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

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第1节 牛顿第一定律 牛顿第三定律
知识点1 牛顿第一定律
知识点2 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，后一物体一定同时对前一物体也施加了力．
2．牛顿第三定律
(1)内容：两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．
[物理学史链接]
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”.
1．正误判断
(1)物体做自由落体运动，就是物体具有惯性的表现．(×)
(2)物体运动的速度大小不是由物体的受力决定的．(√)
(3)作用力与反作用力可以作用在同一物体上．(×)
(4)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．(×)
(5)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．[伽利略斜面实验](2014·北京高考)伽利略创造的把实验、假设和逻辑推理相结合的科学方法，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( )
图3­1­1
A．如果斜面光滑，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
A [本题考查伽利略实验，需要学生理解实验并有一定的思维辨识能力．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，当斜面绝对光滑时，小球在斜面上没有能量损失，因此可以上升到与O点等高的位置，而B、C、D三个选项，从题目不能直接得出，所以，选项A正确．]
3.[对牛顿第一定律的理解](多选)关于牛顿第一定律的说法正确的是( )
A．牛顿第一定律不能在实验室中用实验验证
B．牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因
C．惯性定律与惯性的实质是相同的
D．物体的运动不需要力来维持
ABD [牛顿第一定律是物体在理想条件下的运动规律，反映的是物体在不受力的情况下所遵循的规律，而自然界中不受力的物体是不存在的，所以A正确；惯性是物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，惯性定律(即牛顿第一定律)则是反映物体在一定条件下的运动规律，故C不正确；由牛顿第一定律可知，物体的运动不需要力来维持，但要改变物体的运动状态则必须有力的作用，所以B、D正确．]
4．[对牛顿第三定律的认识]一个榔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( ) 【导学号：92492115】
A．榔头敲玻璃的力大于玻璃对榔头的作用力，所以玻璃才碎裂
B．榔头受到的力大于玻璃受到的力，只是由于榔头能够承受比玻璃更大的力才没有碎裂
C．榔头和玻璃之间的作用力应该是等大的，只是由于榔头能够承受比玻璃更大的力才没有碎裂
D．因为不清楚榔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
C [榔头与玻璃间的相互作用力一定是等大的，而玻璃碎裂，是因为相互作用力大于玻璃能够承受的力的缘故，故选项C正确．]
1．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，惯性表现为运动状态改变的难易程度．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．
2．对牛顿第一定律的四点说明
(1)明确惯性的概念：牛顿第一定律揭示了一切物体所具有的一种固有属性——惯性，即物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质．
(2)揭示了力的本质：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．
(3)理想化状态：牛顿第一定律描述的是物体不受外力时的状态，而物体不受外力的情形是不存在的．在实际情况中，如果物体所受的合外力等于零，与物体不受外力时的表现是相同的．
(4)与牛顿第二定律的关系：牛顿第一定律和牛顿第二定律是相互独立的．力是如何改变物体运动状态的问题由牛顿第二定律来回答．牛顿第一定律是不受外力的理想情况下经过科学抽象、归纳推理而总结出来的，而牛顿第二定律是一条实验定律．
[题组通关]
1．关于惯性的大小，下列说法中哪个是正确的( )
A．高速运动的物体不容易让它停下来，所以物体运动速度越大，惯性越大
B．用相同的水平力分别推放在地面上的两个材料不同的物体，则难以推动的物体惯性大
C．两个物体只要质量相同，那么惯性就一定相同
D．在月球上举重比在地球上容易，所以同一个物体在月球上比在地球上惯性小
C [惯性是物体的固有属性，惯性的大小只与物体的质量有关，与速度、位置和材料等因素无关，故选项A、B、D错误，C正确，故选C.]
2．如图3­1­2所示，木块放在上表面光滑的小车上并随小车一起沿水平面向左做匀速直线运动．当小车遇到障碍物而突然停止运动时，车上的木块将( )
图3­1­2
A．立即停下来
B．立即向前倒下
C．立即向后倒下
D．仍继续向左做匀速直线运动
D [木块原来随小车一起向左运动，当小车突然停止时，木块在水平方向上没有受到外力的作用，根据牛顿第一定律，木块将继续向左做匀速直线运动．选项D正确．]
1.作用力与反作用力的关系
2．作用力、反作用力与一对平衡力的比较
[多维探究]
●考向1 对牛顿第三定律的理解
1．如图3­1­3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；乙拉住绷紧绳子的中点把绳子拉断了，则( )
【导学号：92492116】
图3­1­3
A．绳子对甲的拉力小于甲的重力
B．绳子对甲的拉力大于甲对绳子的拉力
C．乙拉断绳子前瞬间，绳上的拉力一定小于乙的重力
D．乙拉断绳子前瞬间，绳上的拉力一定大于乙的重力
D [甲拉住绳子悬在空中处于静止状态，绳子对甲的拉力等于甲的重力，A错误；由牛顿第三定律可知，绳子对甲的拉力与甲对绳子的拉力大小相等，B错误；因乙能把绳子拉断，说明乙拉断绳子前瞬间，绳上的拉力一定大于甲拉绳子的力，也一定大于乙的重力，故C错误，D正确．]
●考向2 作用力、反作用力与平衡力的区别
2．物体静止在斜面上，如图3­1­4所示，下列说法正确的是( )
图3­1­4
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，A、B均错误；物体所受重力的两个分力仍作用在物体上，D错误；物体所受的重力和斜面对物体的作用力是一对平衡力，C正确．]
[母题] 建筑工人用如图3­1­5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大小．(g取10 m/s2，sin 53°＝0.8，cs 53°＝0.6)
图3­1­5
【解析】 建筑材料受力如图(a)所示：
(a)
由牛顿第二定律得：F1－mg＝ma
代入数据解得：F1＝220 N
因此绳对人的拉力F2＝F1＝220 N
人受力如图(b)所示：
由平衡条件得：
(b)
F2·cs 53°＝f
F2·sin 53°＋N＝Mg
代入数据解得：N＝524 N，f＝132 N
由牛顿第三定律得：人对地面的压力大小为524 N，地面受到的摩擦力大小为132 N.
【答案】 524 N 132 N
[母题迁移]
如图3­1­6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，若长木板仍处于静止状态，则长木板对地面摩擦力大小一定为( )
【导学号：92492117】
图3­1­6
A．μ1(m＋M)g B．μ2mg
C．μ1mgD．μ1mg＋μ2Mg
B [木块m在M上向右滑行过程中，受到M对m水平向左的滑动摩擦力，由牛顿第三定律可知，m对M有水平向右的滑动摩擦力，大小为μ2mg，由于M处于静止状态，水平方向合力为零，故地面对M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．]
转换研究对象法
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．利用牛顿第三定律转换研究对象，可以使我们对问题的分析思路更灵活、更宽阔．

内容
一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态
意义
(1)指出了一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又叫惯性定律
(2)指出力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因，即产生加速度的原因
惯性
定义
物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质
普遍性
惯性是一切物体都具有的性质，是物体的固有属性，与物体的运动情况和受力情况无关
量度
质量是惯性大小的惟一量度，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小
对牛顿第一定律的理解
对牛顿第三定律的理解
一对平衡力
作用力和反作用力
不同点
作用在同一物体上
作用在两个物体上
力的性质不一定相同
一定是相同性质的力
不一定同时产生或消失
一定同时产生或消失
作用效果可相互抵消
作用效果不可抵消
相同点
大小相等，方向相反，作用在同一条直线上
牛顿第三定律在受力分析中的妙用