第三章 基础课牛顿运动定律

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基础课1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。

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)牛顿第一定律是实验定律。()

(3)运动的物体惯性大，静止的物体惯性小。()

(4)作用力与反作用力的关系不随运动状态的变化而变化。()

答案(1)×(2)×(3)×(4)√

2.[人教版必修1·P70·科学漫步](多选)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.[人教版必修1·P82·做一做](多选)用计算机辅助实验系统做验证牛顿第三定律的实验，点击实验菜单中“力的相互作用”。如图2甲所示，把两个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(图乙)。分析两个力传感器的相互作用力随时间变化的曲线，以下结论正确的是()

图2

A.作用力与反作用力大小时刻相等

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同时变化

D.作用力与反作用力方向相反

答案ACD

牛顿第一定律的理解和应用

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。

1.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

2.(多选)关于牛顿第一定律的理解正确的是()

A.牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律

B.不受外力作用时，物体的运动状态保持不变

C.在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于没有外力维持木块运动的结果

D.奔跑的运动员遇到障碍而被绊倒，这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态

解析牛顿第一定律描述了物体不受外力作用时的状态，即总保持匀速直线运动状态或静止状态不变，选项A、B正确；牛顿第一定律还揭示了力和运动的关系，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，在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于摩擦阻力的作用而改变了木块的运动状态，奔跑的运动员，遇到障碍而被绊倒，是因为他受到外力作用而改变了运动状态，选项C错误，D正确。

答案ABD

3.(2017·上海单科)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

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。

牛顿第三定律的理解与应用

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。

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3

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4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4

A.弹簧的伸长量为mg k

B.弹簧的伸长量为μmg k

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 ＝μmg k ，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5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/s 2，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6)( )

图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 处于平衡状态，受力分析可知绳子上的拉力F T ＝m A g ① 对物体B 受力分析，如图所示，由于B 静止，则有

水平方向：F T cos 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m B g＝F T sin 53°＋F N

代入数据解得F N＝80 N

由牛顿第三定律可知F N′＝－F N，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

牛顿第三定律是转换研究对象的桥梁

牛顿第三定律在受力分析、处理连接体问题中都有广泛的应用。当某个力不方便直接分析或求解时，可利用牛顿第三定律转换研究对象，通过分析或求解反作用力，从而快捷地解决问题。

活页作业

(时间：30分钟)

A级：保分练

1.(2017·山西太原模拟)伽利略的斜面实验证明了()

A.使物体运动必须有力的作用，没有力的作用，物体将静止

B.使物体静止必须有力的作用，没有力的作用，物体将运动

C.物体不受外力作用时，一定处于静止状态

D.物体不受外力作用时，总保持原来的匀速直线运动状态或者静止状态

解析伽利略的斜面实验证明了：运动不需要力来维持，物体不受外力作用时，总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，故选项D正确。

答案 D

2.(2017·河南漯河模拟)下列关于牛顿运动定律的说法正确的是()

A.力是维持物体运动的原因

B.牛顿第一定律可以用实验直接验证

C.作用力与反作用力只存在于相互接触的两个物体之间

D.作用力与反作用力的性质一定相同

解析由牛顿第一定律可知，力不是维持物体运动的原因，选项A错误；牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能用实验直接验证，选项B 错误；不相互接触的两个物体之间也可能存在作用力与反作用力，如相互吸引且并未接触的两块磁铁，选项C错误；作用力与反作用力的性质相同，选项D正确。

答案 D

3.北京时间2016年8月21日，里约奥运会跳水项目收官。中国跳水梦之队，获得7金2银1铜的好成绩。如图1为10米跳台金牌获得者陈艾森在决赛中的关键一跳，关于陈艾森能跳起离开跳台的说法正确的是()

图1

A.他对跳台的作用力大于地球对他的引力

B.跳台对他的作用力大于他对跳台的作用力

C.跳台对他的作用力大于地球对他的引力

D.跳台对他的作用力对他做了正功

解析陈艾森能离开跳台的原因是跳台对他的作用力大于他的重力，故选项A错误，C正确；他对跳台的作用力与跳台对他的作用力是一对作用力和反作用力，大小相等，方向相反，故选项B错误；跳台对他的作用力作用点没有产生位移，故对他不做功，故选项D错误。

答案 C

4.(多选)下列说法正确的是()

A.运动越快的汽车越不容易停下来，是因为汽车运动得越快，惯性越大

B.同一物体在地球上不同的位置受到的重力是不同的，但它的惯性却不随位置的变化而变化

C.一个小球竖直上抛，抛出后能继续上升，是因为小球运动过程中受到了向上的推力

D.物体的惯性大小只与本身的质量有关，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小

解析惯性是物体本身的固有属性，其大小只与物体的质量大小有关，与物体的受力及运动情况无关，故选项B、D正确；速度大的汽车要停下来时，速度变化大，由Δv＝at可知需要的时间长，惯性未变，故选项A错误；小球上抛时是由于惯性向上运动，并未受到向上的推力，故选项C错误。

答案BD

5.(2017·洛阳模拟)(多选)如图2所示，某人用手托着苹果处于静止状态，则()

