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基礎課1　牛頓第一定律　牛頓第三定律 [高考導航] 考點內(nèi)容 要求 高考(全國卷)三年命題情況對照分析 2015 2016 2017 牛頓運動定律及其應用 Ⅱ Ⅰ卷T20：v－t圖象、牛頓第二定律 T25：水平面上的滑塊—木板模型 Ⅱ卷T22：驗證牛頓第二定律的拓展實驗 T25：斜面上的滑塊—木板模型 Ⅰ卷T18：牛頓第二定律的理解和應用 Ⅲ卷T22：驗證牛頓第二定律拓展實驗 Ⅲ卷T25：滑塊—木板模型(兩個滑塊) 超重和失重 Ⅰ 單位制 Ⅰ 實驗四：驗證牛頓運動定律 知識排查 牛頓第一定律 1.內(nèi)容：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。 2.成立條件：物體不受外力作用。 3.意義 (1)指出了一切物體都有慣性，因此牛頓第一定律又叫慣性定律。 (2)指出力不是維持物體運動狀態(tài)的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因，即產(chǎn)生加速度的原因。 慣性 1.定義：物體具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)。 2.性質(zhì)：慣性是一切物體都具有的性質(zhì)，是物體的固有屬性，與物體的運動情況和受力情況無關(guān)。 3.量度：質(zhì)量是慣性大小的唯一量度，質(zhì)量大的物體慣性大，質(zhì)量小的物體慣性小。 牛頓第三定律 1.作用力和反作用力：兩個物體之間的作用總是相互的，一個物體對另一個物體施加了力，后一個物體同時對前一個物體也施加力。 2.內(nèi)容：兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等、方向相反、作用在同一條直線上。 3.表達式：F＝－F′。 小題速練 1.思考判斷 (1)物體不受外力時一定處于靜止狀態(tài)。(　　) (2)牛頓第一定律是實驗定律。(　　) (3)運動的物體慣性大，靜止的物體慣性小。(　　) (4)作用力與反作用力的關(guān)系不隨運動狀態(tài)的變化而變化。(　　) 答案　(1)　(2)　(3)　(4)√ 2.[人教版必修1P70科學漫步](多選)小華坐在一列正在行駛的火車車廂里，突然看到原來靜止在水平桌面上的小球向后滾動，假設桌面是光滑的，則下列說法正確的是(　　) 圖1 A.小球在水平方向受到了向后的力使它向后運動 B.小球所受的合力為零，以地面為參考系，小球的運動狀態(tài)并沒有改變 C.火車一定是在向前加速 D.以火車為參考系，此時牛頓第一定律已經(jīng)不能適用 答案　BCD 3.[人教版必修1P82做一做](多選)用計算機輔助實驗系統(tǒng)做驗證牛頓第三定律的實驗，點擊實驗菜單中“力的相互作用”。如圖2甲所示，把兩個力探頭的掛鉤鉤在一起，向相反方向拉動，觀察顯示器屏幕上出現(xiàn)的結(jié)果(圖乙)。分析兩個力傳感器的相互作用力隨時間變化的曲線，以下結(jié)論正確的是(　　) 圖2 A.作用力與反作用力大小時刻相等 B.作用力與反作用力作用在同一物體上 C.作用力與反作用力大小同時變化 D.作用力與反作用力方向相反 答案　ACD 　牛頓第一定律的理解和應用 1.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)不變(靜止或勻速直線運動)。 2.與牛頓第二定律的對比 牛頓第一定律是經(jīng)過科學抽象、歸納推理總結(jié)出來的，而牛頓第二定律是一條實驗定律。 1.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具有慣性 D.物體的速度逐漸增大同時加速度逐漸減小是有可能的 解析　慣性是物體的固有屬性，質(zhì)量是其唯一量度，選項A錯誤；牛頓第一定律是牛頓在伽利略理想斜面實驗的基礎上，加上邏輯推理得出的規(guī)律，選項B錯誤；小球在粗糙水平面上受到摩擦力是小球停下來的原因，選項C錯誤；物體可以做加速度逐漸減小的加速運動，選項D正確。 答案　D 2.