2020版物理浙江高考选考一轮复习讲义：必修1第三章第1讲牛顿第一定律　牛顿第三定律

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第1讲　牛顿第一定律　牛顿第三定律

知识排查

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或所受合外力为零。

2.成立条件：物体不受外力作用。

3.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

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，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小。

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：F＝－F′。

小题速练

1.思考判断

(1)物体不受外力时一定处于静止状态(　　)

(2)速度大的物体惯性大，静止的物体惯性小(　　)

(3)作用力与反作用力的作用效果可以抵消(　　)

(4)人走在泥地上下陷，人对地面压力大于地面对人的支持力(　　)

答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×

2.(多选)[人教版必修1·P70·科学漫步]小华坐在一列正在行驶的火车车厢里，突然看到原来静止在水平桌面上的小球向后滚动，假设桌面是光滑的，则下列说法正确的是(　　)

图1

A.小球在水平方向受到了向后的力使它向后运动

B.小球所受的合力为零，以地面为参考系，小球的运动状态并没有改变

C.火车一定是在向前加速

D.以火车为参考系，此时牛顿第一定律已经不能适用

答案　BCD

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具有惯性

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　惯性是物体的固有属性，质量是其唯一量度，选项A错误；牛顿第一定律是牛顿在伽利略理想斜面实验的基础上，加上逻辑推理得出的规律，选项B错误；小球在粗糙水平面上受到摩擦力是小球停下来的原因，选项C错误；物体可以做加速度逐渐减小的加速运动，选项D正确。

答案　D

　牛顿第一定律

1.惯性的两种表现形式

(1)物体的惯性总是以保持“原状”或反抗“改变”两种形式表现出来。

(2)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.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。

【典例】　如图2所示，一个劈形物体M各面均光滑，放在固定的斜面上，上面成水平，放一光滑小球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(　　)

图2

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

解析　对m进行受力分析可知m只受重力和劈形物体对它的支持力，如图所示，水平方向上不受力，即水平方向上运动状态不发生改变，原来静止，则以后水平方向没有速度，其轨迹一定是竖直向下的直线，选项B正确。

答案　B

1.一碗水置于火车车厢内的水平桌面上。当火车向右做匀减速运动时，水面形状接近于图(　　)

解析　当火车向右做匀减速运动时，碗内的水由于惯性，保持原来较大的速度向右运动，则只有图A所示的情形符合要求，故选项A正确。

答案　A

2.就一些实际生活中的现象，某同学试图从惯性角度加以解释，其中正确的是(　　)

A.采用了大功率的发动机后，某些一级方程式赛车的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度，这表明，可以通过科学进步使小质量的物体获得大惯性

B.射出枪膛的子弹在运动相当长一段距离后连一件棉衣也穿不透，这表明它的惯性变小了

C.货运列车运行到不同的车站时，经常要摘下或加挂一些车厢，这会改变它的惯性

D.摩托车转弯时，车手一方面要控制适当的速度，另一方面要将身体稍微向里倾斜，通过调控人和车的惯性达到转弯的目的

解析　采用了大功率的发动机后，某些一级方程式赛车的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度，原因是功率变大了，但惯性不变，选项A错误；射出枪膛的子弹在运动相当长一段距离后连一件棉衣也穿不透，原因是子弹具有的动能过小，但惯性不变，选项B错误；货运列车运行到不同的车站时，经常要摘下或加挂一些车厢，列车的质量改变了，当然它的惯性也就改变了，选项C正确；摩托车转弯时，车手一方面要控制适当的速度，另一方面要将身体稍微向里倾斜，调控人和车的重心位置，但整体的惯性不变，选项D错误。

答案　C

3.科学思维和科学方法是我们认识世界的基本手段。在研究和解决问题过程中，不仅需要相应的知识，还需要运用科学的方法。理想实验有时更能深刻地反映自然规律。伽利略设想了一个理想实验，如图3所示，其中有一个是经验事实，其余是推论。

图3

①减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度；

②两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面；

③如果没有摩擦，小球将上升到原来释放的高度；

④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面做持续的匀速运动。

请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列________(只填写序号即可)。在上述的设想步骤中，有的属于可靠的事实，有的则是理想化的推论，下列有关事实和推论的分类正确的是(　　)

