第一讲牛顿第一、三定律(原卷版+解析)

第一讲牛顿第一、三定律知识梳理一、伽利略的理想斜面实验1.实验过程:如图所示(1)事实:让小球沿光滑斜面从左侧某一高度滚下时，无论右侧斜面坡度如何，它都会沿斜面上升到与出发点几乎等高的地方。斜面倾角越小，小球运动到同一高度所经历的路程越远。(2)推论:当右侧斜面倾角逐渐减小到0，变为水平面时，小球将为了达到那个永远无法达到的高度而一直运动下去。2.实验结论力不是维持物体运动的原因。3.实验意义伽利略的理想实验采用了依据逻辑推理把实际实验理想化的思想，这种思想也是研究物理问题的重要方法之一。二、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)揭示了物体的固有属性：一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又叫惯性定律。(2)揭示了力与运动的关系：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。(3)适用范围：惯性参考系。三、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)惯性的两种表现①物体不受外力作用时，其惯性表现在保持静止或匀速直线运动状态。②物体受外力作用时，其惯性表现在反抗运动状态的eq\o(□,\s\up3(12))改变。(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。(4)普遍性：惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性，与物体的运动情况和受力情况无关(选填“有关”或“无关”)。三、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′.4.一对平衡力与作用力和反作用力的比较名称项目一对平衡力作用力和反作用力作用对象同一个物体两个相互作用的不同物体作用时间不一定同时产生、同时消失一定同时产生、同时消失力的性质不一定相同一定相同作用效果可相互抵消不可抵消知识训练考点一、牛顿第一定律和惯性的理解例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．下列说法中符合历史事实的是()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：如果物体不受力，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，物体都具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质例2、(2022·广州阶段训练)在16世纪末，伽利略用实验和推理，推翻了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。以下说法中，与亚里士多德观点相反的是()A．一个物体维持匀速直线运动，不需要受力B．两物体从同一高度自由下落，较重的物体下落较快C．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D．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”例3、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实验总结得出来的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．乒乓球可以迅速“抽杀”,是因为乒乓球的惯性小课堂随练训练1、(多选)下列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训练2、伽利略创造地把实验、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．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，它的加速度越小训练3、如图所示，在一辆表面光滑且足够长的小车上，有质量为m1和m2的两个小球(m1>m2)随车一起匀速运动，当车突然停止时，若不考虑其他阻力，则两个小球()A．一定相碰 B．一定不相碰C．不一定相碰 D．无法确定考点二、牛顿第三定律的理解例1、(2022·杭州4月质检)如图所示，有一种叫“喷射式悬浮飞行器”的水上飞行运动装置。操控者借助该装置以向下喷射高压水柱的方式实现在水面上空悬停、旋转或急速升降等运动。下列说法正确的是()A．人在水面上空悬停时，人(含装置)所受的重力和装置向下喷水的力是一对平衡力B．人在水面上空悬停时，人(含装置)所受的重力和装置向下喷水的力是一对作用力与反作用力C．人在急速升降过程中的惯性比悬停时大D．人在匀速上升的过程中机械能增加例2、(多选)如图所示，用水平力F把一个物体紧压在竖直墙壁上，物体保持静止，下列说法中正确的是()A．水平力F与墙壁对物体的弹力是一对作用力与反作用力B．物体的重力与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弹力是一对作用力与反作用力课堂随练训练1、(2022·广东深圳市红岭中学高三月考)“电动平衡车”是时下热门的一种代步工具．如A．“电动平衡车”对人的作用力大于人对“电动平衡车”的作用力B．人的重力与车对人的支持力是一对相互作用力C．地面对车的摩擦力与人(含车)所受空气阻力平衡D．在行驶过程中突然向右转弯时，人会因为惯性向右倾斜同步训练1、西汉时期的一本著作《春秋纬·考灵曜》中论述的“地恒动不止，而人不知，譬如人在大舟中，闭牖而坐，舟行(而人)不觉也”提出的观点是()A．