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2021高考物理一轮复习 第3章 牛顿运动定律 第1讲 牛顿三定律的理解教案

2021高考物理一轮复习 第3章 牛顿运动定律 第1讲 牛顿三定律的理解教案

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第1讲　牛顿三定律的理解

　牛顿第一定律
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)适用条件。
①宏观、低速运动的物体。
②物体处于惯性参考系中。
2．牛顿第一定律的意义
(1)指出了一切物体都有惯性。
(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。
3．惯性
(1)特点：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。
(2)表现：物体不受外力作用时，有保持静止或匀速直线运动状态的性质；物体受到外力作用时其惯性大小表现在运动状态改变的难易程度上。
　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。基本物理量共七个，其中力学有三个，是长度、质量、时间，SI制中单位分别是米、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。
　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．牛顿第三定律的意义：建立了相互作用物体之间的联系，揭示了作用力与反作用力的相互依赖关系。
3．牛顿第三定律的表达式：F′＝－F。

1．(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：运动必具有某一速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去
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
BCD　[亚里士多德认为力是维持物体运动的原因，他的观点是错误的；伽利略通过实验与推理证明了力不是维持物体运动的原因，力是改变物体运动状态的原因，假如没有力作用在运动的物体上，物体将以原来的速度永远运动下去；同时期的笛卡儿也得出了类似的结论；牛顿在伽利略和笛卡儿的基础上，提出了惯性定律，即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。B、C、D正确。]
2．(人教版必修1·P70·T1改编)(多选)下面对牛顿第一定律和惯性的分析正确的是 (　　)
A．飞机投弹时，当目标在飞机的正下方时投下炸弹，能击中目标
B．地球自西向东自转，人向上跳起来后，还会落到原地
C．安全带的作用是防止汽车刹车时，人由于惯性作用发生危险
D．有的同学说，向上抛出的物体，在空中向上运动时，肯定受到了向上的作用力
BC　[飞机在目标正上方投弹时，由于惯性，炸弹会落在目标的前方，A错误；地球自西向东自转，人向上跳起后，由于惯性，还会落在原地，B正确；汽车刹车时，由于惯性，人会向前冲，安全带可以防止人的前冲，C正确；物体被向上抛出后，在空中向上运动是由于惯性，D错误。]
3．(人教版必修1·P70·科学漫步改编)(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(　　)

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
BCD
4．(多选)在研究匀变速直线运动的实验中，取计数时间间隔为0.1 s，测得相邻相等时间间隔的位移差的平均值Δx＝1.2 cm，若还测出小车的质量为500 g，则关于加速度、合外力大小及单位，既正确又符合一般运算要求的是(　　)
A．a＝＝m/s2＝120 m/s2
B．a＝＝m/s2＝1.2 m/s2
C．F＝ma＝500×1.2 N＝600 N
D．F＝ma＝0.5×1.2 N＝0.60 N
BD　[在应用公式进行数量运算的同时，也要把单位代入运算。代入单位运算时，单位换算要准确，可以把题中已知量的单位都用国际单位表示，计算结果的单位就是用国际单位表示的。这样在统一已知量的单位后，就不必一一写出各个量的单位，只在数字后面写出正确单位即可。选项A中Δx＝1.2 cm，没换算成国际单位，C项中的小车质量m＝500 g，没换算成国际单位，所以均错误，故正确答案为B、D。]
5．(粤教版必修1·P71·T1)沼泽的下面蕴藏着丰富的泥炭，泥炭是沼泽地积累的植物残体，它的纤维状和海绵状的物理结构导致人在其表面行走时容易下陷。若人下陷的过程是先加速后匀速运动，下列判断正确的是 (　　)
A．加速运动时人对沼泽地的压力大于沼泽地对他的支持力
B．加速运动时人对沼泽地的压力小于沼泽地对他的支持力
C．人对沼泽地的压力先大于后等于沼泽地对他的支持力
D．人对沼泽地的压力大小总等于沼泽地对他的支持力
D　[人对沼泽地的压力与沼泽地对人的支持力为作用力与反作用力，故二力大小一定相等，故A、B、C错误，D正确。]

考点一　对牛顿第一定律和惯性的理解
1．牛顿第一定律是在可靠的实验事实(如伽利略斜面实验)基础上采用科学的逻辑推理得出的结论，物体不受外力是牛顿第一定律的理想条件，所以，牛顿第一定律不是实验定律。
2．惯性是物体保持原来运动状态的性质，与物体是否受力、是否运动及所处的位置无关，物体的惯性只与其质量有关，物体的质量越大则其惯性越大；牛顿第一定律揭示了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．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(静止或匀速直线运动)。
(2017·上海单科·6)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(　　)

A　[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，故只有图A所示的情形符合要求，A正确。]

1．(多选)17世纪，意大利物理学家伽利略根据斜面实验指出：在水平面上运动的物体之所以会停下来，是由于受到摩擦阻力的缘故，你认为下列陈述正确的是(　　)

A．该实验是一理想实验，是在思维中进行的，无真实的实验基础，故其结果是荒谬的
B．该实验是以可靠的事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，从而更深刻地反映自然规律
C．该实验证实了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的结论
D．该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据
BD　[“伽利略斜面实验”是一理想实验，但是建立在真实的实验基础之上，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，从而更深刻地反映自然规律，选项B正确，A错误；该实验说明亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的结论是错误的，选项C错误；该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据，选项D正确。综上本题选B、D。]
2.

