2021高三物理人教版一轮学案：第三章第1讲　牛顿第一定律　牛顿第三定律

第三章　牛顿运动定律

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第1讲　牛顿第一定律　牛顿第三定律

ZHI SHI SHU LI ZI CE GONG GU

知识梳理·自测巩固

　知识点1　力与运动的关系

1．运动状态及运动状态的改变

速度是描述物体运动状态的物理量。“运动状态的改变”是指物体的运动速度发生改变。

2．力是物体产生加速度的原因

外力的作用使物体的速度发生改变，而速度发生改变一定有加速度，所以力是使物体产生加速度的原因。

　知识点2　牛顿第一定律

1．牛顿第一定律的内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。

2．惯性的定义：一切物体都有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质。

3．惯性的量度：质量是物体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。

　知识点3　牛顿第三定律

1．牛顿第三定律的内容：两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．作用力与反作用力的特点：同时产生、同时消失、同时变化、同性质、分别作用在相互作用的两物体上，效果不能抵消。

思考：人走在松软的土地上而下陷时，人对地面的压力大于地面对人的支持力，对吗？

[答案]　不对。属于作用力与反作用力，大小相等。

思维诊断：

(1)物体不受外力作用时一定处于静止状态。(　×　)

(2)在水平面上滑动的木块最终停下来，是没有外力维持木块运动的结果。(　×　)

(3)运动的物体惯性大，静止的物体惯性小。(　×　)

(4)做匀速直线运动的物体和静止的物体没有惯性。(　×　)

(5)作用力与反作用力可以是不同性质的力。(　×　)

(6)作用力与反作用力的作用效果不能抵消。(　√　)

,  

1．(2020·山东青岛调研)关于力与运动的关系，下列说法中正确的是(　C　)

A．必须有力的作用物体才能运动

B．牛顿第一定律可以用实验直接验证

C．理想斜面实验否定了“力是维持物体运动的原因”

D．牛顿第二定律表明物体所受外力越大物体的惯性越大

[解析]　本题考查力与运动的关系。要改变物体的运动状态必须要有力，即力是改变物体运动状态的原因，物体不受力时也能保持匀速直线运动，故A错误；牛顿第一定律是在实验的基础上进一步推理概括出来的科学理论，而不能直接通过实验得出，但能接受住实践的检验，故B错误；伽利略通过理想斜面实验否定了力是维持物体运动的原因，推理出力是改变物体运动状态的原因，故C正确；惯性的大小由物体的质量决定，与物体受力的大小无关，与是否受力也无关，故D错误。

2．(2019·江苏南京、盐城二模)如图所示，将物理课本放在水平桌面上，下列说法中正确的是(　A　)

A．桌面对课本的支持力与课本的重力是一对平衡力

B．桌面对课本的支持力与课本对桌面的压力是一对平衡力

C．桌面对课本的支持力与课本的重力是一对作用力与反作用力

D．课本对桌面的压力就是课本的重力

[解析]　本题考查作用力与反作用力和平衡力的区别。桌面对课本的支持力与课本的重力是一对平衡力，A正确，C错误；桌面对课本的支持力与课本对桌面的压力是一对作用力与反作用力，B错误；课本对桌面的压力是由于课本发生形变而产生的对桌面向下的压力，施力物体是课本，方向垂直于桌面，大小等于课本的重力，但压力不是重力，D错误。

HE XIN KAO DIAN ZHONG DIAN TU PO

核心考点·重点突破

　考点一　牛顿第一定律的理解与应用

1．牛顿第一定律的意义

(1)揭示了物体的一种固有属性：牛顿第一定律揭示了物体所具有的一个重要属性——惯性。

(2)揭示了力的本质：牛顿第一定律明确了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，物体的运动不需要力来维持。

(3)揭示了物体不受力作用时的运动状态：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，物体将保持静止或匀速直线运动状态。

2．理解牛顿第一定律与牛顿第二定律的关系

(1)牛顿第一定律不是实验定律，它是以伽利略的“理想实验”为基础，经过科学抽象、归纳推理而总结出来的；牛顿第二定律是通过探究加速度与力和质量的关系得出的实验定律。

