1、第1节 牛顿第一定律 牛顿第三定律【高考目标导航】考纲点击备考指导1. 牛顿运动定律、牛顿定律的应用 2. 超重和失重 3. 单位制 实验四：验证牛顿运动定律1. 理解牛顿第一定律、牛顿第三定律，认识惯性和作用力、反作用力的特点2. 熟练掌握牛顿第二定律，会用牛顿定律分析解决两类典型的动力学问题【考纲知识梳理】一、 牛顿第一定律1. 内容：一切物体总保持静止状态或者匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。2. 意义：揭示了力与运动的关系：力不是使物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因，从而推翻了亚里士多德“没有力物体不能运动”的错误观点。揭示了任何物体都有保持静止或运动直线运动
2、的性质-惯性3.惯性（1）定义：物体所具有的保持静止状态或匀速直线运动状态的性质叫惯性。（2）说明：惯性是物体本身的固有属性。与物体受力情况无关，与物体所处的地理位置无关，一切物体都具有惯性。质量是物体惯性大小的唯一量度，质量大惯性大。惯性不是一种力，惯性不是一种力，惯性的大小反映了改变物体运动状态的难易程度。二、牛顿第三定律高.考.资.源.网高.考.资.源.网1. 内容：两个物体之间的作用力与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：3.说明：作用力与反作用力有“三同、三不同”。 三同：大小相同、性质相同、同时存在消失具有同时性 三不同：方向不同、作用对象不同、作用的效
3、果不同。【要点名师透析】一、牛顿第一定律(即惯性定律)的理解1.明确了惯性的概念牛顿第一定律揭示了物体所具有的一个重要属性惯性，即物体总保持原来的静止状态或匀速直线运动状态的性质.2.揭示了力的本质高.考.资.源.网高.考.资.源.网牛顿第一定律对力的本质进行了定义：力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因，物体的运动并不需要力来维持.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，而实际中不受外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，物体都将保持静止或匀速直线运动状态不变.注意：在理解牛顿第一定律时，注意以下两
4、点：(1)牛顿第一定律不能用实验直接验证，而是通过伽利略斜面实验等大量事实推理得出的.(2)牛顿第一定律并非牛顿第二定律的特例，而是不受任何外力的理想化情况.【例1】伽利略在著名的斜面实验中，让小球分别沿倾角不同、阻力很小的斜面从静止开始滚下，他通过实验观察和逻辑推理，得到的正确结论有( )A.倾角一定时，小球在斜面上的位移与时间成正比B.倾角一定时，小球在斜面上的速度与时间成正比C.斜面长度一定时，小球从顶端滚到底端时的速度与倾角无关D.斜面长度一定时，小球从顶端滚到底端所需的时间与倾角无关高.考.资.源.网W .com 【答案】选B.【详解】(1)倾角一定时,小球位移与时间的关系.当倾角一
5、定时,分析位移、速度与时间的关系,由于斜面倾角一定,则小球下滑的加速度为定值,由x=at2可知位移与时间的平方成正比,又由v=at知速度与时间成正比,故A错,B对.(2)斜面长度一定时,小球运动时间与倾角的关系.当斜面长度一定时,分析小球滚到底端的速度及所需时间与倾角的关系,由于斜面倾角越大,小球下滑的加速度越大,则由可知倾角越大,小球到达底端时的速度越大;又由得倾角越大,小球到底端所需时间越短,故C、D均错.二、对牛顿第三定律的理解和应用1.作用力与反作用力的关系作用力与反作用力的关系可总结为“三同、三异、三无关”.2.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
6、，在任何条件下牛顿第三定律都是成立的.(2)牛顿第三定律只对相互作用的两个物体成立,因为大小相等、方向相反、作用在两个物体上且作用在同一条直线上的两个力,不一定是作用力和反作用力.(3)牛顿第三定律说明了作用力和反作用力中,若一个产生或消失,则另一个必然同时产生或消失,否则就违背了“相等关系”.3.作用力与反作用力和一对平衡力的区别【例证2】(2011深圳模拟)如图所示为杂技 “顶竿”表演的示意图：一人站在地上，肩上扛一质量为M的竖直竹竿，当竿上一质量为m的人以加速度a加速下滑时，竿对“底人”的压力大小为( )高.考.资.源.网W .com A.(M+m)g B.(M+m)g-maC.(M+m
7、)g+ma D.(M-m)g【答案】选B.【详解】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Ff、顶竿的人对竿的支持力FN，有MgFf=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FN=Mg+Ff=(M+m)g-ma.B项正确.【感悟高考真题】1.（2011江苏物理T9）如图所示，倾角为的等腰三角形斜面固定在水平面上，一足够长的轻质绸带跨过斜面的顶端铺放在斜面的两侧，绸带与斜面间无摩擦。现将质量分
