第13讲 牛顿运动三定律-2020-2021学年高一物理同步课程讲义15讲（人教版必修第一册）

这是一份第13讲 牛顿运动三定律-2020-2021学年高一物理同步课程讲义15讲（人教版必修第一册），
一．知识要点
（含答案及详解）
知识点1 牛顿第一定律
内容：一切物体总保持 ，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。这就是牛顿第一定律，又称惯性定律。
意义
揭示一切物体都具有的一个重要属性:
指出了物体在不受力或所受合外力为零时的运动状态：
知识点2 惯性与质量
定义：物体具有保持原来的匀速直线运动状态或者静止状态的性质
大小：由 唯一决定，与运动状态无关，与是否受力无关。
知识点3 牛顿第二定律
内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比、跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。
公式
知识点4 牛顿第三定律
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，作用在同一直线上。
公式
，负号表示两个力的方向相反。
知识点5 作用力与反作用力
“三同”：大小相同，力的性质相同，产生、变化、消失的时间相同
2.“三不同”：方向不同，作用对用对象不同，作用效果不同
二．习题演练
例1
1．根据牛顿运动定律，下列表述正确的是（ ）
A．力是维持物体运动的原因
B．力是改变物体运动状态的原因
C．外力停止作用后，物体由于惯性会停止
D．物体做匀速直线运动时，所受合外力不为零
【解答】解：A、力是改变物体运动状态的原因，维持物体运动的原因是物体的惯性，故A错误。
B、力是改变物体运动状态的原因，即力是产生加速度的原因，故B正确。
C、力是改变物体运动状态的原因，外力停止作用后，物体由于惯性而做匀速直线运动，故C错误。
D、物体做匀速直线运动时，由于物体的加速度为0，物体所受合外力也为0，故D错误。
故选：B。
2．下列关于惯性的说法中，正确的是（ ）
A．汽车刹车时，乘客的身子会向前倾斜，是因为汽车有惯性
B．做匀速直线运动的物体和静止的物体没有惯性
C．物体的惯性只有在物体速度改变时才表现出来
D．物体都具有惯性，与物体是否运动无关，与物体速度是否变化也无关
【解答】解：A、刹车前，汽车和乘客共同以较大的速度向前行驶，当突然刹车时，汽车由于阻力作用突然减慢速度，而乘客由于惯性还要保持原来较大的速度向前运动，因此乘客会向前倾倒。故A错误。
B、做匀速直线运动的物体和静止的物体也有惯性。故B错误。
C、物体的惯性是物体有固有属性，与速度是否变化无关。故C错误。
D、任何物体都有惯性，与物体是否运动无关，与物体速度是否变化也无关。故D正确。
故选：D。
自练1
1．有关惯性大小的下列叙述中，正确的是（ ）
A．物体跟接触面间的摩擦力越小，其惯性就越大
B．物体所受的合力越大，其惯性就越大
C．物体的质量越大，其惯性就越大
D．物体的速度越大，其惯性就越大
2．关于惯性，下列说法正确的是（ ）
A．同一个物体受力越大惯性越大
B．物体质量越大惯性越大
C．物体质量越小惯性越大
D．同一个物体受力越小惯性越大
3．如图所示，物体在力F的作用下沿光滑水平面做匀加速直线运动．某一时刻突然撤去力F，关于物体此后的运动情况，下列判断正确的是（ ）
A．停止运动B．做匀速运动C．做匀加速运动D．做匀减速运动
4．在大气层外，绕地球做匀速圆周运动的航天飞机的外表面上，一隔热陶瓷片自动脱落，则陶瓷片脱落后的运动是（ ）
A．匀速圆周运动B．离心运动C．匀速直线运动D．自由落体运动
例2