(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) 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；牛頓第一定律還揭示了力和運動的關(guān)系，力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而不是維持物體運動狀態(tài)的原因，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。 答案　ABD 3.(2017上海單科)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(　　) 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，故選項A正確。 答案　A 牛頓第一定律的應用技巧 (1)應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，正確理解力不是維持物體運動狀態(tài)的原因，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，判斷物體的運動狀態(tài)是否改變，以及如何改變，應分析物體的受力情況。 　牛頓第三定律的理解與應用 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、反作用力的不同點 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 特別提醒　定律中的“總是”二字說明對于任何事物，在任何條件下牛頓第三定律都是成立的。 1.某人用繩子將一桶水從井內(nèi)向上提的過程中，不計繩子的重力，以下說法正確的是(　　) 圖3 A.只有在桶勻速上升過程中，繩子對桶的拉力才等于桶對繩子的拉力 B.桶加速上升的過程中，繩子對桶的拉力大于桶對繩子的拉力 C.桶加速上升的過程中，繩子對桶的拉力等于桶對繩子的拉力 D.桶減速向上運動的過程中，繩子對桶的拉力小于桶對繩子的拉力 答案　C 2.如圖4所示，水平地面上質(zhì)量為m的物體，與地面的動摩擦因數(shù)為μ，在勁度系數(shù)為k的輕彈簧作用下沿地面做勻速直線運動。彈簧沒有超出彈性限度。則(　　) 圖4 A.彈簧的伸長量為 B.彈簧的伸長量為 C.物體受到的支持力與對地面的壓力是一對平衡力 D.彈簧的彈力與物體所受摩擦力是一對作用力與反作用力 解析　物體在水平方向上受彈簧彈力和摩擦力處于平衡狀態(tài)，由胡克定律有μmg＝kx，則彈簧的伸長量x＝，故選項A錯誤，B正確；物體受到的支持力和對地面的壓力是一對作用力和反作用力，故選項C錯誤；彈簧的彈力與物體所受的摩擦力是一對平衡力，故選項D錯誤。 答案　B 3.如圖5所示，物體A、B質(zhì)量分別是5 kg 和12 kg，不計滑輪與繩間摩擦及繩的重力，整個系統(tǒng)靜止。則地面對B的摩擦力及物體B對地面的壓力大小分別為(g取10 m/s2，sin 53＝0.8，cos 53＝0.6)(　　) 圖5 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處于平衡狀態(tài)，受力分析可知繩子上的拉力FT＝mAg① 對物體B受力分析，如圖所示，由于B靜止，則有 水平方向：FTcos 53＝f② 由①②兩式得地面對B的摩擦力f＝30 N 對物體B，在豎直方向分析，有mBg＝FTsin 53＋FN 代入數(shù)據(jù)解得FN＝80 N 由牛頓第三定律可知FN′＝－FN，故物體B對地面的壓力大小為80 N，方向豎直向下，故選項B正確。 答案　B 牛頓第三定律是轉(zhuǎn)換研究對象的橋梁 牛頓第三定律在受力分析、處理連接體問題中都有廣泛的應用。當某個力不方便直接分析或求解時，可利用牛頓第三定律轉(zhuǎn)換研究對象，通過分析或求解反作用力，從而快捷地解決問題。　　　　　　 活頁作業(yè) (時間：30分鐘) A級：保分練 1.(2017山西太原模擬)伽利略的斜面實驗證明了(　　) A.使物體運動必須有力的作用，沒有力的作用，物體將靜止 B.使物體靜止必須有力的作用，沒有力的作用，物體將運動 C.物體不受外力作用時，一定處于靜止狀態(tài) D.物體不受外力作用時，總保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或者靜止狀態(tài) 解析　伽利略的斜面實驗證明了：運動不需要力來維持，物體不受外力作用時，總保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，故選項D正確。 答案　D 2.