牛顿第一定律和牛顿第三定律 知识讲解.doc

学海在线资源中心 物理总复习：牛顿第一定律和牛顿第三定律 编稿：李传安 审稿：张金虎 【考纲要求】 1、理解牛顿第一定律，并会应用分析解决具体问题； 2、理解牛顿第三定律，并会应用分析判断作用力和反作用力。 【知识网络】 【考点梳理】 要点一、牛顿第一定律 1、力与物体运动的关系 　　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，物体就不会运动。所以力是维持物体运动的原因。 　　伽利略的观点：以一定速度在水平面上运动的物体，如果没有摩擦力，物体将保持原有速度继续运动下去。 　　笛卡儿的观点：除非物体受到外力作用，否则物体将会永远保持其静止或匀速直线运动状态，永远不会沿曲线运动。 2、牛顿第一定律 　　1、定律内容：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：物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性，一切物体都有惯性，惯性是物体的固有性质。质量是物体惯性大小的唯一量度。 　　3、理想实验：也叫假想实验。它是在可知的经验事实基础上采用科学的抽象思维来展开的实验，是人们在思想上塑造的理想过程。牛顿第一定律是通过理想斜面实验得出的，它不能由实际的实验来验证。 要点诠释：（1）牛顿第一定律指出了力是改变物体运动状态的原因，为牛顿第二定律的提出作出了准备。 　　（2）牛顿第一定律明确指出适用于一切物体。这就包括地上的物体和天上的物体，这是人类思想史上的一次跨越，把地上的物体运动规律与天上的物体运动规律统一起来。 　　（3）牛顿第一定律不能看作牛顿第二定律的特殊情况，牛顿第一定律研究的是不受外力的理想情况，与受合外力为零不是一回事。（理想与现实是不能等同的） 要点二、牛顿第三定律 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。 要点诠释：（1）作用力和反作用力同时产生、同时消失，同种性质，作用在不同的物体上各产生其效果，不会相互抵消。 　　（2）作用力和反作用力的关系与物体的运动状态无关。 　　（3）和平衡力的区别：一对平衡力是作用在同一物体上的，且力的性质可以不同。 　　（4）借助牛顿第三定律可以变换研究对象，从一个物体的受力分析讨论到另一个物体的受力分析。 例、在一次学校组织的拔河比赛中甲队胜、乙队负，在分析总结会上，同学们关于胜负的讨论有以下几种说法，正确的是（　 ） 　　A．由于甲胜、乙负，所以甲拉乙的力大于乙拉甲的力 　　B．只在两队相持不动时，两队拉力才大小相等 　　C．不管什么情况下两队的拉力总是相等的 　　D．甲队获胜的原因是甲队受到地面的最大静摩擦力大于乙队受到地面的最大静摩擦力 【答案】 C D 【解析】 甲拉乙与乙拉甲的力是一对作用力与反作用力，任何情况下都相等，故C对，A、B错。若比较甲、乙两队的静摩擦力，甲胜，则甲受到的最大静摩擦力大于乙队受到的最大静摩擦力，而使乙队被拉动，故D正确。 【总结升华】甲拉乙的力作用在乙上，乙拉甲的力作用在甲上，力的性质相同，作用在两个不同的物体上，作用在同一条直线上，方向相反，所以是一对作用力与反作用力，大小相等。拔河比赛实际上比的是最大静摩擦力的大小。 【典型例题】 类型一、生活现象中的惯性问题 　　惯性和惯性定律是同学们最易混淆的两个内容。惯性是物体的一种属性，惯性定律（即牛顿第一定律）是物体运动的一种规律；惯性的存在是无条件的，一切物体都有惯性，其大小由物体的质量决定；惯性定律的成立是有条件的，即物体不受外力或受外力的合力为零。 　　例1、(2015 兰州模拟)在向前行驶的客车上,某时刻驾驶员和乘客的身体姿势如图所示,则对客车运动情况的判断正确的是(　　) A.客车一定做匀加速直线运动 B.客车一定做匀速直线运动 C.客车可能是突然减速 D.客车可能是突然加速 【答案】C 【解析】驾驶员和乘客向前倾,按照牛顿第一定律,客车可能刹车即减速,也可能是向后加速倒车。选项C正确。 类型二、对牛顿第一定律的理解 　　牛顿第一定律揭示了运动和力的关系，它说明了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，并指出一切物体都具有惯性，即保持物体原来静止状态或匀速直线运动状态不变的特性。