(多选)我国《道路交通安全法》中规定，各种小型车辆乘员(包括司机)必须系好安全带。下列说法正确的是(　　)
A．系好安全带可以减小惯性
B．是否系好安全带对人和车的惯性没有影响
C．系好安全带可以防止因车的惯性而造成的伤害
D．系好安全带可以防止因人的惯性而造成的伤害
BD
3．如图所示是一种汽车安全带控制装置的示意图，当汽车处于静止或做匀速直线运动时，摆锤竖直悬挂，锁棒水平，棘轮可以自由转动，安全带能被拉动。当汽车突然刹车时，摆锤由于惯性而绕轴摆动，使得锁棒锁定棘轮的转动，安全带不能被拉动。若摆锤从图中实线位置摆到虚线位置，汽车的可能运动方向和运动状态是(　　)

A．向右行驶、突然刹车
B．向左行驶、突然刹车
C．向左行驶、匀速直线运动
D．向右行驶、匀速直线运动
A　[根据安全带控制装置的示意图和惯性知识可知选项A正确。]
考点二　对牛顿第二定律的理解
1．牛顿第二定律的五个特征

2．动力学中的三个决定关系
(1)力与物体的质量决定加速度。
(2)加速度与时间决定速度的变化量。
(3)速度方向与加速度方向(或合力方向)决定物体的运动性质。
(多选)关于速度、加速度、合力的关系，下列说法正确的是(　　)
A．原来静止在光滑水平面上的物体，受到水平推力的瞬间，物体立刻获得加速度
B．加速度的方向与合力的方向总是一致的，但与速度的方向可能相同，也可能不同
C．在初速度为0的匀加速直线运动中，速度、加速度与合力的方向总是一致的
D．合力变小，物体的速度一定变小
ABC　[加速度与力同时产生、同时消失、同时变化，选项A正确：加速度的方向由合力方向决定，但与速度方向无关，选项B正确；在初速度为0的匀加速直线运动中，合力方向决定加速度方向，加速度方向决定末速度方向，选项C正确；合力变小，物体的加速度一定变小，但速度不一定变小，选项D错误。]

4．(2020·安徽皖中名校联盟联考)下列说法正确的是(　　)
A．牛顿认为力是维持物体运动的原因
B．牛顿第一定律、牛顿第二定律都可以通过实验来验证
C．国际单位制中，kg、m、N是三个基本单位
D．根据速度定义式v＝，当Δt→0时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度
D　[本题考查对牛顿运动定律的认识。亚里士多德认为力是维持物体运动的原因，牛顿认为力是改变物体运动状态的原因，A错误；牛顿第二定律可以通过实验来验证，牛顿第一定律不可以通过实验来验证，该定律来源于理想斜面实验的合理外推，B错误；国际单位制中有7个基本单位，为kg、m、s、A、K、mol、cd，其余均为导出单位，如N，C错误；根据速度定义式v＝，可知当Δt→0时，表示物体在t时刻的瞬时速度，D正确。]
5．(2019·福建宁德期末)我国自主研制的水陆两栖飞机“鲲龙”AG600已试飞成功。当“鲲龙”AG600在水面上加速滑行时，其受到的合力(　　)
A．大小为零
B．方向竖直向上
C．方向与滑行方向相同
D．方向沿滑行方向斜向上
C　[“鲲龙”AG600在水面上做加速直线运动，加速度方向与滑行方向相同，由牛顿第二定律知合外力方向与加速度方向相同，所以合外力方向与滑行方向相同，故选项C正确。]
6．(2020·江西赣州期末)电梯顶上悬挂一根劲度系数为200 N/m的弹簧，弹簧的原长为20 cm，在弹簧下端挂一个质量为0.4 kg的砝码。当电梯运动时，测出弹簧长度变为23 cm，g取10 m/s2，则电梯的运动状态及加速度大小为(　　)
A．匀加速上升，a＝2.5 m/s2
B．匀减速上升，a＝2.5 m/s2
C．匀加速上升，a＝5 m/s2
D．匀减速上升，a＝5 m/s2
C　[由胡克定律可知，弹簧的弹力F＝kx＝200×(0.23－0.20) N＝6 N，由牛顿第二定律知F－mg＝ma，解得a＝5 m/s2，物体加速度向上，可能是加速上升，也可能是减速下降，故C正确，A、B、D错误。]
考点三　牛顿第三定律的理解与应用
1．作用力与反作用力的“三同、三异、三无关”
(1)大小相同变化情况相同性质相同
(2)方向不同产生效果不同受力物体不同
(3)与物体的种类无关与是否与另外物体相互作用无关与相互作用的两物体的运动状态无关
2．一对平衡力与一对相互作用力的比较
类别
一对平衡力
一对相互作用力
不同点
作用在同一个物体上
分别作用在两个不同的物体上
力的性质不一定相同
力的性质一定相同
不一定同时产生、同时消失
一定同时产生、同时消失
相同点
大小相等、方向相反、作用在同一直线上
(2020·浙江杭州模拟)电动平衡车是一种时尚代步工具。当人驾驶平衡车在水平路面上做匀速直线运动时，下列说法正确的是(　　)

