2020版高考物理新设计一轮复习江苏专版讲义：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

第1节牛顿第一定律__牛顿第三定律

(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的结果。(×)

(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。(√)

(1)伽利略利用“理想实验”得出“力是改变物体运动状态的原因”的观点，推翻了亚里士多德的“力是维持物体运动的原因”的错误观点。

(2)英国科学家牛顿在《自然哲学的数学原理》著作中提出了“牛顿第一、第二、第三定律”。

突破点(一)　牛顿第一定律的理解

1．对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)物体受到外力时，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。

3．与牛顿第二定律的对比

牛顿第一定律是经过科学抽象、归纳推理总结出来的，而牛顿第二定律是一条实验定律。

[题点全练]

1．(2018·西安期末)关于牛顿第一定律的说法，正确的是(　　)

A．由牛顿第一定律可知，物体在任何情况下始终处于静止状态或匀速直线运动状态

B．牛顿第一定律只是反应惯性大小的，因此也叫惯性定律

C．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律，因此，物体在不受力时才有惯性

D．牛顿第一定律既揭示了物体保持原有运动状态的原因，又揭示了物体运动状态改变的原因

解析：选D　由牛顿第一定律可知，物体在不受力作用时始终处于静止状态和匀速直线运动状态，故A项错误。牛顿第一定律揭示了两个方面：①物体在任何时候都具有惯性，不受力时，惯性表现为物体处于静止或匀速直线运动状态；受力时，惯性表现为运动状态改变的难易。②揭示了力和运动间关系即力是改变物体运动状态的原因，故B项错误。物体在任何时候都具有惯性，故C项错误。牛顿第一定律既揭示了物体保持原有运动状态的原因，又揭示了运动状态改变的原因，故D项正确。

2.[多选]同学们到中国科技馆参观，看到了一个有趣的科学实验：如图所示，一辆小火车在平直轨道上匀速行驶，当火车将要从“∩”形框架的下方通过时，突然从火车顶部的小孔中向上弹出一小球，该小球越过框架后，又与通过框架的火车相遇，并恰好落回原来的孔中。下列说法中正确的是(　　)

A．相对于地面，小球运动的轨迹是直线

B．相对于地面，小球运动的轨迹是曲线

C．小球能落回小孔是因为小球在空中运动的过程中受到水平向前的力

D．小球能落回小孔是因为小球具有惯性，在水平方向保持与火车相同的速度

解析：选BD　相对于地面，小球竖直方向做竖直上抛运动，水平方向做匀速运动，轨迹是曲线，A错误，B正确；能落回小孔是因为小球具有惯性，在水平方向保持与火车相同的速度，故C错误，D正确。

3.(2018·江都月考)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运动

C．小车可能突然向左减速运动

D．小车可能突然向右加速运动

解析：选B　若小车匀速向左运动，则水也匀速运动，速度相等，碗中的水不会洒出，故A错误；小车突然向左加速，由于惯性，水还没有来得及加速，所以碗向左的速度大于水向左的速度，可以出现图示情况，故B正确；小车突然向左减速，由于惯性，水还没有来得及减速，所以小车向左的速度小于水向左的速度，水应向左洒出，故C错误；小车突然向右加速，由于惯性，水还没有来得及加速，所以碗向右的速度大于水向右的速度，水应向左洒出，故D错误。

突破点(二)　牛顿第三定律的理解

1．作用力与反作用力的“六同、三异、二无关”

(1)六同

(2)三异

(3)二无关

2．作用力、反作用力与一对平衡力的比较

[题点全练]

1.气球冒险家利用一簇气球使一座房屋成功升空。图示时刻房屋正在加速上升，此时(　　)

A．绳对房屋的拉力与房屋对绳的拉力大小相等

B．房屋对绳的拉力与房屋所受的重力大小相等

C．房屋受到的绳的拉力与房屋所受的重力是一对平衡力

D．房屋对绳的拉力与房屋所受的重力是一对作用力和反作用力

解析：选A　绳对房屋的拉力与房屋对绳的拉力是一对作用力和反作用力，则大小相等，选项A正确；房屋对绳的拉力与绳对房屋的拉力大小相等，因加速上升，则绳对房屋的拉力大于房屋所受的重力，则房屋对绳的拉力大于房屋所受的重力，选项B错误；因加速上升，则房屋受到的绳的拉力与房屋所受的重力不是一对平衡力，选项C错误；房屋对绳的拉力与房屋所受的重力不是一对作用力和反作用力，选项D错误。

2．(2018·天津模拟)物体静止于水平桌面上，则(　　)

A．物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对相互平衡的力

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，这两个力是同性质的力

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：选D　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，故A错误；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；压力不是重力，它们的施力物体、受力物体、作用点都不相同，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。

