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第1讲　牛顿运动定律
素养目标　1.知道惯性、牛顿运动定律、单位制的内容．(物理观念) 2.掌握转换研究对象法的应用技巧．(科学思维) 3.能应用“理想实验”探究物理规律．(科学思维)
一、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)指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，即力是产生加速度的原因．
(2)指出了一切物体都有惯性，因此牛顿第一定律又称惯性定律．
3．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)普遍性：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：质量是物体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．
二、牛顿第二定律　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)公式：F＝ma.
(3)物理意义：它表明了力是产生加速度的原因．
(4)适用范围
①只适用于研究惯性系中运动与力的关系，不能用于非惯性系；
②只适用于解决宏观物体的低速运动问题，不能用来处理微观粒子的高速运动问题.
直 观 情 境 物体水平向右加速运动 Fcos θ－f＝ma 物体沿斜面上滑 mgsin θ＋f＝ma
2.单位制
(1)单位制：由基本单位和导出单位一起构成单位制．
①基本单位：在力学中，选定长度、时间和质量三个物理量的单位为基本单位．
②导出单位：根据物理公式中其他物理量和基本物理量的关系，推导出的物理量的单位．
(2)国际单位制中的基本单位
基本物理量 符号 单位名称 单位符号
质量 m 千克 kg
时间 t 秒 s
长度 l 米 m
电流 I 安[培] A
热力学温度 T 开[尔文] K
物质的量 n 摩[尔] mol
发光强度 IV 坎[德拉] cd
三、牛顿第三定律
1．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．意义
建立了相互作用物体之间的联系及作用力与反作用力的相互依赖关系．
3．表达式：F＝－F′.
1．思维辨析
(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，最终将处于静止状态或匀速直线运动状态. ( )
(4)作用力与反作用力等大反向，效果相互抵消．( )
(5)作用力与反作用力一定作用在两个物体上．( )
2．(多选)关于单位制，下列说法中正确的是(　　)
A．在力学中，力是基本概念，所以力的单位“牛顿”是力学单位中的基本单位
B．因为力的单位是牛顿，而1 N＝1 kg·m/s2，所以牛顿是导出单位
C．各物理量采用国际单位制中的单位，通过物理公式运算的结果的单位一定为国际单位制中的单位
D．物理公式不仅确定了物理量之间的数量关系，同时也确定了物理量之间的单位关系
3．2021年10月16日0时23分，“神舟十三号”成功发射，顺利将三名航天员送入太空并进驻空间站．在空间站中，如需测量一个物体的质量，需要运用一些特殊方法：如图所示，先对质量为m1＝1.0 kg的标准物体P施加一水平恒力F，测得其在1 s内的速度变化量大小是10 m/s，然后将标准物体与待测物体Q紧靠在一起，施加同一水平恒力F，测得它们1 s内速度变化量大小是2 m/s.则待测物体Q的质量m2为(　　)
A．3.0 kg B．4.0 kg
C．5.0 kg D．6.0 kg
考点　对牛顿第一定律的理解
1．牛顿第一定律的理解
(1)提出惯性的概念：牛顿第一定律指出一切物体都具有惯性，惯性是物体的一种固有属性．
(2)揭示力的本质：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．
2．惯性的两种表现形式
(1)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)物体受到的合外力不为零时，惯性表现为抗拒运动状态改变的能力．惯性大，物体的运动状态较难改变；惯性小，物体的运动状态容易改变．
3．牛顿第一定律与牛顿第二定律的关系
(1)牛顿第一定律不是实验定律，它是以伽利略的“理想实验”为基础，经过科学抽象、归纳推理而总结出来的；牛顿第二定律是通过探究加速度与力和质量的关系得出的．
(2)牛顿第一定律不是牛顿第二定律的特例，而是不受任何外力的理想情况．
典例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，既不会停下来，也不会偏离原来的方向
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
1．[对牛顿第一定律的理解]下列关于牛顿第一定律的认识与理解的说法中正确的是(　　)
A．牛顿第一定律是依靠实验事实，直接归纳总结得出的
B．根据牛顿第一定律可知，力是维持物体运动的原因
C．惯性是物体的固有属性，物体的质量越大，惯性越大
D．物体保持静止或匀速直线运动状态时有惯性，加速时没有惯性
2．[对惯性的理解](多选)如图所示，重球系于线DC下端，重球下再系一根同样的线BA，整个装置处于平衡状态，下面说法中正确的是(　　)
A．在线的A端慢慢向下增加拉力，结果CD线被拉断
B．在线的A端慢慢向下增加拉力，结果AB线被拉断
C．在线的A端突然向下猛力一拉，结果AB线被拉断
D．在线的A端突然向下猛力一拉，结果CD线被拉断
考点　对牛顿第二定律的理解
1．对牛顿第二定律的理解
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，物体就有加速度．
(2)a＝是加速度的定义式，a与Δv、Δt无必然联系；a＝是加速度的决定式，a∝F，a∝.
