2019年度高考物理一轮复习 第三章 牛顿运动定律 第1讲 牛顿三定律的理解学案

第1讲牛顿三定律的理解一、牛顿第一定律惯性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：揭示了物体的固有属性：一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又叫惯性定律；揭示了力与运动的关系：力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因，即力是产生加速度的原因.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)量度：质量是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.(3)普遍性：惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性，与物体的运动情况和受力情况无关.自测1教材P70第1至3题改编(多选)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，如果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，你向上跳起来后，还会落到原地C.安全带的作用是防止汽车刹车时人由于具有惯性仍向前运动而发生危险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答案BC二、牛顿第二定律力学单位制1.牛顿第二定律(1)内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同.(2)表达式：Fma.(3)适用范围牛顿第二定律只适用于惯性参考系，即相对于地面静止或匀速直线运动的参考系.牛顿第二定律只适用于宏观物体(相对于分子、原子等)、低速运动(远小于光速)的情况.2.力学单位制(1)单位制：由基本单位和导出单位一起组成了单位制.(2)基本单位：基本物理量的单位.基本物理量共七个，其中力学有三个，是长度、质量、时间，单位分别是米、千克、秒.(3)导出单位：由基本物理量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位.自测2(多选)关于运动状态与所受外力的关系，下面说法中正确的是()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.物体的运动方向与它所受的合力的方向可能相同答案BD自测3(多选)在研究匀变速直线运动的实验中，取计数时间间隔为0.1s，测得相邻相等时间间隔的位移差的平均值x1.2cm，若还测出小车的质量为500g，则关于加速度、合外力的大小及单位，既正确又符合一般运算要求的是()A.am/s2120 m/s2B.am/s21.2 m/s2C.F5001.2N600ND.F0.51.2N0.60N答案BD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，后一个物体同时对前一个物体也施加力.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.表达式：FF.自测4教材P82做一做改编(多选)用计算机辅助实验系统(DIS)做验证牛顿第三定律的实验，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(如图1所示)，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()图1A.作用力与反作用力同时产生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D.作用力与反作用力的合力为零答案AC命题点一牛顿第一定律的理解1.明确了惯性的概念牛顿第一定律提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.如果物体所受的合外力等于零，其运动效果跟不受外力作用时相同，物体保持静止状态或匀速直线运动状态.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.例1(2014北京理综19)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2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2A.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，它的加速度越小答案A解析根据题意，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.变式1伽利略对自由落体运动及运动和力的关系的研究，开创了科学实验和逻辑推理相结合的重要科学研究方法.图3a、b分别表示这两项研究中实验和逻辑推理的过程，对这两项研究，下列说法正确的是()图3A.图a通过对自由落体运动的研究，合理外推得出小球在斜面上做匀变速运动B.图a中先在倾角较小的斜面上进行实验，可“冲淡”重力，使时间测量更容易C.图b中完全没有摩擦阻力的斜面是实际存在的，实验可实际完成D.图b的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持答案B解析伽利略设想物体下落的速度与时间成正比，因为当时无法测量物体的瞬时速度，所以伽利略通过数学推导证明，如果速度与时间成正比，那么位移与时间的二次方就成正比.由于当时用滴水法计时，无法记录自由落体的较短时间，伽利略设计了让铜球沿阻力很小的斜面滚下，来“冲淡”重力的作用效果，而小球在斜面上运动的加速度要比它竖直下落的加速度小得多，运动相同位移所用时间长得多，所以容易测量.伽利略做了上百次实验，并通过抽象思维在实验结果上做了合理外推，得出了正确结论，故A错误，B正确；完全没有摩擦阻力的斜面是实际不存在的，故C错误；伽利略用抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法得到物体的运动不需要力来维持的结论，故D错误.变式2某同学为了取出如图4所示羽毛球筒中的羽毛球，一只手拿着球筒的中部，另一只手用力击打羽毛球筒的上端，则()图4A.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答案D解析羽毛球筒被手击打后迅速向下运动，而羽毛球具有惯性要保持原来的静止状态，所以会从筒的上端出来，D正确.命题点二牛顿第二定律的理解例2(多选)(2016全国卷18)一质点做匀速直线运动，现对其施加一恒力，且原来作用在质点上的力不发生改变，则()A.质点速度的方向总是与该恒力的方向相同B.