第三章第一节牛顿第一、第三定律.doc

1．牛顿运动定律、牛顿运动定律的应用　Ⅱ 2．超重和失重 Ⅰ 3．单位制：要知道中学物理中涉及的国际单 位制的基本单位和其他物理量的单位， 包括小时、分、升、电子伏特(eV) Ⅰ 实验四：验证牛顿运动定律 说明：知道国际单位制中规定的单位符号．  热点视角 1．高考对本章知识的考查仍然是重点，特别是牛顿运动定律与曲线运动、万有引力及电磁学等相结合的题目出现的可能性较大． 2．对牛顿第二定律的考查仍然会放在瞬时关系、两类基本问题及连接体问题等内容上． 3．对基本概念的考查主要涉及力和运动、超重、失重等方面．应当注意牛顿第三定律的知识可能会在高考中出现． 第一节　牛顿第一、第三定律 [学生用书P40] 一、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)揭示了物体的固有属性：一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又叫惯性定律． (2)揭示了力与运动的关系：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，即产生加速度的原因． 　1.(多选)关于牛顿第一定律的说法正确的是(　　) A．牛顿第一定律不能在实验室中用实验验证 B．牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因 C．物体不受外力作用时，一定处于静止状态 D．物体的运动不需要力来维持 答案：ABD 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． 3．量度：质量是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：惯性是物体的本质属性，一切物体都有惯性．与物体的运动情况和受力情况无关． 　2.(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．不受力的物体有惯性，受力的物体没有惯性，速度不变的物体有惯性，速度改变的物体没有惯性 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 三、牛顿第三定律 1．内容：两物体之间的作用力与反作用力总是大小相等、方向相反，而且在一条直线上． 2．表达式：F＝－F′. 特别提示：(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，各自产生的效果，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.(单选)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 答案：D 考点一　牛顿第一定律　　　　　 　[学生用书P41] 1．明确了惯性的概念． 2．揭示了力的本质． 3．揭示了不受力作用时物体的运动状态． 　(单选)下列关于牛顿第一定律以及惯性概念的说法中，正确的是(　　) A．牛顿第一定律说明，只有不受外力的物体才保持匀速直线运动状态或静止状态 B．物体运动状态发生变化则物体一定受到力的作用 C．惯性定律与惯性的实质是相同的 D．物体的运动不需要力来维持，但物体的运动速度越大时其惯性也越大 [解析]　当物体所受的合力为零时，物体也可以处于匀速直线运动状态或静止状态，故A项错误．由牛顿第一定律可知，力是改变物体运动状态的原因，故B项正确．惯性是物体保持原有运动状态不变的一种性质，惯性定律(即牛顿第一定律)则反映物体在一定条件下的运动规律，C项错误．虽然物体的运动不需要力来维持，但物体的惯性与运动速度大小无关，D项错误． [答案]　B [总结提升]　(1)牛顿第一定律并非实验定律．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． (2)惯性是物体保持原有运动状态不变的一种固有属性，与物体是否受力、受力的大小无关，与物体是否运动、运动速度的大小也无关． 　1.(单选)关于惯性的大小，下列说法中正确的是(　　) A．高速运动的物体不容易停下来，所以物体运动速度越大，惯性越大 B．用相同的水平力分别推放在地面上的两个材料不同的物体，则难以推动的物体惯性大 C．两个物体只要质量相同，那么惯性大小就一定相同 D．在月球上举重比在地球上容易，所以同一个物体在月球上比在地球上惯性小 解析：选C.惯性是物体的固有属性，只与物体的质量有关，与物体的速度、受力情况和地理位置均无关，C正确． 考点二　牛顿第三定律的理解与应用 [学生用书P41] 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．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 相同点 大小、方向 大小相等、方向相反、作用在同一条直线上 　(单选)(2015·南宁模拟)手拿一个锤头敲在一块玻璃上把玻璃打碎了．