A.①是事实，②③④是推论

B.②是事实，①③④是推论

C.③是事实，①②④是推论

D.④是事实，①②③是推论

解析　本题再现了伽利略理想实验法，即在可靠的物理事实的基础上进行科学合理外推，将实验理想化，并符合物理规律，得到正确结论。其正确顺序为②③①④，其中②是事实，①③④是推论。

答案　②③①④　B

　牛顿第三定律

1.作用力与反作用力的“六同、三异、二无关”

(1)六同：大小相同、性质相同、同一直线、同时产生、同时变化、同时消失。

(2)三异：方向相反、不同物体、不同效果。

(3)二无关：与物体的运动状态无关、与物体是否受其他力无关。

2.一对平衡力与作用力、反作用力的不同点

特别提醒　定律中的“总是”二字说明对于任何事物，在任何条件下牛顿第三定律都是成立的。

3.牛顿第三定律在受力分析中的应用

转换研究对象法在受力分析中的应用：转换研究对象法是将A物体作为研究对象无法求解结果时，可以选与A相互作用的B物体为研究对象进行求解的方法，该方法往往用到牛顿第三定律。

【典例】　如图4所示，我国有一种传统的民族体育项目叫做“押加”，实际上相当于两个人拔河，如果甲、乙两人在“押加”比赛中，甲获胜，则下列说法中正确的是(　　)

图4

A.甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力，所以甲获胜

B.当甲把乙匀速拉过去时，甲对乙的拉力大小大于乙对甲的拉力大小

C.当甲把乙加速拉过去时，甲对乙的拉力大小大于乙对甲的拉力大小

D.甲对乙的拉力大小始终等于乙对甲的拉力大小

解析　物体的运动状态是由其自身的受力情况决定的，只有当物体所受的合外力不为零时，物体的运动状态才会改变，不论物体处于何种状态，物体间的作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，但由于它们作用在不同的物体上，其效果可以不同。甲加速前进的原因是甲受到的地面的摩擦力大小大于绳子对甲的拉力大小；乙加速后退的原因是绳子对乙的拉力大小大于乙受到的地面的摩擦力大小；但是，根据牛顿第三定律，甲对乙的拉力大小始终等于乙对甲的拉力大小。A、B、C错误，D正确。

答案　D

1.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(　　)

图5

A.只有在桶匀速上升过程中，绳子对桶的拉力才等于桶对绳子的拉力

B.桶加速上升的过程中，绳子对桶的拉力大于桶对绳子的拉力

C.桶加速上升的过程中，绳子对桶的拉力等于桶对绳子的拉力

D.桶减速向上运动的过程中，绳子对桶的拉力小于桶对绳子的拉力

答案　C

2.如图6所示，水平地面上质量为m的物体，与地面的动摩擦因数为μ，在劲度系数为k的轻弹簧作用下沿地面做匀速直线运动。弹簧没有超出弹性限度。则(　　)

图6

A.弹簧的伸长量为

B.弹簧的伸长量为

C.物体受到的支持力与对地面的压力是一对平衡力

D.弹簧的弹力与物体所受摩擦力是一对作用力与反作用力

解析　物体在水平方向上受弹簧弹力和摩擦力处于平衡状态，由胡克定律有μmg＝kx，则弹簧的伸长量x＝，故选项A错误，B正确；物体受到的支持力和对地面的压力是一对作用力和反作用力，故选项C错误；弹簧的弹力与物体所受的摩擦力是一对平衡力，故选项D错误。

答案　B

3.如图7所示为杂技“顶竿”表演，一人站在地上，肩上扛一质量为M的竖直竹竿，当竿上一质量为m的人以加速度a加速下滑时，竿对地面上的人的压力大小为(　　)

图7

A.(M＋m)g－ma 

B.(M＋m)g＋ma

C.(M＋m)g 

D.(M－m)g

解析　对竿上的人分析：受重力mg、摩擦力f，则mg－f＝ma，所以f＝m(g－a)；对竿分析：受重力Mg、竿上的人对竿向下的摩擦力f′＝f，顶竿的人对竿的支持力FN，有Mg＋f＝FN。由牛顿第三定律得FN′＝FN＝Mg＋f＝(M＋m)g－ma，A正确。

答案　A

4.如图8所示，物体A、B质量分别是5 kg 和12 kg，不计滑轮与绳间摩擦及绳的重力，整个系统静止。则地面对B的摩擦力及物体B对地面的压力大小分别为(g取10 m/s2，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6)(　　)