物体具有惯性B．力是改变物体运动状态的原因C．物体运动具有相对性D．能量转化过程存在守恒关系2、如图所示，质量为m的木块在质量为M的长木板上以加速度a水平向右加速滑行，长木板与地面间的动摩擦因数为μ1，木块与长木板间的动摩擦因数为μ2，重力加速度为g，若长木板仍处于静止状态，则长木板对地面摩擦力的大小和方向为()A．μ1(m＋M)g，向左 B．μ2mg，向右C．μ2mg＋ma，向右 D．μ1mg＋μ2Mg，向左3、在研究运动和力的关系时，伽利略设计了著名的理想斜面实验(如图所示)，将可靠的事实和逻辑推理结合起来，能更深刻地反映自然规律．下面给出了伽利略斜面实验的五个事件，请对事件的性质进行判断并正确排序：在A点由静止释放的小球，①若没有摩擦时，能滚到另一斜面与A点等高的C点；②当减小斜面动摩擦因数时，滚到另一斜面的最高位置，更接近等高的C点；③若没有摩擦时减小斜面BC的倾角，小球将通过较长的路程，到达与A点等高的D点；④若没有摩擦，且另一斜面水平放置时，小球将沿水平面一直运动下去；⑤不能滚到另一斜面与A点等高的C点．以下正确的是()A．事实⑤→事实②→推论①→推论③→推论④B．事实⑤→事实②→推论③→事实①→推论④C．事实⑤→事实②→事实①→推论③→推论④D．事实⑤→事实②→推论①→事实③→推论④第一讲牛顿第一、三定律知识梳理一、伽利略的理想斜面实验1.实验过程:如图所示(1)事实:让小球沿光滑斜面从左侧某一高度滚下时，无论右侧斜面坡度如何，它都会沿斜面上升到与出发点几乎等高的地方。斜面倾角越小，小球运动到同一高度所经历的路程越远。(2)推论:当右侧斜面倾角逐渐减小到0，变为水平面时，小球将为了达到那个永远无法达到的高度而一直运动下去。2.实验结论力不是维持物体运动的原因。3.实验意义伽利略的理想实验采用了依据逻辑推理把实际实验理想化的思想，这种思想也是研究物理问题的重要方法之一。二、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)揭示了物体的固有属性：一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又叫惯性定律。(2)揭示了力与运动的关系：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。(3)适用范围：惯性参考系。三、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)惯性的两种表现①物体不受外力作用时，其惯性表现在保持静止或匀速直线运动状态。②物体受外力作用时，其惯性表现在反抗运动状态的eq\o(□,\s\up3(12))改变。(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。(4)普遍性：惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性，与物体的运动情况和受力情况无关(选填“有关”或“无关”)。三、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′.4.一对平衡力与作用力和反作用力的比较名称项目一对平衡力作用力和反作用力作用对象同一个物体两个相互作用的不同物体作用时间不一定同时产生、同时消失一定同时产生、同时消失力的性质不一定相同一定相同作用效果可相互抵消不可抵消知识训练考点一、牛顿第一定律和惯性的理解例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．下列说法中符合历史事实的是()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：如果物体不受力，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，物体都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，必须有力作用在物体上，物体才能运动，故A错误；伽利略通过“理想实验”得出结论：力不是维持运动的原因，如果物体不受力，它将以这一速度永远运动下去，故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，故C正确；牛顿认为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D正确．例2、(2022·广州阶段训练)在16世纪末，伽利略用实验和推理，推翻了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。以下说法中，与亚里士多德观点相反的是()A．一个物体维持匀速直线运动，不需要受力B．两物体从同一高度自由下落，较重的物体下落较快C．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D．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”【答案】A【解析】亚里士多德认为物体的运动需要力来维持，没有力，物体将停止运动。伽利略推理，一个物体做匀速直线运动，不需要力来维持，与亚里士多德的观点相反，故A正确；两物体从同一高度自由下落，下落速度应该是一样快，而认为两物体从同一高度自由下落，较重的物体下落较快，这和亚里士多德的观点相同，故B错误；物体受的力越大，速度改变越快，但速度不一定越大；四匹马拉的车比两匹马拉的车跑得快，而认为物体受的力越大，速度就越大，这和亚里士多德的观点相同，故C错误；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”，这和亚里士多德的观点相同；事实上一个运动的物体，如果不再受向前的推力，它总会逐渐停下来，其实是因为摩擦阻力改变了它的运动状态，故D错误。