(3)合力与速度同向时，物体做加速运动；合力与速度反向时，物体做减速运动．
典例2　为了节省能量，某商场安装了如图所示的智能化电动扶梯，扶梯与水平面的夹角为θ.无人乘行时，扶梯运行得很慢；当有人站上扶梯时，扶梯先以加速度a匀加速运动，再以速度v匀速运动．一质量为m的顾客乘扶梯上楼，恰好经历了这两个过程，重力加速度为g，下列说法中正确的是(　　)
A．顾客始终受到三个力的作用
B．扶梯对顾客的支持力始终等于mg
C．加速阶段扶梯对顾客的摩擦力大小为macos θ，方向水平向右
D．顾客对扶梯作用力的方向先沿扶梯向下，再竖直向下
1.[合力、速度、加速度间的关系]如图所示，劲度系数为k的轻弹簧竖直放置，下端固定在水平地面上．一质量为m的小球从离弹簧上端高h处自由下落，接触弹簧后继续向下运动．观察小球开始下落到小球第一次运动到最低点的过程，下列关于小球的速度v或加速度a随时间t变化的图像中符合实际情况的是(　　)
2．[牛顿第二定律的矢量性]某同学乘坐地铁时，在一根细绳的下端挂一支圆珠笔，上端用胶布临时固定在地铁的竖直扶手上，地铁在进站或出站时沿水平方向做直线运动，细绳偏离竖直方向的角度为θ，并保持一段时间，他用手机拍摄了当时的情景照片，手机处于竖直平面内且拍摄方向跟地铁前进方向垂直，如图所示．重力加速度大小为g，则根据照片信息，可知这段时间内(　　)
A．地铁的加速度大小为gsin θ
B．地铁的加速度大小为gcos θ
C．地铁可能向左做匀速直线运动
D．地铁可能向右做匀减速直线运动
考点　对牛顿第三定律的理解
1．作用力与反作用力的“三同、三异、三无关”
2．平衡力与作用力、反作用力的比较
项目 平衡力 作用力与反作用力
相同点 大小相等，方向相反，作用在同一条直线上
不同点 作用对象 同一物体 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
典例3　(2024·河北联考)如图所示为学校举行的一场拔河比赛现场照片．为了方便，我们将比赛视为甲、乙两个人拔河．绳子的质量不计，且始终保持水平，若在比赛中甲获胜，则下列说法中正确的是(　　)
A．甲对绳子的拉力和绳子对甲的拉力是一对平衡力
B．绳子对乙的拉力和地面对乙的摩擦力是一对作用力和反作用力
C．当甲把乙加速拉过去时，绳子对乙的拉力大于乙对绳子的拉力
D．地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力
1．[作用力和反作用力的关系]如图甲所示，将一个力传感器固定在滑块上，另一个力传感器钩住它向右拉滑块，观察到这对拉力随时间变化的曲线如图乙所示，下列说法正确的是(　　)
A．作用力大时，反作用力小
B．作用力和反作用力的大小总是相等
C．反作用力总是在作用力出现后才产生的
D．图乙所示的曲线，只有在滑块静止或做匀速运动时才能得到
2．[平衡力与相互作用力的区别](多选)如图甲所示，重物A用一根轻弹簧悬于天花板下，画出重物和弹簧的受力图如图乙、丙所示．关于这四个力的说法，正确的是(　　)
A．F3与F4是一对平衡力
B．F1的反作用力是F3
C．F1的施力物体是弹簧
D．F1与F2是一对作用力与反作用力
课题研究　转换研究对象法的应用
1．应用条件
分析某作用力时，若其受力物体的受力复杂或已知信息较少，而其反作用力的受力物体的受力较简单或已知信息较多时，可考虑应用转换研究对象法．
2．应用思路
(1)分析所求力的受力物体的受力情况和已知信息，判断该力是否可以直接求出．
(2)若不能直接求出，则转换研究对象，分析待求力的反作用力．
(3)求出其反作用力后，由牛顿第三定律确定待求力的大小、方向．
典例　建筑工人用如图所示的定滑轮装置运送建筑材料．质量为70.0 kg的工人站在地面上，通过定滑轮将20.0 kg的建筑材料以0.500 m/s2的加速度拉升，忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦，则工人对地面的压力大小为(取g＝10 m/s2)(　　)