(2)牛顿第一定律不是牛顿第二定律的特例，而是不受任何外力的理想情况，在此基础上，牛顿第二定律定量地指出了力和运动的联系：F＝ma。

例1　(2019·福建省三明一中月考)科学思维和科学方法是我们认识世界的基本手段。在研究和解决问题的过程中，不仅需要相应的知识。还需要运用科学的方法。理想实验有时更能深刻地反映自然规律，伽利略设想了一个理想实验，如图所示。

以下为他的设想步骤：①两个对接的斜面，静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面；②如果没有摩擦，小球将上升到原来释放的高度；③减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然会达到原来的高度；④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成为水平面，小球会沿水平面做持续的匀速运动。通过对这个实验的分析，我们可以得到的最直接的结论是(　B　)

A．自然界的一切物体都具有惯性

B．光滑水平面上运动的小球，运动状态的维持并不需要外力

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

[解析]　伽利略的理想斜面实验只能说明小球具有惯性，推广到一切物体的是牛顿，A错误；伽利略通过“理想斜面实验”和科学推理，得出的结论是：力不是维持物体运动的原因，光滑水平面上运动的小球，运动状态的维持并不需要外力，B正确；如果小球受到力的作用，它的运动状态将发生改变，这是牛顿得出的，C错误；小球受到的力一定时，质量越大，它的加速度越小，这是牛顿第二定律内容，D错误。

方法技巧：

牛顿第一定律的问题

(1)注意联系实际情况，理解“惯性”与“力”的联系。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。物体所受合外力不为零时，惯性表现为运动状态改变的难易程度。

(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。

〔类题演练1〕

(2020·湖北黄冈月考)远在春秋战国时代(公元前772～前221年)，我国杰出学者墨子认为：“力，刑之所以奋也。”“刑”同“形”，即物体；“奋，动也”，即开始运动或运动加快，对墨子这句关于力和运动观点的理解，下列说法不正确的是 (　C　)

A．墨子认为力是改变物体运动状态的原因

B．墨子认为力是使物体产生加速度的原因

C．此观点与亚里士多德关于力和运动的观点基本相同

D．此观点与牛顿关于力和运动的观点基本相同

[解析]　“力，刑之所以奋也。”是说力是使物体开始运动的原因或力是改变物体运动状态的原因，使物体产生加速度的原因，此观点与牛顿关于力和运动的观点基本相同。而亚里士多德认为有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止。故C错误，A、B、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“三同、三异、三无关”

(1)“三同”：①大小相同；②性质相同；③变化情况相同。

(2)“三异”：①方向不同；②受力物体不同；③产生的效果不同。

(3)“三无关”：①与物体的种类无关；②与物体的运动状态无关；③与物体是否和其他物体存在相互作用无关。

2．“一对相互作用力”与“一对平衡力”的比较

例2　(2019·陕西黄陵中学模拟)(多选)一物体受水平绳的拉力作用由静止开始前进，先做加速运动，然后改为做匀速运动，再改为做减速运动。则(　CD　)

A．加速前进时，绳拉物体的力大于物体拉绳的力

B．减速前进时，绳拉物体的力等于物体受到的摩擦力

C．匀速运动时，绳拉物体的力等于物体受到的摩擦力

D．不管物体如何运动，绳拉物体的力都等于物体拉绳的力

[解析]　本题考查相互作用力在不同运动状态时的分析。绳拉物体的力与物体拉绳的力是一对作用力与反作用力，它们总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，与运动状态无关，故选项A误，选项D正确；当物体做加速运动时，根据牛顿第二定律可知，其受到的拉力大于其受到的摩擦力，当物体匀速运动时，合力为零，拉力等于摩擦力，当物体减速运动时，拉力小于摩擦力，故选项B错误，C正确。

规律总结：

应用牛顿第三定律应注意的三个问题

(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，不能牵扯第三个物体。

〔类题演练2〕

(2019·江苏清江中学月考)(多选)把一木块放在水平桌面上保持静止，下列说法中正确的是 (　AB　)

