第1讲　牛顿第一定律、牛顿第二定律-2025版物理大一轮复习VIP

牛顿第一定律、牛顿第二定律目标要求1.理解牛顿第一定律的内容和惯性的本质。2.掌握牛顿第二定律的内容及公式。3.了解单位制，并知道七个基本单位。会用国际单位制检查结果表达式是否正确。考点一牛顿第一定律1.牛顿第一定律(1)理想实验：它是在经验事实基础上采用科学的抽象思维来展开的实验，是人们在思想上塑造的理想过程。牛顿第一定律是通过理想斜面实验得出的，它不能由实际的实验来验证。(2)内容：一切物体总保持eq\o(□,\s\up1(1))匀速直线运动状态或eq\o(□,\s\up1(2))静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。(3)意义①指出了一切物体都有eq\o(□,\s\up1(3))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eq\o(□,\s\up1(4))改变物体运动状态的原因，即产生加速度的原因。2.惯性(1)定义：一切物体都有eq\o(□,\s\up1(5))保持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)惯性大小的量度：eq\o(□,\s\up1(6))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。【判断正误】1.牛顿第一定律是实验定律。(×)2.运动的物体惯性大，静止的物体惯性小。(×)3.物体不受力时，将处于静止状态或匀速直线运动状态。(√)1.对牛顿第一定律的理解(1)揭示了物体的惯性：不受力的作用时，一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态。(2)揭示了力的作用对运动的影响：力是改变物体运动状态的原因。2.惯性的两种表现形式(1)保持“原状”：物体在不受力或所受合外力为零时，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)。(2)反抗改变：物体受到外力时，惯性表现为运动状态改变的难易程度。惯性越大，物体的运动状态越难以被改变。【对点训练】1.(对理想斜面实验的理解)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()A.若小球不受力，它将一直保持匀速直线运动或静止状态B.若斜面光滑，小球在右侧斜面将上升到与O点等高的位置C.若小球受到力的作用，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，它的运动状态就越难改变解析：B本实验并不能得到力与运动状态的关系，故AC错误；根据题意，先后铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材料时，小球上升高度一直增加，可推知，当斜面光滑，小球将上升到与O点等高的位置，故B正确；本实验质量是固定的，不能得到质量与运动状态之间的关系，故D错误。故选B。2.(对惯性的认识)每个学期，石棉中学全校师生都会开展“安全文明出行”教育，学习《道路交通安全法》。《道路交通安全法》中规定：各种小型车辆前排乘坐的人(包括司机)必须系好安全带，这是因为()A.系好安全带可以减小人的惯性B.系好安全带可以增加人的惯性C.系好安全带可以防止因人的惯性而造成伤害D.系好安全带可以防止因车的惯性而造成伤害解析：C惯性只与物体的质量有关，系好安全带无法影响惯性大小，故A、B错误；安全带系在人的身上，对人有一定的作用力，可以改变人的运动状态，所以系好安全带可以防止因人的惯性而造成伤害，故C正确，D错误。故选C。3.(牛顿第一定律的应用)如图甲所示，随着人们的生活水平的提高，房车旅游逐渐成为一种时尚。图乙为固定在房车中的一张桌子，桌上固定着一个盛满水的透明容器，容器的顶部刚好有一个气泡；另一蓝色玻璃球也放在水平桌面上(不固定)。若坐在旁边沙发上休息的人突然发现气泡开始相对桌面向右运动时，下列现象和判断可能正确的是()甲乙A.玻璃球同时相对桌面向右运动，断定房车正在加速后退B.玻璃球同时相对桌面向右运动，断定房车正在减速后退C.玻璃球同时相对桌面向左运动，断定房车正在加速前进D.玻璃球同时相对桌面向左运动，断定房车正在减速前进解析：C气泡和同体积的“水球”相比，气泡的质量小，惯性小，运动状态容易改变，水球的质量大，惯性大，运动状态不容易改变。