A．510 N B．490 N
C．890 N D．910 N
变式　(多选)如图所示，一个人站在水平地面上的长木板上用力F向右推箱子，木板、人、箱子均处于静止状态，三者的质量均为m，重力加速度为g，则 (　　)
A．箱子对木板的摩擦力方向向右
B．木板对地面的摩擦力方向向左
C．木板对地面的压力大小为3mg
D．若人用斜向下的力推箱子，则木板对地面的压力会大于3mg
答案及解析
(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，最终将处于静止状态或匀速直线运动状态. (√)
(4)作用力与反作用力等大反向，效果相互抵消．(×)
(5)作用力与反作用力一定作用在两个物体上．(√)
2．(多选)关于单位制，下列说法中正确的是(　　)
A．在力学中，力是基本概念，所以力的单位“牛顿”是力学单位中的基本单位
B．因为力的单位是牛顿，而1 N＝1 kg·m/s2，所以牛顿是导出单位
C．各物理量采用国际单位制中的单位，通过物理公式运算的结果的单位一定为国际单位制中的单位
D．物理公式不仅确定了物理量之间的数量关系，同时也确定了物理量之间的单位关系
答案：BCD
3．2021年10月16日0时23分，“神舟十三号”成功发射，顺利将三名航天员送入太空并进驻空间站．在空间站中，如需测量一个物体的质量，需要运用一些特殊方法：如图所示，先对质量为m1＝1.0 kg的标准物体P施加一水平恒力F，测得其在1 s内的速度变化量大小是10 m/s，然后将标准物体与待测物体Q紧靠在一起，施加同一水平恒力F，测得它们1 s内速度变化量大小是2 m/s.则待测物体Q的质量m2为(　　)
A．3.0 kg B．4.0 kg
C．5.0 kg D．6.0 kg
解析：对P施加力F时，根据牛顿第二定律有a1＝＝＝10 m/s2；对P和Q整体施加力F时，根据牛顿第二定律有a2＝＝＝2 m/s2，联立解得m2＝4.0 kg，故选B.
答案：B
考点　对牛顿第一定律的理解
典例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，既不会停下来，也不会偏离原来的方向
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
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：力不是维持物体运动的原因，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，既不会停下来，也不会偏离原来的方向，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．故选BCD.
1．[对牛顿第一定律的理解]下列关于牛顿第一定律的认识与理解的说法中正确的是(　　)
A．牛顿第一定律是依靠实验事实，直接归纳总结得出的
B．根据牛顿第一定律可知，力是维持物体运动的原因
C．惯性是物体的固有属性，物体的质量越大，惯性越大
D．物体保持静止或匀速直线运动状态时有惯性，加速时没有惯性
解析：牛顿第一定律是牛顿在伽利略等前人实验的基础上，根据逻辑推理得出的，是以实验为基础，但又不是完全通过实验得出，A错误；根据牛顿第一定律可知，力是改变物体运动状态的原因，不是维持物体运动的原因，B错误；惯性是物体的固有属性，一切物体在任何情况下都有惯性，惯性的大小只与物体的质量有关，与物体的运动状态、是否受力等因素没有关系，物体的质量越大，惯性越大，C正确，D错误．
答案：C
2．[对惯性的理解](多选)如图所示，重球系于线DC下端，重球下再系一根同样的线BA，整个装置处于平衡状态，下面说法中正确的是(　　)
A．在线的A端慢慢向下增加拉力，结果CD线被拉断
B．在线的A端慢慢向下增加拉力，结果AB线被拉断
C．在线的A端突然向下猛力一拉，结果AB线被拉断
D．在线的A端突然向下猛力一拉，结果CD线被拉断
