2020版高考一轮复习物理通用版讲义：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

[全国卷5年考情分析]

第1节　牛顿第一定律　牛顿第三定律

一、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。[注1]

二、惯性

1．定义：物体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。[注2]

3．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。

三、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，后一个物体一定同时对前一个物体也施加了力。物体间相互作用的这一对力叫做作用力和反作用力。

2．牛顿第三定律

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。[注3]

【注解释疑】

[注1] 牛顿第一定律并不是牛顿第二定律在加速度等于零时的特例。

[注2] 当物体不受力或所受合力为零时，惯性表现为保持原来的运动状态不变；当物体受到合力不为零时，惯性表现为抗拒运动状态改变的能力。

[注3] 可简记为：异体、等大、反向、共线。

[深化理解]

1．惯性是物体的固有属性，不是一种力。

2．牛顿第一定律的本质是力与运动的关系，即力不是维持运动的原因，而是改变运动状态的原因。

3．牛顿第三定律指出了作用力与反作用力间的关系，这种关系适用于宏观、低速运动的情况。

[基础自测]

一、判断题

(1)牛顿第一定律是实验定律。(×)

(2)牛顿第一定律指出，当物体受到的合外力为零时，物体将处于静止状态。(×)

(3)物体运动必须有力的作用，没有力的作用，物体将静止。(×)

(4)运动的物体惯性大，静止的物体惯性小。(×)

(5)惯性是物体抵抗运动状态变化的性质。(√)

(6)作用力与反作用力的效果可以相互抵消。(×)

(7)人走在松软土地上下陷时，人对地面的压力大于地面对人的支持力。(×)

二、选择题

1．(多选)科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用。下列说法符合历史事实的是(　　)

A．亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体的运动状态才会改变

B．伽利略通过“理想实验”得出结论：运动必具有某一速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去

C．笛卡儿指出：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向

D．牛顿认为，物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质

解析：选BCD　亚里士多德认为力是维持物体运动的原因，他的观点是错误的；伽利略通过实验与推理证明了力不是维持物体运动的原因，力是改变物体运动状态的原因，假如没有力作用在运动的物体上，物体将以原来的速度永远运动下去；同时期的笛卡儿也得出了类似的结论；牛顿在伽利略和笛卡儿的基础上，提出了惯性定律，即认为物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质。B、C、D正确。

2．[人教版必修1 P70 T1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，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，人向上跳起来后，还会落到原地

C．安全带的作用是防止汽车刹车时，人由于惯性作用发生危险

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

解析：选BC　飞机在目标正上方投弹时，由于惯性，炸弹会落在目标的前方，A错误；地球自西向东自转，人向上跳起后，由于惯性，还会落在原地，B正确；汽车刹车时，由于惯性，人会向前冲，安全带可以防止人的前冲，C正确；物体被向上抛出后，在空中向上运动是由于惯性，D错误。

3．下列说法中正确的是(　　)

A．高速运动的物体不容易停下来，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．惯性是物体的固有属性，惯性大小只与质量有关

D．在月球上举重比在地球上容易，所以同一物体在月球上比在地球上的惯性小

解析：选C　惯性是物体的固有属性，惯性大小仅与物体的质量有关，与其他因素无关，A、B、D错误，C正确。

4．[粤教版必修1 P71 T1]沼泽的下面蕴藏着丰富的泥炭，泥炭是沼泽地积累的植物残体，它的纤维状和海绵状的物理结构导致人在其表面行走时容易下陷。若人下陷的过程是先加速后匀速运动，下列判断正确的是(　　)

A．加速运动时人对沼泽地的压力大于沼泽地对他的支持力

B．加速运动时人对沼泽地的压力小于沼泽地对他的支持力

C．人对沼泽地的压力先大于后等于沼泽地对他的支持力

D．人对沼泽地的压力大小总等于沼泽地对他的支持力

解析：选D　人对沼泽地的压力与沼泽地对人的支持力为作用力与反作用力，故二力大小一定相等，故A、B、C错误，D正确。

高考对本节内容的考查，主要集中在对牛顿第一定律和惯性的理解、掌握牛顿第三定律的内容、区分相互作用力与平衡力等，常结合其他知识进行综合考查，以选择题的形式呈现，难度一般。

考点一　牛顿第一定律的理解[基础自修类]

[题点全练]

1．(多选)关于牛顿第一定律的说法正确的是(　　)

A．牛顿第一定律是理想的实验定律

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

解析：选BD　牛顿第一定律不是实验定律，它是以伽利略理想斜面实验为基础，经过科学抽象，归纳推理总结出来的，故A错误；惯性是物体保持原有运动状态不变的一种性质，而惯性定律即为牛顿第一定律，反映的是物体不受力作用时的运动规律，故C错误；根据牛顿第一定律可知，物体的运动不需要力来维持，但物体运动状态改变时必须有力的作用，故B、D正确。

2．(多选)早期物理学家关于惯性有下列说法，其中正确的是(　　)