1.汽车紧急刹车后，停止运动的车轮在水平地面上滑动直至停止，在地面上留下的痕迹称为刹车线．由刹车线的长短可知汽车刹车前的速度．已知汽车轮胎与地面之间的动摩擦因数为0.80，测得刹车线长25m．汽车在刹车前的瞬间的速度大小为（重力加速度g取10m/s2）（ ）
A．10 m/s B．20 m/s C．30 m/s D．40 m/s
【解答】解：刹车后汽车的合外力为摩擦力f＝μmg，加速度；
又有刹车线长25m，故可由匀变速直线运动规律得到汽车在刹车前的瞬间的速度大小；故ACD错误，B正确；
故选：B。
2．一质量为m的人站在电梯中，电梯加速上升，加速度的大小为g，g为重力加速度．人对电梯底部的压力为（ ）
A．mg B．2mg C．mg D．mg
【解答】解：对人受力分析，人受电梯底部的支持力F和重力mg，根据牛顿第二定律：
F﹣mg＝ma，
a＝g
得：F＝mg+ma＝mg+mg＝2mg
根据牛顿第三定律：人对电梯底部的压力为：F′＝F＝2mg
故选：B。
3．如图所示，物体P以一定的初速度沿光滑水平面向右运动，与一个右端固定的轻质弹簧相撞，并被弹簧反向弹回．若弹簧在被压缩过程中始终遵守胡克定律，那么在P与弹簧发生相互作用的整个过程中（ ）
A．P做匀变速直线运动
B．P的加速度大小不变，但方向改变一次
C．P的加速度大小不断改变，当加速度数值最大时，速度最小
D．有一段过程，P的加速度逐渐增大，速度也逐渐增大
【解答】解：A、P水平方向只受到弹簧的弹力，方向与速度方向相反，而且弹力逐渐增大，加速度逐渐增大，P做加速度增大的变减速直线运动。故A错误。
B、由A的分析可知，加速度的大小逐渐增大，弹力一直与运动方向相反，所以加速度方向没有改变，故B错误；
C、当P向右压缩弹簧时，弹簧压缩的长度逐渐增大，加速度逐渐增大，P速度逐渐减小，当压缩到最右端时，加速度最大，速度为零，最小。故C正确；
D、P的加速度方向一直与速度方向相反，一直做减速运动，所以速度一直减小。故D错误。
故选：C。
4．如图物体A叠放在物体B上，B置于光滑水平面上．A，B质量分别为mA=4kg，mB=2kg，A，B之间的动摩擦因数μ=0.2，一水平向右的力F作用在A上，开始时F=10N，此后逐渐增加，在增大到21N的过程中，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，g取10m/s2，则（ ）
A．当拉力F＜12N时，两物体均保持静止状态
B．两物体开始没有相对运动，当拉力超过8N时，开始相对滑动
C．两物体间从受力开始就有相对运动
D．两物体间始终没有相对运动
【解答】解：隔离对B分析，当AB间摩擦力达到最大静摩擦力时，A、B发生相对滑动，则
aB＝
再对整体分析有：F＝（mA+mB）a＝6×4N＝24N．知当拉力达到24N时，A、B才发生相对滑动。故D正确，A、B、C错误。
故选：D。
自练2
1.如图所示，物块A放在木板B上，A、B的质量均为m，A、B之间的动摩擦因数为μ，B与地面之间的动摩擦因数为．若将水平力作用在A上，使A刚好要相对B滑动，此时A的加速度为a1；若将水平力作用在B上，使B刚好要相对A滑动，此时B的加速度为a2，则a1与a2的比为（ ）
A．1：1 B．2：3 C．1：3 D．3：2
2．如图，一截面为椭圆形的容器内壁光滑其质量为M，置于光滑水平面上，内有一质量为m的小球，当容器受到一个水平向右的力F作用向右匀加速运动时，小球处于图示位置，此时小球对椭圆面的压力大小为（ ）
A．m B．mC．mD．
3.在动摩擦因数μ=0.2的水平面上有一个质量为m=2kg的小球，小球与水平轻弹簧及与竖直方向成θ=45°角的不可伸长的轻绳一端相连，如图所示，此时小球处于静止平衡状态，且水平面对小球的弹力恰好为零．当剪断轻绳的瞬间，取g=10m/s2，以下说法正确的是（ ）
A．此时轻弹簧的弹力大小为20N
B．小球的加速度大小为8m/s2，方向向左