A．平衡车匀速行驶时，相对于平衡车上的人，车是运动的
B．平衡车的重力与地面对平衡车的支持力是一对平衡力
C．平衡车在加速过程中也是平衡的
D．关闭电机，平衡车还会继续行驶一段路程是由于惯性
D　[本题根据平衡车考查平衡力、惯性等。平衡车匀速行驶时，平衡车与人的相对位置不变，相对于平衡车上的人，车是静止的。故A项错误；人驾驶平衡车在水平路面上做匀速直线运动时，平衡车的重力加上人的重力等于地面对平衡车的支持力，所以平衡车的重力与地面对平衡车的支持力不是一对平衡力，故B项错误；平衡车在加速过程中不是平衡的，故C项错误；关闭电机，平衡车还会继续行驶一段路程是由于平衡车具有惯性，故D项正确。]

7.

(2019·浙江卷·6)如图所示，小明撑杆使船离岸，则下列说法正确的是(　　)
A．小明与船之间存在摩擦力
B．杆的弯曲是由于受到杆对小明的力
C．杆对岸的力大于岸对杆的力
D．小明对杆的力和岸对杆的力是一对相互作用力
A　[小明与船之间存在静摩擦力，A正确；杆的弯曲是由于受到小明对杆的作用力，B错误；杆对岸的力与岸对杆的力是作用力与反作用力，大小相等，C错误；小明对杆的力和岸对杆的力受力物体都是杆，两者不是作用力与反作用力，故D错误。]
8．(多选)牛顿在总结C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯等人的研究结果后，提出了著名的牛顿第三定律，阐述了作用力和反作用力的关系，从而与牛顿第一定律和牛顿第二定律形成了完整的牛顿力学体系。下列关于作用力和反作用力的说法正确的是(　　)
A．物体先对地面产生压力，然后地面才对物体产生支持力
B．物体对地面的压力和地面对物体的支持力互相平衡
C．人推车前进，人对车的作用力大小等于车对人的作用力大小
D．物体在地面上滑行，不论物体的速度多大，物体对地面的摩擦力与地面对物体的摩擦力始终大小相等
CD　[由作用力和反作用力的同时性知，压力与支持力同时产生，选项A错误；B项中两力为作用力和反作用力，选项B错误；作用力和反作用力大小相等，所以人对车的作用力大小等于车对人的作用力大小，物体对地面的摩擦力与地面对物体的摩擦力始终大小相等，选项C、D正确。]
9．(2020·江苏连云港市联考)(多选)如图为《天工开物》里名为“北耕兼种”的农具，“其服牛起土者，耒不用耜，并列两铁于横木之上，其具方语曰耩。耩中间盛一小斗，储麦种于内，其斗底空梅花眼，牛行摇动，种子即从眼中撒下。”关于图中涉及的物理知识，下列说法正确的是 (　　)

A．耩使用铁尖是为了便于“起土”
B．绳对耩的拉力和耩对绳的力是一对平衡力
C．绳对耩的拉力大于耩对绳的力，因此耩被拉动
D．研究耩的运动时，可将绳的拉力沿水平和竖直两个方向分解
AD　[本题借助古文化知识考查牛顿第三定律与力的分解问题。耩使用铁尖，根据力的分解可知，当铁尖作用于土时，会产生两个分力作用，使土容易向两侧翻动，起到“起土”作用，故A正确；绳对耩的拉力和耩对绳的力是一对相互作用力，二者等大、反向，故B、C错误；研究耩的运动时，耩受到重力、阻力和绳的拉力作用，其在水平方向运动，故需将绳的拉力沿水平方向和竖直方向进行分解。]
10.

[用牛顿第三定律转换研究对象]大圆环质量为M，经过环心的竖直钢丝AB(质量不计)上套有一质量为m的橡皮球，现让橡皮球沿钢丝AB以一定的初速度v0竖直向上运动，大圆环对地面无压力，则橡皮球上升过程中(　　)
A．钢丝对橡皮球的摩擦力为Mg，方向竖直向上
B．钢丝对橡皮球的摩擦力为0
C．橡皮球的加速度大小为g
D．橡皮球的加速度大小为g
D　[大圆环对地面无压力，由牛顿第三定律可知，地面对大圆环无支持力，大圆环受力平衡，橡皮球对钢丝的摩擦力F＝Mg，方向竖直向上，由牛顿第三定律可知，钢丝对橡皮球的摩擦力F′＝F＝Mg，方向竖直向下。对橡皮球进行受力分析，由牛顿第二定律有F′＋mg＝ma，解得橡皮球的加速度大小a＝g。故选项D正确。]