江苏版高考物理一轮复习第3章第1节牛顿第一定律、牛顿第三定律课时学案

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牛顿第一定律、牛顿第三定律
(对应学生用书第49页)
一、牛顿第一定律、惯性
二、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A对另一个物体B施加了力，物体B一定也同时对物体A施加了力。
2．牛顿第三定律
(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：F＝－F′。
(3)意义：建立了相互作用物体之间的联系及作用力与反作用力的相互依赖关系。
一、易错易误辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)牛顿第一定律不能用实验验证。(√)
(2)在水平面上滑动的木块最终停下来，是因为没有外力维持木块运动。(×)
(3)物体运动时受到惯性力的作用。(×)
(4)两物体相互作用时，先有作用力，后有反作用力。(×)
(5)人走在松软的土地上下陷时，人对地面的压力大于地面对人的支持力。(×)
(6)作用力与反作用力等大，反向，其合力为零。(×)
二、教材习题衍生
1．(牛顿第一定律的应用)下面对牛顿第一定律和惯性的分析正确的是( )
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，落到原位置东侧
C．安全带的作用是防止汽车刹车时，人由于惯性发生危险
D．有的同学说，向上抛出的物体，在空中向上运动时，肯定受到了向上的作用力
C [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错误；汽车刹车时，由于惯性，人会向前冲，安全带可以防止人的前冲，C正确；物体被向上抛出后，在空中向上运动是由于惯性，D错误。]
2．(牛顿第一定律的理解与应用)亚里士多德在其著作《物理学》中说：一切物体都具有某种“自然本性”，物体由其“自然本性”决定的运动称之为“自然运动”，而物体受到推、拉、提、举等作用后的非“自然运动”称之为“受迫运动”。伽利略、笛卡儿、牛顿等人批判地继承了亚里士多德的这些说法，建立了新物理学。新物理学认为一切物体都具有的“自然本性”是“惯性”。下列关于“惯性”和“运动”的说法中不符合新物理学的是( )
A．一切物体的“自然运动”都是速度不变的运动——静止或者匀速直线运动
B．作用在物体上的力，是使物体做“受迫运动”即变速运动的原因
C．竖直向上抛出的物体，受到了重力，却没有立即反向运动，而是继续向上运动一段距离后才反向运动，是由于物体具有惯性
D．可绕竖直轴转动的水平圆桌转得太快时，放在桌面上的盘子会向桌子边缘滑去，这是由于“盘子受到的向外的力”超过了“桌面给盘子的摩擦力”
D [一切物体的“自然运动”都是速度不变的运动，力是迫使物体做“受迫运动”的原因，A、B正确；因物体具有惯性，竖直向上抛出的物体，受到了重力，向上的速度先减小到零后再反向向下运动，C正确；随桌面转动的盘子向桌子边缘滑去，并没有受到向外的力，而是盘子所需要的向心力超过了桌面给盘子的摩擦力，故D错误。]
3．(牛顿第三定律的理解)沼泽的下面蕴藏着丰富的泥炭，泥炭是沼泽地积累的植物残体，它的纤维状和海绵状的物理结构导致人在其表面行走时容易下陷。若人下陷的过程是先加速运动后匀速运动，下列判断正确的是( )
A．加速运动时人对沼泽地的压力大于沼泽地对他的支持力
B．加速运动时人对沼泽地的压力小于沼泽地对他的支持力
C．人对沼泽地的压力先大于后等于沼泽地对他的支持力
D．人对沼泽地的压力大小总等于沼泽地对他的支持力
D [人对沼泽地的压力与沼泽地对人的支持力为作用力与反作用力，故二力大小一定相等，故A、B、C错误，D正确。]
牛顿第一定律和惯性
(对应学生用书第50页)
1．(对惯性的认识)早期物理学家关于惯性有下列说法，其中不正确的是( )
A．物体抵抗运动状态变化的性质是惯性
B．没有力的作用，物体处于静止状态或匀速直线运动状态
C．行星在圆周轨道上保持匀速率运动的性质是惯性
D．运动物体如果没有受到力的作用，将继续以同一速度沿同一直线运动
