2021高考物理鲁科版一轮复习教师用书：第三章第1节　牛顿第一定律　牛顿第三定律

第三章　牛顿运动定律

[全国卷考情分析]——供老师参考

第1节　牛顿第一定律　牛顿第三定律

一、牛顿第一定律

1.内容

一切物体总保持静止状态或匀速直线运动状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止.

2.意义

(1)指出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)指出了一切物体都有惯性,因此牛顿第一定律又称惯性定律.

3.惯性

(1)定义:任何物体都有保持原来静止状态或匀速直线运动状态的性质.

(2)量度:质量是物体惯性大小的唯一量度.

(3)普遍性:惯性是物体的固有属性,一切物体都有惯性.与物体的运动情况和受力情况无关.

注意:惯性不是一种力.

4.物理学史

对力和运动关系的认识,各物理学家的观点如下:

(1)亚里士多德:有外力的作用才有速度,要维持物体的运动速度就需要外力.

(2)伽利略:力不是维持物体运动的原因.

(3)笛卡儿:如果没有其他原因,运动的物体将继续以原来的速度沿着一条直线运动,既不会停下来,也不会偏离原来的方向.

二、牛顿第三定律

1.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.

2.表达式:F=-F′.

1.思考判断

(1)牛顿第一定律是实验定律.(　×　)

(2)牛顿第一定律指出,当物体受到的合外力为零时,物体将处于静止状态.(　×　)

(3)物体运动必须有力的作用,没有力的作用,物体将静止.(　×　)

(4)运动的物体惯性大,静止的物体惯性小.(　×　)

(5)惯性可以阻止物体运动状态的变化.(　×　)

(6)作用力与反作用力的效果可以相互抵消.(　×　)

2.(多选)下面对牛顿第一定律和惯性的分析正确的是(　BC　)

A.飞机投弹时,当目标在飞机的正下方时投下炸弹,能击中目标

B.地球自西向东自转,人向上跳起来后,还会落到原地

C.安全带的作用是防止汽车刹车时,人由于惯性作用发生危险

D.有的同学说,向上抛出的物体,由于惯性,还会落回出发点

解析:飞机在目标正上方投弹时,由于惯性,炸弹会落在目标的前方,A错误;地球自西向东自转,人向上跳起后,由于惯性,还会落在原地,B正确;汽车刹车时,由于惯性,人会向前冲,安全带可以防止人向前冲发生危险,C正确;物体被向上抛出后,受到重力作用而落回出发点,而不是由于惯性,D错误.

3.(多选)如图所示,某人用手托着苹果处于静止状态,则(　AC　)

A.手所受压力是由于苹果的形变而产生的

B.手所受压力和手对苹果的支持力是一对平衡力

C.苹果所受重力和手对苹果的支持力是一对平衡力

D.苹果所受重力和苹果对手的压力是作用力和反作用力

解析:苹果对手的压力是由于苹果发生形变而产生的,选项A正确;手所受压力和手对苹果的支持力是一对作用力与反作用力,选项B错误;苹果所受重力和手对苹果的支持力都作用在苹果上,大小相等,方向相反,是一对平衡力,选项C正确;苹果对手的压力是由于苹果形变而产生的,是苹果与手之间的作用,而重力是由于地球的吸引而产生的,是苹果与地球的相互作用,选项D错误.

考点一　牛顿第一定律的理解与应用

1.理解:牛顿第一定律不是实验定律,也不是牛顿第二定律的特例,它是在可靠的实验事实(如伽利略斜面实验)基础上采用科学的逻辑推理得出的结论;物体不受外力是牛顿第一定律的理想条件,但它揭示了力和运动的关系及对运动的影响.

2.惯性:是物体保持原来运动状态的性质,与物体是否受力、是否运动及所处的位置无关,物体的惯性只与其质量有关,物体的质量越大其惯性越大.

3.惯性的两种表现形式

(1)物体的惯性总是以保持“原状”或反抗“改变”两种形式表现出来.

(2)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(静止或匀速直线运动)不变.

