【物理】2019届一轮复习人教版　牛顿第一定律牛顿第三定律学案

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第 1 讲　牛顿第一定律牛顿第三定律 板块一　主干梳理·夯实基础 【知识点 1】　牛顿第一定律　Ⅱ 1．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。 2．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)惯性的两种表现 ①物体不受外力作用时，其惯性表现在保持静止或匀速直线运动状态。 ②物体受外力作用时，其惯性表现在反抗运动状态的改变。 (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。 (4)普遍性：惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性，与物体的运动情况和受力情况无关(选填“有 关”或“无关”)。 【知识点 2】　牛顿第三定律　Ⅱ 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，另一个物体同时对这个物体也施加 了力。 2．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。 3．意义：建立了相互作用物体之间的联系及作用力与反作用力的相互依赖关系。 板块二　考点细研·悟法培优 考点 1 对牛顿第一定律的理解[深化理解] 1．惯性的两种表现形式 (1)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。 2．对牛顿第一定律的三点说明 (1)明确惯性的概念：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。 (2)揭示力的本质：力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因。 (3)理想化状态：牛顿第一定律描述的是物体不受外力时的状态，而物体不受外力的情形是不存在的。在 实际情况中，如果物体所受的合外力等于零，与物体不受外力时的表现是相同的。 例 1　如图所示，在一辆表面光滑且足够长的小车上，有质量为 m1 和 m2 的两个小球(m1>m2)随车一起匀 速运动，当车突然停止时，若不考虑其他阻力，则两个小球(　　) A．一定相碰 B．一定不相碰 C．不一定相碰 D．无法确定 车停止后，两球如何运动？ 提示：仍匀速。 尝试解答　选 B。 因小车表面光滑，因此小球在水平方向上不会受到外力作用，原来两小球与小车有相同的速度，当车突然 停止时，由于惯性，两小球的速度将不变，所以不会相碰。 总结升华 牛顿第一定律的应用技巧 (1)应用牛顿第一定律分析实际问题时，要把生活感受和理论问题联系起来深刻认识力和运动的关系，正 确理解力不是维持物体运动状态的原因，克服生活中一些错误的直观印象，建立正确的思维习惯。 (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。 [跟踪训练]　[2018·荆州模拟](多选)下面是摘自 20 世纪美国报纸上的一篇小文章：阿波罗登月火箭在脱离 地球飞向月球的过程中，飞船内的宇航员通过无线电与在家中上小学的儿子汤姆通话。宇航员：“汤姆，我 们现在已关闭了所有发动机，正向月球飞去。”汤姆：“你们关闭了所有发动机，那靠什么力量推动火箭向 前运动呢？”宇航员犹豫了半天，说：“我想大概是伽利略在推动火箭向前运动。”若不计星球对火箭的作 用力，由上述材料可知下列说法中正确的是(　　) A．汤姆的问话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因” B．宇航员的答话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因” C．宇航员的答话所体现的物理思想是“物体的运动不需要力来维持” D．宇航员的答话的真实意思是火箭正在依靠惯性飞行 答案　ACD 解析　上小学的汤姆，对于力和运动的认识，只能凭经验感觉，不会认识到力是改变物体运动状态的原因， 故 A 正确；宇航员的答话所体现的物理思想是“物体的运动不需要力来维持”，即火箭依靠惯性飞行，故 B 错 误，C、D 正确。 考点 2 牛顿第三定律的理解与应用[拓展延伸] 1．