讲义第3章 第1讲.docx

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讲义第3章第1讲

[考试标准]

知识内容

必考要求

加试要求

牛顿第一定律

c

牛顿第三定律

c

c

实验4：

探究作用力与反作用力的关系

√

考点一　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）指出了一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又称为惯性定律.

（3）牛顿第一定律描述的只是一种理想状态，而实际中不受力作用的物体是不存在的，当物体受外力但所受合力为零时，其运动效果跟不受外力作用时相同，物体将保持静止或匀速直线运动状态.

3.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：

质量是物体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，一切物体都有惯性，与物体的运动情况和受力情况无关.

[思维深化]

判断下列说法是否正确.

（1）牛顿第一定律不能用实验验证.（√）

（2）在水平面上滑动的木块最终停下来，是因为没有外力维持木块运动的结果.（×）

（3）物体运动时受到惯性力的作用.（×）

（4）物体匀速运动时才有惯性，加速时没有惯性.（×）

1.[运动和力的关系]16世纪末，伽利略用实验和推理，推翻了已在欧洲流行了近两千年的亚里士多德关于力和运动的理论，开启了物理学发展的新纪元.在以下说法中，与亚里士多德观点相反的是（　　）

A.四匹马拉的车比两匹马拉的车跑得快，这说明，物体受的力越大，速度就越大

B.一个运动的物体，如果不再受力了，它总会逐渐停下来，这说明，静止状态才是物体不受力时的“自然状态”

C.两物体从同一高度自由下落，较重的物体下落较快

D.一个物体维持匀速直线运动，不需要力

答案　D

2.[伽利略斜面实验]伽利略创造的把实验、假设和逻辑推理相结合的科学方法，有力地促进了人类科学认识的发展.利用如图1所示的装置做如下实验：

小球从左侧斜面上的O点由静止释放后沿斜面向下运动，并沿右侧斜面上升.斜面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材料时，小球沿右侧斜面上升到的最高位置依次为1、2、3.根据三次实验结果的对比，可以得到的最直接的结论是（　　）

图1

A.如果斜面光滑，小球将上升到与O点等高的位置

B.如果小球不受力，它将一直保持匀速运动或静止状态

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　A

解析　根据题意，铺垫材料粗糙程度降低时，小球上升的最高位置升高，当斜面绝对光滑时，小球在斜面上没有能量损失，因此可以上升到与O点等高的位置，而B、C、D三个选项，从题目不能直接得出，所以，选项A正确.

3.[对定律的理解]（多选）关于牛顿第一定律的说法正确的是（　　）

A.牛顿第一定律不能在实验室中用实验验证

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

答案　ABD

解析　牛顿第一定律是物体在理想条件下的运动规律，反映的是物体在不受力的情况下所遵循的规律，而自然界中不受力的物体是不存在的，所以A正确；惯性是物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，惯性定律（即牛顿第一定律）则是反映物体在一定条件下的运动规律，故C不正确；由牛顿第一定律可知，物体的运动不需要力来维持，但要改变物体的运动状态则必须有力的作用，所以B、D正确.

4.[对惯性的理解]（多选）伽利略根据小球在斜面上运动的实验和理想实验，提出了惯性的概念，从而奠定了牛顿力学的基础.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

答案　AD

解析　物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫惯性，即物体抵抗运动状态变化的性质，则A项正确.没有力的作用，物体可能保持匀速直线运动状态或静止状态，则B错.行星在圆周轨道上保持匀速率运动是由于受到改变运动状态的向心力作用，其运动状态是不断变化的，则C错.D项符合惯性定义，是正确的.

5.[惯性现象的分析]（多选）如图2所示，在匀速前进的磁悬浮列车里，小明将一小球放在水平桌面上，且小球相对桌面静止.关于小球与列车的运动，下列说法正确的是（　　）

图2

A.若小球向前滚动，则磁悬浮列车在加速前进

B.若小球向后滚动，则磁悬浮列车在加速前进

C.磁悬浮列车急刹车时，小球向前滚动

D.磁悬浮列车急刹车时，小球向后滚动

答案　BC

解析　列车加（减）速时，小球由于惯性保持原来的运动状态（即原速率）不变，相对于车向后（前）滚动，选项B、C正确.

牛顿第一定律的应用技巧

1.应用牛顿第一定律分析实际问题时，要把生活感受和理论问题联系起来深刻认识力和运动的关系，正确理解力不是维持物体运动状态的原因，克服生活中一些错误的直观印象，建立正确的思维习惯.

2.如果物体的运动状态发生改变，则物体必然受到不为零的合外力作用.因此，判断物体的运动状态是否改变，以及如何改变，应分析物体的受力情况.

考点二　牛顿第三定律

1.牛顿第三定律的内容

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.

