(m+M)g,解得F=100 N,故A项错误,B项正确;以人为研究对象,人受拉力及摩擦力而处于平衡状态,拉力向右,则摩擦力向左;‎ 而人对木板的摩擦力与木板对人的摩擦力大小相等,方向相反,故人的脚对木板的摩擦力方向水平向右,C项正确,D项错误。‎ 答案　BC ‎11.(2019重庆全市统考)古希腊的哲学家亚里士多德根据人们的传统观点提出:必须有力作用在物体上,物体才能运动,没有力的作用,物体就要停下来。这种认识一直持续了两千多年,直到17世纪,伽利略才根据实验指出,在水平面上运动的物体之所以会停下来,是因为受到了摩擦阻力,如果在一个没有摩擦阻力的水平面上,物体就会保持自己的速度不变。他通过一个想象的理想实验,经过严密的推理,有力地证明了他的观点的正确性,指出了亚里士多德观点的错误性。‎ 伽利略的理想实验和推理过程如下:如图甲所示,把两个斜面对接起来,让静止的小球沿一个斜面滚下来,小球将滚上另一个斜面,如果没有摩擦,小球将上升到原来静止时的高度。他推论出,如果减小第二个斜面的倾角(图乙),小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度,但是要通过更长的距离。继续减小第二个斜面的倾角,直至最后使它成为水平面(图丙),小球不可能达到原来的高度,而要沿着水平面以恒定的速度运动下去。‎ ‎(1)归纳一下,伽利略和亚里士多德关于“运动和力”的关系的根本分歧是 ‎ ‎　。 ‎ ‎(2)伽利略的理想实验和推理过程,要论证他的　　　　　　　　　　　　的观点。 ‎ ‎(3)这个实验只能是理想实验的原因是 ‎ ‎　; ‎ 实际做这个实验的困难在于 ‎ ‎　。 ‎ ‎(4)文中的哪一句话的意思最接近牛顿第一定律的内容?请把它摘录出来。‎ ‎ ‎ ‎　。 ‎ 解析　(1)由短文内容知,伽利略认为物体不受力也能运动;亚里士多德认为物体受力才能运动。‎ ‎(2)伽利略通过实验,证实了若没有力作用在物体上,物体能一直运动下去。‎ ‎(3)现实中不受力的物体是不存在的;实际做这个实验的困难在于摩擦阻力不可能小到为0,且没有无限长的平面。‎ ‎(4)文中最接近牛顿第一定律的话:如果在一个没有摩擦阻力的水平面上,物体就会保持自己的速度不变。‎ 答案　(1)伽利略认为物体不受力也能运动;亚里士多德认为物体受力才能运动　(2)如果没有力作用在物体上,物体能一直运动下去　(3)现实中不受力的物体是不存在的　摩擦阻力不可能小到为零,且没有无限长的平面　(4)如果在一个没有摩擦阻力的水平面上,物体就会保持自己的速度不变 ‎12.(2018广西玉林期末考试)如图所示,游艇通过牵绳拖着滑水运动员在水面上乘风破浪快速滑行时,运动员总是身体向后倾斜,双脚向前用力蹬滑板,使滑板和水面有一个夹角,为什么滑水运动员不会沉入水中?‎ 解析　当前面的游艇通过牵绳拖着运动员时,运动员就通过滑板对水面施加了一个斜向下的力。而且,游艇对运动员的牵引力越大,运动员对水面施加的这个力也越大。因为水不易被压缩,根据牛顿第三定律,水面就会通过滑板反过来对运动员产生一个斜向上的反作用力。这个反作用力在竖直方向的分力大小等于运动员的重力时,运动员就不会下沉。因此,滑水运动员只要依靠技巧,控制好脚下滑板的倾斜角度,就能在水面上快速滑行。‎ 答案　见解析 ‎13.(2018贵州贵阳五校联考)一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的定滑轮,一端挂一吊椅,另一端被坐在吊椅上的运动员拉住,如图所示。设运动员的质量为65 kg,吊椅的质量为15 kg,不计定滑轮与绳子间的摩擦,重力加速度取g=10 m/s2,当运动员与吊椅一起匀速上升时,求:‎ ‎ (1)运动员竖直向下拉绳的力的大小。‎ ‎(2)运动员对吊椅的压力。‎ 解析　(1)设运动员和吊椅的质量分别为M和m,绳拉运动员的力为F。以运动员和吊椅整体为研究对象,受到重力的大小为(M+m)g,向上的拉力为2F,根据力的平衡条件,有 ‎2F=(M+m)g 解得F=400 N 根据牛顿第三定律知,运动员拉绳的力的大小为400 N。‎ ‎(2)以运动员为研究对象,运动员受到三个力的作用,重力Mg,绳的拉力F,吊椅对运动员的支持力FN。根据力的平衡条件,有F+FN=Mg 解得FN=250 N 根据牛顿第三定律知,运动员对吊椅的压力大小为250 N,方向竖直向下。‎ 答案　(1)400 N　(2)250 N,方向竖直向下