当气泡相对于桌面向右运动时，一定是气泡比同体积的“水球”产生了更大的向右的加速度，房车可能突然向右加速，也可能突然向左减速，A、D项错误；房车突然向右加速或向左减速时，玻璃球由于惯性要保持原来的状态，均会相对桌面向左运动，B项错误，C项正确。考点二牛顿第二定律1.内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成eq\o(□,\s\up1(7))正比、跟它的质量成eq\o(□,\s\up1(8))反比，加速度的方向跟eq\o(□,\s\up1(9))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eq\o(□,\s\up1(10))静止或eq\o(□,\s\up1(11))匀速直线运动的参考系。(2)牛顿第二定律只适用于eq\o(□,\s\up1(12))宏观物体(相对于分子、原子等)、eq\o(□,\s\up1(13))低速运动(远小于光速)的情况。【判断正误】1.一个物体所受的合外力减小，加速度一定减小，而速度不一定减小。(√)2.物体加速度的方向一定与合外力方向相同。(√)3.可以利用牛顿第二定律确定高速电子的运动情况。(×)1.牛顿第二定律的五个特性2.合力、加速度、速度之间的决定关系(1)不管速度是大是小，或是零，只要合力不为零，物体都有加速度。(2)a＝eq\f(Δv,Δt)是加速度的定义式，a与Δv、Δt无关；a＝eq\f(F,m)是加速度的决定式，a∝F，a∝eq\f(1,m)。(3)合力与速度同向时，物体加速运动；合力与速度反向时，物体减速运动。【对点训练】4.(牛顿第二定律的理解)(多选)下列说法正确的是()A.对静止在光滑水平面上的物体施加一个水平力，当力刚作用瞬间，物体立即获得加速度B.物体由于做加速运动，所以才受合外力作用C.F＝ma是矢量式，a的方向与F的方向相同，与速度方向无关D.物体所受合外力减小，加速度一定减小，而速度不一定减小解析：ACD由于物体的加速度和合外力是瞬时对应关系，由此可知当力作用瞬间，物体会立即产生加速度，A正确；根据因果关系，合外力是产生加速度的原因，即物体由于受合外力作用，才会产生加速度，选项B错误；牛顿第二定律F＝ma是矢量式，a的方向与F的方向相同，与速度方向无关，选项C正确；由牛顿第二定律可知物体所受合外力减小，加速度一定减小，如果物体做加速运动，其速度会增大，如果物体减速，速度会减小，故选项D正确。5.(牛顿第二定律的定性分析)(多选)在平直的公路上，一辆警车启动加速追赶一辆冲关卡的嫌疑车，警车所受的合力大小逐渐减小、方向不变，警车从开始运动到在合力减为零的过程中，关于警车运动的说法正确的是()A.加速度与速度方向相同B.加速度逐渐减小，速度逐渐减小C.加速度逐渐减小，速度逐渐增大D.速度逐渐增大，位移逐渐减小解析：AC根据题意可知，警车做加速运动，而警车所受的合力方向不变，根据牛顿第二定律可知，加速度与速度方向相同，故A正确；警车所受的合力大小逐渐减小、方向不变，根据牛顿第二定律可知，加速度逐渐减小，速度逐渐增大，故B错误，C正确；由于警车的运动方向未变，故位移逐渐增大，故D错误。故选AC。6.(牛顿第二定律的应用)(多选)如图，凹形槽车静止在水平直轨道上，位于光滑槽底的水平轻弹簧一端连接右侧槽壁，另一端连接质量m＝1kg的物体，物体静止时，弹簧对物体的压力N0＝2N。现使槽车与物体一起以a＝2m/s2的加速度沿轨道运动，用F弹表示弹簧的弹力大小，用N壁表示物体对左侧槽壁的压力大小，下列判断正确的是()A.若a的方向向左，则F弹＝2NB.若a的方向向右，则F弹＝2NC.若a的方向向左，则N壁＝4ND.若a的方向向右，则N壁＝0解析：AB若加速度向左，物体的加速度也就是向左，设左侧槽壁对物体恰好没有作用力，根据牛顿第二定律，有N0＝ma0得a0＝eq\f(N0,m)＝2m/s2，即槽车和物体一起向左以加速度大小为2m/s2运动时，弹簧弹力为2N，但是槽壁对物体没有支持力，A正确，C错误；同理，若a的方向向右，设左侧槽壁对物体的作用力大小为N壁，弹簧长度不变，所以弹簧的弹力为2N，根据牛顿第二定律，有N壁－N0＝ma得N壁＝N0＋ma＝4N，所以弹簧弹力为2N，槽壁对物体的弹力为4N，B正确，D错误。故选AB。考点三力学单位制1.单位制：由eq\o(□,\s\up1(14))基本单位和eq\o(□,\s\up1(15))导出单位一起组成了单位制。