牛顿第一定律的内容包含两层含义，说明了物体所处的两种状态（保持的状态和变化的状态）与物体受力的关系，即（1）不受力或所受外力之和为零，则物体处于平衡状态，运动状态不变；（2）物体受到外力且外力之和不为零，则物体处于变化的状态，运动状态一定发生改变。 【高清课堂：牛顿第一定律、牛顿第三定律例1】 例2、关于物体的惯性，下述说法中正确的有（ ） A. 运动速度大的物体不能很快停下来，是因为物体运动速度越大，惯性也越大 B. 人推不动一辆大卡车是因为大卡车的惯性很大 C. 快速飞来的乒乓球，可以用球拍在很短的时间内将其打回去，是因为乒乓球的惯性很小 D. 在远离星球的宇宙空间中的物体不存在惯性 E. 物体受外力大，惯性大；受外力小，惯性大 【答案】 C 【解析】因为一切物体都具有惯性，惯性是物体的固有属性，惯性仅由物体的质量大小决定，与外界因素（受力与否、受力的大小与多少、运动状态以及所处环境）无关，故DE错。运动速度大的物体不能很快停下来，是因为从较大的速度变为静止，速度的改变量很大，需要较长的时间，并非速度大，惯性大，故A错。乒乓球可以很快抽杀，是因为其质量很小，惯性小，在相同外力作用下运动状态容易改变，故C正确。人推不动一辆大卡车的原因跟最大静摩擦力有关，即跟物体的重力和摩擦因素有关，如果大卡车与地面是光滑的，一个小孩就能推动，B错。 举一反三 【高清课堂：牛顿第一定律、牛顿第三定律例2】 【变式】如图所示，一个劈形物体M，各面均光滑，放在固定的斜面上，上面呈水平，水平面上放一光滑小球m，劈形物体从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是（ ） A.沿斜面向下的直线 B.竖直向下的直线 C.无规则曲线 D.抛物线 【答案】B 【解析】劈形物体从静止开始释放，小球没有初速度，轨迹不可能是抛物线，D错。小球水平方向不受力，水平方向运动状态保持不变；竖直方向受向下的重力，向上的支持力，只受竖直向下的合力作用，所以运动轨迹是竖直向下的直线，B正确。 【总结升华】小球水平方向不受力，水平方向运动状态就保持不变，这是牛顿第一定律的思想。 类型三、作用力、反作用力和一对平衡力的区别 　 例3、(2015 广州模拟)2014年8月18日11时15分，中国在太原卫星发射中心用长征四号乙运载火箭成功发射高分二号卫星，卫星顺利进入预定轨道，关于这次卫星与火箭上天的情形叙述正确的是(　　) A. 火箭尾部向外喷气，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前的推力 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，由于没有了空气，火箭虽然向后喷气，但也无法获得前进的动力 D. 卫星进入预定轨道之后，与地球之间不存在相互作用 【答案】A 【解析】火箭升空时，其尾部向下喷气，火箭箭体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，即为火箭上升的推动力，此动力并不是由周围的空气提供的，因而与是否飞出大气层、是否存在空气无关，因而选项B、C错误，选项A正确；火箭运载卫星进入轨道之后，卫星与地球之间依然存在相互吸引力，即卫星吸引地球，地球吸引卫星，这是一对作用力与反作用力，故选项D错误。 举一反三 【变式】用水平力F将木块紧压在竖直墙壁上，如图所示，若以N表示墙壁对木快的弹力，R表示木块对墙壁的压力，下列对F、N、R判断中的哪一个是正确的（ ） A. N和R的是作用力和反作用力 B. F和N是一对平衡力 C. N和R是性质不同的力 D. F和N是作用力和反作用力 【答案】AB 【高清课堂：牛顿第一定律、牛顿第三定律例3】 例4、如图所示，四块质量均为m的木块A、B、C、D被两块相同的竖直木板静止夹住。则（ ） A. B施于A的静摩擦力大小为mg,方向向下 B.木板施于D的静摩擦力大小为2mg, 方向向下 C. C受到静摩擦力的合力大小为mg, 方向向上 D. C施于B的静摩擦力为0 【答案】ACD 【解析】 首先对四个物体整体分析，先从D入手，木板施于D的静摩擦力大小为2mg, 方向向上，B错。对A选项，取A为研究对象，A要平衡必然右侧受向下的mg的力，A正确。 