作用力与反作用力的“六同、三异、二无关” (1)“六同”：①大小相同；②性质相同；③同一直线；④同时产生；⑤同时变化；⑥同时消失。 (2)“三异”：①方向不同；②受力物体不同；③产生效果不同。 (3)“二无关”：①与物体的运动状态无关；②与是否和另外物体相互作用无关。 2．一对平衡力与作用力、反作用力的比较 例 2　[2018·昆明模拟](多选)如图所示，我国有一种传统的民族体育项目叫作“押加”，实际上相当于两 个人拔河，如果甲、乙两人在“押加”比赛中，甲获胜，则下列说法中正确的是(　　) A．甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力，所以甲获胜 B．当甲把乙匀速拉过去时，甲对乙的拉力大小等于乙对甲的拉力大小 C．当甲把乙加速拉过去时，甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力 D．甲对乙的拉力大小始终等于乙对甲的拉力大小，只是地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力，所以 甲获胜 (1)甲、乙两人拉力大小有何关系？ 提示：两人拉力大小相同。 (2)甲为什么获胜？ 提示：地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力。 尝试解答　选 BD。 甲对乙的拉力和乙对甲的拉力属于作用力与反作用力，总是大小相等，与甲、乙运动状态无关。故 B 正 确，A、C 错误。地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力，所以甲获胜。 总结升华 应用牛顿第三定律应注意的问题 (1)对于任何物体，在任何条件下牛顿第三定律都是成立的。不能错误地认为只有物体受力平衡时，牛顿 第三定律才成立。 (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。 [递进题组]1.[2018·乐山模拟]如图所示，家用吊扇对悬挂点有拉力作用，正常转动时吊扇对悬挂点的拉力 与 它不转动时相比(　　) A．变大 B．变小 C．不变 D．无法判断 答案　B 解析　吊扇不转动时，吊扇对悬挂点的拉力等于吊扇的重力，吊扇旋转时要向下扑风，即对空气有向下的 压力，根据牛顿第三定律，空气也对吊扇有一个向上的反作用力，使得吊扇对悬挂点的拉力减小，B 正确。 2．[2018·海口模拟]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 的工人站在地面上， 通过定滑轮将 20.0 kg 的建筑材料以 0.500 m/s2 的加速度拉升，忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦，则 工人对地面的压力大小为(g 取 10 m/s2)(　　) A．510 N B．490 N C．890 N D．910 N 答案　B 解析　绳子对建筑材料的拉力设为 F1，如图甲所示。则有 F1－mg＝ma，F1＝m(g＋a)＝210 N， 绳子对人的拉力 F2＝F1＝210 N 人处于静止，受力分析如图乙所示。则地面对人的支持力 FN＝Mg－F2＝490 N， 由牛顿第三定律知：人对地面的压力 FN′＝FN＝490 N，故 B 项正确。 1．方法概述 在对物体进行受力分析时，如果不便于分析物体受到的某些力，则可以通过分析其反作用力来解决问题， 牛顿第三定律将起到非常重要的转换研究对象的作用，使得我们对问题的分析思路更灵活、更宽阔。 2．常见类型 物体与地面(或其他受力未知的物体)相互作用，求物体对地面(或其他物体)的作用力。 3．解题思路 (1)根据所求问题应用整体法或隔离法选择研究对象。 (2)根据牛顿第三定律转换研究对象，进行受力分析。 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 f，则此时箱对地面的压力大小为(　　) A．Mg＋f B．Mg－f C．Mg＋mg D．Mg－mg [答案]　A [解析]　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 f，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′，故箱子竖直方向上受重力 Mg、地面对它的支持力 N 及环给 它的摩擦力 f′，受力情况如图乙所示，由于箱子处于平衡状态，可得 N＝f′＋Mg＝f＋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 N′＝Mg＋f，故选项 A 正确。 