2.基本单位：在力学范围内，国际单位制规定eq\o(□,\s\up1(16))质量、eq\o(□,\s\up1(17))长度和eq\o(□,\s\up1(18))时间为三个基本量，它们的单位eq\o(□,\s\up1(19))千克、eq\o(□,\s\up1(20))米和eq\o(□,\s\up1(21))秒为基本单位。3.导出单位：由eq\o(□,\s\up1(22))基本量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位。1.利用单位制可以检查物理公式的合理性，根据物理公式可以推导物理量的单位。2.国际单位和基本单位之间不具有“包含”的关系，它们之间有一定的交集。【对点训练】7.(2022·浙江卷)下列属于力的单位的是()A.kg·m/s2 B.kg·m/sC.kg·m2/s D.kg·s/m2解析：AF＝ma，质量的单位是kg，加速度的单位是m/s2，故力的单位是kg·m/s2，选项A正确。8.(2023·辽宁卷)安培通过实验研究，发现了电流之间相互作用力的规律。若两段长度分别为ΔL1和ΔL2、电流大小分别为I1和I2的平行直导线间距为r时，相互作用力的大小可以表示为ΔF＝keq\f(I1I2ΔL1ΔL2,r2)。比例系数k的单位是()A.kg·m/(s2·A) B.kg·m/(s2·A2)C.kg·m2/(s3·A) D.kg·m2/(s3·A3)解析：B根据题干公式ΔF＝keq\f(I1I2ΔL1ΔL2,r2)整理可得k＝eq\f(ΔFr2,I1I2ΔL1ΔL2)，代入相应物理量单位可得比例系数k的单位为eq\f(N,A2)＝eq\f(kg·m/s2,A2)＝kg·m/(s2·A2)，故选B。限时规范训练9[基础巩固题组]1.(2023·浙江卷)下列属于国际单位制中基本单位符号的是()A.J B.KC.W D.Wb解析：B国际单位制中的七个基本单位是千克、米、秒、安培、开尔文、坎德拉、摩尔，符号分别是kg、m、s、A、K、cd、mol，其余单位都属于导出单位。故选B。2.(多选)人类社会的发展离不开物理学，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程，下列说法正确的是()A.伽利略认为力不是维持物体运动的原因B.牛顿认为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C.牛顿第一定律可以用实验直接验证D.笛卡尔认为必须有力作用在物体上，物体才能运动解析：AB伽利略根据其理想实验推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，故A正确；牛顿总结出了牛顿第一定律，指出：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，故B正确；牛顿第一定律是理想实验定律，不能通过实验验证，故C错误；古希腊的哲学家亚里士多德根据人们的传统观点提出：必须有力作用到物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就要停下来，故D错误。故选AB。3.如图所示，大人和小孩拔河，大人保持静止却能轻松把小孩拉过来。不计绳子的质量，下列说法中正确的是()A.小孩被拉动后就失去了惯性B.大人保持静止是因为惯性增大了C.大人对绳子的拉力大于小孩对绳子的拉力D.大人对绳子的拉力与小孩对绳子的拉力大小相等解析：D惯性是物体自身具有的属性，只与质量有关，与物体的运动状态、受力状态无关，故AB错误；由于绳子质量不计，绳子受力平衡，大人对绳子的拉力与小孩对绳子的拉力是一对平衡力，两者大小相等，故C错误，D正确。故选D。4.甲瓶子盛满水，在密封塞上用细绳悬挂一个铁球，乙瓶子盛满水，在密封塞上用等长细绳悬挂与小铁球体积相同的小泡沫塑料球，且将乙瓶子倒置，如图所示，甲、乙两个瓶子均固定在小车上。当小车突然向前运动时，则两球的存在状态为()解析：A可设想一个与金属小球等体积的水球。金属球位置的变化，必然代替这个水球的位置。而同体积的水球和金属球，金属球的质量大，惯性大，运动状态不容易改变，故相对水球来说滞后。同理，由于同体积水球的质量大于泡沫塑料球的质量，水球惯性大，相对泡沫塑料球来说水球滞后，泡沫塑料球相对水球在前，故A正确，BCD错误。故选A。5.