2021版物理提能大一轮复习课标版文档：第三章　第1讲　牛顿第一、第三定律 学案

第三章　牛顿运动定律

第1讲　牛顿第一、第三定律

一、牛顿第一定律

1.内容:一切物体总保持① 匀速直线运动 状态或② 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:保持原来运动状态不变的特性——③ 惯性 。一切物体都有惯性,因此牛顿第一定律又叫④ 惯性定律 。 

(2)揭示了力与运动的关系:力不是⑤ 维持 物体运动状态的原因,而是⑥ 改变 物体运动状态的原因,即产生加速度的原因。 

二、惯性

1.定义:物体具有保持原来⑦ 匀速直线运动 状态或⑧ 静止  状态的性质,我们把这个性质叫做惯性。 

2.量度:⑨ 质量 是惯性大小的唯一量度,⑩ 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 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 。 

三、牛顿第三定律

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,后一个物体一定同时对前一个物体也施加了力。物体间相互作用的这一对力,通常叫做作用力和反作用力。 

2.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.判断下列说法对错。

(1)牛顿第一定律是实验定律。(✕)

(2)在水平面上运动的物体最终停下来,是因为水平方向没有外力维持其运动。(✕)

(3)运动的物体惯性大,静止的物体惯性小。(✕)

(4)物体的惯性越大,运动状态越难改变。(√)

(5)作用力与反作用力可以作用在同一物体上。(✕)

(6)作用力与反作用力的作用效果不能抵消。(√)

2.(多选)用计算机辅助实验系统(DIS)做验证牛顿第三定律的实验,把两个测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),分析两个力传感器的相互作用随着时间变化的曲线,以下结论正确的是(　　)

A.作用力与反作用力同时产生

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

2.答案　ACD

3.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

3.答案　B　

考点一　牛顿第一定律和惯性的理解

1.牛顿第一定律的理解

(1)提出惯性的概念:牛顿第一定律指出一切物体都具有惯性,惯性是物体的一种固有属性。

(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。

2.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)物体受到的合外力不为零时,惯性表现为抗拒运动状态改变的能力。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。

1.伽利略创造地把实验、假设和逻辑推理相结合,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.如果斜面绝对光滑,小球将上升到与O点等高的位置

B.如果小球不受力,它将一直保持匀速直线运动或静止状态

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

答案　A　根据题意,铺垫材料粗糙程度降低时,小球上升的最高位置升高,因此可以得到的结论是当斜面绝对光滑时,小球可以上升到与O点等高的位置,而B、C、D三个选项,从题目不能直接得出,故选项A正确。

2.(多选)下列关于牛顿第一定律的理解正确的是(　　)

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的运动

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

答案　ABD　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;牛顿第一定律还揭示了力和运动的关系,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,在水平地面上滑动的木块最终停下来,是由于摩擦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。

考点二　牛顿第三定律的理解

1.作用力与反作用力的关系

　　2.一对相互作用力与一对平衡力的比较

　　例　(2020四川乐山模拟)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

答案　C　甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是作用力和反作用力,选项A错误;绳静止时,甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是一对平衡力,选项B错误;若甲的质量比乙的质量大,则甲的加速度比乙的小,可知乙先到分界线,故甲能赢得“拔河”比赛的胜利,选项C正确;收绳速度的快慢并不能决定“拔河”比赛的输赢,选项D错误。

考向1　作用力与反作用力的关系

　　1.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关系

答案　C　锤头敲玻璃的力与玻璃对锤头的作用力是一对作用力与反作用力,总是大小相等,方向相反,但作用在不同的物体上,因物体的承受能力不同,则产生的作用效果不同,故C项正确,A、B、D项均错误。

考向2　转换研究对象法

　　2.如图所示,用弹簧测力计悬挂一个重G=10 N的金属块,使金属块一部分浸在台式弹簧秤上的水杯中(水不会溢出)。若弹簧测力计的示数变为FT=6 N,则台式弹簧秤的示数比金属块没有浸入水前(　　)

A.保持不变 B.增加10 N

C.增加6 N D.增加4 N

答案　D　对金属块受力分析,由平衡条件可知,水对金属块的浮力F=G-FT=4 N,方向竖直向上,则由牛顿第三定律可得,金属块对水的作用力大小F'=F=4 N,方向竖直向下,所以台式弹簧秤的示数比金属块没有浸入水前增加了4 N,选项D正确。

名师点拨

　　应用牛顿第三定律需注意的三个问题

(1)定律中的“总是”说明对于任何物体,在任何情况下牛顿第三定律都是成立的。

(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(运动效果或形变效果)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,不能涉及第三个物体。

生活中的惯性分析

　　惯性的大小只与物体的质量有关,因此惯性具有“相对性”,往往表现在相同体积不同密度的物体间,如当装满水的车加速时,水中的气泡会相对车向前运动。

　　1.水平放置的密闭玻璃管内充有水,它的中间有一气泡,如图所示,当玻璃管由静止开始向右沿水平方向运动时,气泡相对玻璃管将要(　　)