C．若剪断弹簧，则剪断的瞬间小球的加速度大小为10m/s2，方向向右
D．若剪断弹簧，则剪断的瞬间小球的加速度为0
4．如图所示，在光滑水平地面上，水平外力F拉动小车和木块一起做无相对滑动的加速运动，小车质量是M，木块质量是m，加速度大小为a，木块和小车之间动摩擦因数为μ．则在这个过程中，木块受到的摩擦力大小是（ ）
A．Μmg B．μ（M+m）g C． D．ma
例3
1.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，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（ ）
A．（M+m）g B．（M+m）g﹣maC．（M+m）g+ma D．（M﹣m）g
【解答】解：对竿上的人分析：受重力mg、摩擦力Ff，
有 mg﹣Ff＝ma；
所以 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、竿上的人对杆向下的摩擦力Ff′、顶竿的人对竿的支持力FN，有Mg+Ff′＝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．所以B项正确。
故选：B。
2.如图所示，用细绳悬挂的小球A处于静止状态，下列关系中属于作用力与反作用的是（ ）
A．球的重力与球对绳的拉力
B．球的重力与绳对球的拉力
C．绳对球的拉力与球对绳的拉力
D．绳对球的拉力与绳对天花板的拉力
【解答】解：A、球的重力的施力物体是地球，而球队绳子的拉力受力物体是绳子。所以两个力不是作用力与反作用力。故A错误；
B、球的重力与绳对球的拉力都作用在球上，二力大小相等方向相反，是一对平衡力。故B错误；
C、绳对球的拉力与球对绳的拉力是球与绳子之间的相互作用，互为施力物体与受力物体，是一对平衡力。故C正确；
D、绳对球的拉力与绳对天花板的拉力分别是绳子对另外的两个不同物体的作用，涉及了三个物体，不可能是作用力与反作用力。故D错误。
故选：C。
3.如图所示，物体A、B叠放在水平粗糙桌面上，用水平力F拉物体B，使A随B一起向右作匀加速直线运动，则：与物体B发生作用与反作用的力有（ ）
A．三对 B．四对 C．五对 D．六对
【解答】解：A随B一起向右作匀加速直线运动，则对A分析，可知A受重力、支持力，水平方向受到B对A的静摩擦力，所以A对B也有静摩擦力；
对B分析可知B受重力、支持力、压力、拉力及地面对B的摩擦力，还有A对B的静摩擦力，故B受6个力；
力的作用是相互的，故与物体B发生作用与反作用的力有六对；
故选：D。
自练3
1.如图，小车在水平面上做匀速运动．以下几对力中属于相互作用力的是（ ）
A．小车的重力和水平面的支持力
B．推力F和小车受到的摩擦力
C．小车受到的支持力和小车对水平面的压力
D．小车的重力和小车对水平面的压力
2.如图所示，P和Q叠放在一起，静止在水平桌面上．下列说法中正确的是（ ）
A．P所受的重力和Q对P的支持力是平衡力
B．Q所受的重力和地面对Q的支持力是平衡力
C．Q对桌面的压力和桌面对Q的支持力是平衡力
D．P对Q的压力和Q对P的支持力是作用力和反作用力
3.一皮带传送装置如图所示，皮带的速度v足够大，轻弹簧一端固定，另一端连接一个质量为m的滑块，已知滑块与皮带之间存在摩擦，当滑块放在皮带上时，弹簧的轴线恰好水平，若滑块放到皮带的瞬间，滑块的速度为零，且弹簧正好处于自由长度，则当弹簧从自由长度到第一次达最长这一过程中，物体的速度和加速度变化的情况是（ ）
A．速度增大，加速度增大
B．速度增大，加速度减小
C．速度先增大后减小，加速度先增大后减小
D．速度先增大后减小，加速度先减小后增大
例4
1.在平直的高速公路上，一辆汽车正以32m/s的速度匀速行驶，因前方出现事故，司机立即刹车，直到汽车停下，已知汽车的质量为1.5×103kg，刹车时汽车所受的阻力为1.2×104N，求：
