第1節(jié)牛頓第一定律牛頓第三定律

第三章牛頓運動定律高考導(dǎo)航考點內(nèi)容要求高考(全國卷)三年命題情況對照分析201720182019牛頓運動定律及其應(yīng)用ⅡⅢ卷T25:“滑塊—滑板”模型(兩個滑塊)Ⅰ卷T15:動力學(xué)中的圖象問題、胡克定律Ⅲ卷T20:動力學(xué)中圖象與滑塊結(jié)合問題Ⅱ卷T22:借助打點計時器考查動摩擦因數(shù),可視為驗證牛頓第二定律的拓展實驗超重和失重Ⅰ實驗四:驗證牛頓運動定律備考策略:1.考查方式:牛頓運動定律是高考的必考內(nèi)容,在歷年高考試題中既有選擇題,也有計算題和實驗題.選擇題中經(jīng)常考查動力學(xué)的圖象問題,計算題主要考查兩類動力學(xué)問題,實驗命題側(cè)重于考查驗證牛頓運動定律.“滑塊—滑板”模型是?？寄Ｐ?2.命題趨勢:分析歷年高考命題情況可以發(fā)現(xiàn)有三大趨勢:一是動力學(xué)的圖象問題,二是“滑塊—滑板”問題,三是教材中的原型實驗拓展與創(chuàng)新.第1節(jié)牛頓第一定律牛頓第三定律教材梳理·自主預(yù)習真題試做·模擬演練考點研析·感悟提升一、牛頓第一定律1.內(nèi)容一切物體總保持

狀態(tài)或靜止狀態(tài),除非作用在它上面的力迫使它

這種狀態(tài).2.意義(1)指出力不是維持物體運動的原因,而是

物體運動狀態(tài)的原因,即力是產(chǎn)生

的原因.(2)指出了一切物體都有

,因此牛頓第一定律又稱慣性定律.知識梳理勻速直線運動改變教材梳理·自主預(yù)習改變加速度慣性3.慣性(1)定義:物體具有保持原來

狀態(tài)或

狀態(tài)的性質(zhì).(2)量度:

是物體慣性大小的唯一量度.(3)普遍性:慣性是物體的

屬性,一切物體都有慣性.與物體的運動情況和受力情況無關(guān).注意:慣性不是一種力.4.物理學(xué)史對力和運動關(guān)系的認識,各物理學(xué)家的觀點如下:(1)亞里士多德:必須有力作用在物體上,物體才能運動,沒有力的作用,物體就要靜止在一個地方.勻速直線運動質(zhì)量靜止固有自主探究在一節(jié)火車車廂內(nèi)有一個水平的光滑桌面,當火車在平直鐵路上向右勻速行駛時,坐在座椅上的同學(xué)將一個小球輕輕地放在桌面上.若該同學(xué)發(fā)現(xiàn)小球突然向他運動過來,如圖所示,這時火車是加速運動還是減速運動?不是同一直線(2)伽利略:力

維持物體運動的原因.(3)笛卡兒:如果運動中的物體沒有受到力的作用,它將繼續(xù)以同一速度沿

運動,既不停下來也不偏離原來的方向.答案:火車減速運動.二、牛頓第三定律1.內(nèi)容:兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小

,方向

,作用在

.2.表達式:F=-F′.自主探究把A,B兩個彈簧測力計連接在一起,B的一端固定,用手拉測力計A.如圖所示,可以看到兩個測力計的指針同時移動.則兩個彈簧測力計的讀數(shù)有什么關(guān)系?它們受力的方向有什么關(guān)系?相等同一條直線上答案:讀數(shù)總是相等,方向相反.相反小題檢測1.思考判斷(1)牛頓第一定律是實驗定律.(

)(2)牛頓第一定律指出,當物體受到的合外力為零時,物體將處于靜止狀態(tài).(

)(3)物體運動必須有力的作用,沒有力的作用,物體將靜止.(

)(4)運動的物體慣性大,靜止的物體慣性小.(

)(5)慣性可以阻止物體運動狀態(tài)的變化.(

)(6)作用力與反作用力的效果可以相互抵消.(

)××××××2.(多選)下面對牛頓第一定律和慣性的分析正確的是(

)A.飛機投彈時,當目標在飛機的正下方時投下炸彈,能擊中目標B.地球自西向東自轉(zhuǎn),人向上跳起來后,還會落到原地C.安全帶的作用是防止汽車剎車時,人由于慣性作用發(fā)生危險D.有的同學(xué)說,向上拋出的物體,由于慣性,還會落回出發(fā)點BC解析:飛機在目標正上方投彈時,由于慣性,炸彈會落在目標的前方,A錯誤;地球自西向東自轉(zhuǎn),人向上跳起后,由于慣性,還會落在原地,B正確;汽車剎車時,由于慣性,人會向前沖,安全帶可以防止人向前沖發(fā)生危險,C正確;物體被向上拋出后,受到重力作用而落回出發(fā)點,而不是由于慣性,D錯誤.3.(多選)如圖所示,某人用手托著蘋果處于靜止狀態(tài),則(