C [物体不受外力作用时，将保持静止状态或匀速直线运动状态，物体具有的保持原来运动状态不变的性质叫惯性，也可以说抵抗运动状态变化的性质是惯性，A、D正确；没有力的作用时物体处于平衡状态，即物体处于静止状态或匀速直线运动状态，B正确；行星在圆周轨道上做匀速圆周运动，是因为受到万有引力的作用产生向心加速度，C错误。]
2．(对牛顿第一定律的理解)(2023·常州期末)牛顿第一定律揭示了运动状态与所受外力的关系，下列说法中正确的是( )
A．物体受到恒定的力作用时，它的运动状态不发生改变
B．物体受到不为零的合力作用时，它的运动状态要发生改变
C．物体受到的合力为零时，它一定处于静止状态
D．物体的运动方向一定与它所受的合力的方向相同
B [只要物体受到的合力不为零，不论是否是恒力，运动状态都要发生变化，故A项错误，B项正确；物体所受合力方向不一定与运动方向相同，故D项错误；合力为零时，物体可能处于静止状态也可能做匀速直线运动，故C项错误。]
3.(对伽利略理想斜面实验的认识)人类对“运动和力的关系”的认识经历了一个曲折漫长的探索过程。如图是伽利略理想斜面实验，小婷同学在探究过程中经历了如下步骤：
①两个对接的斜面，让小球沿一个斜面从静止滚下，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时的高度。
③减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度。
④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球将沿水平面以恒定速度持续运动下去。
下列说法不正确的是( )
A．其中①属于科学推理
B．伽利略得出：运动物体如果不受其他物体的作用，将会做匀速直线一直运动下去，伽利略由此开创了实验和推理相结合的科学研究方法
C．而过去我们对“运动和力的关系”一直错误的认识是力是维持物体运动的原因
D．牛顿在伽利略的基础上总结、归纳，最后得出了举世闻名的牛顿第一定律，其内容是一切物体在没有受到外力作用时总保持静止状态或匀速直线运动状态
A [斜面实验中，属于科学推理的是②③④，A错误；伽利略得出：运动物体如果不受其他物体的作用，将会做匀速直线运动一直运动下去，伽利略由此开创了实验和推理相结合的科学研究方法，B正确；伽利略得出力是改变物体运动状态的原因后，推翻了亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因；因此过去我们对“运动和力的关系”一直错误地认为力是维持物体运动的原因，C正确；由牛顿第一定律可知，一切物体在没有受到外力作用时总保持静止状态或匀速直线运动状态，D正确。]
1．牛顿第一定律的意义
(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)揭示力与运动的关系：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。
2．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不变(静止或匀速直线运动)。
牛顿第三定律
(对应学生用书第51页)
1．相互作用力的特点
(1)三同eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(同大小,同时产生、变化、消失,同性质))
(2)三异eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(反向,异体，即作用力、反作用力作用在不同,物体上不同效果))
(3)二无关eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(与相互作用的两物体的运动状态无关,与是否和其他物体相互作用无关))
2．一对平衡力和作用力与反作用力的比较
[典例] 如图所示，物体静止在斜面上，下列说法正确的是( )
A．物体对斜面的压力和斜面对物体的支持力是一对平衡力
B．物体对斜面的摩擦力和斜面对物体的摩擦力是一对平衡力
C．物体所受重力和斜面对物体的作用力是一对平衡力
D．物体所受重力可以分解为沿斜面向下的力和对斜面的压力
