专题12 牛顿第一定律和第三定律（精讲）-2019年高考物理双基突破（一） 12页

专题十二 牛顿第一定律和第三定律（精讲）‎ 一、物理学史 ‎1．伽利略利用“理想实验”得出“力是改变物体运动状态的原因”的观点，推翻了亚里士多德的“力是维持物体运动的原因”的错误观点。‎ ‎2．英国科学家牛顿在 《自然哲学的数学原理》著作中提出了“牛顿第一、第二、第三定律”。‎ ‎【题1】伽利略对“自由落体运动”和“运动和力的关系”的研究，开创了科学实验和逻辑推理相结合的重要科学研究方法。图（a）)、（b）分别表示这两项研究中实验和逻辑推理的过程，对这两项研究，下列说法正确的是 ‎ A．图（a）)通过对自由落体运动的研究，合理外推得出小球在斜面上做匀变速运动 B．图（a）)中先在倾角较小的斜面上进行实验，可“冲淡”重力，使时间测量更容易 C．图（b）中完全没有摩擦阻力的斜面是实际存在的，实验可实际完成 D．图（b）的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持 ‎【答案】B 二、牛顿第一定律 ‎1．内容：一切物体总保持匀速直线运动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）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，即力是产生加速度的原因。‎ 而不是维持物体运动的原因，物体的运动不需要力来维持。‎ ‎（2）指出了一切物体都有惯性。‎ 牛顿第一定律揭示了物体所具有的一个重要属性——惯性，即物体总保持原来运动状态不变的一种性质。‎ ‎（3）揭示了不受力作用时物体的运动状态 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。‎ ‎【题2】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。‎ ‎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．通过对这个实验分析，我们可以得到的最直接结论是 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 ‎【答案】B ‎3．理解：‎ ‎（1）明确惯性的概念：定律的前一句话揭示了物体所具有的一个重要属性，即“保持匀速直线运动状态或静止状态”，这种性质叫惯性。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。因此牛顿第一定律又称惯性定律。‎ ‎（2）揭示力的本质：定律的后一句话“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”这实际上是给力下的定义，即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，即力是产生加速度的原因（力并不是产生和维持物体运动的原因）。‎ ‎（3）牛顿第一定律指出了物体不受外力作用时的运动规律。实际上，不受外力作用的物体是不存在的。物体所受到的几个力的合力为零时，其运动效果就跟不受外力相同，这时物体的运动状态是匀速直线运动或静止状态。‎ ‎（4）理想化状态：牛顿第一定律描述的是物体不受外力的状态，而物体不受外力的情形是不存在的。在实际情况中，如果物体所受到的几个力的合力为零时，其运动效果就跟不受外力相同，这时物体的运动状态是匀速直线运动或静止状态。‎ ‎（5）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。牛顿第一定律不能看着牛顿第二定律的特殊情况，牛顿第一定律是定性描述物体运动规律的一种物理思想，而不是进行定量计算和求解的具体方法，是一条独立的基本规律。但牛顿第一定律为牛顿第二定律提供了建立的基础。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。牛顿第一定律是经过科学抽象、归纳推理总结出来的，而牛顿第二定律是一条实验定律。‎ ‎（6）牛顿第一定律不是实验直接总结出来的，是牛顿以 伽利略的理想实验为基础，加之高度的抽象思维概括总结出来的。‎ ‎【题4】（多选）伽利略开创了实验研究和逻辑推理相结合探索自然规律的科学方法，利用这种方法伽利略发现的规律有 A．力不是维持物体运动的原因 B．物体之间普遍存在相互吸引力 C．忽略空气阻力，重物与轻物下落得同样快 D．物体间的相互作用力总是大小相等、方向相反 ‎【答案】AC 体绑在一起时，重的物体会因轻的物体阻碍而下落变慢，轻的物体会因重的物体拖动而下落变快，即二者 二、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．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。‎ ‎3．普遍性：惯性是物体的固有属性，一切物体在任何情况下、任何时候都有惯性．与物体的运动情况和受力情况无关。因此人们只能“利用”惯性而不能“克服”惯性。惯性不是力。‎ ‎4．惯性的理解要点 ‎（1）惯性的性质：惯性是一切物体都有的性质，是物体的固有属性，与物体的受力情况和　运动状态无关。因此人们只能“利用”惯性而不能“克服”惯性。惯性不是力。‎ ‎（2）惯性的量度：质量是惯性大小的唯一量度．质量大的物体惯性大。凡是有关惯性的问题都要同质量联系起来。‎ ‎5．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。‎ ‎6．惯性的两种表现形式 ‎（1）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。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）。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。‎ ‎【题5】（多选）伽利略根据小球在斜面上运动的实验和理想实验，提出了惯性的概念，从而奠定了牛顿力学的基础。早期物理学家关于惯性有下列说法，其中正确的是 A．物体抵抗运动状态变化的性质是惯性 B．没有力的作用，物体只能处于静止状态 C．行星在圆周轨道上保持匀速率运动的性质是惯性 D．运动物体如果没有受到力的作用，将继续以同一速度沿同一直线运动 ‎【答案】AD ‎【题6】就一些实际生活中的现象，某同学试图从惯性角度加以解释，其中正确的是 A．