2.作用力与反作用力的“三同、三异、三无关”

（1）“三同”：

①大小相同；②性质相同；③变化情况相同.

（2）“三异”：

①方向不同；②受力物体不同；③产生的效果不同.

（3）“三无关”：

①与物体的种类无关；②与物体的运动状态无关；③与物体是否和其他物体存在相互作用无关.

3.相互作用力与平衡力的比较

对应名称

比较内容

作用力与反作用力

一对平衡力

不同点

作用在两个相互作用的物体上

作用在同一物体上

同时产生、同时消失

不一定同时产生、同时消失

两力作用效果不可抵消，不可叠加，不可求合力

两力作用效果可相互抵消，可叠加，可求合力，合力为零

一定是同性质的力

性质不一定相同

相同点

大小相等、方向相反、作用在同一条直线上

[思维深化]

1.由于作用力与反作用力大小相等、方向相反，所以作用效果可以抵消，合力为零，这种认识对吗？

答案　不对.

解析　作用力与反作用力作用在两个物体上，不可相互抵消.

2.人走在松软的土地上下陷时，人对地面的压力大于地面对人的支持力，对吗？

答案　不对.

解析　属于作用力与反作用力，大小相等.

3.定律中的“总是”说明对于任何物体，在任何情况下牛顿第三定律都是成立的，对吗？

答案　对.

6.[对作用力与反作用力的理解]关于作用力与反作用力，下列说法中正确的是（　　）

A.物体相互作用时，先有作用力而后才有反作用力

B.作用力与反作用力大小相等、方向相反，在一条直线上，因此它们的合力为零

C.弹力的反作用力一定是弹力

D.马能将车拉动，是因为马拉车的力大于车拉马的力

答案　C

解析　作用力与反作用力是同时产生、同时变化、同时消失的，没有先后之分，选项A错误，作用力与反作用力大小相等、方向相反，在一条直线上，作用在两个相互作用的物体上，不能求合力，选项B错误；作用力与反作用力一定是同一性质的力，选项C正确；马拉车的力和车拉马的力是一对作用力与反作用力，它们大小相等，选项D错误.

7.[应用牛顿第三定律分析生活现象]手拿一个锤头敲在一块玻璃上把玻璃打碎了.对于这一现象，下列说法正确的是（　　）

A.锤头敲玻璃的力大于玻璃对锤头的作用力，所以玻璃才碎裂

B.锤头受到的力大于玻璃受到的力，只是由于锤头能够承受比玻璃更大的力才没有碎裂

C.锤头和玻璃之间的作用力应该是等大的，只是由于锤头能够承受比玻璃更大的力才没有碎裂

D.因为不清楚锤头和玻璃的其他受力情况，所以无法判断它们之间的相互作用力的大小

答案　C

解析　锤头敲玻璃的力与玻璃对锤头的作用力是作用力与反作用力，总是大小相等，方向相反，但因作用在不同的物体上，因物体的承受能力不同，产生不同的作用效果，故C正确，A、B、D均错误.

8.[相互作用力与平衡力的区别]一起重机通过一绳子将货物向上吊起的过程中（忽略绳子的重力和空气阻力），以下说法正确的是（　　）

A.当货物匀速上升时，绳子对货物的拉力与货物对绳子的拉力是一对平衡力

B.无论货物怎么上升，绳子对货物的拉力大小都等于货物对绳子的拉力大小

C.无论货物怎么上升，绳子对货物的拉力大小总大于货物的重力大小

D.若绳子质量不能忽略且货物匀速上升时，绳子对货物的拉力大小一定大于货物的重力大小

答案　B

解析　绳子对货物的拉力和货物对绳子的拉力是一对作用力与反作用力，不管货物匀速、加速还是减速上升，大小都相等，A错，B对；当货物匀速上升时，绳子对货物的拉力和货物重力是一对平衡力，货物加速上升时，绳子对货物的拉力大于货物的重力，货物减速上升时，绳子对货物的拉力小于货物的重力，C、D错.

应用牛顿第三定律应注意的三个问题

1.定律中的“总是”说明对于任何物体，在任何情况下牛顿第三定律都是成立的.

2.作用力与反作用力虽然等大反向，但因作用的物体不同，所产生的效果（运动效果或形变效果）往往不同.

3.作用力与反作用力只能是一对物体间的相互作用力，不能牵扯第三个物体.

实验4　探究作用力与反作用力的关系

作用力与反作用力的关系探究

（1）探究过程：

如图3所示，把A、B两个弹簧测力计连接在一起，B的一端固定，用手拉弹簧测力计A，可以看到两个弹簧测力计的指针同时移动.这时，弹簧测力计A受到B的拉力F′，弹簧测力计B则受到A的拉力F.注意观察F与F′的大小是如何变化的.再把A拿下来，向两侧分别拉A、B，再观察F与F′的大小是如何变化的.