8、别为M、m(Mm)的小物块同时轻放在斜面两侧的绸带上。两物块与绸带间的动摩擦因数相等，且最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等。在角取不同值的情况下，下列说法正确的有A两物块所受摩擦力的大小总是相等高.考.资.源.网高.考.资.源.网B两物块不可能同时相对绸带静止CM不可能相对绸带发生滑动Dm不可能相对斜面向上滑动【答案】选AC.【详解】当物块与丝绸之间的动摩擦因数时，M、m恰好相对于绸带静止，M相对于斜面向下运动，m相对于斜面向上运动，由于斜面光滑且不计绸带质量，此时绸带等效为一根轻绳；当时情况相同；当时，m会相对于斜面向下滑动，M相对于绸带静止，沿斜面向下滑动，无论何种情况绸带绸带对两物体的摩擦
9、力大小均相等，故A、C正确，B、D错误。2.（09安徽17）为了节省能量，某商场安装了智能化的电动扶梯。无人乘行时，扶梯运转得很慢；有人站上扶梯时，它会先慢慢加速，再匀速运转。一顾客乘扶梯上楼，恰好经历了这 两个过程，如图所示。那么下列说法中正确的是 （ C ）A. 顾客始终受到三个力的作用B. 顾客始终处于超重状态C. 顾客对扶梯作用力的方向先指向左下方，再竖直向下D. 顾客对扶梯作用的方向先指向右下方，再竖直向下解析：在慢慢加速的过程中顾客受到的摩擦力水平向左，电梯对其的支持力和摩擦力的合力方向指向右上，由牛顿第三定律，它的反作用力即人对电梯的作用方向指向向左下；在匀速运动的过程中，顾客与
10、电梯间的摩擦力等于零，顾客对扶梯的作用仅剩下压力，方向沿竖直向下。【考点模拟演练】1.如图所示，一向右运动的车厢顶上悬挂两单摆M和N,它们只能在图示平面上摆动,某一瞬时出现图示情景,由此可知车厢的运动及两单摆相对车厢运动的可能情况是()A.车厢做匀速直线运动,M在摆动,N静止B.车厢做匀速直线运动,M在摆动,N也在摆动C.车厢做匀速直线运动,M静止,N在摆动【答案】AB【详解】由牛顿第一定律,当车厢做匀速直线运动时,相对于车厢静止的小球,其悬挂应在竖直方向上,故M球一定不能在图示情况下相对车厢静止,说明M正在摆动;而N既有可能相对于车厢静止,也有可能是相对小车摆动恰好达到图示位置,知A,B正确
11、,C错,当车厢做匀加速直线运动时,物体运动状态改变,合外力一定不等于零,故不会出现N球悬线竖直的情况,D错，故应选A、B.2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，这是因为()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【答案】D高.考.资.源.网高.考.资.源.网【详解】根据惯性的定义知：安全带与人和车的惯性无关，A错，B选项不符合题目要求，故B项不对，系好安全带主要是防止因刹车时，人具有向前的惯性而造成伤害事故，C错D对3如图8所示，甲运动员在球场上得
12、到篮球之后，甲、乙以相同的速度并排向同一方向奔跑，甲运动员要将球传给乙运动员，不计空气阻力，问他应将球向什么方向抛出()图8A抛出方向与奔跑方向相同，如图中箭头1所指的方向B抛出方向指向乙的前方，如图中箭头2所指的方向C抛出方向指向乙，如图中箭头3所指的方向D抛出方向指向乙的后方，如图中箭头4所指的方向【答案】C【详解】以乙为参考系，甲是相对静止的，相当于并排坐在汽车里的两个人甲要将球传给乙，只要沿3方向抛出就行了以地面为参考系时，不但要考虑乙向前的速度v，还要考虑甲抛出球时，由于惯性，球有一个向前的速度分量v，所以当甲向3方向抛出球时，正好可以到达乙的手中4. (2011无锡模拟)一列以速度
13、v匀速行驶的列车内有一水平桌面，桌面上的A处有一小球.若车厢内的旅客突然发现(俯视图)小球沿如图所示的虚线从A点运动到B点，则由此可以判断列车的运行情况是( )A.减速行驶，向北转弯 B.减速行驶，向南转弯C.加速行驶，向南转弯 D.加速行驶，向北转弯【答案】选B.【详解】小球具有惯性,相对于列车向前运动，故列车在减速，相对于列车向北运动，故列车向南转弯.5.下面是摘自上个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：“你们关闭了所有发电机，那么靠什么力