(2022·江苏卷)高铁车厢里的水平桌面上放置一本书，书与桌面间的动摩擦因数为0.4，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，取重力加速度g＝10m/s2。若书不滑动，则高铁的最大加速度不超过()A.2.0m/s2 B.4.0m/s2C.6.0m/s2 D.8.0m/s2解析：B书放在水平桌面上，若书相对于桌面不滑动，则最大静摩擦力提供加速度，即有Ffm＝μmg＝mam，解得am＝μg＝4m/s2，书相对高铁静止，故若书不滑动，高铁的最大加速度为4m/s2，B正确，A、C、D错误。6.机器人服务人类的场景正步入现实生活中，例如餐厅中使用机器人来送餐，就越来越常见。如图甲所示为某餐厅的送餐机器人，将其结构简化为如图乙所示的示意图，机器人的上表面保持水平。则下列说法中正确的是()甲乙A.菜品随着机器人一起做匀速直线运动时，菜品受到与运动方向一致的摩擦力作用B.菜品随着机器人一起做匀速直线运动时，菜品对机器人的压力和机器人对菜品的支持力是一对平衡力C.菜品随着机器人一起做匀加速直线运动时，菜品的惯性逐渐增大D.菜品随着机器人一起做匀减速直线运动时，机器人对菜品的作用力大于菜品的重力解析：D菜品随着机器人一起做匀速直线运动时，不受摩擦力作用，A错误；菜品随着机器人一起做匀速直线运动时，菜品对机器人的压力和机器人对菜品的支持力是一对作用力与反作用力，B错误；惯性大小由物体的质量决定，质量不变，物体的惯性不变，菜品随着机器人一起做匀加速直线运动时，菜品的惯性不变，C错误；菜品随着机器人一起做匀减速直线运动时，机器人对菜品的支持力N＝mg，由牛顿第二定律f＝ma，机器人对菜品的作用力为支持力和静摩擦力的合力F＝eq\r(N2＋f2)＝eq\r(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(mg))\s\up12(2)＋\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(ma))\s\up12(2))>mg，D正确。故选D。7.昆虫沫蝉跳跃的高度可达0.7m，而其身体长度仅有几毫米，跳跃能力远远超过了人们先前所认为的昆虫界的“跳高冠军”——跳蚤。已知沫蝉起跳时平均加速度可达3.8km/s2，则沫蝉起跳时对地面的平均压力大小与其受到的重力大小的比约为()A.3.8∶1 B.38∶1C.380∶1 D.3800∶1解析：C沫蝉起跳时，由牛顿第二定律得FN－mg＝ma，解得地面对沫蝉的支持力大小FN＝381mg，由牛顿第三定律可知，它对地面的压力大小FN′＝FN＝381mg，则FN′∶G＝381∶1，则平均压力大小与其受到的重力大小的比约为380∶1，故选C。[能力提升题组]8.有两个材质相同的木块，质量分别为m、eq\f(m,2)，先将质量为m的木块放于粗糙水平面上，若用大小为F的水平恒力推木块，其加速度为a；再将质量为eq\f(m,2)的木块放于粗糙水平面上，若仍用大小为F的水平恒力推它，它的加速度为a′，则()A.a′＝a B.a′＜2aC.a′＞2a D.a′＝2a解析：C设两个木块与粗糙水平面间的动摩擦因数均为μ，根据牛顿第二定律，对质量为m的木块，有F－μmg＝ma，解得a＝eq\f(F,m)－μg，对质量为eq\f(m,2)的木块，有F－μeq\f(m,2)g＝eq\f(m,2)a′，解得a′＝eq\f(2F,m)－μg，由以上综合得a′＝eq\f(2F,m)－μg＞2a＝eq\f(2F,m)－2μg，C正确。9.(多选)如图所示，处于自然状态下的轻弹簧一端固定在水平地面上，质量为m的小球从弹簧的另一端所在位置由静止释放，设小球和弹簧一直处于竖直方向，弹簧的劲度系数为k，重力加速度为g。在小球将弹簧压缩到最短的过程中，下列叙述中正确的是()A.小球的速度先增大后减小B.小球的加速度先减小后增大C.小球速度最大时弹簧的形变量为eq\f(mg,k)D.弹簧的最大形变量为eq\f(mg,k)解析：ABC开始时，小球的重力大于弹力，加速度方向向下，小球向下加速运动，随着弹簧的压缩，弹力逐渐变大，则加速度逐渐减小，当弹力等于重力时，加速度为零，即mg＝kx，得x＝eq\f(mg,k)，此时小球的速度最大，然后小球继续向下运动压缩弹簧，弹力大于重力，加速度变为向上，逐渐增大，速度逐渐减小，直到速度减小到零，到达最低点，由对称性可知，此时弹簧的压缩量为2x＝eq\f(2mg,k)，故A、B