)A.手所受壓力是由于蘋果的形變而產(chǎn)生的B.手所受壓力和手對蘋果的支持力是一對平衡力C.蘋果所受重力和手對蘋果的支持力是一對平衡力D.蘋果所受重力和蘋果對手的壓力是作用力和反作用力AC解析:蘋果對手的壓力是由于蘋果發(fā)生形變而產(chǎn)生的,選項A正確;手所受壓力和手對蘋果的支持力是一對作用力與反作用力,選項B錯誤;蘋果所受重力和手對蘋果的支持力都作用在蘋果上,大小相等,方向相反,是一對平衡力,選項C正確;蘋果對手的壓力是由于蘋果形變而產(chǎn)生的,是蘋果與手之間的作用,而重力是由于地球的吸引而產(chǎn)生的,是蘋果與地球的相互作用,選項D錯誤.考點一牛頓第一定律的理解與應(yīng)用考點研析·感悟提升1.理解:牛頓第一定律不是實驗定律,也不是牛頓第二定律的特例,它是在可靠的實驗事實(如伽利略斜面實驗)基礎(chǔ)上采用科學(xué)的邏輯推理得出的結(jié)論;物體不受外力是牛頓第一定律的理想條件,但它揭示了力和運動的關(guān)系及對運動的影響.2.慣性:是物體保持原來運動狀態(tài)的性質(zhì),與物體是否受力、是否運動及所處的位置無關(guān),物體的慣性只與其質(zhì)量有關(guān),物體的質(zhì)量越大其慣性越大.3.慣性的兩種表現(xiàn)形式(1)物體的慣性總是以保持“原狀”或反抗“改變”兩種形式表現(xiàn)出來.(2)物體在不受外力或所受的合外力為零時,慣性表現(xiàn)為使物體保持原來的運動狀態(tài)(靜止或勻速直線運動)不變.[例1]

(多選)關(guān)于牛頓第一定律的理解正確的是(

)A.牛頓第一定律反映了物體不受外力作用時的運動規(guī)律B.不受外力作用時,物體的運動狀態(tài)保持不變C.在水平地面上滑動的木塊最終停下來,是由于沒有外力維持木塊運動的結(jié)果D.奔跑的運動員遇到障礙而被絆倒,這是因為他受到外力作用迫使他改變原來的運動狀態(tài)ABD解析:牛頓第一定律描述了物體不受外力作用時的狀態(tài),即總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)不變,選項A,B正確;在水平地面上滑動的木塊最終停下來,是由于摩擦阻力的作用而改變了木塊的運動狀態(tài),奔跑的運動員,遇到障礙而被絆倒,是因為他受到外力作用而改變了運動狀態(tài),選項C錯誤,D正確.方法技巧牛頓第一定律的應(yīng)用技巧(1)應(yīng)用牛頓第一定律分析實際問題時,要把生活感受和理論問題聯(lián)系起來深刻認識力和運動的關(guān)系,克服生活中一些錯誤的直觀印象,建立正確的思維習慣.(2)如果物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變,則物體必然受到不為零的合外力作用.因此,物體的運動狀態(tài)是否改變,應(yīng)通過分析物體的受力情況來判斷.[針對訓(xùn)練]下列說法正確的是(

)A.在高速公路上高速行駛的轎車的慣性比靜止在貨運場的集裝箱貨車的慣性大B.牛頓第一定律是根據(jù)理論推導(dǎo)出來的C.在粗糙水平面上滾動的小球最后會停下來是因為小球的慣性逐漸變?yōu)榱鉊.物體的速度逐漸增大肯定是力作用的結(jié)果D解析:慣性大小與物體的質(zhì)量有關(guān),與速度無關(guān),轎車質(zhì)量小于貨車質(zhì)量,所以高速行駛的轎車的慣性比靜止在貨運場的集裝箱貨車的慣性小,故A錯誤;牛頓第一定律是根據(jù)實驗和邏輯推理得出來的,故B錯誤;在粗糙水平面上滾動的小球最后會停下來是因為小球受到阻力,小球的慣性不變,故C錯誤;力是改變物體運動狀態(tài)的原因,故D正確.考點二牛頓第三定律的理解與應(yīng)用1.作用力與反作用力的“六同、三異、二無關(guān)”(1)六同:大小相同、性質(zhì)相同、同一直線、同時產(chǎn)生、同時變化、同時消失.(2)三異:方向相反、不同物體、不同效果.(3)二無關(guān):與物體的運動狀態(tài)無關(guān)、與物體是否受其他力無關(guān).2.一對平衡力與作用力、反作用力的比較名稱項目一對平衡力作用力與反作用力作用對象同一個物體兩個相互作用的不同物體作用時間不一定同時產(chǎn)生、同時消失一定同時產(chǎn)生、同時消失力的性質(zhì)不一定相同一定相同作用效果可相互抵消不可抵消[例2]