名师点睛 题中箱对地面的压力作用在地面上，因不能以地面为研究对象，这时必须转换研究对象，先以箱为研究对 象，求地面对箱的支持力，再通过牛顿第三定律求箱对地面的压力。 如图所示，圆环的质量为 M，经过环心的竖直钢丝 AB 上套有一个质量为 m 的小球，今让小球沿钢丝 AB 以初速度 v0 竖直向上运动，要使圆环对地面无压力，则小球的加速度和小球能达到的最大高度是多少？(设小 球不会到达 A 点) 答案　M＋m m g　 mv20 2(M＋m)g 解析　由牛顿第三定律知，若圆环对地面无压力，则地面对圆环无支持力， 取小球为研究对象，受重力 mg 和钢丝对小球竖直向下的摩擦力 Ff，由牛顿第二定律得：mg＋Ff＝ma 由牛顿第三定律可知小球对钢丝竖直向上的摩擦力 Ff′＝Ff 对圆环受力分析可知，圆环受重力 Mg 和竖直向上的摩擦力 Ff′作用，则：Mg＝Ff′ 由以上各式解得：a＝M＋m m g 小球沿钢丝做匀减速运动，由运动学公式可得上升的最大高度 x＝v20 2a＝ mv20 2(M＋m)g 。 板块三　限时规范特训 　　时间：45 分钟　 满分：100 分 一、选择题(本题共 10 小题，每小题 7 分，共 70 分。其中 1～6 为单选，7～10 为多选) 1．16 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与运动的理论， 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，静止状态才是物体不受力时的“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 答案　D 解析　亚里士多德认为力是维持物体运动的原因，力越大物体运动越快，因此 A、B、C 三项均与亚里士 多德的观点一致。只有 D 与亚里士多德的观点相反。 2．关于惯性，下列说法中正确的是(　　) A．物体只有静止或做匀速直线运动时才有惯性 B．速度越大的物体惯性越大 C．已知月球上的重力加速度是地球上的1 6，故一个物体从地球移到月球惯性减小为1 6 D．质量越大的物体惯性越大 答案　D 解析　惯性是物体的固有属性，惯性的大小只与物体的质量有关，与物体的运动状态和所处的位置无关， 故 A、B、C 错误，D 正确。 3．在学习了牛顿第一定律后，四位同学分别列举实例提出了自己的不同认识，你认为以下四个选项中几 位同学的研究结论，正确的是(　　) A．甲同学研究从地面竖直向上跳起来的运动。地球绕着地轴自西向东自转，他发现人跳起来后总是落回 原处，经过思考，他认为这是因为人在空中滞留的时间太短，如果时间足够长，人应该落在起跳点的西侧 B．乙同学通过查阅资料，发现在轨道上的卫星不用火箭施加任何推力就能自行绕地球运转，他认为是惯 性维持了卫星的这种运动 C．丙同学通过观察发现，让一列火车停下来比让一辆汽车停下来要困难得多，他认为根本原因是火车的 惯性要比汽车的惯性大 D．丁同学观看战争资料片，研究飞机投弹轰炸，他认为若要投得准确，关键是当飞机飞到目标正上方时， 准时地将炸弹释放 答案　C 解析　地球绕着地轴自西向东自转，甲同学研究从地面竖直向上跳起来的运动。人跳起后水平方向不受外 力，由于惯性，他在跳起的这段时间内，水平方向仍然要保持相对地面静止，所以人总是要落回原处，和时间 的长短并没有关系，A 错误；轨道上的卫星能自行绕地球运转，是因为受到了地球的引力作用，B 错误；质量 越大，惯性越大，物体的运动状态越难改变，C 正确；炸弹要投得准确，必须提前释放，D 错误。 4．[2018·福建六校联考]2016 年 8 月 16 日 1 时 40 分，我国在酒泉卫星发射中心用“长征二号丁”运载火 箭，成功将“墨子号”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 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 B、C 错误，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，D 错误。 5．如图所示，物体静止在一固定在水平地面上的斜面上，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物体重力沿斜面的分力是一对作用力和反作用力 C．