对于这一现象，下列说法正确的是(　　) A．锤头敲玻璃的力大于玻璃对锤头的作用力，所以玻璃才碎裂 B．锤头受到的力大于玻璃受到的力，只是由于锤头能够承受比玻璃更大的力才没有碎裂 C．锤头和玻璃之间的作用力应该是等大的，只是由于锤头能够承受比玻璃更大的力才没有碎裂 D．因为不清楚锤头和玻璃的其他受力情况，所以无法判断它们之间的相互作用力的大小 [解析]　锤头敲玻璃的力与玻璃对锤头的力是作用力与反作用力的关系，不论力的作用效果如何，两者总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上．故C正确． [答案]　C 　2.(多选)用手托着一块砖，开始时静止不动，后来手突然向上加速运动，下列判断正确的是(　　) A．静止时，砖受到的支持力等于砖的重力 B．加速时，砖对手的压力大于砖的重力 C．静止时，砖受到的支持力等于砖对手的压力 D．加速时，砖受到的支持力大于砖对手的压力 解析：选ABC.静止时，重力与支持力是一对平衡力，大小相等，A正确；不论静止还是加速，支持力和压力都是一对相互作用力，大小相等，故C正确，D错误；加速时，支持力大于重力，则压力大于重力，故B正确． [学生用书P42] 物理思想——用牛顿第三定律转换研究对象 作用力与反作用力，二者一定等大反向，分别作用在两个物体上．当待求的某个力不容易求时，可先求它的反作用力，再反过来求待求力．如求压力时，可先求支持力．在许多问题中，摩擦力的求解亦是如此． 　建筑工人用如图所示的定滑轮装置运送建筑材料．质量为70.0 kg的工人站在水平地面上，通过定滑轮将20.0 kg的建筑材料以1.0 m/s2的加速度拉升，忽略绳子和定滑轮的质量及两者间的摩擦，求：地面受到的压力和摩擦力大小．(g取10 m/s2，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6) [审题点睛]　(1)求地面受力人受力―→平衡条件 (2)绳受力―→建筑材料―→牛顿第二定律 [解析]　建筑材料受力如图： 由牛顿第二定律得：F1－mg＝ma 代入数据解得：F1＝220 N 因此绳对人的拉力F2＝F1＝220 N 人受力如图所示 由平衡条件得： 代入数据解得：FN＝524 N，Ff＝132 N 由牛顿第三定律得：人对地面的压力大小为524 N，地面受到的摩擦力大小为132 N. [答案]　524 N　132 N 　3.(单选)一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套着一个环，箱与杆的质量为M，环的质量为m，如图所示．已知环沿杆匀加速下滑时，环与杆间的摩擦力大小为Ff，则此时箱对地面的压力大小为(　　) A．Mg＋Ff　　　　　　　　 B．Mg－Ff C．Mg＋mg D．Mg－mg 解析：选A.环在竖直方向上受重力及箱子的杆给它的竖直向上的摩擦力Ff，受力情况如图甲所示，根据牛顿第三定律，环应给杆一个竖直向下的摩擦力F′f，故箱子竖直方向上受重力Mg、地面对它的支持力FN及环给它的摩擦力F′f，受力情况如图乙所示，由于箱子处于平衡状态，可得FN＝F′f＋Mg＝Ff＋Mg.根据牛顿第三定律，箱子对地面的压力大小等于地面对箱子的支持力，即F′N＝Mg＋Ff，故选项A正确． [学生用书P42] 1.(单选)(2014·高考北京卷)伽利略创造的把实验、假设和逻辑推理相结合的科学方法，有力地促进了人类科学认识的发展．利用如图所示的装置做如下实验：小球从左侧斜面上的O点由静止释放后沿斜面向下运动，并沿右侧斜面上升．斜面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材料时，小球沿右侧斜面上升到的最高位置依次为1、2、3.根据三次实验结果的对比，可以得到的最直接的结论是(　　) A．如果斜面光滑，小球将上升到与O点等高的位置 B．如果小球不受力，它将一直保持匀速运动或静止状态 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：选A.本题考查伽利略实验，选项之间有一定的逻辑性．需要考生有一定的思维辨别能力．先分析题目本身，题目给出斜面上铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材料，小球的位置依次为1、2、3，仔细审题，题目要求是得到的直接结论．由题目实验，我们不难想象当斜面绝对光滑时，在斜面上没有能量损失，因此可以上升到与O点等高的位置．而B、C、D，从题目不可以直接得出．综上，本题选A. 2．(单选)(2015·唐山模拟)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，从而与牛顿第一定律和牛顿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 解析：选D.由牛顿第三定律可知，作用力和反作用力同时产生，同时消失，A项错；压力和支持力作用在不同的两个物体上，而平衡力是作用在同一物体上的，B项错；作用力与反作用力等大反向，故人对车的作用力等于车对人的作用力，C项错；物体对地面的摩擦力等于地面对物体的摩擦力，D项正确． 