3．甲、乙两队进行拔河比赛，结果甲队获胜，若考虑绳子质量，则比赛过程中，下列说法正确的是(　　)

A．甲、乙两队与地面之间的摩擦力大小相等、方向相反

B．甲队与地面之间的摩擦力和乙队与地面之间的摩擦力是一对相互作用力

C．甲、乙两队拉绳子的力大小相等、方向相反

D．甲队拉绳子的力大于乙队拉绳子的力

解析：选D　对甲、乙两队及绳子为一整体进行研究，水平方向的外力就是地面分别对甲、乙两队的摩擦力。整体从静止到运动起来产生了加速度，故受外力不平衡，因甲队获胜，由此可判断甲队所受摩擦力大于乙队所受摩擦力，故A错误； 由于两队受到的摩擦力不是相互作用引起的，故不是作用力与反作用力，故B错误；对甲、乙两队及绳子为一整体进行研究，整体从静止到运动起来产生了加速度，若考虑绳子的质量，则甲队拉动绳子和乙队的作用力一定大于绳子对乙的拉力，故甲、乙两队拉绳子的力不相等，故C错误，D正确。

突破点(三)　应用牛顿第三定律转换研究对象

[典例]　(2018·海口模拟)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定滑轮的摩擦，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

[思路点拨]

(1)明确物体间的相互作用：

(2)转换研究对象：

①求地面所受压力时，由于地面无其他信息，因此转换到求人受地面的支持力。

②求绳对人的拉力时，人的受力情况复杂，因此转换到求建材所受绳的拉力。

(3)根据牛顿第三定律，转换研究对象后所求的力与待求力是“等大”的，因此问题得以巧妙地解出。

[解析]　设绳子对物体的拉力为F1，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

FN＝Mg－F2＝490 N，

由牛顿第三定律知：人对地面的压力

FN′＝FN＝490 N

故B项正确。

[答案]　B

[方法规律]

如果不能直接求解物体受到的某个力时，可先求它的反作用力，如求压力时可先求支持力。在许多问题中，摩擦力的求解亦是如此。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。

[集训冲关]

1.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

解析：选D　对金属块受力分析，由平衡条件可知，水对金属块的浮力为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为F′＝4 N，方向竖直向下，所以台秤的示数比金属块没有浸入水前增加了4 N，选项D正确。

2.[多选]如图所示，斜面体M放在水平地面上，物块m静止在斜面上。若用平行于斜面向下的推力F推物块，但物块静止，而斜面体亦静止不动，则斜面体(　　)

A．对地面的压力增大　 　  　B．对地面的压力不变

C．受到地面的摩擦力向左   D．受到地面的摩擦力为零

解析：选AC　以M和m整体为研究对象，无推力F时，整体受重力(m＋M)g、支持力FN1而处于平衡状态，则有FN1＝(m＋M)g。施加推力F后，整体受重力(m＋M)g、地面的支持力FN2和推力F的作用，设斜面的倾角为θ，则竖直方向，有FN2＝(m＋M)g＋Fsin θ，故FN2>FN1，根据牛顿第三定律可知，斜面体对地面的压力也要增大，选项A正确，B错误；推力F在水平方向上存在向右的分力，若整体平衡，地面一定对斜面体有向左的摩擦力，选项C正确，D错误。

3.[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(　　)

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－F)

C．木箱对地面的压力大小为(G2＋G2－F)

D．木箱对地面的压力大小为(G2＋G2)

解析：选AD　对人分析，人受到重力G2、箱子对人的支持力N，箱顶对人的压力F，根据平衡有：N＝G2＋F，由牛顿第三定律可知A正确，B错误；对木箱和人整体分析，受总重力和支持力N′，有：N′＝G1＋G2，由牛顿第三定律可知木箱对地面的压力大小为G1＋G2，故C错误，D正确。

惯性的“相对性”

(一)空气中的铁球和乒乓球

1.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乒乓球，容器中铁球和乒乓球都处于静止状态，当容器随小车突然向右运动时，两球的运动情况是(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

解析：选C　由于惯性，当容器随小车突然向右运动时，铁球和乒乓球都相对容器向左运动，C正确。

(二)水中的铁球和乒乓球

2.如图所示，一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。容器中的水和铁球、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

解析：选A　因为小车突然向右运动，铁球和乒乓球都有向右运动的趋势，但由于与同体积的“水球”相比，铁球质量大、惯性大，铁球的运动状态难改变，即速度变化慢，而同体积的“水球”的运动状态容易改变，即速度变化快，而且水和车一起向右运动，所以小车向右运动时，铁球相对小车向左运动。同理，由于乒乓球与同体积的“水球”相比，质量小，惯性小，乒乓球相对小车向右运动。

(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乒乓球的惯性都比对应的“空气球”的惯性大，但悬挂在水中的乒乓球的惯性没有对应的“水球”的惯性大。