A.向右运动　 B.向左运动　 C.保持不动　 D.无法判断

答案　A　管中的气泡和相同体积水相比,其质量很小,当玻璃管由静止开始向右沿水平方向运动时,玻璃管中的水由于惯性,仍然要保持原来的静止状态,使水涌向管的左端,气泡由于惯性较小,则相对玻璃管向右运动,故选项A正确。

　　2.(多选)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,则关于小车在此种情况下的运动,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

答案　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,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,相对碗向右洒出。故B、D正确。

1.(2019安徽六安质检)关于物体的惯性,下列说法中正确的是(　　)

A.骑自行车的人,上坡前要紧蹬几下,是为了增大惯性冲上坡

B.子弹从枪膛中射出后在空中飞行,速度逐渐减小,因此惯性也减小

C.物体惯性的大小,由物体质量的大小决定

D.物体由静止开始运动的瞬间,它的惯性最大

1.答案　C　质量是物体惯性大小的唯一量度,惯性与物体的运动情况和受力情况无关,故选C。

2.某同学为了取出如图所示羽毛球筒中的羽毛球,一只手拿着球筒的中部,另一只手用力击打羽毛球筒的上端,则(　　)

A.此同学无法取出羽毛球

B.羽毛球会从筒的下端出来

C.羽毛球筒向下运动过程中,羽毛球受到向上的摩擦力才会从上端出来

D.该同学是在利用羽毛球的惯性

2.答案　D　羽毛球筒被手击打后迅速向下运动,而羽毛球具有惯性要保持原来的静止状态,所以会从筒的上端出来,D正确。

3.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

3.答案　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;物体对地面的压力和地面对物体的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与地面对物体的摩擦力是一对相互作用力,大小相等,D项对。

4.(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(　　)

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.人受到的重力大小等于气流对人的作用力大小

D.人被向上“托起”时处于超重状态

4.答案　AD　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,所以人受到的重力大小不等于气流对人的作用力大小,C错误;人被向上“托起”时加速度向上,处于超重状态,D正确。

5.(2019山东枣庄八中期中)在“鸟巢欢乐冰雪季”期间,花样滑冰中的男运动员稳稳地托举着女运动员一起滑行。对于此情境,下列说法正确的是(　　)

A.由于男运动员稳稳地托举着女运动员一起滑行,所以男运动员对女运动员的支持力大于女运动员受到的重力

B.男运动员受到的重力和冰面对他的支持力是一对平衡力

C.女运动员对男运动员的压力与冰面对男运动员的支持力是一对作用力和反作用力

D.男运动员对冰面的压力与冰面对他的支持力是一对作用力和反作用力

5.答案　D　男运动员稳稳地托举着女运动员一起滑行,女运动员在竖直方向没有加速度,所以男运动员对女运动员的支持力等于女运动员受到的重力,故A项错误;在竖直方向,男运动员除受到重力、冰面对他的支持力外,还受到女运动员对他的压力,三个力平衡,故B项错误;女运动员对男运动员的压力与男运动员对女运动员的支持力是一对作用力和反作用力,故C项错误;男运动员对冰面的压力与冰面对他的支持力是一对作用力和反作用力,故D项正确。

6.(多选)(2019四川宜宾期中)如图所示,在光滑的水平面上静止着一辆小车,在酒精灯燃烧一段时间后塞子喷出。下列说法正确的是(　　)

A.由于塞子的质量小于小车的质量,喷出时塞子受到的冲击力大于小车受到的冲击力

B.由于塞子的质量小于小车的质量,喷出时塞子受到的冲击力小于小车受到的冲击力

C.塞子喷出瞬间,小车对水平面的压力大于小车整体的重力

D.若增大试管内水的质量,则可以增大小车整体的惯性

6.答案　CD　塞子喷出时,塞子受到的冲击力和小车受到的冲击力大小相等,方向相反,故A、B项错误;塞子喷出瞬间,试管内的气体对小车整体有斜向左下方的作用力,所以小车对水平面的压力大于小车整体的重力,故C项正确;若增大试管内水的质量,则小车整体的质量增大,惯性增大,故D项正确。

7.如图所示,质量相等的甲、乙两人所用绳子相同,甲拉住绳子悬在空中处于静止状态;乙拉住绷紧的绳子的中点把绳子拉断了。则(　　)

A.绳子对甲的拉力大小小于甲的重力大小

B.绳子对甲的拉力大小大于甲对绳子的拉力大小

C.乙拉断绳子前瞬间,绳子上的拉力大小一定小于乙的重力大小

D.乙拉断绳子前瞬间,绳子上的拉力大小一定大于乙的重力大小

7.答案　D　由平衡条件可知,绳子对甲的拉力大小等于甲受到的重力大小,A错;由作用力与反作用力的关系可知绳子对甲的拉力大小等于甲对绳子的拉力大小,B错;乙能把绳子拉断,对于具有同样承受能力的绳子,说明乙拉断绳子前的瞬间绳子的拉力大小一定大于绳子的承受力,而甲拉的绳子能承受甲的重力,甲、乙质量相等,因此乙拉的绳子上的拉力大小一定大于乙的重力大小,C错,D对。