C [物体对斜面的压力和斜面对物体的支持力是一对作用力与反作用力，物体对斜面的摩擦力和斜面对物体的摩擦力也是一对作用力与反作用力，故A、B错误；重力产生两个效果，使物体紧压斜面，使物体有沿斜面下滑的趋势；故可以将重力分解为沿斜面向下的分力和垂直斜面向下的分力，不是对斜面的压力，故D错误；斜面对物体的作用力是支持力和摩擦力的合力，与重力平衡，所以物体所受的重力和斜面对物体的作用力是一对平衡力，故C正确。]
“两看”巧分作用力、反作用力与平衡力
一看：受力物体。作用力和反作用力应作用在两个相互作用的物体上。
二看：产生的原因。作用力和反作用力是由于相互作用而产生的，一定是同种性质的力。
[跟进训练]
作用力与反作用力的特点
1.(2021·浙江1月选考)如图所示，电动遥控小车放在水平长木板上面，当它在长木板上水平向左加速运动时，长木板保持静止，此时( )
A．小车只受重力、支持力作用
B．木板对小车的作用力方向水平向左
C．木板对小车的作用力大于小车对木板的作用力
D．木板对小车的作用力与小车对木板的作用力大小一定相等
D [小车受重力、支持力、驱动力和木板对小车的摩擦力，A错误；木板对小车的作用力包括竖直向上的支持力和水平方向的摩擦力，根据平行四边形定则可知合力方向一定不在水平方向，B错误；根据牛顿第三定律可知，作用力和反作用力总是大小相等、方向相反，C错误，D正确。]
作用力、反作用力与平衡力
2．(2022·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．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
A [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。]
牛顿第三定律在受力分析中的应用—转换研究对象
3.一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套着一个环，箱与杆的质量为M，环的质量为m，如图所示。已知环沿杆匀加速下滑时，环与杆间的摩擦力大小为Ff，则此时箱子对地面的压力大小为( )
A．Mg＋Ff B．Mg－Ff
C．Mg＋mg D．Mg－mg
A [环在竖直方向上受重力及箱子内的杆给它的竖直向上的摩擦力Ff，受力情况如图甲所示，根据牛顿第三定律，环应给杆一个竖直向下的摩擦力F′f，故箱子竖直方向上受重力Mg、地面对它的支持力FN及环给它的摩擦力F′f，受力情况如图乙所示，由于箱子处于平衡状态，可得FN＝F′f＋Mg＝Ff＋Mg。根据牛顿第三定律，箱子对地面的压力大小等于地面对箱子的支持力，即F′N＝Mg＋Ff，故选项A正确。
甲 乙
课时分层作业(七) 牛顿第一定律、牛顿第三定律
(对应学生用书第402页)
题组一 牛顿第一定律的理解
1．关于物体的惯性，下列说法正确的是( )
A．物体的运动速度越大，其惯性也越大
B．物体只有静止或做匀速直线运动时才具有惯性
C．力是改变物体惯性的原因
D．一切物体都具有惯性，质量是物体惯性大小的量度
D [对惯性概念的理解应明确“一切”的含义，一切是指不论物体的种类、质量大小、是否受力、是否运动、做何种运动都不例外。惯性只有大小之分，绝无不存在可言。惯性是物体本身的一种固有属性，物体的惯性大小仅与质量有关，质量大，惯性大；质量小，惯性小。力是改变物体运动状态的原因，而一个物体运动状态改变(即速度改变)时，其惯性大小并没有改变。]
2．下列关于牛顿第一定律的说法中正确的是( )
A．牛顿第一定律是实验定律
B．牛顿第一定律只是提出了惯性的概念
C．牛顿第一定律提出了当物体受到的合外力为零时，物体将处于静止状态
D．牛顿第一定律既提出了物体不受外力作用时的运动规律，又提出了力是改变物体运动状态的原因
D [牛顿第一定律是在“理想实验”的基础上总结出来的，不是实验定律，故A错误；牛顿第一定律指出了惯性的概念，同时表明了力和运动的关系以及物体所受合力为零时物体的运动规律，故B、C错误，D正确。]
3.(2022·江苏淮安市联考)如图所示，一个劈形物体M，各面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在上表面放一光滑小球m，劈形物体从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是( )