物体所受重力和斜面对物体的作用力是一对平衡力 D．物体所受重力可以分解为沿斜面的力和对斜面的压力，则物体就不受重力作用了 答案　C 解析　物体对斜面的压力和斜面对物体的支持力是一对相互作用力，故 A 错误；物体对斜面的摩擦力和 物体重力沿斜面的分力不是两物体间的相互作用力，故 B 错误；物体受重力和斜面对物体的作用力，这两个 力大小相等，方向相反，是一对平衡力，故 C 正确；物体所受重力仍作用在物体上，故 D 错误。 6．[2018·湖北重点中学联考]伽俐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 答案　D 解析　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 两项不符合题意；亚里士多德认为力 是维持物体运动的原因，D 项符合题意。 7．[2018·清远模拟]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 答案　AC 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 正确，B、D 错误。 8．[2018·鄂东联考]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 答案　BC 解析　F1 即为球的重力，施力者为地球，A 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 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 错误。 9．如图所示是一种汽车安全带控制装置示意图。当汽车处于静止或匀速直线运动时，刹车摆锤竖直悬挂， 锁棒水平，棘轮可以自由转动，安全带能被拉动。当汽车突然刹车时，摆锤由于惯性绕轴摆动，使得锁棒锁 定棘轮的转动，安全带不能被拉动。若摆锤从图中实线位置摆到虚线位置，汽车的可能运动方向和运动状态 是(　　) A．向右行驶、匀速直线运动 B．向左行驶、匀加速直线运动 C．向右行驶、突然刹车 D．向左行驶、突然刹车 答案　BC 解析　若汽车做匀速直线运动，则在实线位置，故 A 错误；由图可知摆锤向右摆动，根据摆锤的受力情 况，可知摆锤具有水平向左的加速度，汽车可能向左加速或向右减速，故 B、C 正确，D 错误。 10．[2018·淄博模拟]如图所示，小球 C 置于光滑的半球形凹槽 B 内，B 放在长木板 A 上，整个装置处于 静止状态。在缓慢减小木板倾角 θ 的过程中，下列说法正确的是(　　) A．A 受到的压力逐渐变大 B．A 受到的摩擦力逐渐变大 C．C 对 B 的压力逐渐变大 D．C 受到两个力的作用 答案　AD 解析　以小球和凹槽为整体分析，可得木板倾角 θ 减小时，木板对整体的支持力增大，木板对整体的摩 擦力减小，由作用力与反作用力的关系知 A 正确，B 错误；由于木板缓慢移动，则小球 C 处于动态平衡状态， 小球 C 始终受到重力和凹槽 B 的支持力两个力的作用而平衡，C 对 B 的压力大小等于 C 受到的重力，C 错误， D 正确。 二、非选择题(本题共 2 小题，共 30 分) 11．(12 分)一仪器中的电路如图所示，其中 M 是一个质量较大的金属块，左、右两端分别与金属制作的 弹簧相连接。将仪器固定在汽车上，当汽车启动时，哪盏灯亮？当汽车急刹车时，又是哪一盏灯亮？为什么？ 答案　见解析 解析　启动时，金属块 M 由于惯性保持原来的静止状态，相对车向后运动，与绿灯接线柱接触，绿灯亮。 急刹车时，金属块 M 由于惯性保持原来的运动状态，相对车向前运动与红灯接线柱接触，红灯亮。 12．(18 分)如图所示，底座 A 上装有一根直立杆，其总质量为 M，杆上套有质量为 m 的圆环 B，它与杆 有摩擦。当圆环从底端以某一速度 v 向上飞起时，圆环的加速度大小为 a，底座 A 不动，求圆环在升起和下 落过程中，水平面对底座的支持力分别是多大？ 答案　(M＋m)g－ma　(M－m)g＋ma 解析　圆环上升时，两物体受力如图甲所示，其中 Ff1 为杆给环的摩擦力，Ff1′为环给杆的摩擦力。 对圆环：mg＋Ff1＝ma 对底座：FN1＋Ff1′－Mg＝0 由牛顿第三定律得：Ff1＝Ff1′， 联立可得：FN1＝(M＋m)g－ma 圆环下降时，两物体受力如图乙所示 对圆环：mg－Ff2＝ma′ 对底座：Mg＋Ff2′－FN2＝0 由牛顿第三定律得：Ff2′＝Ff2， 联立解得：FN2＝(M－m)g＋ma。