图8

A.30 N　70 N  　　　  B.30 N　80 N

C.70 N　30 N  　　　  D.80 N　30 N

解析　由于A处于平衡状态，受力分析可知绳子上的拉力FT＝mAg①

对物体B受力分析，如图所示，由于B静止，则有

水平方向：FTcos 53°＝f②

由①②两式得地面对B的摩擦力f＝30 N

对物体B，在竖直方向分析，有mBg＝FTsin 53°＋FN

代入数据解得FN＝80 N

由牛顿第三定律可知FN′＝－FN，故物体B对地面的压力大小为80 N，方向竖直向下，故选项B正确。

答案　B

活页作业

(时间：30分钟)

A组　基础过关

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

图1

A.变大  　　　　B.变小 

C.不变  　　　　D.无法判断

解析　因为风扇在竖直方向是静止的，所以合力为零，在风扇不转时G＝F拉，在风扇转动时，风扇对空气有一个向下的力，根据作用力与反作用力，空气对风扇有一个向上的力，G＝F拉＋F空，因为G是不变的，因此在风扇转动时F拉会变小，所以正确选项为B。

答案　B

2.(2018·金华模拟)一根轻绳的上端悬挂在天花板上，下端挂一灯泡，则(　　)

图2

A.灯泡受的重力和灯泡对绳的拉力是一对平衡力

B.灯泡受的重力和绳对灯泡的拉力是一对作用力和反作用力

C.灯泡对绳的拉力和绳对灯泡的拉力是一对作用力和反作用力

D.绳对天花板的拉力和天花板对绳的拉力是一对平衡力

解析　灯泡受的重力和绳对灯泡的拉力是一对平衡力，选项A、B错误；灯泡对绳的拉力和绳对灯泡的拉力是一对作用力和反作用力，绳对天花板的拉力和天花板对绳的拉力是一对作用力和反作用力，选项C正确，D错误。

答案　C

3.在日常生活中，我们经常会接触到一些民谚、俗语，他们都蕴含着丰富的物理知识，以下对他们的理解错误的是(　　)

A.“泥鳅黄鳝交朋友，滑头对滑头”——泥鳅黄鳝的表面都比较光滑，摩擦力小

B.“一只巴掌拍不响”——力是物体对物体的作用，一只巴掌要么拍另一只巴掌，要么拍在其他物体上才能产生力的作用，才能拍响

C.“鸡蛋碰石头，自不量力”——鸡蛋和石头相碰时石头撞击鸡蛋的力大于鸡蛋撞击石头的力

D.“人心齐，泰山移”——如果各个分力的方向一致，则合力的大小等于各分力的大小之和

解析　减小接触面的粗糙程度，可以减小摩擦，泥鳅黄鳝的表面都光滑且润滑，摩擦力小，故A正确；力是物体对物体的作用，一只巴掌要么拍另一只巴掌，要么拍在其它物体上才能产生力的作用，才能拍响，选项B正确；根据牛顿第三定律可知，鸡蛋和石头相碰时石头撞击鸡蛋的力等于鸡蛋撞击石头的力，选项C错误；如果各个分力的方向一致，则合力的大小等于各个分力的大小之和，选项D正确。

答案　C

4.如图3所示，在一辆表面光滑且足够长的小车上，有质量为m1和m2的两个小球(m1>m2)随车一起匀速运动，当车突然停止时，若不考虑其他阻力，则两个小球(　　)

图3

A.一定相碰    B.一定不相碰

C.不一定相碰    D.无法确定

解析　因小车表面光滑，因此小球在水平方向上没有受到外力作用，原来两球与小车有相同的速度，当车突然停止时，由于惯性，两小球的速度将不变，所以不会相碰。选项B正确。

答案　B

5.下列说法中正确的是(　　)

A.以鸡蛋击石头，鸡蛋破而石头没损伤，是因为石头对鸡蛋的作用力大于鸡蛋对石头的作用力

B.点电荷A的电荷量是点电荷B的电荷量的10倍，所以A对B的库仑力是B对A的库仑力的10倍

C.一本书静止在水平桌面上，书对桌面的压力和桌面对书的支持力是一对作用力与反作用力

D.一本书静止在水平桌面上，书对桌面的压力和桌面对书的支持力是一对平衡力

解析　按照“A对B的作用力与B对A的作用力一定是一对作用力和反作用力”的道理可知，“鸡蛋对石头和石头对鸡蛋”、“点电荷A对点电荷B和B对A”、“书对桌面和桌面对书”的相互作用均为一对作用力和反作用力，大小相等、方向相反，所以选项A、B、D错误，C正确。