A．沿斜面向下的直线 B．竖直向下的直线
C．无规则曲线 D．抛物线
B [由题意知，小球在水平方向上不受外力作用，由牛顿第一定律，小球在此方向上将保持原有的运动状态不变，即静止而不向左或向右运动，只有竖直方向上的运动，因此运动轨迹是一条竖直向下的直线。]
4.(2022·江苏梁丰高级中学一模)某同学为了取出如图所示羽毛球筒中的羽毛球，一手拿着球筒的中部，另一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
D [一手拿着球筒的中部，另一手用力击打羽毛球筒的上端，羽毛球筒在力的作用下向下运动，而羽毛球由于惯性而保持静止，所以羽毛球会从筒的上端出来，故D正确。]
题组二 牛顿第三定律的理解和应用
5．图甲为传感器显示变速运动中两物体的作用力与反作用力的实验装置，图乙为两个钩子的受力情况，横坐标是时间，纵坐标是力的大小。则从图像上可以获得的信息有( )
甲 乙
A．任何时刻作用力与反作用力大小相等，方向相反，作用在同一物体上
B．任何时刻作用力与反作力大小相等，方向相同
C．作用力与反作用力同时产生但不同时消失
D．作用力与反作用力同时产生同时消失
D [从题图乙可发现两钩子的拉力总是大小相等，方向相反，同时产生，同时变化，同时消失，作用在不同物体上，故选项D正确。]
6．关于惯性的认识，以下说法正确的是( )
A．物体受到力的作用后，运动状态发生改变，惯性也随之改变
B．置于光滑水平面上的物体，即使质量很大也能被拉动，说明惯性与物体的质量无关
C．让物体的速度发生改变，无论多快，都需要一定时间，这是因为物体具有惯性
D．同一物体沿同一水平面滑动，速度较大时停下来需要的时间较长，说明惯性与速度有关
C [物体受到力的作用后，运动状态发生改变，但物体的惯性完全由物体的质量决定，与物体的受力及运动速度无关，选项A、B、D均错误；一切物体都具有惯性，所以让物体受力使其速度发生改变，都需要一定时间，选项C正确。]
7.(2023·江苏清江中学高三月考)把一木块放在水平桌面上保持静止，下列说法中正确的是( )
A．木块对桌面的压力在数值上等于木块受的重力
B．木块对桌面的压力和桌面对木块的支持力效果可以抵消
C．木块对桌面的压力就是木块受的重力，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
A [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受的重力；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所受的重力，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、D错误；木块对桌面的压力大小等于木块受的重力，但不能说木块对桌面的压力就是木块受的重力，因为两者产生的原因、施力物体和受力物体都不同，压力的施力物体是木块，故C错误。]
8.如图所示，小车放在水平地面上，甲、乙二人用力向相反方向拉小车，不计小车与地面之间的摩擦力，下列说法正确的是( )
A．甲拉小车的力和乙拉小车的力是一对作用力和反作用力
B．小车静止时甲拉小车的力和乙拉小车的力是一对平衡力
C．若小车加速向右运动，表明小车拉甲的力大于甲拉小车的力
D．若小车加速向右运动，表明乙拉小车的力大于小车拉乙的力
B [甲拉小车的力和乙拉小车的力作用在同一物体上，不是作用力和反作用力，A错误；不计小车与地面之间的摩擦力，小车静止时受到两个拉力而处于平衡状态，这两个拉力是一对平衡力，B正确；小车拉甲的力跟甲拉小车的力是作用力和反作用力，两力大小是相等的，C错误；同理，D错误。]
9．(2023·苏州中学月考)如图所示，重球系于线DC下端，重球下再系一根同样的线BA，整个装置处于平衡状态，下面说法中正确的是( )
A．在线的A端慢慢向下增加拉力，结果CD线被拉断
B．在线的A端慢慢向下增加拉力，结果AB线被拉断
C．在线的A端突然向下猛力一拉，结果AB、CD同时拉断
D．在线的A端突然向下猛力一拉，结果CD线被拉断
