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2014届高考一轮复习:3-1 牛顿第一定律 牛顿第三定律


考纲要求 考点 牛顿运动定 律Ⅱ 牛顿运动定 律的应用Ⅱ 超重和失重 Ⅰ 牛顿运动定 律 牛顿运动定 律的应用 超重和失重 2012

高频考点 2011 浙江14,天津2, 上海19,江苏9, 山东24,新课标 卷21 北京18,天津9 2010 海南3、6, 山东5,安 徽22,福建 16 浙江14,海 南5 新课标卷14,江 苏4、5,海南6, 上海30,浙江 23,安徽17、 22,天津8,重庆 25 北京23(1),山东 16

考 情 分 析

牛顿运动定律是力学的基本规律,是力学的核心知识,在整个物理学中占有 非常重要的地位.因此: 1.预计本章知识在2014年的高考中仍是命题的热点,同时还需要注意与实际 生活、生产和科学实验中有关问题相联系. 2.预计2014年高考中单独考查牛顿运动定律的题目多为选择题,而与曲线运 动、万有引力、电学等相结合的题目出现在计算题中的可能性较大.

(对应学生用书 P44)

一、牛顿第一定律 1.牛顿第一定律 (1)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.

(2)意义 ①指出了一切物体都有 叫

惯性

,因此牛顿第一定律又

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.

2.惯性 (1)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. (2)性质: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



(3)量度: 质量 是惯性大小的唯一量度, 物体惯性大, 质量小 的物体惯性小.

质量大 的

(1)惯性和惯性定律的区别

①惯性是物体保持原有运动状态不变的一种性质,与物
体是否受力、受力的大小无关. ②惯性定律(牛顿第一定律)则反映物体在一定条件下的运 动规律.

(2)牛顿第一定律的意义
①牛顿第一定律描述了物体不受外力时的状态,而物体 不受力的情形是不存在的,因此牛顿第一定律不是实验定 律. ②牛顿第一定律明确了力是改变物体运动状态的原因.

思考1 有的同学总认为“惯性与物体的运动速度有关,
速度大,惯性就大;速度小,容易停下来”,产生这种错误 的原因是什么?

[提示] 产生这种错误认识的原因是把“惯性大小表示运
动状态改变的难易程度”理解成“惯性大小表示把物体从运 动变为静止的难易程度”,事实上,在受到了相同阻力的情 况下,速度(大小)不同质量相同的物体,在相同的时间内速度 的减小量是相同的,这就说明质量相同的物体,它们改变运 动状态的难易程度是相同的,所以它们的惯性是相同的,与 它们的速度无关.

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, 一个物体对另一个物体施加了力,另一个物体一定同时对这个 物体 也施加了力 .力是物体与物体间的相互作用,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. 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 .

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.

(1)作用力与反作用力的“三同、三异、三无关”

①“三同”:a.大小相同;b.性质相同;c.变化情况相
同. ②“三异”:a.方向不同;b.受力物体不同;c.产生效果 不同. ③“三无关”:a.与物体的种类无关;b.与物体的运动状

态无关;c.与是否和另外物体相互作用无关.

(2)相互作用力与平衡力的比较
对应名称 比较内容 受力物体 依赖关系 作用力和反作用力 作用在两个相互作用 的物体上 同时产生,同时消失 ,相互依存,不可单 独存在 一对平衡力 作用在同一物体上 无依赖关系,撤除一个,另 一个可依然存在,只是不再 平衡

不 同 点

叠加性 力的性质

两力作用效果不可抵 消,不可叠加,不可 求合力
一定是同性质的力

两力作用效果可相互抵消, 可叠加,可求合力,合力为 零
可以是同性质的力,也可以 不是同性质的力

相同 点

大小方向

大小相等、方向相反、作用在同一条直线上

(对应学生用书 P45)

牛顿第一定律指出,物体在不受外力的情况下要保持静止 状态或匀速直线运动状态.我们在分析物体的运动过程时,一 般来讲物体都要受到力的作用,但在某方向上不受力的情况是 很多的,所以我们可以把牛顿第一定律用在该方向上.

具体地说,如果物体在某方向上不受外力且物体在该方
向上无初速度.则物体在该方向永远保持静止不会产生位 移;若在该方向上有初速度v,则物体就以v匀速直线运动.

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,在上表面放一个光滑小球 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 [思路启迪] (1)球的受力分析特别是水平方向受力情况.

(2)球的初始状态. (3)水平方向是否发生位移?

[尝试解答]

小球在水平方向上不受力,且速度为零,根

据牛顿第一定律,小球在水平方向上将保持静止(速度为零)的 状态.该方向上不会发生位移,只在竖直方向向下运动,因 此在碰到斜面前其运动轨迹是竖直向下的直线,选项B正确. [答案] B

物体在某方向上不受外力时,牛顿第一定律是确定物体 在该方向上运动情况的唯一规律.又如平抛运动在水平方向

不受外力,由牛顿第一定律可知,物体在该方向将保持匀速
直线运动.