解析：缓慢增加拉力时，CD上的力较大，故CD先断；快速猛力一拉，重球惯性较大，速度变化慢，CD上的拉力瞬间几乎没变，故AB先断，所以选项A、C正确．
答案：AC
考点　对牛顿第二定律的理解
典例2　为了节省能量，某商场安装了如图所示的智能化电动扶梯，扶梯与水平面的夹角为θ.无人乘行时，扶梯运行得很慢；当有人站上扶梯时，扶梯先以加速度a匀加速运动，再以速度v匀速运动．一质量为m的顾客乘扶梯上楼，恰好经历了这两个过程，重力加速度为g，下列说法中正确的是(　　)
A．顾客始终受到三个力的作用
B．扶梯对顾客的支持力始终等于mg
C．加速阶段扶梯对顾客的摩擦力大小为macos θ，方向水平向右
D．顾客对扶梯作用力的方向先沿扶梯向下，再竖直向下
解析：顾客加速过程中，受力如图所示，由牛顿第二定律知，水平方向有Ff＝macos θ，Ff方向水平向右，竖直方向有FN－mg＝masin θ，则FN＞mg，选项B错误，C正确．在匀速运动过程中，顾客仅受重力和支持力，且二力平衡；加速阶段，顾客受到的合力方向沿扶梯向上，而顾客受到的扶梯的作用力不是沿扶梯向上，根据牛顿第三定律可知，顾客对扶梯的作用力方向也不沿扶梯向下，选项A、D错误．故选C.
1.[合力、速度、加速度间的关系]如图所示，劲度系数为k的轻弹簧竖直放置，下端固定在水平地面上．一质量为m的小球从离弹簧上端高h处自由下落，接触弹簧后继续向下运动．观察小球开始下落到小球第一次运动到最低点的过程，下列关于小球的速度v或加速度a随时间t变化的图像中符合实际情况的是(　　)
解析：小球先做自由落体运动，接触弹簧后小球做加速度减小的加速运动，直至重力和弹力相等，此时加速度为零，小球速度达到最大值，此后小球继续下降，小球重力小于弹力，加速度方向向上，小球向下做加速度增大的减速运动直至最低点，小球速度为零，加速度最大，故A项正确，B项错误．设小球到达最低点时，弹簧的形变量为x，a t图线与坐标轴围成的面积表示速度，由题意知图线在横轴下方的面积应等于在横轴上方的面积，所以在最低点a>g，故C项错误．弹簧形变量x与t不是线性关系，则a与t也不是线性关系，故D项错误．
答案：A
2．[牛顿第二定律的矢量性]某同学乘坐地铁时，在一根细绳的下端挂一支圆珠笔，上端用胶布临时固定在地铁的竖直扶手上，地铁在进站或出站时沿水平方向做直线运动，细绳偏离竖直方向的角度为θ，并保持一段时间，他用手机拍摄了当时的情景照片，手机处于竖直平面内且拍摄方向跟地铁前进方向垂直，如图所示．重力加速度大小为g，则根据照片信息，可知这段时间内(　　)
A．地铁的加速度大小为gsin θ
B．地铁的加速度大小为gcos θ
C．地铁可能向左做匀速直线运动
D．地铁可能向右做匀减速直线运动
解析：对圆珠笔受力分析，如图所示，圆珠笔跟地铁一起在水平方向上运动，则圆珠笔在竖直方向合力为0，圆珠笔所受合力方向水平向左，由牛顿第二定律得F＝mgtan θ＝ma，得a＝gtan θ，方向水平向左，A、B错误；地铁运动的加速度向左，故地铁可能向右做匀减速直线运动，也可能向左做匀加速直线运动，C错误，D正确．
答案：D
考点　对牛顿第三定律的理解
典例3　(2024·河北联考)如图所示为学校举行的一场拔河比赛现场照片．为了方便，我们将比赛视为甲、乙两个人拔河．绳子的质量不计，且始终保持水平，若在比赛中甲获胜，则下列说法中正确的是(　　)
A．甲对绳子的拉力和绳子对甲的拉力是一对平衡力
B．绳子对乙的拉力和地面对乙的摩擦力是一对作用力和反作用力
C．当甲把乙加速拉过去时，绳子对乙的拉力大于乙对绳子的拉力
D．地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力
解析：甲对绳子的拉力和绳子对甲的拉力作用在相互作用的两个物体上，是一对作用力和反作用力，A错误；绳子对乙的拉力和地面对乙的摩擦力都作用在乙上，不是作用力和反作用力，B错误；绳子对乙的拉力和乙对绳子的拉力是一对相互作用力，由牛顿第三定律知二者大小始终相等，C错误；比赛中甲获胜，则地面对甲的摩擦力大于绳子对甲的拉力，绳子对乙的拉力大于地面对乙的摩擦力，又绳子对甲和乙的拉力相等，故地面对甲的摩擦力大于地面对乙的摩擦力，D正确．故选D．
