2013届桃州中学高三物理导学案
第四章 牛顿运动定律
【课 题】§4.1牛顿第一、三定律
【学习目标】
1．理解牛顿第一定律的内容和意义；知道什么是惯性，会正确解释有关惯性问题．
2．知道作用力和反作用力的概念，理解牛顿第三定律的确切含义．
【知识要点】
一、对牛顿第一定律的理解
1．导出了惯性的概念
一切物体都具有保持原有运动状态的性质，这就是惯性．
(1)惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性．惯性大小的唯一量度是物体的 ，物体的质量越大，惯性就越大，运动状态就越难改变．惯性与物体是否受力、怎样受力无关，与物体是否运动、怎样运动无关，与物体所处的地理位置无关．
(2)惯性不是一种力．惯性大小反映了改变物体运动状态的难易程度，物体的惯性越大，它的运动状态就越难以改变．
(3)外力作用于物体上能使物体的运动状态改变，但不能认为克服或改变了物体的惯性．
2．揭示力的本质
力是改变物体运动状态的原因(运动状态指物体的速度)，又根据加速度定义：a＝，有速度变化就一定有加速度，所以可以说：力是使物体产生加速度的原因．
3．牛顿第一定律描述的是理想化状态
牛顿第一定律描述的是物体在不受任何外力时的状态，而不受外力的物体是不存在的．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成牛顿第二定律在F＝0时的特例．
二、牛顿第三定律的理解与应用
1．作用力与反作用力的关系
作用力与反作用力的关系可总结为“三同、三异、三无关”．
(1)三同（相同大小、性质、同时性） (2)三异（反向、异体、效果不同）
(3)三无关
2．相互作用力与平衡力的比较
作用力和反作用力
二力平衡
不同点
受力物体
作用在两个相互作用的物体上
作用在同一物体上
依赖关系
相互依存，不可单独存在，同时产生，同时变化，同时消失
无依赖关系，撤除一个，另一个可依然存在，只是不再平衡
叠加性
两力作用效果不可叠加，不可求合力
两力作用效果可相互抵消，可叠加，可求合力且合力为零
力的性质
一定是同性质的力
可以是同性质的力，也可以是不同性质的力
相同点
大小方向
大小相等、方向相反、作用同一条直线上
【典型例题】
一、牛顿第一定律
【例1】 关于力、运动状态及惯性的说法，下列正确的是( )
A．牛顿最早指出力不是维持物体运动的原因．(2009·宁夏理综·14)
B．笛卡尔对牛顿第一定律的建立做出了贡献(2009·宁夏理综·14)
C．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，静止状态才是物体长时间不受力时的“自然状态”(2007·海南·1)
D．牛顿认为力的真正效应总是改变物体的速度，而不仅仅是使之运动(2006·广东·1)
E．伽利略根据理想实验推论出，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(2006·广东·1)
F．车速越大，刹车后滑行的路程越长，所以惯性越大
【例2】 (2011·江苏省连云港市一检)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行驶目的
二、牛顿第三定律
【例3】 (2009·安徽理综·17)为了节约能量，某商场安装了智能化的电动扶梯，无人乘行时，扶梯运转得很慢；有人站上扶梯时，它会先慢慢加速，再匀速运转．一顾客乘扶梯上楼，恰好经历了这两个过程，如图3所示．那么下列说法中正确的是( )
A．顾客始终受到三个力的作用
B．顾客始终处于超重状态
C．顾客对扶梯作用力的方向先指向左下方，再竖直向下
D．顾客对扶梯作用力的方向先指向右下方，再竖直向下
【例4】 有人做过这样一个实验：如图4 所示，把鸡蛋A快速向另一个完全一样的静止的鸡蛋B撞去(用同一部分撞击)，结果每次都是被撞击的鸡蛋B被撞破．则下面说法不正确的是( )
A．A对B的作用力的大小等于B对A的作用力的大小