3．(多选)(2015·茂名模拟)跳高运动员从地面起跳的瞬间，下列说法中正确的是(　　) A．运动员对地面的压力大于运动员受到的重力 B．地面对运动员的支持力大于运动员受到的重力 C．地面对运动员的支持力大于运动员对地面的压力 D．运动员对地面的压力大小等于运动员受到的重力 解析：选AB.压力与支持力是相互作用力，大小相等，C错误；跳起瞬间，支持力大于重力，则压力大于重力，故A、B正确，D错误． 4．(单选)如图为伽利略的“理想实验”示意图，两个斜面对接，让小球从其中一个固定的斜面滚下，又滚上另一个倾角可以改变的斜面，斜面的倾角逐渐减小直至为零．这个实验的目的是为了说明(　　) A．如果没有摩擦，小球将运动到与释放时相同的高度 B．如果没有摩擦，小球运动时机械能守恒 C．维持物体做匀速直线运动并不需要力 D．如果物体不受到力，就不会运动 解析：选C.为反驳亚里士多德关于物体运动和力关系的错误观点，伽利略依据可靠的事实为基础，以抽象为主 导，经过科学推理，做了这个想象中的实验，实验的真正目的是找出运动和力的关系，并非选项A和B叙述的情况，故A、B均错，C正确；在不受外力作用时，一切物体都有保持匀速直线运动或静止状态的性质，故D错误． 5．(单选)不同质量的汽车在同一水平公路上直线行驶，则下列说法中正确的是(　　) A．车速越大的汽车，它的惯性越大 B．质量越大的汽车，它的惯性越大 C．车速越大的汽车，紧急刹车后滑行的路程越短 D．质量越大的汽车，紧急刹车后滑行的路程越长 解析：选B.质量是惯性大小的唯一量度，质量越大，惯性越大，A错误，B正确；紧急刹车后，汽车做匀减速直线运动，此时v2＝2μgx，由此可知速度越大的汽车，滑行的路程越长，与汽车的质量无关，C、D错误． 6．(单选)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，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 解析：选C.根据牛顿第三定律，甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对作用力与反作用力，A错误；因为甲对绳的拉力和乙对绳的拉力都作用在绳上，故B错误；根据牛顿第二定律a＝和x＝at2，因绳对甲、乙的拉力相等，若甲的质量比较大，则甲的位移较小，乙先过界，C正确；“拔河”比赛的输赢只与甲、乙的质量有关，与收绳速度无关，D错误． 一、单项选择题 1．(2015·湖北部分重点中学联考)伽利略和牛顿都是物理学发展史上最伟大的科学家，巧合的是，牛顿就出生在伽利略去世后第二年．下列关于力和运动关系的说法中，不属于他们观点的是(　　) A．自由落体运动是一种匀变速直线运动 B．力是使物体产生加速度的原因 C．物体都具有保持原来运动状态的属性，即惯性 D．力是维持物体运动的原因 解析：选D.伽利略通过斜面实验以及逻辑推理证明自由落体运动是一种匀变速直线运动，A项不符合题意；牛顿第一定律表明力是产生加速度的原因、惯性是物体的固有属性，B、C项不符合题意；亚里士多德认为力是维持物体运动的原因，D项符合题意． 2.(2015·浙江苍南月考)有人做过这样一个实验：如图所示，把鸡蛋A快速向另一个完全一样的静止的鸡蛋B撞去(用同一部分撞击)，结果每次都是被撞击的鸡蛋B被撞破．则下面说法不正确的是(　　) A．A对B的作用力的大小等于B对A的作用力的大小 B．A对B的作用力的大小大于B对A的作用力的大小 C．A蛋碰撞瞬间，其内蛋黄和蛋白由于惯性会对A蛋壳产生向前的作用力 D．A蛋碰撞部位除受到B对它的作用力外，还受到A蛋中蛋黄和蛋白对它的作用力，所以所受合力较小 解析：选B.A对B的作用力和B对A的作用力为作用力与反作用力，大小一定相等，故A正确，B错误；A蛋碰撞瞬间，其内蛋黄和蛋白由于惯性会对A蛋壳产生向前的作用力，C对；A蛋碰撞部位除受到B对它的作用力外，还受到A蛋中蛋黄和蛋白对它的作用力，所以所受合力较小，D正确． 3．月球表面上的重力加速度为地球表面上重力加速度的.对于同一个飞行器，在月球表面上时与在地面表面上时相比较(　　) A．惯性减小为地球表面时的，重力不变 B．惯性和重力都减小为在地球表面时的 C．惯性不变，重力减小为在地球表面时的 D．惯性和重力都不变 解析：选C.因同一物体的质量与它所在位置及运动状态无关．所以这个飞行器从地球到月球，其惯性大小不变．物体的重力发生变化，这个飞行器在月球表面上的重力为G月＝mg月＝m·g地＝G地．选C. 4．(2015·海口模拟)汽车拉着拖车在水平道路上沿着直线加速行驶，根据牛顿运动定律，以下说法正确的是 (　　) A．汽车能拉着拖车加速前进，是因为汽车拉拖车的力大于拖车拉汽车的力 B．加速前进时，汽车对拖车的拉力大小与拖车对汽车的拉力大小相等 C．汽车先对拖车施加拉力，然后才产生拖车对汽车的拉力 D．汽车对拖车的拉力大小与拖车所受地面对它的摩擦力大小相等 解析：选B.汽车拉着拖车加速前进，汽车对拖车的拉力大于拖车所受地面对它的摩擦力，根据牛顿第三定律，汽车拉拖车的力等于拖车拉汽车的力，且同时产生，故只有选项B正确． 