如图所示,以速度v匀速行驶的列车车厢内有一水平桌 面,桌面上的A处有一小球.若车厢中的旅客突然发现小球沿

图中虚线由A向B运动.由此可判断列车

(

)

A.减速行驶,向南转弯
B.减速行驶,向北转弯 C.加速行驶,向南转弯 D.加速行驶,向北转弯 [解析] 小球相对地面是匀速直线运动,相对车从A处向

B处运动,即相对车有向前的运动,又有向北的运动,是因为 车向前的速度减小,向南的速度增加,故车在减速,向南转

弯,A正确.
[答案] A

应用牛顿第三定律分析问题时应注意以下几点: 1. 不要凭日常观察的直觉印象随便下结论, 科学问题需严 格依据科学理论分析才行. 2.理解应用牛顿第三定律时,一定抓住“总是”二字,即 作用力与反作用力的这种关系与物体的运动状态无关. 3.与平衡力区别时,抓住作用点是两个物体.

(2012· 永嘉月考)有人做过这样一个实验:如右图所示,把 鸡蛋 A 快速向另一个完全一样的静止的鸡蛋 B 撞去(用同一部 分撞击), 结果每次都是被撞击的鸡蛋 B 被撞破. 则下面说法正 确的是 ( )

A.A对B的作用力的大小等于B对A的作用力的大小
B.A对B的作用力的大小大于B对A的作用力的大小 C.A蛋碰撞瞬间,其内蛋黄和蛋白由于惯性会对A蛋壳 产生向前的作用力 D.A蛋碰撞部位除受到B对它的作用力外,还受到A蛋中 蛋黄和蛋白对它的作用力,所以所受合力较小

[思路启迪]

(1)作用力与反作用力的特征.

(2)运动的鸡蛋内,蛋黄和蛋白由于惯性在碰撞瞬间会对 蛋壳产生向前的作用力. (3)决定蛋壳破损的是碰撞处的合力.

[尝试解答]

A对B的作用力和B对A的作用力为作用力与

反作用力,一定大小相等,A正确,B错误;在撞击瞬间,A 蛋内蛋黄和蛋白由于惯性,会产生对A蛋壳向前的作用力,使 A蛋壳接触处所受的合力比B蛋壳的小,因此B蛋壳易被撞 破,故C、D正确. [答案] ACD

如图所示,两车厢的质量相同,其中有一个车厢内有一

人拉动绳子使车厢相互靠近,若不计绳子质量及车与轨道间
的摩擦,下列对于哪个车厢有人的判断正确的是 ( )

A.绳子拉力较大的那一端车厢里有人
B.先开始运动的车厢内有人 C.先到达两车中点的车厢内没人 D.不去称质量,无法确定哪个车厢内有人 [解析] ①由牛顿第三定律知绳子对两车拉力大小相等,

又轨道光滑,所以两车同时运动,但加速度空车大,故C对. [答案] C

(对应学生用书P45)
物理思维转换法之——研究对象的转换 求解某力时,如果直接研究其受力物体,因受力情况复 杂或未知量太多,不能求解时,可以利用牛顿第三定律转移 研究对象,先分析另一物体的受力,再分析物体的受力求

解.

(10 分)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, 则此时箱子对地面压力大小为多少?

[思路启迪]

箱子对地面的压力与地面对箱子的支持力是

作用力与反作用力.因此,只要以箱子为研究对象求出地面 对箱子的支持力即可得到答案.

[解题样板]

环在竖直方向上受力情况如下图(甲)所示,

环受重力及杆给它的竖直向上的摩擦力Ff,根据牛顿第三定 律,环应给杆一个竖直向下的摩擦力Ff′,故箱子在竖直方向 上受力情况如下图(乙)所示,受重力Mg、地面对它的支持力 FN,及环给它的摩擦力Ff′,由平衡条件知:

________=Mg+Ff′ 由牛顿第三定律得 Ff=Ff′(2 分) FN′=FN(3 分) 所以,FN′=________.
[答案] FN Mg+Ff

(3 分)

(2 分)

(2012· 天津南开中学二模)如图所示,位于水平地面上的木 板 P,由跨过定滑轮的轻绳与物块 Q 相连,从滑轮传输线到 P 和到 Q 的两段绳都是水平的. 已知 Q 与 P 之间的动摩擦因数是 μ、P 与地面之间的动摩擦因数是 2μ,木板 P 与物块 Q 的质量 都是 m,滑轮的质量、滑轮轴上的摩擦都不计,若用一水平向 右的力 F 拉 P 使它做匀速运动,则 F 的大小为 ( )

A.3μmg
C.5μmg [解析]

B.4μmg
D.6μmg

令绳中张力为FT,先隔离Q,对Q匀速运动有FT

=FfP→Q;再隔离P,对P匀速运动有F=FfQ→P+FT+Ff地 →P, 其中FfP→Q =FfQ→P=μmg,Ff地 →P=2μ×2mg=4μmg,代入上 式有F=6μmg. [答案] D

(对应学生用书 P46) 易错点:对作用力和反作用力的等值性、等时性、相互性 理解不够.