B．A对B的作用力的大小大于B对A的作用力的大小
C．A蛋碰撞瞬间，其内蛋黄和蛋白由于惯性会对A蛋壳产生向前的作用力
D．A蛋碰撞部位除受到B对它的作用力外，还受到A蛋中蛋黄和蛋白对它的作用力，所以所受合力较小
三、相互作用力与平衡力
【例5】 物体静止于水平桌面上，则( )
A．桌面对物体的支持力的大小等于物体的重力，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与反作用力
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
【能力训练】
1．下列关于牛顿第一定律的说法中正确的是( )
A．牛顿第一定律是实验定律
B．牛顿第一定律只是提出了惯性的概念
C．牛顿第一定律提出了当物体受到的合外力为零时，物体将处于静止状态
D．牛顿第一定律既提出了物体不受外力作用时的运动规律，又提出了力是改变物体运动状态的原因
2．关于物体的惯性，下列说法中正确的是( )
A．运动速度大的物体不能很快地停下来，是因为物体的速度越大，惯性也越大
B．静止的火车启动时，速度变化慢，是因为静止的物体惯性大的缘故
C．乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球的惯性小
D．在宇宙飞船中的物体不存在惯性
3．关于作用力与反作用力，下列说法正确的是( )
A．物体相互作用时，先有作用力，后有反作用力
B．作用力与反作用力不是同种性质的力
C．作用力和反作用力总是同时分别作用在相互作用的两个物体上
D．匀速上升的气球所受到的浮力没有反作用力
4．在滑冰场上，甲、乙两小孩分别坐在滑冰板上，原来静止不动，在相互猛推一下后分别向相反方向运动，假定两板与冰面间的动摩擦因数相同，已知甲在冰上滑行的距离比乙远，这是由于( )
A．在推的过程中，甲推乙的力小于乙推甲的力
B．在推的过程中，甲推乙的时间小于乙推甲的时间
C．在刚分开时，甲的初速度大于乙的初速度
D．在分开后，甲的加速度的大小小于乙的加速度的大小
5．伽利略的理想实验(如图1)是将可靠的事实和理论思维结合起来，更能深刻地反映自然规律，伽利略的斜面实验程序如下：
(1)减小第二斜面的倾角，小球在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，小球将滚上另一斜面．
(3)如果没有摩擦，小球将上升到释放时的高度．
(4)继续减小第二个斜面的倾角，最后使它为水平面，小球沿水平面做持续的匀速运动．
请按程序先后次序排列，并指出它究竟属于可靠的事实还是通过思维过程得到的推论，下列选项正确的是(数字表示上述程序号码)
A．事实(2)→事实(1)→推论(3)→推论(4)
B．事实(2)→推论(1)→事实(3)→推论(4)
C．事实(2)→推论(3)→推论(1)→推论(4)
D．事实(2)→事实(3)→推论(1)→推论(4)
6．如图2所示，一个劈形物体A，各面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在上表面上放一光滑的小球B，劈形物体A从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是( )
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
7．(2011·上海宝山期末)关于牛顿第一定律，下列说法中正确的是( )
A．它表明了力是维持物体运动状态的原因
B．它表明了物体具有保持原有运动状态的性质
C．它表明了改变物体的运动状态并不需要力
D．由于现实世界不存在牛顿第一定律所描述的物理过程，所以牛顿第一定律没有用处
8．(2011·临沂模拟)用计算机辅助实验系统(DIS)做验证牛顿第三定律的实验，如图6所示是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．观察分析两个力传感器的相互作用随着时间变化的曲线，以下结论不正确的是( )