质点速度的方向不可能总是与该恒力的方向垂直C.质点加速度的方向总是与该恒力的方向相同D.质点单位时间内速率的变化量总是不变答案BC解析质点一开始做匀速直线运动，处于平衡状态，施加恒力后，则该质点所受的合外力为该恒力.若该恒力方向与质点原运动方向不共线，则质点做曲线运动，质点速度方向与恒力方向不同，故A错；若F的方向某一时刻与质点运动方向垂直，之后质点做曲线运动，力与速度方向不再垂直，例如平抛运动，故B正确；由牛顿第二定律可知，质点加速度方向总是与其所受合外力方向相同，C正确；根据加速度的定义，相等时间内速度变化量相同，而速率变化量不一定相同，故D错.变式3关于速度、加速度和合外力之间的关系，下述说法正确的是()A.做匀变速直线运动的物体，它所受合外力是恒定不变的B.做匀变速直线运动的物体，它的速度、加速度、合外力三者总是在同一方向上C.物体受到的合外力增大时，物体的运动速度一定加快D.物体所受合外力为零时，一定处于静止状态答案A解析做匀变速直线运动的物体，加速度恒定不变，由牛顿第二定律知：它所受合外力是恒定不变的，故A正确；由牛顿第二定律可知加速度与合外力方向相同，与速度不一定在同一方向上，故B错误；物体受到的合外力增大时，加速度一定增大，物体的运动速度变化一定加快，而速度不一定加快，故C错误；物体所受合外力为零时，物体的加速度一定等于零，速度不一定为零，故D错误.变式4(多选)某物体在光滑的水平面上受到两个恒定的水平共点力的作用，以10 m/s2的加速度做匀加速直线运动，其中F1与加速度的方向的夹角为37，某时刻撤去F1，此后该物体()A.加速度可能为5m/s2B.速度的变化率可能为6m/s2C.1秒内速度变化大小可能为20m/sD.加速度大小一定不为10m/s2答案BC解析根据牛顿第二定律F合ma10m，F1与加速度方向的夹角为37，根据几何知识可知，F2有最小值，最小值为F2mF合sin376m.所以当F1撤消后，合力的最小值为Fmin6m，此时合力的取值范围为6mF合，所以最小的加速度为amin6m/s2.故B、C正确，故选B、C.命题点三牛顿第三定律的理解与应用1.相互作用力的特点(1)三同(2)三异(3)二无关2.一对平衡力与作用力、反作用力的比较名称项目一对平衡力作用力与反作用力作用对象同一个物体两个相互作用的不同物体作用时间不一定同时产生、同时消失一定同时产生、同时消失力的性质不一定相同一定相同作用效果可相互抵消不可抵消例3(多选)如图5所示，用水平力F把一个物体紧压在竖直墙壁上静止，下列说法中正确的是()图5A.水平力F跟墙壁对物体的弹力是一对作用力与反作用力B.物体的重力跟墙壁对物体的静摩擦力是一对平衡力C.水平力F与物体对墙壁的压力是一对作用力与反作用力D.物体对墙壁的压力与墙壁对物体的弹力是一对作用力与反作用力答案BD解析水平力F跟墙壁对物体的弹力作用在同一物体上，大小相等、方向相反，且作用在同一条直线上，是一对平衡力，选项A错误；物体在竖直方向上受竖直向下的重力以及墙壁对物体竖直向上的静摩擦力的作用，因物体处于静止状态，故这两个力是一对平衡力，选项B正确；水平力F作用在物体上，而物体对墙壁的压力作用在墙壁上，这两个力不是平衡力，也不是相互作用力，选项C错误；物体对墙壁的压力与墙壁对物体的弹力是两个物体间的相互作用力，是一对作用力与反作用力，选项D正确.变式5某学校教室里的磁性黑板上通常粘挂一些小磁铁，小磁铁被吸在黑板上可以用于“贴”挂图或试题答案，如图6所示.关于小磁铁，下列说法中正确的是()图6A.小磁铁受到的电磁吸引力大于受到的弹力才能被吸在黑板上B.小磁铁与黑板间在水平方向上存在两对作用力与反作用力C.小磁铁受到五个力的作用D.小磁铁受到的支持力与黑板受到的压力是一对平衡力答案B变式6(多选)北京时间2016年9月15日晚10时04分，中国在酒泉卫星发射中心用“长征二号FT2”火箭将“天宫二号”空间实验室成功发射升空，顺利入轨并正常开展各项科研活动，如图7.关于“天宫二号”与火箭起飞的情形，下列叙述正确的是()图7A.“天宫二号”进入运行轨道之后，与地球之间仍然存在一对作用力与反作用力B.运载火箭尾部向下喷气，喷出的气体对火箭产生反作用力，火箭获得向上的推力C.运载火箭尾部喷出的气体对空气产生作用力，空气的反作用力使火箭获得飞行的动力D.运载火箭飞出大气层后，由于没有空气，火箭虽向下喷气，但无法获得前进的动力答案AB拓展点牛顿第三定律在受力分析中的应用由于作用力与反作用力的关系，当待求的某个力不容易求时，可先求它的反作用力，再反过来求待求力.如求压力时，可先求支持力.例4一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8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，则此时箱对地面的压力大小为()图8A.MgFfB.MgFfC.MgmgD.Mgmg答案A解析环在竖直方向上受重力及箱子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Ff，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Ff，受力情况如图乙所示，由于箱子处于平衡状态，可得FNFfMgFfMg.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FNMgFf，故选项A正确.变式7如图9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1，木块与长木板间的动摩擦因数为2，若长木板仍处于静止状态，则长木板对地面摩擦力大小和方向一定为()图9A.1(mM)g，向左B.2mg，向右C.2mgma，向右D.1mg2Mg，向左答案B解析对m分析可知受M对它水平向左的摩擦力Ff1，由牛顿第三定律可知，m对M的摩擦力向右，大小为Ff1；对M受力分析可知，受地面对M的静摩擦力Ff2，方向向左，Ff2Ff12mg，由牛顿第三定律可知，长木板对地面摩擦力大小为2mg，方向向右，B项正确.变式8(2018辽宁本溪模拟)如图10所示，质量为m的物体放在质量为M、倾角为的斜面体上，斜面体置于粗糙的水平地面上，用平行于斜面的力F拉物体使其沿斜面向下匀速运动，斜面体始终静止，则下列说法正确的是()图10A.地面对斜面体的摩擦力大小为FcosB.地面对斜面体的支持力为(Mm)gC.物体对斜面体的摩擦力的大小为FD.斜面体对物体的作用力竖直向上答案A解析由于斜面体和物体都处于平衡状态，将斜面体和物体看成一个整体，由受力情况可得：地面对斜面体的摩擦力大小为Fcos，地面对斜面体的支持力大小为(Mm)gFsin，故A对，B错；隔离物体进行受力分析，物体对斜面体的摩擦力大小为Fmgsin，故C错；将斜面体作为施力物体，则斜面体对物体的作用力即为物体受到的支持力与摩擦力的合力，由力的合成可知斜面体对物体的作用力与物体的重力和F的合力大小相等、方向相反，故斜面体对物体的作用力不在竖直方向上，D错.9