采用了大功率的发动机后，某些一级方程式赛车的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度。这表明，可以通过科学进步使小质量的物体获得大惯性 B．射出枪膛的子弹在运动相当长一段距离后连一件棉衣也穿不透，这表明它的惯性变小了 C．货运列车运行到不同的车站时，经常要摘下或加挂一些车厢，这会改变它的惯性 D．摩托车转弯时，车手一方面要控制适当的速度，另一方面要将身体稍微向里倾斜，通过调控人和车的惯性达到转弯的目的 ‎【答案】C ‎【解析】采用了大功率的发动机后，某些一级方程式赛车的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度，原因是功率变大了，但惯性不变，选项A错误；射出枪膛的子弹在运动相当长一段距离后连一件棉衣也穿不透，原因是子弹具有的动能过小，但惯性不变，选项B错误；货运列车运行到不同的车站时，经常要摘下或加挂一些车厢，列车的质量改变了，当然它的惯性也就改变了，选项C正确；摩托车转弯时，车手一方面要控制适当的速度，另一方面要将身体稍微向里倾斜，调控人和车的重心位置，但整体的惯性不变，选项D错误。‎ ‎7．惯性的相对性 ‎（1）空气中的铁球和乒乓球 ‎【题7】如图所示，一只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乒乓球，容器中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，两球的运动情况是（以小车为参考系）‎ ‎【答案】C ‎【解析】由于惯性，当容器随小车突然向右运动时，铁球和乒乓球都相对容器向左偏，C正确。 ‎ ‎（2）水中的铁球和乒乓球 ‎【题8】如图所示，一只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。容器中的水和铁球、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 ‎【答案】A 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还不如对应的“水球”的惯性大。‎ 三、牛顿第三定律 ‎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，另一个物体一定同时对这一个物体也施加了力。‎ ‎2．牛顿第三定律 ‎（1）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。‎ ‎（2）表达式： F甲对乙=─F乙对甲，负号表示方向相反。‎ ‎（3）意义：揭示了力的作用的相互性，即两个物体间只要有作用就必然会出现一对作用力和反作用力。‎ ‎3．对牛顿第三定律的理解 ‎（1）应用牛顿第三定律时应注意的问题 ‎①定律中的“总是”二字说明对于任何物体，在任何条件下牛顿第三定律都是成立的。‎ ‎②作用力与反作用力的关系与物体所处运动状态无关,与物体被作用的效果也无关. ‎ ‎【题9】牛顿在总结C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯等人的研究结果后，提出了著名的牛顿第三定律，阐述了作用力和反作用力的关系，从而与牛顿第一和第二定律形成了完整的牛顿力学体系。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互相平衡 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 ‎【答案】D ‎【题10】汽车拉着拖车在平直的公路上运动，下列说法中正确的是 A．汽车能拉着拖车前进是因为汽车对拖车的拉力大于拖车对汽车的拉力 B．汽车先对拖车施加拉力，然后才产生拖车对汽车的拉力 C．匀速前进时，汽车对拖车的拉力等于拖车向后拉汽车的力；加速前进时，汽车对拖车的拉力大于拖车向后拉汽车的力 D．拖车加速前进，是因为汽车对拖车的拉力大于地面对拖车的摩擦阻力；汽车加速前进是因为地面对汽车向前的作用力大于拖车对它的拉力 ‎【答案】D ‎【解析】汽车对拖车的拉力与拖车对汽车的拉力是一对相互作用力，总是大小相等、同时产生，A、B、C错误；拖车加速前进是因为汽车对拖车的拉力大于地面对拖车的摩擦阻力，汽车加速前进是因为地面对汽车向前的作用力大于拖车对它的拉力，D正确。‎ ‎（2）作用力与反作用力的“四同、三异、三无关”‎ ‎①四同 ‎②三异 ‎③三无关 ‎【题11】双人滑冰比赛表演刚开始时两人静止不动，随着优美的音乐响起在相互猛推一下之后他们分别向相反方向运动。假定两人与冰面间的动摩擦因数相同。已知甲在冰上滑行的距离比乙远，这是由于 A．在推的过程中，甲推乙的力小于乙推甲的力 B．在推的过程中，甲推乙的时间小于乙推甲的时间 C．在刚分开时，甲的初速度大于乙的初速度 D．在刚分开时，甲的加速度小于乙的加速度 ‎【答案】C ‎4．“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 叠加性 两力的作用效果不可抵消、不可叠加 两力作用效果可以抵消、可叠加，可求 合力且合力为零 ‎【题12】汽车拉着拖车在平直的公路上运动，下列说法中正确的是 A．汽车能拉着拖车前进是因为汽车对拖车的拉力大于拖车对汽车的拉力 B．汽车先对拖车施加拉力，然后才产生拖车对汽车的拉力 C．匀速前进时，汽车对拖车的拉力等于拖车向后拉汽车的力；加速前进时，汽车对拖车的拉力大于拖车向后拉汽车的力 D．拖车加速前进，是因为汽车对拖车的拉力大于地面对拖车的摩擦阻力；汽车加速前进是因为地面对汽车向前的作用力大于拖车对它的拉力 ‎【答案】D ‎【题13】如图所示，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。若绳子质量不计，冰面可看成光滑平面，则下列说法正确的是 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 ‎【答案】C ‎【解析】甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对作用力与反作用力，故选项A错误．甲对绳的拉力与乙对绳的拉力作用在同一物体上，不是作用力与反作用力，故选项B错误。设绳子的张力为F，则甲、乙两人受到绳子的拉力大小相等，均为F，若m甲>m乙，则由a＝得a甲