[例1] (多选)关于牛顿第一定律的理解正确的是(　ABD　)

A.牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律

B.不受外力作用时,物体的运动状态保持不变

C.在水平地面上滑动的木块最终停下来,是由于没有外力维持木块运动的结果

D.奔跑的运动员遇到障碍而被绊倒,这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态

解析:牛顿第一定律描述了物体不受外力作用时的状态,即总保持匀速直线运动状态或静止状态不变,选项A,B正确;在水平地面上滑动的木块最终停下来,是由于摩擦阻力的作用而改变了木块的运动状态,奔跑的运动员,遇到障碍而被绊倒,是因为他受到外力作用而改变了运动状态,选项C错误,D正确.

[针对训练] 下列说法正确的是(　D　)

A.在高速公路上高速行驶的轿车的惯性比静止在货运场的集装箱货车的惯性大

B.牛顿第一定律是根据理论推导出来的

C.在粗糙水平面上滚动的小球最后会停下来是因为小球的惯性逐渐变为零

D.物体的速度逐渐增大肯定是力作用的结果

解析:惯性大小与物体的质量有关,与速度无关,轿车质量小于货车质量,所以高速行驶的轿车的惯性比静止在货运场的集装箱货车的惯性小,故A错误;牛顿第一定律是根据实验和逻辑推理得出来的,故B错误;在粗糙水平面上滚动的小球最后会停下来是因为小球受到阻力,小球的惯性不变,故C错误;力是改变物体运动状态的原因,故D正确.

考点二　牛顿第三定律的理解与应用

1.作用力与反作用力的“六同、三异、二无关”

(1)六同:大小相同、性质相同、同一直线、同时产生、同时变化、同时消失.

(2)三异:方向相反、不同物体、不同效果.

(3)二无关:与物体的运动状态无关、与物体是否受其他力无关.

2.一对平衡力与作用力、反作用力的比较

[例2] 在长期研究的基础上,牛顿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(　B　)

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是一对作用力和反作用力

C.人推车前进,人对车的作用力大于车对人的作用力大小

D.物体在地面上滑行,物体对地面的摩擦力与地面对物体的摩擦力是一对平衡力

解析:物体对地面的压力和地面对物体的支持力是一对作用力与反作用力,是同时产生的,选项A错误;物体对地面的压力和地面对物体的支持力分别作用在地面和物体上,是一对作用力与反作用力,选项B正确;人对车的作用力与车对人的作用力是一对作用力与反作用力,大小相等,选项C错误;物体对地面的摩擦力与地面对物体的摩擦力是一对作用力与反作用力,选项D错误.

1.

2019年4月20日22时41分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射第四十四颗北斗导航卫星.关于这次卫星与火箭上天的情形叙述正确的是(　A　)

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: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,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,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,这是一对作用力与反作用力,选项D错误.

2.(多选)物体静止于水平桌面上,则(　AD　)

A.若在物体上增加一个竖直向下的作用力,则物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力会同时增加

B.物体的重力和桌面对它的支持力是一对作用力与反作用力

C.物体对桌面的压力就是物体的重力,这两个力性质相同

D.桌面对物体的支持力大小等于物体的重力大小,这两个力是一对平衡力

解析:物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对作用力与反作用力,同时变化,故A正确;物体的重力和物体对地球的吸引力是一对作用力与反作用力,故B错误;压力属于弹力,与重力性质不同,故C错误;物体的重力是作用在物体上的力,支持力也是作用在这个物体上的力,这两个力大小相等、方向相反且作用在同一直线上,所以这两个力是一对平衡力,故D正确.

考点三　“转移研究对象法”在受力分析中的应用

1.应用原则:在研究某些力学问题时,如果不能直接求解物体受到的某个力,可先求它的反作用力.例如,要求物体对地面的压力,不妨先求地面对物体的支持力.

2.本质:“转移研究对象法”在受力分析中的应用,其本质是牛顿第三定律的应用.