A．作用力与反作用力是同时作用的
B．作用力与反作用力作用在不同的物体上
C．作用力与反作用力大小相等、方向相反
D．作用力与反作用力的合力大小为零
9．卫星、飞船等宇宙空间飞行器，都是由火箭发射到太空的．下面关于飞船与火箭起飞的情形，叙述正确的是( )
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，由于没有空气，火箭虽然向下喷气，但也无法获得前进的动力
D．飞船进入运行轨道之后，与地球之间不再存在一对作用力与反作用力
10．物体静止在斜面上，如图7所示，下列说法正确的是( )
A．物体对斜面的压力和斜面对物体的支持力是一对平衡力
B．物体对斜面的摩擦力和斜面对物体的摩擦力是一对平衡力
C．物体所受重力和斜面对物体的作用力是一对平衡力
D．物体所受重力可以分解为沿斜面向下的力和对斜面的压力
11．(2011·湖南师大附中模拟)关于力和运动的关系，下列说法中不正确的是( )
A．力是维持物体运动的条件，同一物体所受到的力越大，它的速度越大
B．作用在运动物体上的某力消失后，物体运动的速度可能不断增加
C．物体保持静止，是由于物体受到的合力为零
D．物体运动状态发生变化，是与作用在物体上的外力分不开的
12．(2011·烟台模拟)一只小猫跳起来抓住悬挂在天花板上的竖直木杆，如图8所示，在这一瞬间悬绳断了，设木杆足够长，由于小猫继续上爬，所以小猫离地面高度不变，求此时木杆下降的加速度(设小猫质量为m，木杆的质量为M)．
13．一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套着一个环，箱与杆的质量为M，环的质量为m，如图9所示．已知环沿杆匀加速下滑时，环与杆间的摩擦力大小为Ff，则此时箱子对地面的压力大小为多少？
例题答案：
例1BDE
[规范思维] 经过了漫长的思考，人们才形成了关于运动和力的正确关系，所以高考中时有对此点物理学史的考查，及关于运动和力关系的正确认识的考查，复习时既要掌握人类认识的过程，又要真正理解“力不是维持物体运动的原因”．
例2 C [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；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；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．]
[规范思维] 解决关于惯性概念理解的题目时，要紧紧抓住“物体的惯性只与物体的质量有关”这一关键点，理解物体的惯性与地理位置、运动状态、是否受力、速度大小等因素均无关．
例3C [人加速运动时，受重力、支持力和水平向右的静摩擦力作用，扶梯对人的作用力指向右上方，根据牛顿第三定律人对扶梯的作用力指向左下方，当人匀速运动时，人只受重力和竖直向上的支持力作用，所以仅C项正确．]
[规范思维] 根据人的运动状态确定摩擦力是否存在及其方向；根据牛顿第三定律确定人对扶梯作用力的方向．牛顿第三定律往往作为分析不同物体间作用力的转换“工具”．
例4 B [A对B的作用力和B对A的作用力为作用力与反作用力，一定大小相等，A正确，B错误；在撞击瞬间，A蛋内蛋黄和蛋白由于惯性，会产生对A蛋壳向前的作用力，使A蛋壳接触处所受的合力比B蛋壳的小，因此B蛋壳易被撞破，故C、D正确．]
[规范思维] 应用牛顿第三定律分析问题时应注意以下几点
(1)不要凭日常观察的直觉印象随便下结论，科学问题需严格依据科学理论分析才行．
(2)理解应用牛顿第三定律时，一定抓住“总是”二字，即作用力与反作用力的这种关系与物体的运动状态无关．
例5 A [物体和桌面受力情况如右图所示．对选项A，因物体处于平衡状态，且FN与G