图3

（2）实验结论：

在拉弹簧测力计的整个过程中，两个拉力的方向相反，A、B弹簧测力计示数总是满足大小相等.

9.[作用力与反作用力的探究]（多选）用计算机辅助实验系统（DIS）做探究作用力与反作用力的关系的实验，把两个测力探头的挂钩钩在一起，向相反方向拉动，观察显示器屏幕上出现的结果（如图4所示），分析两个力传感器的相互作用随着时间变化的曲线，以下结论正确的是（　　）

图4

A.作用力与反作用力同时产生

B.作用力与反作用力作用在同一物体上

C.作用力与反作用力大小相等

D.作用力与反作用力方向相反

答案　ACD

10.[探究作用力与反作用力的关系]如图5所示，将两弹簧测力计a、b联结在一起，当用力缓慢拉a弹簧测力计时，发现不管拉力F多大，a、b两弹簧测力计的示数总是相等，这个实验说明（　　）

图5

A.这是两只完全相同的弹簧测力计

B.弹力的大小与弹簧的形变量成正比

C.作用力与反作用力大小相等、方向相反

D.力是改变物体运动状态的原因

答案　C

解析　a、b两弹簧测力计的示数分别显示b弹簧的拉力和a弹簧的拉力，这是一对作用力与反作用力，根据牛顿第三定律得知，它们的示数总是相等，说明作用力与反作用力大小相等、方向相反，与弹簧测力计无关，故两只弹簧测力计不一定完全相同.故A错误，C正确；此实验不能说明弹力的大小与弹簧的形变量成正比.故B错误；弹簧测力计的运动没有改变，故此实验不能说明力是改变物体运动状态的原因.故D错误.

11.[探究作用力与反作用力的关系]在“探究作用力与反作用力的关系”实验中，某同学用两个力传感器进行实验.

（1）将两个传感器按图6甲方式对拉，在计算机屏上显示如图乙所示，横坐标代表的物理量是________，纵坐标代表的物理量是________.

图6

（2）（多选）由图乙可得到的实验结论是（　　）

A.两传感器间的作用力与反作用力大小相等

B.两传感器间的作用力与反作用力方向相同

C.两传感器间的作用力与反作用力同时变化

D.两传感器间的作用力与反作用力作用在同一物体上

答案　

（1）时间（t）　力（F）　

（2）AC

练出高分

基础巩固题组

1.在研究力和运动的关系时，伽利略巧妙地设想了两个对接斜面的实验，假想让一个小球在斜面上滚动.伽利略运用了（　　）

A.理想实验方法B.控制变量方法

C.等效替代方法D.建立模型方法

答案　A

解析　在研究力和运动的关系时，伽利略运用理想实验方法，巧妙地设想了两个对接斜面的实验，A正确.

2.伽利略用两个对接的斜面，一个斜面固定，让小球从固定斜面上滚下，又滚上另一个倾角可以改变的斜面，斜面倾角逐渐改变至0，如图1所示.伽利略设计这个实验的目的是说明（　　）

图1

A.如果没有摩擦，小球将运动到与释放时相同的高度

B.如果没有摩擦，物体运动时机械能守恒

C.维持物体做匀速直线运动并不需要力

D.如果物体不受到力，就不会运动

答案　C

解析　在伽利略理想斜面实验中，“小球从两个对接的斜面中的固定斜面滚下后将滚上另一个斜面”是经验事实；“如果没有摩擦小球将运动到与释放时相同的高度”是推论；“减小第二个斜面的倾角，小球在斜面上滑行的距离更长”也是推论；“当第二个斜面的倾角为0时，小球将沿水平面做匀速直线运动而不需要力来维持”是外推的结果.本实验是为了否定亚里士多德的观点，揭示物体的运动不需要力来维持，所以C正确，A、B、D均错误.

3.公交公司为了宣传乘车安全，向社会征集用于贴在公交车上的友情提示语，下面为征集到的其中几条，你认为对惯性的理解正确的是（　　）

A.站稳扶好，克服惯性

B.稳步慢行，避免惯性

C.当心急刹，失去惯性

D.谨防意外，惯性恒在

答案　D

4.关于惯性，下列说法正确的是（　　）

A.静止的火车启动时速度变化缓慢，是因为火车静止时惯性大

B.战斗机投入战斗时，必须抛掉副油箱，是要减小惯性，保证其运动的灵活性

C.在绕地球运转的宇宙飞船内的物体处于失重状态，因而不存在惯性

D.乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球惯性大

答案　B

解析　惯性是物体的固有属性，质量是物体惯性大小的唯一量度.战斗机投入战斗时，必须抛掉副油箱减小质量，从而减小惯性，乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球质量小、惯性小，故选项B正确，D错误；物体的惯性与物体的运动状态无关，故选项A、C错误.