[例3]

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的大小.(g取10 m/s2,sin 53°=0.8,cos 53°=0.6)

思路点拨: 解此题按以下思路:

分析建筑材料受力→求绳拉力→分析工人受力→定支持力和摩擦力求压力和摩擦力

解析:

首先以建筑材料为研究对象,受力如图(甲)所示.

由牛顿第二定律得F1-mg=ma

代入数据解得F1=220 N

以工人为研究对象,

绳对人的拉力F2=F1=220 N

工人受力如图(乙)所示

由平衡条件得F2cos 53°=f

F2sin 53°+N=Mg

代入数据解得N=524 N,f=132 N

由牛顿第三定律得,地面受到的压力大小为524 N,方向竖直向下;地面受到的摩擦力大小为132 N.

答案:524 N　132 N

1.如图所示,质量为m的木块在质量为M的长木板上水平向右加速滑行,长木板与地面间的动摩擦因数为μ1,木块与长木板间的动摩擦因数为μ2,若长木板始终处于静止状态,则长木板对地面的摩擦力大小一定为(　B　)

A.μ1(m+M)g B.μ2mg

C.μ1mg D.μ1mg+μ2Mg

解析:木块在长木板上向右滑行过程中,受到长木板对其水平向左的滑动摩擦力,由牛顿第三定律可知,木块对长木板有水平向右的滑动摩擦力,大小为μ2mg,由于长木板处于静止状态,水平方向合力为零,故地面对长木板的静摩擦力方向水平向左,大小为μ2mg,由牛顿第三定律可知,长木板对地面的摩擦力大小为μ2mg,故B正确.

2.

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,则小球的加速度大小和小球能达到的最大高度是多少?(设小球不会到达A点)

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f,由牛顿第二定律得

mg+f=ma

由牛顿第三定律可知小球对钢丝竖直向上的摩擦力

f′=f

对圆环受力分析可知,圆环受重力Mg和竖直向上的摩擦力f′作用,则Mg=f′

由以上各式解得a=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s==.

答案:g　

1.(2017·上海卷,6)一碗水置于火车车厢内的水平桌面上.当火车向右做匀减速运动时,水面形状接近于图(　A　)

解析:当火车向右做匀减速运动时,碗内的水由于惯性,保持原来较大的速度向右运动,则只有图A所示的情形符合要求,选项A正确.

2.

(2019·云南昆明期末)(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(　BD　)

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

解析: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,故D正确.

3.

(2019·河南洛阳月考)(多选)如图所示是我国首次立式风洞跳伞实验,风洞喷出竖直向上的气流将实验者加速向上“托起”.此过程中(　AC　)

A.地球对人的吸引力和人对地球的吸引力大小相等

B.人受到的重力和人受到气流的力是一对作用力与反作用力

C.人受到的重力小于气流对人的作用力大小

D.人被加速向上“托起”时表明气流对人的作用力大于人对气流的作用力

解析:地球对人的吸引力和人对地球的吸引力是一对相互作用力,等大反向,A正确;相互作用力是两个物体间的相互作用,而人受到的重力和人受到气流的力涉及人、地球、气流三个物体,不是一对相互作用力,B错误;由于风洞喷出竖直向上的气流将实验者加速向上“托起”,在竖直方向上合力不为零,所以人受到的重力小于气流对人的作用力,气流对人的作用力和人对气流的作用力等大反向,是作用力与反作用力,C正确,D错误.

4.

(2019·湖北武汉期中)如图所示为杂技“顶杆”表演,一人站在地上,肩上扛一质量为M的竖直杆,杆上有一质量为m的人(可以看成质点),当此人沿着竖直杆以加速度a加速下滑时,杆对地面上的人的压力大小为(　B　)

A.(M+m)g+ma B.(M+m)g-ma

C.(M+m)g D.(M-m)g

解析:对杆上的人分析,根据牛顿第二定律mg-f=ma,解得f=mg-ma,由牛顿第三定律知,人对杆的摩擦力大小为f′=f=mg-ma.对杆分析,根据受力平衡得N=Mg+f′=(M+m)g-ma.由牛顿第三定律得,杆对地面上的人的压力大小为(M+m)g-ma,B正确,A,C,D错误.