作用于同一物体，因此FN和G是一对平衡力，故A项正确．对选项B，因作用力和反作用力分别作用在两个物体上，而物体所受的重力和桌面对它的支持力都作用在物体上，故B项错．对选项C，因压力是弹力，而弹力与重力是性质不同的两种力，故C项错．
对选项D，由于支持力和压力是物体与桌面相互作用(挤压)而产生的，因此FN与FN′是一对作用力和反作用力，故D项错．]
能力训练答案 ：
1．D [牛顿第一定律不是实验定律，A错；牛顿第一定律提出了惯性的概念，同时又指出了物体运动状态改变的原因，B错；牛顿第一定律提出了物体不受外力作用时，物体将处于静止状态或匀速直线运动状态，所以C错；综上所述，D选项是正确的．]
2．C [一切物体都具有惯性，惯性大小只与物体的质量有关．惯性是物体本身的一种属性，与外界因素(受力的大小以及所处的环境)及自身的运动状态无关，故A、D选项错误；
静止的火车启动时，速度变化缓慢，是因为火车的质量大，惯性大，而不是因为静止的物体惯性大，B选项错误．
乒乓球可以快速抽杀，是因为其质量小，惯性小，在相同的力的作用下，运动状态容易改变，故C选项正确．]
3．C
4．C [甲、乙相互推的过程中作用力和反作用力一定大小相等，且作用时间也一定相同，故选项A、B均错误．由于两板与冰面间的动摩擦因数相同，故二者的加速度也相等，都等于μg，故选项D错误．甲在冰上滑行的距离比乙远，一定是刚分开时甲的初速度大于乙的初速度．]
5．C [小球从对接的两个斜面的一个斜面上滚下，它将滚到另一个斜面上，这可以在实验中做到，所以是事实，即为事实(2)，在实际实验中，永远摆脱不了力的作用，特别是摩擦力，所以即不能达到同样高度也不能在水平面上永不停止地做匀速直线运动，所以(1)、(3)、(4)都是推论，在实验中，是将第二个的倾角逐渐减小直到水平，所以程序为：事实(2)→推论(3)→推论(1)→推论(4)．]
6．B [小球原来静止时受重力和支持力作用，其合力为零．当劈形物体由静止释放，A应沿斜面下滑，故B也将运动，运动状态就要发生改变，但由于惯性，小球原来速度为零，没有水平或其他方向上的速度，而小球又光滑，除竖直方向可以有合力外，其他方向上没有合力，加之力是使物体运动状态改变的原因，小球只能在竖直方向上有运动，在碰到斜面之前，运动轨迹应为一条直线，即竖直向下的直线．]
7．B
8．D
9．A [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，即为火箭上升的推力，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，是否在空气中飞行无关，因而B、C选项错误，A项正确；当飞船进入轨道后，飞船与地球之间依然存在着相互吸引力，即地球吸引飞船，飞船也吸引地球，这是一对作用力和反作用力，故D项不确
10．C [作用力与反作用力作用在不同的物体上，平衡力作用在同一物体上，故A项错误，B、C两项正确．物体的分力和合力应是针对同一物体，效果相同，故D项错误．]
11．A
12.g 方向向下
解析 先对猫进行分析，由于猫相对地面高度不变，即猫处于平衡状态，而猫受重力G1＝mg和木杆对猫向上的摩擦力Ff的作用，如图所示，故G1与Ff二力平衡，即Ff＝G1＝mg
再对木杆进行受力分析：木杆受重力G2＝Mg作用，由于木杆对猫有向上的摩擦力Ff，由牛顿第三定律可知，猫对杆有向下的摩擦力Ff′，且Ff′＝Ff
由牛顿第二定律，杆的加速度为a＝
由①②③式可得a＝g
即杆下降的加速度为g，方向向下．
13．Ff＋Mg
解析 环在竖直方向上受力情况如图甲所示，受重力及箱内的杆给它的竖直向上的摩擦力Ff，根据牛顿第三定律，环应给杆一个竖直向下的摩擦力Ff′，故箱子竖直方向上受力如图乙所示，受重力Mg、地面对它的支持力FN及环给它的摩擦力Ff′，由于箱子处于平衡状态，可得FN＝Ff′＋Mg＝Ff＋Mg.
根据牛顿第三定律，箱子对地面的压力大小等于地面对箱子的支持力，即
FN′＝FN＝Ff＋Mg.
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