1．[作用力和反作用力的关系]如图甲所示，将一个力传感器固定在滑块上，另一个力传感器钩住它向右拉滑块，观察到这对拉力随时间变化的曲线如图乙所示，下列说法正确的是(　　)
A．作用力大时，反作用力小
B．作用力和反作用力的大小总是相等
C．反作用力总是在作用力出现后才产生的
D．图乙所示的曲线，只有在滑块静止或做匀速运动时才能得到
解析：由乙图分析知，作用力和反作用力始终大小相等、方向相反、同时产生、同时变化，与物体的运动状态无关，A、C、D错误，B正确．
答案：B
2．[平衡力与相互作用力的区别](多选)如图甲所示，重物A用一根轻弹簧悬于天花板下，画出重物和弹簧的受力图如图乙、丙所示．关于这四个力的说法，正确的是(　　)
A．F3与F4是一对平衡力
B．F1的反作用力是F3
C．F1的施力物体是弹簧
D．F1与F2是一对作用力与反作用力
解析：F3与F4是一对平衡力，A正确．F1的反作用力是F3，B正确．F1的施力物体是弹簧，C正确．F1与F2是作用在重物上的两个力，即重力和拉力，它们是一对平衡力，D错误．
答案：ABC
课题研究　转换研究对象法的应用
典例　建筑工人用如图所示的定滑轮装置运送建筑材料．质量为70.0 kg的工人站在地面上，通过定滑轮将20.0 kg的建筑材料以0.500 m/s2的加速度拉升，忽略绳子和定滑轮的质量及定滑轮的摩擦，则工人对地面的压力大小为(取g＝10 m/s2)(　　)
A．510 N B．490 N
C．890 N D．910 N
解析：设绳子对建筑材料的拉力为F1，F1－mg＝ma，F1＝m(g＋a)＝210 N，绳子对人的拉力F2＝F1＝210 N．人处于静止状态，则地面对人的支持力FN＝m0g－F2＝490 N，由牛顿第三定律知：人对地面的压力F′N＝FN＝490 N，选项B正确．
答案：B
变式　(多选)如图所示，一个人站在水平地面上的长木板上用力F向右推箱子，木板、人、箱子均处于静止状态，三者的质量均为m，重力加速度为g，则 (　　)
A．箱子对木板的摩擦力方向向右
B．木板对地面的摩擦力方向向左
C．木板对地面的压力大小为3mg
D．若人用斜向下的力推箱子，则木板对地面的压力会大于3mg
解析：以箱子为研究对象，水平方向上，木板对箱子的摩擦力与人推箱子的力平衡，所以，木板对箱子的摩擦力方向向左，根据牛顿第三定律，箱子对木板的摩擦力方向向右，选项A正确；以整体为研究对象，地面对木板的支持力与整体所受的重力平衡，所以地面对木板的支持力为3mg，根据牛顿第三定律，木板对地面的压力大小为3mg，选项C正确，D错误；以整体为研究对象，地面对木板的摩擦力为0，所以木板对地面的摩擦力为0，选项B错误．
答案：AC
/素/养/感/悟
在对物体进行受力分析时，如果不便于直接分析求出物体受到的某些力时，可先求它的反作用力，再反过来求待求力．如求压力时，可先求支持力，在许多问题中，摩擦力的求解亦是如此．可见牛顿第三定律将起到非常重要的转换研究对象的作用，使得我们对问题的分析思路更灵活、更宽阔．(共47张PPT)
第1讲　牛顿运动定律
第三章　牛顿运动定律
理清教材 强基固本
答案
答案
解析
重难考点 全线突破
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
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答案
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答案
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答案
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课题研究 提升能力
答案
解析
答案
解析
谢 谢 观 看
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