在長期研究的基礎(chǔ)上,牛頓提出了著名的牛頓第三定律,闡述了作用力和反作用力的關(guān)系,從而與牛頓第一定律和牛頓第二定律形成了完整的牛頓力學(xué)體系.下列關(guān)于作用力和反作用力的說法正確的是(

)A.物體先對地面產(chǎn)生壓力,然后地面才對物體產(chǎn)生支持力B.物體對地面的壓力和地面對物體的支持力是一對作用力和反作用力C.人推車前進,人對車的作用力大于車對人的作用力大小D.物體在地面上滑行,物體對地面的摩擦力與地面對物體的摩擦力是一對平衡力B解析:物體對地面的壓力和地面對物體的支持力是一對作用力與反作用力,是同時產(chǎn)生的,選項A錯誤;物體對地面的壓力和地面對物體的支持力分別作用在地面和物體上,是一對作用力與反作用力,選項B正確;人對車的作用力與車對人的作用力是一對作用力與反作用力,大小相等,選項C錯誤;物體對地面的摩擦力與地面對物體的摩擦力是一對作用力與反作用力,選項D錯誤.方法技巧區(qū)分作用力、反作用力與平衡力“兩看”一看:受力物體.作用力和反作用力應(yīng)作用在兩個相互作用的物體上.二看:產(chǎn)生的原因.作用力和反作用力是由于相互作用而產(chǎn)生的,一定是同種性質(zhì)的力.1.2019年4月20日22時41分,我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運載火箭,成功發(fā)射第四十四顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星.關(guān)于這次衛(wèi)星與火箭上天的情形敘述正確的是(

)A.火箭尾部向外噴氣,噴出的氣體反過來對火箭產(chǎn)生一個反作用力,從而讓火箭獲得了向前的推力B.火箭尾部噴出的氣體對空氣產(chǎn)生一個作用力,空氣的反作用力使火箭獲得飛行的動力C.火箭飛出大氣層后,由于沒有了空氣,火箭雖然向后噴氣,但也無法獲得前進的動力D.衛(wèi)星進入預(yù)定軌道之后,與地球之間不存在相互作用題組訓(xùn)練A解析:火箭升空時,其尾部向下噴氣,火箭箭體與被噴出的氣體是一對相互作用的物體,噴出的氣體同時對火箭產(chǎn)生向上的反作用力,即為火箭上升的推動力,此動力并不是由周圍的空氣提供的,因而與是否飛出大氣層、是否存在空氣無關(guān),因而選項B,C錯誤,A正確;火箭運載衛(wèi)星進入軌道之后,衛(wèi)星與地球之間依然存在相互吸引力,這是一對作用力與反作用力,選項D錯誤.2.(多選)物體靜止于水平桌面上,則(