14、量推动火箭向前运动？”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吧.”若不计星球对火箭的作用力，由上述材料可知下列说法正确的是()A.汤姆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.宇航员答话所体现的物理思想是“物体运动不需要力来维持”D.宇航员答话的真实意思是火箭正在依靠惯性飞行【答案】A高.考.资.源.网W .com 高.考.资.源.网高.考.资.源.网【详解】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的原因.6.如图所示，体积相同的小铁球（如图中黑色球所示）和小塑料球（如图
15、中白色球所示）分别用细线系于两个带盖的盛水的瓶子中，当两瓶和车一起加速向右运动时，会发生的现象最接近图中的哪一种情景()【答案】B【详解】由于系统加速度向右，而水具有惯性，只会出现如题图A、B所示的水面.同样体积的铁球、水、塑料球中，铁球的惯性最大，塑料球的惯性最小，因而两球的相对位置如图B所示.7.(2011泉州模拟)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( )高.考.资.源.网高.考.资.源.网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等大的
16、，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【答案】选C.【详解】这里要明确作用力和反作用力的作用效果的问题，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.故选项C正确.高.考.资.源.网W 8.(2011海口模拟)用计算机辅助实验系统做验证牛顿第三定律的实验,点击实验菜单中“力的相互作用”.把两个力探头的挂钩钩在一起,向相反方向拉动,观察显示器屏幕上出现的结果如图所示.观察分析两个力传感器的相互作用力随时间变化的曲线,可以得到以下实验结论( )A.作用力与反作用
17、力同时存在B.作用力与反作用力作用在同一物体上C.作用力与反作用力大小相等D.作用力与反作用力方向相反【答案】选A、C、D.【详解】由题图可知：两个力传感器的相互作用力属于作用力和反作用力，它们同时存在、大小相等、方向相反、作用在两个物体上，故A、C、D正确.9.(2011无锡模拟)有人设计了一种交通工具,在平板车上装了一个电风扇,风扇运转时吹出的风全部打到竖直固定在小车中间的风帆上,靠风帆受力而向前运动,如图所示.对于这种设计,下列分析中正确的是( )A.根据牛顿第二定律,这种设计能使小车运行B.根据牛顿第三定律,这种设计能使小车运行C.这种设计不能使小车运行,因为它违反了牛顿第二定律D.这
18、种设计不能使小车运行,因为它违反了牛顿第三定律【答案】选D.【详解】风扇吹出风时,风对风扇叶片产生向右的作用力,风扇运转时吹出的风打到风帆上时，风会给风帆一个向左的作用力，根据牛顿第三定律,对于整个装置而言，作用力和反作用力大小相等,属于内力，小车不会前进.10(2011东北四校联考)如右图所示，小车上有一直立木板，木板上方有一槽，槽内固定一定滑轮，跨过定滑轮的轻绳一端系一重球，另一端系在轻质弹簧测力计上，弹簧测力计固定在小车上，开始时小车处于静止状态，轻绳竖直且重球恰好紧挨直立木板，假设重球和小车始终保持相对静止，则下列说法正确的是()A若小车匀加速向右运动，弹簧测力计读数及小车对地面压力均
19、不变B若小车匀加速向左运动，弹簧测力计读数及小车对地面压力均不变C若小车匀加速向右运动，弹簧测力计读数变大，小车对地面压力变小D若小车匀加速向左运动，弹簧测力计读数变大，小车对地面压力不变【答案】B【详解】小车匀加速向右运动时重球将飞离木板后与小车一起加速，二者保持相对静止，此时弹簧拉力大于重球重力，其读数变大小车匀加速向左运动时重球受到木板向左的支持力，竖直方向上弹簧拉力仍与重力保持平衡，其读数不变取整个系统分析由平衡条件可知小车对地面的压力保持不变，始终等于系统重力，综上可知B项正确11.如图所示，在台秤上放半杯水，台秤示数为G50 N，另用挂在支架上的弹簧测力计悬挂一边长a10 cm的金
20、属块，金属块的密度13103 kg/m3，当把弹簧测力计下的金属块平稳地浸入水深b4 cm时，弹簧测力计和台秤的示数分别为多少？(水的密度是水103 kg/m3，g取10 m/s2)【答案】26 N54 N【详解】金属块的重力为：G金ga33103100.13 N30 N金属块所受水的浮力为F浮水ga2b103100.120.04 N4 N弹簧测力计的示数为FTG金F浮26 N台秤的示数为FNG金F浮54 N12如图所示，高为h的车厢在平直轨道上匀减速向右行驶，加速度大小为a，车厢顶部A点处有油滴滴落到车厢地板上，车厢地板上的O点位于A点的正下方，则油滴落地点必在O点的左方还是右方？离O点距离为多少？【答案】右h【详解】设油滴离开车厢顶部时，车速为v0，油滴因惯性此时也具有水平速度v0，对地做平抛运动，油滴落到车厢上的时间为t，这段时间油滴水平位移为x1v0t，车的水平位移为x2v0tat2，油滴落在O点的右方，距O点xx1x2at2，而t得xh.