(2017河南漯河模擬)下列關(guān)于牛頓運動定律的說法正確的是(　　) A.力是維持物體運動的原因 B.牛頓第一定律可以用實驗直接驗證 C.作用力與反作用力只存在于相互接觸的兩個物體之間 D.作用力與反作用力的性質(zhì)一定相同 解析　由牛頓第一定律可知，力不是維持物體運動的原因，選項A錯誤；牛頓第一定律是利用邏輯思維對事實進行分析的產(chǎn)物，不可能用實驗直接驗證，選項B錯誤；不相互接觸的兩個物體之間也可能存在作用力與反作用力，如相互吸引且并未接觸的兩塊磁鐵，選項C錯誤；作用力與反作用力的性質(zhì)相同，選項D正確。 答案　D 3.北京時間2016年8月21日，里約奧運會跳水項目收官。中國跳水夢之隊，獲得7金2銀1銅的好成績。如圖1為10米跳臺金牌獲得者陳艾森在決賽中的關(guān)鍵一跳，關(guān)于陳艾森能跳起離開跳臺的說法正確的是(　　) 圖1 A.他對跳臺的作用力大于地球?qū)λ囊? B.跳臺對他的作用力大于他對跳臺的作用力 C.跳臺對他的作用力大于地球?qū)λ囊? D.跳臺對他的作用力對他做了正功 解析　陳艾森能離開跳臺的原因是跳臺對他的作用力大于他的重力，故選項A錯誤，C正確；他對跳臺的作用力與跳臺對他的作用力是一對作用力和反作用力，大小相等，方向相反，故選項B錯誤；跳臺對他的作用力作用點沒有產(chǎn)生位移，故對他不做功，故選項D錯誤。 答案　C 4.(多選)下列說法正確的是(　　) A.運動越快的汽車越不容易停下來，是因為汽車運動得越快，慣性越大 B.同一物體在地球上不同的位置受到的重力是不同的，但它的慣性卻不隨位置的變化而變化 C.一個小球豎直上拋，拋出后能繼續(xù)上升，是因為小球運動過程中受到了向上的推力 D.物體的慣性大小只與本身的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量大的物體慣性大，質(zhì)量小的物體慣性小 解析　慣性是物體本身的固有屬性，其大小只與物體的質(zhì)量大小有關(guān)，與物體的受力及運動情況無關(guān)，故選項B、D正確；速度大的汽車要停下來時，速度變化大，由Δv＝at可知需要的時間長，慣性未變，故選項A錯誤；小球上拋時是由于慣性向上運動，并未受到向上的推力，故選項C錯誤。 答案　BD 5.(2017洛陽模擬)(多選)如圖2所示，某人用手托著蘋果處于靜止狀態(tài)，則(　　) 圖2 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 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。 答案　AC 6.我國道路安全交通法規(guī)定，在各種小型車輛前排乘坐的人必須系好安全帶，因剎車時汽車會很快停下來，而人還要繼續(xù)向前運動，此時安全帶對人施加向后的拉力，保障人的安全，在這一過程中(　　) A.人和汽車都具有慣性 B.人和汽車都沒有慣性 C.人具有慣性，汽車沒有慣性 D.汽車具有慣性，人沒有慣性 解析　由牛頓第一定律可知，任何物體都具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)，故選項A正確。 答案　A 7.如圖3所示，小車放在水平地面上，甲、乙二人用力向相反方向拉小車，不計小車與地面之間的摩擦力，下列說法正確的是(　　) 圖3 A.甲拉小車的力和乙拉小車的力是一對作用力和反作用力 B.小車靜止時甲拉小車的力和乙拉小車的力是一對平衡力 C.若小車加速向右運動，表明小車拉甲的力大于甲拉小車的力 D.若小車加速向右運動，表明乙拉小車的力大于小車拉乙的力 解析　甲拉小車的力和乙拉小車的力作用在同一物體上，不是作用力和反作用力，A錯誤；不計小車與地面之間的摩擦力，小車靜止時受到兩個拉力而處于平衡狀態(tài)，這兩個拉力是一對平衡力，B正確；小車拉甲的力跟甲拉小車的力是作用力和反作用力，兩力大小是相等的，C錯誤；同理，D錯誤。 答案　B 8.(2018湖北宜城一中月考)如圖4所示，一只盛水的容器固定在一個小車上，在容器中分別懸掛和拴住一只鐵球和一只乒乓球，容器中水和鐵球、乒乓球都處于靜止狀態(tài)，當容器隨小車突然向右運動時，兩球的運動狀況是(以小車為參考系)(　　) 圖4 A.鐵球向左，乒乓球向右 B.鐵球向右，乒乓球向左 C.鐵球和乒乓球都向左 D.鐵球和乒乓球都向右 解析　小車突然向右運動時，由于慣性，鐵球和乒乓球都“想”保持原有的靜止狀態(tài)，由于與同體積的“水球”相比鐵球的質(zhì)量大，慣性大，鐵球的運動狀態(tài)難改變，而同體積的“水球”的運動狀態(tài)容易改變，所以小車加速運動時，鐵球相對于小車向左運動。