5．一物体静止于斜面上，如图所示，则下列说法正确的是(　　) A．物体对斜面的压力和斜面对物体的支持力是一对平衡力 B．物体对斜面的摩擦力和斜面对物体的摩擦力是一对作用力和反作用力 C．物体所受的重力和斜面对物体的作用力是一对作用力和反作用力 D．物体所受的重力可以分解为沿斜面向下的力和对斜面的压力 解析：选B.根据作用力和反作用力及平衡力的特点可知物体对斜面的压力和斜面对物体的支持力及物体对斜面的摩擦力和斜面对物体的摩擦力，分别作用在斜面和物体上，因此它们是两对作用力和反作用力，故A错，B对．物体所受的重力是地球施加的，它的反作用力应作用在地球上，由此可知C错．对重力分解，其分力也是作用在物体上的，不可能分解为对斜面的压力，D错． 6．(2015·福建六校联考)2014年10月20日14时31分，我国在太原卫星发射中心用“长征四号丙”运载火箭，成功将“遥感二十二号”卫星发射升空并送入预定轨道．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 解析：选A.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． 二、多项选择题 7．(2013·高考山东卷)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 解析：选AC.伽利略的斜面实验表明物体的运动不需要外力来维持，A正确；伽利略假想将轻重不同的物体绑在一起时，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，即二者一起下落快慢应介于单独下落时之间．而从绑在一起后更重的角度考虑二者一起下落时应该更快，从而由逻辑上否定了重物比轻的物体下落快的结论，并用实验证明了轻重物体下落快慢相同的规律，C正确；物体间普遍存在相互吸引力，物体间相互作用力的规律是牛顿总结的，对应于万有引力定律与牛顿第三定律，故BD皆错误． 8.(2015·潍坊模拟)在水平路面上有一辆匀速行驶的小车，车上固定一盛满水的碗．现突然发现碗中的水洒出，水洒出的情况如图所示，则关于小车的运动情况，下列叙述正确的是(　　) A．小车匀速向左运动 B．小车可能突然向左加速 C．小车可能突然向左减速 D．小车可能突然向右减速 解析：选BD.原来水和小车相对静止以共同速度运动，水突然向右洒出有两种可能：①原来小车向左运动，突然加速，碗中水由于惯性保持原速度不变，故相对碗向右洒出．②原来小车向右运动，突然减速，碗中水由于惯性保持原速度不变，相对于碗向右洒出，故B、D正确． 9.2014年10月7日21时49分在云南普洱市景谷县发生6.6级地震，如图所示，解放军某部出动直升机救助被困受伤灾民，若不考虑悬索质量，下列说法正确的是(　　) A．只有在匀速吊起时悬索对人的拉力才等于人对悬索的拉力 B．当加速吊起时悬索对人的拉力等于人对悬索的拉力 C．当加速吊起时悬索对人的拉力大于悬索对飞机的拉力 D．无论如何吊起悬索对人的拉力都等于人对悬索的拉力 解析：选BD.悬索对人的拉力和人对悬索的拉力是一对作用力与反作用力，在任何情况下大小都相等，故A选项错误，B、D选项正确；悬索对飞机的拉力和飞机对悬索的拉力是一对作用力和反作用力，且悬索中张力处处相等，故C选项错误． 10．我国《道路交通安全法》中规定：各种小型车辆前排乘坐的人(包括司机)必须系好安全带，则下列说法正确的是(　　) A．系好安全带可以减小惯性 B．是否系好安全带对人和车的惯性没有影响 C．系好安全带可以防止因车的惯性而造成的伤害 D．系好安全带可以防止因人的惯性而造成的伤害 解析：选BD.根据惯性的定义知：安全带与人和车的惯性无关，A错、B对，系好安全带主要是防止因刹车时由于人具有惯性而造成的伤害事故，C错、D对． 三、非选择题 11．如图所示为杂技“顶竿”表演，一人站在地上，肩上扛一质量为M的竖直竹竿，竿上一质量为m的人以加速度a加速下滑，求竿对“底人”的压力大小． 解析：对竿上的人分析：受重力mg、摩擦力Ff，有mg－Ff＝ma、Ff＝m(g－a)，竿对人有摩擦力，人对竿也有反作用力——摩擦力，且大小相等，方向相反．对竿分析：受重力Mg、竿上的人对竿向下的摩擦力F′f、顶竿的人对竿的支持力FN，有Mg＋F′f＝FN，又因为竿对“底人”的压力和“底人”对竿的支持力是一对作用力与反作用力，由牛顿第三定律，得到F′N＝Mg＋F′f＝(M＋m)g－ma. 答案：(M＋m)g－ma ☆12.如图所示，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，弹簧的长度为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 N/kg) 解析：A受力如图所示，由平衡条件得： 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 B受力如图所示，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