某人用绳子将一桶水从井内向上提的过程中,不计绳子的 重力,以下说法正确的是 ( )

A.只有在桶匀速上升的过程中,绳子对桶的拉力才等于 桶对绳子的拉力

B.不管桶匀速上升还是加速上升,绳子对桶的拉力都等
于桶对绳子的拉力 C.不管桶匀速上升还是加速上升,绳子对桶的拉力都大 于桶的重力 D.只要桶能上升,人对绳子的拉力就大于桶对绳子的拉 力

[易错分析]

由于对牛顿第三定律理解不到位,在讨论作

用力与反作用力的关系时受到了物体的运动情况的干扰而导 致错解.误认为只有桶匀速上升的过程中,合力为零,错选A 项;误认为当人对绳子的拉力大于桶对绳子的拉力时,桶才 能上升,错选D项.

[正确解答]

绳子对桶的拉力和捅对绳子的拉力是一对

作用力与反作用力,不管桶匀速上升还是加速上升,大小都 相等,A项错、B项对;当桶匀速上升时,绳子对桶的拉力和 桶的重力才是一对平衡力,若桶加速上升,绳子对桶的拉力 才大于桶的重力,C项错;因为不计绳子的重力,人对绳子的 拉力总等于桶对绳子的拉力,D项错.答案为B.

作用力和反作用力与物体的运动状态无关,平衡力只存 在于匀速或静止的物体.但要注意,人和桶对绳子的拉力之 间没有直接关系,绳子受到人的拉力和桶的拉力,属于两个

不同的施力物体,可以大小相等,也可以大小不等.当桶加
速上升时,如果绳子的质量不能忽略,这两个拉力大小就不 相等了.

第二十二届世界大学生冬季运动会自由滑比赛中,中国 小将张丹/张昊毫无争议地再夺第一名,为中国队夺得第一枚

本届大冬会金牌.花样滑冰表演刚开始时他们静止不动,如
右图所示,随着优美的音乐响起,他们在相互猛推一下后分 别向相反方向运动,假定两人的冰刀与冰面间的动摩擦因数 相同,已知张丹在冰面上滑行的距离比张昊滑行得远,这是 由于

(

)

A.在推的过程中,张丹推张昊的力小于张昊推张丹的力
B.在推的过程中,张丹推张昊的时间等于张昊推张丹的 时间 C.在刚分开时,张丹的初速度大于张昊的初速度 D.在分开后,张丹的加速度的大小小于张昊的加速度的 大小

[解析]

张丹和张昊相互推的过程中,两人的推力属作用

力和反作用力.根据牛顿第三定律,它们大小相等、方向相反、 作用时间相同;由牛顿第二定律可以分析,F=ma,两人与冰 面间的动摩擦因数 μ 相同,分开后两人的加速度大小相等,都 是 a=μg;根据运动学公式 0-v2=-2as(也可以根据动能定理 0 1 2 来求解 0- mv0=-mgμs)容易理解, 张丹之所以滑行的距离比 2 张昊滑行得远是因为两人分开时张丹获得的初速度较大.
[答案] BC

(对应学生用书P46) 1.(2012·洛阳市期中)下列关于惯性的各种说法中,正确 的是 ( )

A.物体在任何情况下都有惯性
B.在完全失重的情况下,物体的惯性将消失 C.物体只有静止或做匀速直线运动时才有惯性 D.材料不同的两个物体放在水平面上,用相同的水平力 分别推它们,则难以推动的物体惯性大

[解析]

质量是惯性大小的量度,物体在任何情况下都有

惯性,选项A正确C错误;在完全失重的情况下,物体的视重 为零,仍有惯性,选项B错误;材料不同的两个物体放在水平 面上,用相同的水平力分别推它们,由于材料不同,与水平 面的动摩擦因数不同,所受摩擦力不同,不能推断得出难以 推动的物体惯性大,选项D错误. [答案] A

2.用计算机辅助实验系统(DIS)做验证牛顿第三定律的实
验,如图所示是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.观察分析两个力传 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.作用力与反作用力是同时作用的
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、方向相反 D.作用力与反作用力的合力大小为零 [答案] AC

3.如果正在做自由落体运动的物体,其重力忽然消失,
那么它的运动状态应该是 A.悬浮在空中不动 B.运动速度逐渐减小 C.做竖直向下的匀速直线运动 D.以上三种情况都有可能 [解析] 正在做自由落体运动的物体,其重力忽然消失后 ( )

物体不再受力的作用,由牛顿第一定律可知物体将保持此时
的速度做竖直向下的匀速直线运动,C对. [答案] C

4.在如图所示的实验中,可以看到,从同一高度释放小
车随着表面材料的改变而一次比一次停得远,如果表面绝对 光滑,那么我们综合伽利略的实验,通过合理外推可以得出 结论:______________________. 该实验和伽利略的斜面实验都是采用了相同的_____,它 是建立在事实基础上,把经验事实与抽象思维结合在一起推 测的方法.

[解析]

根据伽利略的理想斜面实验,本实验中若表面绝

对光滑,小车将永远运动下去,不需要力来维持;两个实验 都是理想实验. [答案] 物体的运动不需要力来维持 理想实验法

课时作业(九)


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