8.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

8.答案　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。

9.如图所示,一个楔形物体M放在固定的粗糙斜面上,M上表面水平且光滑,下表面粗糙,在其上表面上放一光滑小球m,楔形物体由静止释放,则小球在碰到斜面前的运动轨迹是(　　)

A.沿斜面方向的直线

B.竖直向下的直线

C.无规则的曲线

D.抛物线

9.答案　B　对小球进行受力分析可知:小球所受的重力和支持力均沿竖直方向,小球在水平方向上不受力。根据牛顿第一定律可知,小球在水平方向上的运动状态不变,又因楔形物体由静止释放,故小球在水平方向上无运动,只沿竖直方向向下做直线运动,故选项B正确。

10.(2019海南海口质检)建筑工人用如图所示的定滑轮装置运送建筑材料。一质量为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0.500 m/s2的加速度拉升,忽略绳子和定滑轮的质量及摩擦,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

10.答案　B　设绳子对建筑材料的拉力为F1,则F1-mg=ma

F1=m(g+a)=210 N

绳子对人的拉力F2=F1=210 N

人处于静止状态,则地面对人的支持力为

FN=Mg-F2=490 N

由牛顿第三定律可知,人对地面的压力为

F'N=FN=490 N

故B项正确。

11.如图所示为英国人阿特伍德设计的装置,不考虑绳与滑轮的质量,不计轴承、绳与滑轮间的摩擦。初始时两人均站在水平地面上,当位于左侧的甲用力向上攀爬时,位于右侧的乙始终用力抓住绳子,最终至少一人能到达滑轮。下列说法中正确的是

(　　)

A.若甲的质量较大,则乙先到达滑轮

B.若甲的质量较大,则甲、乙同时到达滑轮

C.若甲、乙质量相同,则乙先到达滑轮

D.若甲、乙质量相同,则甲先到达滑轮

11.答案　A　由于不计摩擦,甲拉绳子的力等于绳子拉乙的力,若甲的质量大,则由甲拉绳子的力等于乙受到的绳子拉力,得甲攀爬时乙的加速度大于甲,所以乙会先到达滑轮,选项A正确,选项B错误;若甲、乙的质量相同,甲用力向上攀爬时,甲拉绳子的力等于绳子拉乙的力,甲、乙具有相同的加速度和速度,所以甲、乙应同时到达滑轮,选项C、D错误。

12.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,当竹竿上一质量为m的人以加速度a加速下滑时,竹竿对“底人”的压力大小为(重力加速度为g)(　　)

A.(M+m)g B.(M+m)g-ma

C.(M+m)g+ma D.(M-m)g

12.答案　B　对竹竿上的人进行分析,在竖直方向受重力mg、摩擦力Ff,由牛顿第二定律得mg-Ff=ma,得Ff=m(g-a)。竹竿对人有摩擦力,人对竹竿也有摩擦力Ff',且大小相等,方向相反。对竹竿进行分析,在竖直方向受重力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,由力的平衡条件有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,由牛顿第三定律可得竿对“底人”的压力大小FN'=FN=Mg+Ff'=(M+m)g-ma。B项正确。

13.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(重力加速度为g)(　　)

A.m B.m

C.m D.

13.答案　B　先以整体为研究对象,根据牛顿第二定律得加速度a=,再对小球研究,分析受力情况,如图所示,有FN==m,由牛顿第三定律可知小球对椭圆面的压力大小为m,故B正确。

14.如图所示,在台式弹簧秤上放半杯水,台式弹簧秤的示数G'=50 N,另用挂在支架上的弹簧测力计悬挂一边长a=10 cm的正方体金属块,金属块的密度ρ=3×103 kg/m3。当弹簧测力计下的金属块平稳地浸入水中的深度b=4 cm时,弹簧测力计和台式弹簧秤的示数分别为多少?(水的密度ρ水=1×103 kg/m3,取g=10 m/s2)

14.答案　26 N　54 N

解析　由于金属块受到向上的浮力作用,弹簧测力计的示数减小。浮力的反作用力作用于水,从而使台式弹簧秤的示数增大。金属块的受力情况如图所示,因金属块静止,根据受力平衡,有FT=G-F浮

又因G=ρa3g=30 N

F浮=ρ水gV排=ρ水ga2b=4 N

故FT=30 N-4 N=26 N

即弹簧测力计的示数为26 N

台式弹簧秤的示数由于浮力的反作用力增加了F'=4 N,所以台式弹簧秤的示数为FN=G'+F'=54 N。