A [缓慢增加拉力时，CD上的力较大，故CD先断；快速猛力一拉，重球惯性较大，速度变化慢，CD上的拉力瞬间几乎没变，故AB先断，所以选项A正确。]
10．身高和质量完全相同的两人穿同样的鞋在同一水平地面上通过一轻杆进行“顶牛”比赛，试图迫使对方后退。设甲、乙两人对杆的推力大小分别是F1、F2，甲、乙两人身体因前倾而偏离竖直方向的夹角分别为α1、α2，倾角α越大，此刻人手和杆的端点位置就越低，如图所示，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，若甲获胜，则( )
A．F1＝F2，α1>α2 B．F1>F2，α1＝α2
C．F1＝F2，α1F2，α1>α2
A [本题考查相互作用力与受力角度问题。杆的质量不计，可知F1、F2为两人之间的相互作用力，故F1＝F2，比赛中决定胜负的是人受到的最大静摩擦力的大小，甲获胜，则说明甲受到的摩擦力大，甲对地的正压力大，而两人重力大小相同，则说明甲是通过增大身体的倾角借助杆上的推力增大了对地面的压力，所以α1>α2，A正确。]
11.(2023·盐城模拟)如图所示，一只盛水的容器固定在一个小车上，在容器中分别悬挂和拴住一只铁球和一只乒乓球，容器中水和铁球、乒乓球都处于静止状态，当容器随小车突然向右运动时，两球的运动状况是(以小车为参考系)( )
A．铁球向左，乒乓球向右
B．铁球向右，乒乓球向左
C．铁球和乒乓球都向左
D．铁球和乒乓球都向右
A [小车突然向右运动时，由于惯性，铁球和乒乓球都“想”保持原有的静止状态，由于与同体积的“水球”相比铁球的质量大，惯性大，铁球的运动状态难改变，而同体积的“水球”的运动状态容易改变，所以小车加速向右运动时，铁球相对于小车向左运动。 同理，由于与同体积的“水球”相比乒乓球的质量小，惯性小，乒乓球相对于小车向右运动。]
12.双人滑冰是一种观赏性很高的冰上运动。如图所示，在一组动作中，男女运动员绕某竖直轴做匀速圆周运动。对此现象，小明同学对于“如果水平面光滑。”这样的理想化情况，做出这样一些分析判断，其中正确的是( )
A．他俩不可能做匀速圆周运动
B．他俩的运动不是直线运动，总动量不守恒
C．由于男选手对女选手拉力斜向上，这个拉力大于女选手对男选手的拉力
D．由于女选手对男选手拉力斜向下，男选手对冰面压力大于自己的重力
D [男女运动员绕某竖直轴转动，两人之间的拉力、重力和支持力的合力充当向心力，则他俩可能做匀速圆周运动，选项A错误；两人组成的系统合外力为零，则总动量守恒，选项B错误；男选手对女选手的拉力与女选手对男选手的拉力是一对作用和反作用力，大小相等，选项C错误；由于女选手对男选手拉力斜向下，男选手对冰面压力等于男选手的重力与女选手对男选手拉力的竖直分量之和，则男选手对冰面压力大于自己的重力，选项D正确。]
13.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的竖直竿，竿上有一质量为m的人可以看成质点，当此人沿着竖直竿以加速度a加速下滑时，竿对地面上的人的压力大小为( )
A．(M＋m)g＋ma B．(M＋m)g－ma
C．(M＋m)g D．(M－m)g
B [对竿上的人分析，根据牛顿第二定律有mg－Ff＝ma，解得Ff＝mg－ma，则由牛顿第三定律知人对竿的摩擦力为Ff′＝Ff＝mg－ma，对竿分析，根据平衡条件得人对竿的支持力FN＝Mg＋Ff′＝(M＋m)g－ma，由牛顿第三定律得竿对地面上的人的压力大小为(M＋m)g－ma，B正确，A、C、D错误。]
14.(2023·南京外国语学校模拟)在水平的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．小车可能突然向右加速运动
C．小车可能突然向左减速运动
D．小车可能突然向右减速运动
D [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，故相对碗向右洒出。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，相对于碗向右洒出，故D项正确。]
15.如图所示，静止在水平地面上的框架B的质量为M，圆环A的质量为m，在下述情况下求框架B对地面的压力。
(1)圆环A以速度v匀速下滑时；
(2)圆环A以加速度a(a