A．物体抵抗运动状态变化的性质是惯性

B．没有力的作用，物体只能处于静止状态

C．行星在圆周轨道上保持匀速率运动的性质是惯性

D．运动物体如果没有受到力的作用，将继续以同一速度沿同一直线运动

解析：选AD　物体不受外力作用时，将保持静止或匀速直线运动状态，物体具有的保持原来运动状态不变的性质叫惯性，也可以说抵抗运动状态变化的性质是惯性，A、D正确；没有力的作用时物体处于平衡状态，即物体处于静止或匀速直线运动状态，B错误；行星在圆周轨道上做匀速圆周运动，是因为受到万有引力的作用产生向心加速度，C错误。

3．下列说法正确的是(　　)

A．在高速公路上高速行驶的轿车的惯性比静止在货运场的集装箱货车的惯性大

B．牛顿第一定律是根据理论推导出来的

C．在粗糙水平面上滚动的小球最后会停下来是因为小球的惯性逐渐变为零

D．物体的速度逐渐增大同时加速度逐渐减小是有可能的

解析：选D　惯性大小与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，惯性大小与速度无关，所以高速行驶的轿车的惯性比静止在货运场的集装箱货车的惯性小，故A错误；牛顿第一定律是根据实验和逻辑推理得出来的，故B错误；在粗糙水平面上滚动的小球最后会停下来是因为小球受到阻力，小球的惯性不变，故C错误；如果加速度方向与速度方向相同，虽然加速度减小，但物体速度是增大的，所以D选项正确。

[名师微点]

1．牛顿第一定律的意义

(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)揭示力与运动的关系：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．牛顿第一定律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。

考点二　牛顿第三定律的理解[基础自修类]

[题点全练]

1．牛顿在总结C.雷恩、J.沃利斯和C.惠更斯等人的研究结果后，提出了著名的牛顿第三定律，阐述了作用力和反作用力的关系，从而与牛顿第一定律和牛顿第二定律形成了完整的牛顿力学体系。下列关于作用力和反作用力的说法正确的是(　　)

A．物体先对地面产生压力，然后地面才对物体产生支持力

B．物体对地面的压力和地面对物体的支持力互相平衡

C．人推车前进，人对车的作用力大小等于车对人的作用力大小

D．物体在地面上滑行，物体对地面的摩擦力大于地面对物体的摩擦力

解析：选C　物体对地面的压力和地面对物体的支持力是一对作用力与反作用力，是同时产生的，所以选项A错误；物体对地面的压力和地面对物体的支持力分别作用在地面和物体上，是一对作用力与反作用力，不是平衡力，选项B错误；人对车的作用力与车对人的作用力是一对作用力与反作用力，大小相等，选项C正确；物体对地面的摩擦力与地面对物体的摩擦力是一对作用力与反作用力，大小相等，选项D错误。

2．2018年9月29日12时13分，我国在酒泉卫星发射中心用快舟一号甲固体运载火箭，成功将微厘空间一号试验卫星送入预定轨道。关于这次卫星与火箭上天的情形叙述正确的是(　　)

A．火箭尾部向外喷气，喷出的气体反过来对火箭产生一个反作用力，从而让火箭获得了向前的推力

B．火箭尾部喷出的气体对空气产生一个作用力，空气的反作用力使火箭获得飞行的动力

C．火箭飞出大气层后，由于没有了空气，火箭虽然向后喷气，但也无法获得前进的动力

D．卫星进入预定轨道之后，与地球之间不存在相互作用

解析：选A　火箭升空时，其尾部向下喷气，火箭箭体与被喷出的气体是一对相互作用的物体，火箭向下喷气时，喷出的气体同时对火箭产生向上的反作用力，即为火箭上升的推动力，此动力并不是由周围的空气提供的，因而与是否飞出大气层、是否存在空气无关，因而选项B、C错误，选项A正确；火箭运载卫星进入轨道之后，卫星与地球之间依然存在相互吸引力，即卫星吸引地球，地球吸引卫星，这是一对作用力与反作用力，故选项D错误。

3．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。

[名师微点]

1．作用力与反作用力的“六同、三异、二无关”

2．作用力和反作用力与一对平衡力的比较

考点三　应用牛顿第三定律转换研究对象   [师生共研类]

[典例]　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的力是“等大”的，因此问题得以巧妙地解出。

[解析]　设绳子对建材的拉力为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

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。　

[题点全练]

1.如图所示，家用吊扇对悬挂点有拉力作用，正常转动时吊扇对悬挂点的拉力与它不转动时相比(　　)

A．变大   B．变小

C．不变   D．无法判断

解析：选B　吊扇不转时，F拉＝G，当吊扇转动时，风扇对空气有一个向下的力，根据牛顿第三定律，空气对风扇有一个向上的力，由平衡条件可得：F拉′＋F空＝G，故有F拉′＜F拉，选项B正确。

2．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′＝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。

3．如图所示，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的大小一定为(　　)

A．μ1(m＋M)g   B．μ2mg

C．μ1mg   D．μ1mg＋μ2Mg

解析：选B　木块在长木板上向右滑行过程中，受到长木板对木块水平向左的滑动摩擦力，由牛顿第三定律可知，木块对长木板有水平向右的滑动摩擦力，大小为μ2mg。由于长木板处于静止状态，水平方向合力为零，故地面对长木板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。

“易错问题”辨清楚——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。