（1）刹车时汽车的加速度；
（2）从开始刹车到最终停下，汽车运动的时间；
（3）从开始刹车到最终停下，汽车前进的距离．
【解答】解：（1）对车受力分析，受到重力、支持力和摩擦力，根据牛顿第二定律，有
f＝ma
解得
a＝＝8m/s2
即刹车时汽车的加速度大小为8m/s2，方向与运动方向相反。
（2）车做匀减速直线运动，根据速度时间公式，有
t＝＝＝4s
即从开始刹车到最终停下，汽车运动的时间为4s。
（3）根据速度位移公式，有
＝64m
即从开始刹车到最终停下，汽车前进的距离为64m。
2.如图所示，水平向左做匀变速直线运动的车厢中，悬挂一个小球质量m=1kg，悬线与竖直方向的夹角为30° 球和车厢相对静止，车厢底部有一质量为m1=2kg的木块，木块m1则始终相对于车厢静止，求：（g=10m/s2）
（1）车厢运动的加速度大小和方向；
（2）悬线对小球的拉力；
（3）木块受到的摩擦力的大小和方向．
【解答】解：（1）车厢与小球具有相同的加速度，对小球分析得，
加速度a＝＝，方向水平向左．
（2）根据平行四边形定则知，拉力T＝＝．
（3）对木块分析，根据牛顿第二定律得，f＝m1a＝2×N＝，方向水平向左．
自练4
1.如图所示，一个质量m=10kg的物体放在光滑水平地面上．对物体施加一个F=50N的水平拉力，使物体由静止开始做匀加速直线运动．求：
（1）物体加速度的大小a；
（2）物体在t=2.0s时速度的大小v．
2．如图所示，一块质量为M的木板沿倾斜角为θ的斜面无摩擦的下滑，现要使木板保持静止，则可知质量为m的人向下奔跑的加速度是多少？
3．如图甲所示为一风力实验示意图．开始时，质量m=2kg的小球穿在固定的足够长的水平细杆上，并静止于O点．现用沿杆水平向右的恒定风力F作用于小球上，经时间t=1s后撤去风力．小球沿细杆运动的v﹣t图象如图乙所示（g取10m/s2）．试求：
（1）小球沿细杆滑行的距离；
（2）小球与细杆之间的动摩擦因数；
（3）风力F的大小．
4.如图，风洞实验室中可产生水平方向的、大小可调解的风力．现将一套有小球的细直杆放入风洞实验室，小球空径略等大于直径．
（1）当杆在水平方向固定时，调解风力的大小，使小球在杆上做匀速运动，这时小球所受的风力为小球所受重力的0.5倍，求小球与杆间的动摩擦因数．
（2）保持小球所受的风力不变，使杆与水平方向的夹角为37°并固定，则小球从静止出发在细杆上滑下距离15m所需时间为多少？（g=10m/s2）
第13讲 牛顿运动三定律答案详解
自练1
1．
【解答】解：惯性是物体固有的属性，惯性大小的唯一量度是物体的质量，质量越大，其惯性就越大，惯性的大小与物体的运动状态无关，与物体所受的合外力无关，与是否有摩擦力也无关，故B正确，ACD错误。
故选：B。
2．
【解答】解：AD、惯性是物体的固有属性，同一个物体惯性是一定的，与物体的受力情况无关。故AD错误。
BC、物体惯性大小取决于物体的质量大小，质量越大，惯性越大，故B正确，C错误。
故选：B。
3．
【解答】解：突然撤去力F后，物体受到重力和水平面的支持力，二力平衡，合力为零，根据牛顿第一定律可知物体此后做匀速运动，故B正确，ACD错误。
故选：B。
4．
【解答】解：航天飞机绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力，即G＝m，隔热陶瓷片自动脱落后，由于惯性，速度与航天飞机保持一致，所以隔热陶瓷片也满足G，故陶瓷片按原轨道做匀速圆周运动，故A正确，BCD错误。
故选：A。
自练2
1．
【解答】解：当水平力作用在A上，使A刚好要相对B滑动，临界情况是A、B的加速度相等，隔离对B分析，B的加速度为：
＝，
当水平力作用在B上，使B刚好要相对A滑动，此时A、B间的摩擦力刚好达到最大，A、B的加速度相等，有：