例3、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实验总结得出来的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．乒乓球可以迅速“抽杀”,是因为乒乓球的惯性小【答案】D【解析】惯性是物体的固有属性,质量是其唯一量度,轿车的质量小于货车的质量,其惯性比货车的惯性小,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,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,C错误;乒乓球可以迅速“抽杀”,是因为乒乓球的质量小,惯性小,运动状态容易改变,D正确。课堂随练训练1、(多选)下列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【答案】ABD【解析】牛顿第一定律描述了物体不受外力作用时的运动状态,即总保持匀速直线运动状态或静止状态不变,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使他改变了原来的运动状态,C错误,D正确。训练2、伽利略创造地把实验、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．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】当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的最高位置依次升高。对比三次实验结果，根据把实验、假设和逻辑推理相结合的科学方法可知，当斜面光滑时，小球能够上升到与O点等高的位置，故最直接的结论是选项A；B、C、D中的结论从题目中不可以直接得出。训练3、如图所示，在一辆表面光滑且足够长的小车上，有质量为m1和m2的两个小球(m1>m2)随车一起匀速运动，当车突然停止时，若不考虑其他阻力，则两个小球()A．一定相碰 B．一定不相碰C．不一定相碰 D．无法确定【答案】B【解析】因小车表面光滑，两小球在水平方向上没有受到外力作用，原来两球与小车有相同的速度，当车突然停止时，由于惯性，两小球将以相同的速度做匀速直线运动，所以一定不会相碰，B正确。考点二、牛顿第三定律的理解例1、(2022·杭州4月质检)如图所示，有一种叫“喷射式悬浮飞行器”的水上飞行运动装置。操控者借助该装置以向下喷射高压水柱的方式实现在水面上空悬停、旋转或急速升降等运动。下列说法正确的是()A．人在水面上空悬停时，人(含装置)所受的重力和装置向下喷水的力是一对平衡力B．人在水面上空悬停时，人(含装置)所受的重力和装置向下喷水的力是一对作用力与反作用力C．人在急速升降过程中的惯性比悬停时大D．人在匀速上升的过程中机械能增加【答案】D【解析】人(含装置)所受的重力和装置向下喷水的力作用在两个物体上，不是平衡力，故A错误；人(含装置)所受的重力施力物体是地球，受力物体是人(含装置)，装置向下喷水的力施力物体是装置，受力物体是水，这里涉及了多个物体，不是相互作用力，故B错误；惯性只与质量有关，故惯性不变，故C错误；人在匀速上升的过程中，动能不变，重力势能增大，机械能增加，故D正确。例2、(多选)如图所示，用水平力F把一个物体紧压在竖直墙壁上，物体保持静止，下列说法中正确的是()A．水平力F与墙壁对物体的弹力是一对作用力与反作用力B．物体的重力与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弹力是一对作用力与反作用力【答案】BD【解析】水平力F与墙壁对物体的弹力作用在同一物体上，大小相等、方向相反，且作用在同一条直线上，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，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，这两个力不是平衡力，也不是相互作用力，选项C错误；物体对墙壁的压力与墙壁对物体的弹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．课堂随练训练1、(2022·广东深圳市红岭中学高三月考)“电动平衡车”是时下热门的一种代步工具．如A．“电动平衡车”对人的作用力大于人对“电动平衡车”的作用力B．人的重力与车对人的支持力是一对相互作用力C．地面对车的摩擦力与人(含车)所受空气阻力平衡D．在行驶过程中突然向右转弯时，人会因为惯性向右倾斜【答案】C【解析】根据牛顿第三定律，“电动平衡车”对人的作用力等于人对“电动平衡车”的作用力，故A错误；人的重力与车对人的支持力的受力物体都是人，不可能是相互作用力，故B错误；地面对车的摩擦力与人(含车)所受空气阻力平衡，所以人与车能够匀速运动，故C正确；在行驶过程中突然向右转弯时，人会因为惯性向左倾斜，故D错误．同步训练1、西汉时期的一本著作《春秋纬·考灵曜》中论述的“地恒动不止，而人不知，譬如人在大舟中，闭牖而坐，舟行(而人)不觉也”提出的观点是()A．物体具有惯性B．力是改变物体运动状态的原因C．物体运动具有相对性D．能量转化过程存在守恒关系【答案】C【解析】文中描述的内容主要研究物体运动状态与参考系的选择有关，物体运动具有相对性，故选C。2、如图所示，质量为m的木块在质量为M的长木板上以加速度a水平向右加速滑行，长木板与地面间的动摩擦因数为μ1，木块与长木板间的动摩擦因数为μ2，重力加速