同理，由于與同體積的“水球”相比乒乓球的質(zhì)量小，慣性小，乒乓球相對向右運動。 答案　A B級：拔高練 9.(多選)搭載著“嫦娥三號”的“長征三號乙”運載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，下面關(guān)于衛(wèi)星與火箭升空的情形敘述正確的是(　　) 圖5 A.火箭尾部向下噴氣，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上的推力 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)星進入運行軌道之后，與地球之間仍然存在一對作用力與反作用力 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。火箭向下噴氣時，噴出的氣體對火箭產(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對火箭的反作用力提供的，因而與是否飛出大氣層、是否存在空氣無關(guān)，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，即地球吸引衛(wèi)星，衛(wèi)星吸引地球，這就是一對作用力與反作用力，故選項D正確。 答案　AD 10.不同類型的汽車在同一條水平公路上直線行駛，則下列說法正確的是(　　) A.車速越大的汽車，它的慣性越大 B.質(zhì)量越大的汽車，它的慣性越大 C.車速越大的汽車，緊急剎車后滑行的路程越短 D.質(zhì)量越大的汽車，緊急剎車后滑行的路程越長 解析　質(zhì)量是慣性大小的唯一量度，質(zhì)量越大，慣性越大，選項B正確，A錯誤；緊急剎車后，汽車做勻減速直線運動，此時v2＝2μgs，由此可知速度越大的汽車，滑行的路程越長，與汽車的質(zhì)量無關(guān)，選項C、D錯誤。 答案　B 11.如圖6所示，物體A和B的重力分別為11 N和7 N，不計彈簧秤、細線的重力和一切摩擦，則下列說法正確的是(　　) 圖6 A.彈簧秤的讀數(shù)為14 N，A對地面的壓力為11 N B.彈簧秤的讀數(shù)為18 N，A對地面的壓力為0 C.彈簧秤的讀數(shù)為7 N，A對地面的壓力為4 N D.彈簧秤的讀數(shù)為0，A對地面的壓力為11 N 解析　物體B保持靜止，說明B物體合外力為零，即繩上拉力為7 N。此刻彈簧秤靜止，因此彈簧秤的讀數(shù)為7 N。說明彈簧秤對A拉力為7 N，地面對A物體應有4 N 的支持力(根據(jù)牛頓第三定律可知A對地面的壓力為4 N)，所以C正確。 答案　C 12.如圖7所示為英國人阿特伍德設計的裝置，不考慮繩與滑輪的質(zhì)量，不計軸承、繩與滑輪間的摩擦。初始時兩人均站在水平地面上，當位于左側(cè)的甲用力向上攀爬時，位于右側(cè)的乙始終用力抓住繩子，最終至少一人能到達滑輪。下列說法正確的是(　　) 圖7 A.若甲的質(zhì)量較大，則乙先到達滑輪 B.若甲的質(zhì)量較大，則甲、乙同時到達滑輪 C.若甲、乙質(zhì)量相同，則乙先到達滑輪 D.若甲、乙質(zhì)量相同，則甲先到達滑輪 解析　由于滑輪光滑，甲拉繩子的力等于繩子拉乙的力，若甲的質(zhì)量大，則由甲拉繩子的力等于乙受到的繩子拉力，得甲攀爬時乙的加速度大于甲，所以乙會先到達滑輪，選項A正確，B錯誤；若甲、乙的質(zhì)量相同，甲用力向上攀爬時，甲拉繩子的力等于繩子拉乙的力，甲、乙具有相同的加速度和速度，所以甲、乙應同時到達滑輪，選項C、D錯誤。 答案　A 13.如圖8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，則小球的加速度和小球能達到的最大高度是多少？(設小球不會到達A點) 圖8 解析　由牛頓第三定律知，若圓環(huán)對地面無壓力，則地面對圓環(huán)無支持力，取小球為研究對象，受重力mg和鋼絲對小球豎直向下的摩擦力Ff，由牛頓第二定律得mg＋Ff＝ma 由牛頓第三定律可知小球?qū)︿摻z豎直向上的摩擦力Ff′＝Ff 對圓環(huán)受力分析可知，圓環(huán)受重力Mg和豎直向上的摩擦力Ff′作用，則Mg＝Ff′ 由以上各式解得a＝g 小球沿鋼絲做勻減速運動，由運動學公式可得上升的最大高度 x＝＝。 答案　g