第1讲 牛顿三定律的理解导学案.docx

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第1讲牛顿三定律的理解导学案

第1讲牛顿三定律的理解导学案

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：

①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；

②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

　（2018·山东省济南一中阶段检测）下列说法中正确的是（　　）

A．物体只有在不受外力作用时，才会有保持原有运动状态不变的性质，这个性质叫惯性，故牛顿第一定律又叫惯性定律

B．牛顿第一定律不仅适用于宏观低速物体，也可用于解决微观物体的高速运动问题

C．牛顿第一定律是牛顿第二定律在物体的加速度a＝0条件下的特例

D．伽利略根据理想实验推出，如果没有摩擦，在水平面上的物体，一旦具有某一个速度，将保持这个速度继续运动下去

答案　D

解析　物体在任何情况下都具有惯性，惯性与物体的运动状态无关，故A错误；牛顿第一定律是宏观低速情况得出的，只可用于解决宏观物体的低速运动问题，故B错误；牛顿第一定律描述的是物体不受外力时的运动状态，物体不受外力和物体所受合外力为零是有区别的，所以不能把牛顿第一定律当作牛顿第二定律的特例，故C错误；伽利略根据理想实验推出，如果没有摩擦，在水平面上的物体，一旦具有某一个速度，将保持这个速度继续运动下去，故D正确．

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：

F＝ma.

（3）适用范围

①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．

②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．国际单位制中基本物理量共七个，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

　（2018·山东省临沂市上学期期中）下列各物理量中，其国际单位属于基本单位，同时也属于矢量的是（　　）

A．时间B．位移

C．质量D．力

答案　B

解析　时间、质量的单位属于国际单位制中的基本单位，但都不属于矢量，力是矢量，但力的单位是导出单位，位移是矢量，且它的国际单位m属于基本单位，B正确．

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′.

自测4

　（2018·河北省定州中学承智班月考）某物体静止在水平桌面上，下列对它的描述正确的是（　　）

A．桌面对物体的支持力的大小等于物体的重力大小，这两个力是一对平衡力

B．物体所受的重力和桌面对它的支持力是一对作用力和反作用力

C．物体对桌面的压力就是物体的重力，这两个力是同一种性质的力

D．物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对平衡力

答案　A

解析　桌面对物体的支持力的大小等于物体的重力大小，作用在同一物体上，这两个力是一对平衡力，故A正确，B错误；物体对桌面的压力不是重力，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D错误.

命题点一　牛顿第一定律的理解

1．明确了惯性的概念

牛顿第一定律揭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

　（2018·福建省三明一中模拟）科学思维和科学方法是我们认识世界的基本手段．在研究和解决问题的过程中，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1所示．以下为他的设想步骤：

①两个对接的斜面，静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面；②如果没有摩擦，小球将上升到原来释放的高度；③减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然会达到原来的高度；④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成为水平面，小球会沿水平面做持续的匀速运动．通过对这个实验的分析，我们可以得到的最直接的结论是（　　）

图1

A．自然界的一切物体都具有惯性

B．光滑水平面上运动的小球，运动状态的维持并不需要外力

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　B

解析　伽利略的理想斜面实验只能说明小球具有惯性，推广到一切物体的是牛顿，A错误；伽利略通过“理想斜面实验”和科学推理，得出的结论是：

力不是维持物体运动的原因，光滑水平面上运动的小球，运动状态的维持并不需要外力，B正确；如果小球受到力的作用，它的运动状态将发生改变，这是牛顿得出的，C错误；小球受到的力一定时，质量越大，它的加速度越小，这是牛顿第二定律内容，D错误．

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2（a）、（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2

A．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3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3

A．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Ⅰ·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错误；若恒力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；根据加速度的定义知，单位时间内速度变化量相同，而速率变化量不一定相同，故D错误．

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．

例3

　（2018·全国卷Ⅰ·15）如图4，轻弹簧的下端固定在水平桌面上，上端放有物块P，系统处于静止状态．现用一竖直向上的力F作用在P上，使其向上做匀加速直线运动．用x表示P离开静止位置的位移，在弹簧恢复原长前，下列表示F和x之间关系的图象可能正确的是（　　）

图4

答案　A

解析　设物块P静止时，弹簧的长度为x0，原长为l，则k（l－x0）＝mg，物块P做匀加速直线运动时受重力mg、弹簧弹力k（l－x0－x）及力F，根据牛顿第二定律，得

F＋k（l－x0－x）－mg＝ma

故F＝kx＋ma.

根据数学知识知F－x图象是纵轴截距为ma的一次函数图象．

变式4

　（2018·安徽省江南十校冲刺联考）一个质量m＝2kg的物体放置在光滑水平桌面上，受到三个沿水平方向共点力F1、F2、F3的作用，且这三个力的大小和方向构成如图5所示的三角形，已知F2＝0.5N，则下列说法正确的是（　　）

图5

A．这个物体共受到四个力的作用

B．这个物体的合力大小为0

C．这个物体的加速度大小为1m/s2

D．这个物体的加速度与F2方向相同

答案　C

解析　物体共受到五个力的作用：

重力、支持力、F1、F2、F3，A错误；竖直方向上的重力和支持力平衡，合力为零，根据几何知识可知F3＝1N，故水平方向上的三力的合力F合＝2F3＝2N，方向沿F3方向，B错误；根据牛顿第二定律可知a＝

＝1m/s2，方向沿F3方向，C正确，D错误．

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