A．木块对桌面的压力在数值上等于木块的重力

B．木块对桌面的压力和桌面对木块的支持力作用效果不能抵消

C．木块对桌面的压力就是木块的重力，施力物体是地面

D．木块对桌面的压力与桌面对木块的支持力是一对平衡力

[解析]　本题考查相互作用力与平衡力的概念及各力大小的比较。木块放在水平桌面上保持静止，桌面对木块的支持

力大小等于木块的重力；根据牛顿第三定律，木块对桌面的压力大小等于桌面对木块的支持力大小，所以木块对桌面的压力大小在数值上等于木块受的重力，故A正确；木块对桌面的压力和桌面对木块的支持力是作用力与反作用力，分别作用在桌面和木块上，作用效果无法抵消，故B正确，D错误；木块对桌面的压力大小等于木块的重力，但不能说木块对桌面的压力就是木块的重力，因为两者产生的原因、施力物体和受力物体等都不同，木块对桌面的压力的施力物体是木块，故C错误。

　考点三　应用牛顿第三定律转换研究对象

转换研究对象是解决力学问题时经常用到的解题策略。当物体的某个力不容易求时，可根据作用力与反作用力的关系，先求它的反作用力，如求压力时，可先求支持力，摩擦力的求解在很多问题中亦是如此。利用牛顿第三定律转换研究对象，可以使我们分析问题的思路更灵活，更开阔。

例3　(2020·山东青岛市模拟)(多选)木箱重G1，人重G2，人站在木箱里用力F向上推木箱，如图所示，则有(　AD　)

A．人对木箱底的压力大小为G2＋F

B．人对木箱底的压力大小为G2

C．木箱对地面的压力大小为G2＋G1－F

D．木箱对地面的压力大小为G1＋G2

[解析]　对人隔离受力分析有：竖直向下的重力G2、向下的作用力F、向上的支持力FN，可得FN＝G2＋F，根据牛顿第三定律，人对木箱底的压力大小为G2＋F，选项A正确，B错误；将人与木箱看成一个整体，可得木箱对地面的压力大小为G1＋G2，选项C错误，D正确。

〔类题演练3〕

如图所示，质量为m的木块在质量为M的长木板上以加速度a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，若长木板仍处于静止状态，则长木板对地面的摩擦力大小和方向一定为(　B　)

A．μ1(m＋M)g，向左   B．μ2mg，向右

C．μ2mg＋ma，向右  D．μ1mg＋μ2Mg，向左

[解析]　长木板处于静止状态，水平方向受两个力：木块对长木板向右的滑动摩擦力，大小为f1＝μ2mg，地面对长木板向左的静摩擦力f2，据平衡条件得f2＝f1＝μ2mg，根据牛顿第三定律，长木板对地面的摩擦力大小为μ2mg，方向向右，故B正确。

JIE DUAN PEI YOU CHA QUE BU LOU

阶段培优·查缺补漏

惯性的“相对性”

一、空气中的铁球和塑料球

例4　如图所示，一容器固定在一个小车上，在容器中分别悬挂一只铁球和一只塑料球，容器中铁球和塑料球都处于静止状态，当容器随小车突然向右运动时，两球的运动情况是(以小车为参考系)(　C　)

A．铁球向左，塑料球向右

B．铁球向右，塑料球向左

C．铁球和塑料球都向左

D．铁球和塑料球都向右

[解析]　由于惯性，当容器随小车突然向右运动时，铁球和塑料球都相对容器向左运动，C正确。

二、水中的铁球和塑料球

例5　(原创题)甲瓶子盛满水，在密封塞上用细绳悬挂一个铁球，乙瓶子盛满水，在密封塞上用等长细绳悬挂与小铁球体积相同的小泡沫塑料球，且将乙瓶子倒置，如下图(1)所示，甲乙两个瓶子均固定在小车上。当小车突然向前运动时，则两球的存在状态为(　A　)