5.在一次交通事故中，一辆载有30吨“工”字形钢材的载重汽车由于避让横穿马路的摩托车而紧急制动，结果车厢上的钢材向前冲出，压扁驾驶室.下列关于这起事故原因的物理分析正确的是（　　）

A.由于车厢上的钢材有惯性，在汽车制动时，钢材继续向前运动，压扁驾驶室

B.由于汽车紧急制动，使其惯性减小，而钢材惯性较大，所以继续向前运动

C.由于车厢上的钢材所受阻力太小，不足以克服其惯性，所以继续向前运动

D.由于汽车制动前的速度太大，汽车的惯性比钢材的惯性大，在汽车制动后，钢材继续向前运动

答案　A

解析　由于车厢上的钢材有惯性，在汽车制动时，钢材继续向前运动，压扁了驾驶室，惯性只与质量有关，与运动状态、受力情况无关，A正确.

6.（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：

一旦物体具有一定速度，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

答案　BCD

解析　亚里士多德认为物体的运动需要力来维持，A错误；伽利略通过“理想实验”得出：

一旦物体具有某一速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去，B正确；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，C正确；由牛顿第一定律知，D正确.

7.（多选）用手托着一块砖，开始时静止，当手突然向上加速运动时，砖对手的压力大小（　　）

A.一定小于手对砖的支持力大小

B.一定等于手对砖的支持力大小

C.一定大于手对砖的支持力大小

D.一定大于砖的重力大小

答案　BD

8.（多选）如图2所示，用水平力F把一个物体紧压在竖直墙壁上静止，下列说法中正确的是（　　）

图2

A.水平力F跟墙壁对物体的压力是一对作用力与反作用力

B.物体的重力跟墙壁对物体的静摩擦力是一对平衡力

C.水平力F与物体对墙壁的压力是一对作用力与反作用力

D.物体对墙壁的压力与墙壁对物体的压力是一对作用力与反作用力

答案　BD

解析　水平力F跟墙壁对物体的压力作用在同一物体上，大小相等，方向相反，且作用在一条直线上，是一对平衡力，选项A错误；物体在竖直方向上受竖直向下的重力以及墙壁对物体竖直向上的静摩擦力的作用，因物体处于静止状态，故这两个力是一对平衡力，选项B正确；水平力F作用在物体上，而物体对墙壁的压力作用在墙壁上，这两个力不是一对平衡力，也不是一对相互作用力，选项C错误；物体对墙壁的压力与墙壁对物体的压力是两个物体间的相互作用力，是一对作用力与反作用力，选项D正确.

9.（多选）2014年8月18日11时15分，中国在太原卫星发射中心用长征四号运载火箭成功发射高分二号卫星，卫星顺利进入预定轨道，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，与地球之间仍存在相互作用

答案　AD

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，喷出的气体同时对火箭产生向上的反作用力，即火箭上升的推力，此推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、是否在空气中飞行无关，故选项B、C错误，A正确；当卫星进入预定轨道后，卫星与地球之间仍然存在着相互吸引力，即地球吸引卫星，卫星也吸引地球，这是一对作用力与反作用力，故选项D正确.

能力提升题组

10.一列以速度v匀速行驶的列车内有一水平桌面，桌面上A处有一相对桌面静止的小球.由于列车运动状态的改变，车厢中的旅客发现小球沿如图（俯视图）中的虚线从A点运动到B点，则说明列车是减速且在向南拐弯的图是（　　）

答案　A

解析　由于列车原来做匀速运动，小球和列车保持相对静止，现在列车要减速，由于惯性小球必向前运动，C、D错；又因列车要向南拐弯，由做曲线运动的条件知列车要受到向南的力的作用，即桌子受到向南的力的作用，所以小球相对桌面向北运动，A对，B错.

11.建筑工人用如图3所示的定滑轮装置运送建筑材料，质量为70.0kg的工人站在地面上，通过定滑轮将20.0kg的建筑材料以0.500m/s2的加速度拉升，人拉绳的方向与水平面成30°角，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10m/s2）（　　）

图3

A.490NB.500N

C.595ND.700N

答案　C

解析　对建筑材料：

由牛顿第二定律得：

FT－mg＝ma，得FT＝m（g＋a）＝210N

对人：

人受到重力Mg、绳子的拉力FT和地面的支持力FN和摩擦力Ff，由竖直方向力平衡得

FN＋FTsin30°＝Mg

解得，FN＝595N

由牛顿第三定律得知工人对地面的压力大小为

FN′＝FN＝595N.

12.如图4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4

答案　

　mgtanθ

解析　

小球受力分析如图甲所示，由平衡条件得：

竖直方向：

FN1cosθ－mg＝0

水平方向：

FN2－FN1sinθ＝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＝mgtanθ

由牛顿第三定律得小球对斜面体的压力为

FN1′＝FN1＝