)A.若在物體上增加一個豎直向下的作用力,則物體對桌面的壓力和桌面對物體的支持力會同時增加B.物體的重力和桌面對它的支持力是一對作用力與反作用力C.物體對桌面的壓力就是物體的重力,這兩個力性質(zhì)相同D.桌面對物體的支持力大小等于物體的重力大小,這兩個力是一對平衡力AD解析:物體對桌面的壓力和桌面對物體的支持力是一對作用力與反作用力,同時變化,故A正確;物體的重力和物體對地球的吸引力是一對作用力與反作用力,故B錯誤;壓力屬于彈力,與重力性質(zhì)不同,故C錯誤;物體的重力是作用在物體上的力,支持力也是作用在這個物體上的力,這兩個力大小相等、方向相反且作用在同一直線上,所以這兩個力是一對平衡力,故D正確.考點三“轉(zhuǎn)移研究對象法”在受力分析中的應(yīng)用1.應(yīng)用原則:在研究某些力學(xué)問題時,如果不能直接求解物體受到的某個力,可先求它的反作用力.例如,要求物體對地面的壓力,不妨先求地面對物體的支持力.2.本質(zhì):“轉(zhuǎn)移研究對象法”在受力分析中的應(yīng)用,其本質(zhì)是牛頓第三定律的應(yīng)用.[例3]建筑工人用如圖所示的定滑輪裝置運送建筑材料,質(zhì)量為70.0kg的工人站在水平地面上,通過定滑輪將20.0kg的建筑材料以1.0m/s2的加速度拉升,忽略繩子和定滑輪的質(zhì)量及兩者間的摩擦,求地面受到的壓力和摩擦力的大小.(g取10m/s2,sin53°=0.8,cos53°=0.6)思路點撥:解此題按以下思路:解析:首先以建筑材料為研究對象,受力如圖(甲)所示.由牛頓第二定律得F1-mg=ma代入數(shù)據(jù)解得F1=220N以工人為研究對象,繩對人的拉力F2=F1=220N分析建筑材料受力求繩拉力分析工人受力定支持力和摩擦力求壓力和摩擦力→→→工人受力如圖(乙)所示由平衡條件得F2cos53°=FfF2sin53°+FN=Mg代入數(shù)據(jù)解得FN=524N,Ff=132N由牛頓第三定律得,地面受到的壓力大小為524N,方向豎直向下;地面受到的摩擦力大小為132N.答案:524N

132N規(guī)律總結(jié)應(yīng)用“轉(zhuǎn)換研究對象法”的一般步驟(1)對于不宜直接分析的物體,如地面,可先分析與之接觸的物體,一般以受力較少、分析起來較容易的物體先作為研究對象,有時“整體法”與“隔離法”綜合應(yīng)用.(2)對研究對象進行受力分析和運動情況分析,確定哪些力是作用力和反作用力.(3)利用牛頓第三定律把已知力或所求力轉(zhuǎn)移至最終待求物體上.1.如圖所示,質(zhì)量為m的木塊在質(zhì)量為M的長木板上水平向右加速滑行,長木板與地面間的動摩擦因數(shù)為μ1,木塊與長木板間的動摩擦因數(shù)為μ2,若長木板始終處于靜止狀態(tài),則長木板對地面的摩擦力大小一定為(

)A.μ1(m+M)g B.μ2mgC.μ1mg D.μ1mg+μ2Mg題組訓(xùn)練B解析:木塊在長木板上向右滑行過程中,受到長木板對其水平向左的滑動摩擦力,由牛頓第三定律可知,木塊對長木板有水平向右的滑動摩擦力,大小為μ2mg,由于長木板處于靜止狀態(tài),水平方向合力為零,故地面對長木板的靜摩擦力方向水平向左,大小為μ2mg,由牛頓第三定律可知,長木板對地面的摩擦力大小為μ2mg,故B正確.2.如圖所示,圓環(huán)的質(zhì)量為M,經(jīng)過環(huán)心的豎直鋼絲AB上套有一個質(zhì)量為m的小球,今讓小球沿鋼絲AB以初速度v0豎直向上運動,要使圓環(huán)對地面無壓力,則小球的加速度大小和小球能達到的最大高度是多少?(設(shè)小球不會到達A點)1.(2017·上海卷,6)一碗水置于火車車廂內(nèi)的水平桌面上.當火車向右做勻減速運動時,水面形狀接近于圖(

)真題試做·模擬演練A解析:當火車向右做勻減速運動時,碗內(nèi)的水由于慣性,保持原來較大的速度向右運動,則只有圖A所示的情形符合要求,選項A正確.2.(2019·云南昆明期末)(多選)如圖所示,我國有一種傳統(tǒng)的民族體育項目叫作“押加”,實際上相當于兩個人拔河.如果甲、乙兩人在“押加”比賽中,甲獲勝,則下列說法中正確的是(

)A.甲對乙的拉力大于乙對甲的拉力,所以甲獲勝B.當甲把乙勻速拉過去時,甲對乙的拉力大小等于乙對甲的拉力大小C.當甲把乙加速拉過去時,甲對乙的拉力大于乙對甲的拉力D.甲對乙的拉力大小始終等于乙對甲的拉力大小,只是地面對甲的摩擦力大于地面對乙的摩擦力,所以甲獲勝BD解析:甲對乙的拉力和乙對甲的拉力屬于作用力與反作用力,總是大小相等,與甲、乙運動狀態(tài)無關(guān),故B正確,A,C錯誤.地面對甲的摩擦力大于地面對乙的摩擦力,所以甲獲勝,故D正確.3.(2019·