[解析]　对A选项所示情况，可设想一个与金属小球等体积的水球。金属球位置的变化，必然代替这个水球的位置。而同体积的水球和金属球，金属球的质量大，惯性大，运动状态不容易改变，故相对水球来说滞后。同理，由于同体积水球的质量大于泡沫塑料球的质量，水球惯性大，相对泡沫塑料球来说水球滞后，泡沫塑料球相对水球在前，因此A选项正确。

反思领悟：

(1)质量是物体惯性大小的唯一量度，物体的质量越大，惯性越大，状态越难改变。

(2)悬挂在空气中的铁球和塑料球的惯性都比对应的“空气球”的惯性大，但悬挂在水中的塑料球的惯性没有对应的“水球”的惯性大。

2 NIAN GAO KAO MO NI XUN LIAN

2年高考·模拟训练

1．(2020·安徽皖中名校联盟联考)下列说法正确的是(　D　)

A．牛顿认为力是维持物体运动的原因

B．牛顿第一定律、牛顿第二定律可以通过实验来验证

C．国际单位制中，kg、m、N是三个基本单位

D．根据速度定义式v＝，当Δt→0时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度

[解析]　本题考查对牛顿运动定律的认识。亚里士多德认为力是维持物体运动的原因，牛顿认为力是改变物体运动状态的原因，A错误；牛顿第二定律可以通过实验来验证，牛顿第一定律不可以通过实验来验证，该定律来源于理想斜面实验的合理外推，B错误；国际单位制中有7个基本单位为kg、m、s、A、K、mol、cd，其余均为导出单位，如 N，C错误；根据速度定义式v＝，可知当Δt→0时，表示物体在t时刻的瞬时速度，D正确。

2．(2019·山东聊城东阿县月考)(多选)如图甲所示，重物A用一根轻弹簧悬于天花板下，画出重物和弹簧的受力图如图乙、丙所示。关于这四个力的说法，正确的是(　ABC　)

A．F3与F4是一对平衡力

B．F1的反作用力是F3

C．F1的施力物体是弹簧

D．F1与F2是一对作用力与反作用力

[解析]　F3与F4是一对平衡力，A正确；F1的反作用力是F3，B正确；F1的施力物体是弹簧，C正确；F1与F2是作用在重物上的两个力，即重力和拉力，它们是一对平衡力，D错误。

3．(2020·江苏苏州月考)立夏“斗蛋”是深受小朋友们喜欢的一项传统民俗，如图所示，把鸡蛋A快速向另一个静止的鸡蛋B撞去，结果鸡蛋B被撞破了，已知两个鸡蛋质量大小关系为mA<mB，则下列说法正确的是(　A　)

A．A鸡蛋的惯性小于B鸡蛋的惯性

B．A鸡蛋的惯性大于B鸡蛋的惯性

C．A对B的作用力大小小于B对A的作用力大小

D．A对B的作用力大小大于B对A的作用力大小

[解析]　惯性大小的唯一量度是质量，因为mA<mB，所以A鸡蛋的惯性小于B鸡蛋的惯性，A正确，B错误；A对B的作用力和B对A的作用力为一对作用力与反作用力，大小相等，C、D错误。

4．(2020·浙江杭州模拟)电动平衡车是一种时尚代步工具。当人驾驶平衡车在水平路面上做匀速直线运动时，下列说法正确的是(　D　)

A．平衡车匀速行驶时，相对于平衡车上的人，车是运动的

B．平衡车的重力与地面对平衡车的支持力是一对平衡力

C．平衡车在加速过程中也是平衡的

D．关闭电机，平衡车还会继续行驶一段路是由于惯性

[解析]　本题根据平衡车考查平衡力、惯性等。平衡车匀速行驶时，平衡车与人的相对位置不变，相对于平衡车上的人，车是静止的。故A项错误；人驾驶平衡车在水平路面上做匀速直线运动时，平衡车的重力加上人的重力等于地面对平衡车的支持力，所以平衡车的重力与地面对平衡车的支持力不是一对平衡力，故B项错误；平衡车在加速过程中不是平衡的，故C项错误；关闭电机，平衡车还会继续行驶一段路程是由于平衡车具有惯性，故D项正确。