图2

A.手所受压力是由于苹果的形变而产生的

B.手所受压力和手对苹果的支持力是一对平衡力

C.苹果所受重力和手对苹果的支持力是一对平衡力

D.苹果所受重力和苹果对手的压力是作用力和反作用力

解析苹果对手的压力是由于苹果发生形变而产生的，选项A正确；手所受压力和手对苹果的支持力是一对作用力与反作用力，选项B错误；苹果所受重力和手对苹果的支持力都作用在苹果上，大小相等，方向相反，是一对平衡力，选项C 正确；苹果对手的压力是由于形变而产生的，是苹果与手之间的作用，而重力是由于地球的吸引而产生的，是苹果与地球的相互作用，选项D错误。

答案AC

6.我国道路安全交通法规定，在各种小型车辆前排乘坐的人必须系好安全带，因刹车时汽车会很快停下来，而人还要继续向前运动，此时安全带对人施加向后的拉力，保障人的安全，在这一过程中()

A.人和汽车都具有惯性

B.人和汽车都没有惯性

C.人具有惯性，汽车没有惯性

D.汽车具有惯性，人没有惯性

解析由牛顿第一定律可知，任何物体都具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，故选项A正确。

答案 A

7.如图3所示，小车放在水平地面上，甲、乙二人用力向相反方向拉小车，不计小车与地面之间的摩擦力，下列说法正确的是()

图3

A.甲拉小车的力和乙拉小车的力是一对作用力和反作用力

B.小车静止时甲拉小车的力和乙拉小车的力是一对平衡力

C.若小车加速向右运动，表明小车拉甲的力大于甲拉小车的力

D.若小车加速向右运动，表明乙拉小车的力大于小车拉乙的力

解析甲拉小车的力和乙拉小车的力作用在同一物体上，不是作用力和反作用力，A错误；不计小车与地面之间的摩擦力，小车静止时受到两个拉力而处于平衡状态，这两个拉力是一对平衡力，B正确；小车拉甲的力跟甲拉小车的力是作用力和反作用力，两力大小是相等的，C错误；同理，D错误。

答案 B

8.(2018·湖北宜城一中月考)如图4所示，一只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，两球的运动状况是(以小车为参考系)()

图4

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

解析小车突然向右运动时，由于惯性，铁球和乒乓球都“想”保持原有的静止状态，由于与同体积的“水球”相比铁球的质量大，惯性大，铁球的运动状态难改变，而同体积的“水球”的运动状态容易改变，所以小车加速运动时，铁球相对于小车向左运动。同理，由于与同体积的“水球”相比乒乓球的质量小，惯性小，乒乓球相对向右运动。

答案 A

B级：拔高练

9.(多选)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5

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，与地球之间仍然存在一对作用力与反作用力

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正确。

答案AD

10.不同类型的汽车在同一条水平公路上直线行驶，则下列说法正确的是()

A.车速越大的汽车，它的惯性越大

B.质量越大的汽车，它的惯性越大

C.车速越大的汽车，紧急刹车后滑行的路程越短

D.质量越大的汽车，紧急刹车后滑行的路程越长

解析质量是惯性大小的唯一量度，质量越大，惯性越大，选项B正确，A错误；紧急刹车后，汽车做匀减速直线运动，此时v2＝2μgs，由此可知速度越大的汽车，滑行的路程越长，与汽车的质量无关，选项C、D错误。

答案 B

11.如图6所示，物体A和B的重力分别为11 N和7 N，不计弹簧秤、细线的重力和一切摩擦，则下列说法正确的是()

图6

A.弹簧秤的读数为14 N，A对地面的压力为11 N

B.弹簧秤的读数为18 N，A对地面的压力为0

C.弹簧秤的读数为7 N，A对地面的压力为4 N

D.弹簧秤的读数为0，A对地面的压力为11 N

解析物体B保持静止，说明B物体合外力为零，即绳上拉力为7 N。此刻弹簧秤静止，因此弹簧秤的读数为7 N。说明弹簧秤对A拉力为7 N，地面对A物体应有4 N 的支持力(根据牛顿第三定律可知A对地面的压力为4 N)，所以C正确。

答案 C

12.如图7所示为英国人阿特伍德设计的装置，不考虑绳与滑轮的质量，不计轴承、绳与滑轮间的摩擦。初始时两人均站在水平地面上，当位于左侧的甲用力向上攀爬时，位于右侧的乙始终用力抓住绳子，最终至少一人能到达滑轮。下列说法正确的是()

图7

A.若甲的质量较大，则乙先到达滑轮

B.若甲的质量较大，则甲、乙同时到达滑轮

C.若甲、乙质量相同，则乙先到达滑轮

D.若甲、乙质量相同，则甲先到达滑轮

解析由于滑轮光滑，甲拉绳子的力等于绳子拉乙的力，若甲的质量大，则由甲拉绳子的力等于乙受到的绳子拉力，得甲攀爬时乙的加速度大于甲，所以乙会先到达滑轮，选项A正确，B错误；若甲、乙的质量相同，甲用力向上攀爬时，甲拉绳子的力等于绳子拉乙的力，甲、乙具有相同的加速度和速度，所以甲、乙应同时到达滑轮，选项C、D错误。

答案 A

13.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F f，由牛顿第二定律得mg＋F f＝ma

由牛顿第三定律可知小球对钢丝竖直向上的摩擦力F f′＝F f

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

由以上各式解得a＝M＋m m 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＝v20

2a＝

mv20

2（M＋m）g

。

答案M＋m

m g

mv20

2（M＋m）g