对C选项，C处于静止，合力为零，C受到静摩擦力的合力大小应等于C的重力，方向向上。C正确。 对D选项，分析B受力，B受重力，A对它的摩擦力mg,方向向上， 可见B已经平衡了，所以C对B没有静摩擦力，D正确。 【总结升华】对几个物体都处于静止状态即平衡状态，研究连接体的受力问题，应进行受力分析 根据平衡条件再结合牛顿第三定律求解。要用到隔离体法、整体法、平衡条件，特别要注意牛顿第三定律的应用。 举一反三 【变式1】如图所示，两块相同的木块被竖直的木板夹住保持静止状态，设每一木块的质量为m，则两木块间的摩擦力大小为 （ ） A. 0  B. C. D. 【答案】A 【变式2】如图所示，A、B物体叠放在水平桌面上，水平力和分别作用在A和B上，,,A和B静止，则A对B和桌面对B的摩擦力大小分别是（ ） A. B. C. D. 【答案】B 【高清课堂：牛顿第一定律、牛顿第三定律例4】 例5、如图所示，人重600N，木板重为400N，人与木板，木板与水平地面之间动摩擦因数为0.2，现在人用水平力拉绳，使人与木板一起向右匀速运动，则（ ） A. 人拉绳的力是120N B. 人拉绳的力是100N C. 人的脚给木板的摩擦力向右 D. 人的脚与木板间会发生相对滑动 【答案】BC 【解析】先从匀速着手取人和木块作为整体，先假设没有相对滑动。地面给木板的摩擦力 因为匀速， 所以 对人受力分析，最大静摩擦力 所以假设成立，人的脚与木板间不会发生相对滑动，B正确，A错，D错。 人受到木板给他的摩擦力方向向左，人的脚给木板的摩擦力（反作用力）向右， 大小,C正确。是不是一定正确还不一定完全可靠，再对木板进行分析，看木板是否能匀速运动，受力如图，绳的拉力100N向右，人给木板的摩擦力100N向右，地面给木板的摩擦力为200N，方向向左，合力为零，可见木板可以匀速运动。 【总结升华】本题也是考察的受力分析、平衡和牛顿第三定律的应用。题中与大小是不等的。 举一反三 【变式1】如图所示，位于水平桌面上的物块P，由跨过定滑轮的轻绳与物块Q相连，从滑轮到P和到Q的两段绳都是水平的。已知Q与P之间以及P与桌面之间的动摩擦因数都是μ，两物块的质量都是m，滑轮的质量、滑轮轴上的摩擦都不计，若用一水平向右的力F拉P使它做匀速运动，则F的大小为（ ） A． B． C． D． 【答案】A 【解析】设绳中张力为T，对物块Q和P分别受力分析如图所示。因为它都做匀速运动，所以所受合外力均为零。 对Q有： 对P有： 解得： 【变式2】如图所示，质量为m的木块在质量为M的长木板上受到向右的拉力F的作用向右 滑行,长木板处于静止状态,已知木块与木板间的动摩擦因数为,木板与地面间的动摩擦因 数为。下列说法正确的是 （ ） A．木板受到地面的摩擦力的大小一定是 B．木板受到地面的摩擦力的大小一定是 C．当时，木板便会开始运动 D．无论怎样改变F的大小，木板都不可能运动 【答案】AD 【解析】 A木板所受的摩擦力，通过来求，在F的作用下滑动，则此时的存在滑动摩擦力，即。物体间力的作用是相互的得木板的静摩擦力为，A对。木板能否运动，取决于木块的摩擦力，而木块的最大摩擦力无法使其运动，并且木板能否运动与F大小无关，则D对。故答案为AD。 【高清课堂：牛顿第一定律、牛顿第三定律例5】 例6、如图所示，倾角为的斜面上有一个质量为m的物体处于静止状态，现对它施加一个水平推力F，使物体做匀速直线运动，则滑动摩擦系数 ＿＿＿＿ 【答案】 【解析】物体受重力竖直向下，支持力垂直于斜面向上，F水平向右，几个力 不在同一个平面内。从左向右看，在这个平面内合力为零，显然，重力沿斜面的分力如果与摩擦力平衡，物体匀速运动合力为零，那么哪个力与F平衡呢？就是说这里。 从垂直斜面方向看，在这个平面内合力也必须为零，摩擦力方向跟F与 合力等大反向，滑动摩擦力大小： 动摩擦因素： 【总结升华】对做匀速直线运动的物体，每个力都必须有力与之平衡，合力为零，，，在各个方向合力必须为零。对几个力不在一个平面内时（空间受力问题），从不同的平面内对物体受力分析，各个平面内的合力必须为零。物体的运动方向呢？请同学们自己思考。 举一反三 【变式】如图所示在倾角粗糙斜面上放一物体，物体重为,现用与斜面底边平行的力推动物体使其恰好斜向下做匀速直线运动，则物体与 斜面间的动摩擦因素＿＿＿＿。 【答案】