答案　C

6.(2018·台州书生中学月考)我国《道路交通安全法》中规定：各种小型车辆前排乘坐的人(包括司机)必须系好安全带，下列说法正确的是(　　)

A.系好安全带可以减小惯性

B.是否系好安全带对人和车的惯性有影响

C.系好安全带可以防止因车的惯性而造成的伤害

D.系好安全带可以防止因人的惯性而造成的伤害

解析　惯性的大小只与物体的质量有关，故司机驾车时系安全带，可以防止惯性的危害，但不能减小惯性，A、B错误；系好安全带可以防止因人的惯性而造成的伤害，C错误，D正确。

答案　D

7.(2018·北京市西城区期末)人乘坐电梯加速向上运动，下列说法正确的是(　　)

图4

A.人对电梯地板的压力大于电梯地板对人的支持力

B.人对电梯地板的压力等于人的重力

C.电梯地板对人的支持力大于人的重力

D.电梯地板对人的支持力等于人的重力

解析　人乘坐电梯加速向上运动，具有向上的加速度，所以人处于超重状态，即人对电梯地板的压力大于人的重力，根据牛顿第三定律可知：电梯地板对人的支持力大于人的重力，故C正确。

答案　C

8.(2018·金华模拟)建筑工人用如图5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)(　　)

图5

A.510 N    B.490 N

C.890 N    D.910 N

解析　设绳子对物体的拉力为F1则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，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

B组　能力提升

9.搭载着“嫦娥三号”的“长征三号乙”运载火箭在西昌卫星发射中心发射升空，下面关于卫星与火箭升空的情形叙述正确的是(　　)

图6

A.火箭尾部向下喷气，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上的推力

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.卫星进入运行轨道之后，与地球之间不再存在相互作用力

解析　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对火箭的反作用力提供的，因而与是否飞出大气层、是否存在空气无关，选项B、C错误，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，即地球吸引卫星，卫星吸引地球，这就是一对作用力与反作用力，故选项D错误。

答案　A

10.月球表面上的重力加速度为地球表面重力加速度的，对于同一个飞行器，在月球表面上时与在地球表面上时相比较(　　)

A.惯性减小为在地球表面时的，重力不变

B.惯性和重力都减小为在地球表面时的

C.惯性不变，重力减小为在地球表面时的

D.惯性和重力都不变

解析　质量是惯性的唯一量度，质量不变，惯性不变，G＝mg，质量不变，重力加速度为地球表面的 g，所以重力减小为地球表面时的，故C正确。

答案　C

11.如图7所示，倾角为θ的斜面体放在水平地面上，质量为m的光滑小球放在墙与斜面体之间处于平衡状态，求小球对斜面体的压力大小和地面对斜面体的摩擦力大小。

图7

解析　对小球受力分析如图甲所示，由平衡条件得

竖直方向：FN1cos θ－mg＝0

水平方向：FN2－FN1sin θ＝0

对整体受力分析如图乙所示，由平衡条件得

水平方向：Ff－FN2＝0

解得FN1＝

Ff＝mgtan θ

由牛顿第三定律得小球对斜面体的压力为

FN1′＝FN1＝

答案　　mgtan θ

12.如图8所示，圆环的质量为M，经过环心的竖直钢丝AB上套有一个质量为m的小球，今让小球沿钢丝AB以初速度v0竖直向上运动，要使圆环对地面无压力，则小球的加速度和小球能达到的最大高度是多少？(设小球不会到达A点)

图8

解析　由牛顿第三定律知，若圆环对地面无压力，则地面对圆环无支持力，取小球为研究对象，受重力mg和钢丝对小球竖直向下的摩擦力Ff，由牛顿第二定律得

mg＋Ff＝ma

由牛顿第三定律可知小球对钢丝竖直向上的摩擦力

Ff′＝Ff

对圆环受力分析可知，圆环受重力Mg和竖直向上的摩擦力Ff′作用，则Mg＝Ff′

由以上各式解得a＝g

小球沿钢丝做匀减速运动，由运动学公式可得上升的最大高度

x＝＝。

答案　g