，
可得：a1：a2＝1：3。
故选：C。
2．
【解答】解：先以整体为研究对象，根据牛顿第二定律得：加速度为a＝
再对小球研究，分析受力情况，如图，由牛顿第二定律得到：
N＝＝m
故选：B。
3．
【解答】解：A、在剪断轻绳前，小球受重力、绳子的拉力以及弹簧的弹力处于平衡，根据共点力平衡得，弹簧的弹力：
F＝mgtan45°＝20×1＝20N，故A正确；
B、剪断轻绳的瞬间，弹簧的弹力仍然为20N，小球此时受重力、支持力、弹簧弹力和摩擦力四个力作用；
小球所受的最大静摩擦力为：f＝μmg＝0.2×20N＝4N，根据牛顿第二定律得小球的加速度为：a＝＝；
合力方向向左，所以向左加速。故B正确；
C、D、剪断弹簧的瞬间，轻绳对小球的拉力瞬间为零，此时小球所受的合力为零，则小球的加速度为零，故C错误，D正确；
故选：ABD。
4
【解答】解：先对整体受力分析，受重力、支持力和拉力，根据牛顿第二定律，有：
F＝（M+m）a ①
再对物体m受力分析，受重力、支持力和向前的静摩擦力，根据牛顿第二定律，有：
f＝ma ②
由①②联立解得：f＝ma＝，故AB错误，CD正确；
故选：CD。
自练3
1．
【解答】解：A、小车的重力和水平面的支持力不是两个物体之间的相互作用，不是一对作用力与反作用力。故A错误；
B、推力F和小车受到的摩擦力都作用力小车上，不是一对作用力与反作用力。故B错误；
C、小车受到的支持力和小车对水平面的压力是小车与地面之间的相互作用。故C正确；
D、小车的重力和小车对水平面的压力不是两个物体之间的相互作用，不是一对作用力与反作用力。故D错误。
故选：C。
2．
【解答】解：A、P受到的力有：重力、Q对P的支持力，处于静止状态，所以P所受的重力和Q对P的支持力是平衡力，故A正确；
B、Q受到的力有：重力、P对Q的压力、地面对Q的支持力。Q所受的重力和Q对P的支持力没什么直接关系，故B错误；
C、Q对桌面的压力和桌面对Q的支持力是作用力和反作用力，故C错误；
D、P对Q的压力和Q对P的支持力是作用力和反作用力，故D正确。
故选：AD。
3．
【解答】解：物块滑上传送带，受到向左的摩擦力，开始摩擦力大于弹簧的弹力，向左做加速运动，在此过程中，弹簧的弹力逐渐增大，根据牛顿第二定律，加速度逐渐减小，当弹簧的弹力与滑动摩擦力相等时，速度达到最大，然后弹力大于摩擦力，加速度方向与速度方向相反，物体做减速运动，弹簧弹力继续增大，根据牛顿第二定律得，加速度逐渐增大，速度逐渐减小。故D正确，A、B、C错误。
故选：D。
自练4
1．
【解答】解：（1）根据牛顿第二定律 F＝ma
物体的加速度
a＝＝m/s2＝5.0 m/s2
（2）物体在t＝2.0 s时速度的大小
v＝a t＝5.0×2.0m/s＝10 m/s
答：（1）物体加速度的大小a为5.0 m/s2；
（2）物体在t＝2.0s时速度的大小v为10m/s．
2．
【解答】解：对人和滑板整体受力分析，受重力、支持力，根据牛顿第二定律，有：
（M+m）gsinα＝ma
解得
答：欲使木板静止在斜面上，木板上质量为m的人应以的加速度向下奔跑．
3．
【解答】解：（1）由图象可得＝1m/s
故小球沿细杆滑行的距离x＝t＝3m；
（2）减速阶段的加速度大小a2＝＝1m/s2
μmg＝ma2
得：μ＝0.1；
（3）加速阶段的加速度大小a1＝＝2m/s2
F﹣μmg＝ma1
得：F＝ma1+μmg＝6N；
4．
【解答】解：（1）设小球所受的风力为F，小球质量为m
F＝μmg
故：μ＝＝＝0.5
即小球与杆之间的动摩擦因数为0.5；
（2）设杆对小球的支持力为N，摩擦力为f
沿杆方向
F•cs37°+mgsin37°﹣f＝ma
垂直于杆方向
N+Fsin37°﹣mgcs37°＝0
其中：f＝μN
可解得a＝＝＝＝7.5m/s2
根据匀变速直线运动的位移时间关系有：
S＝得运动时间
t＝