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(共32张PPT)
第三章　牛顿运动定律
洞悉目标
知识内容
考试
要求
历次考题
2016年4月
2016年10月
2017年4月
2017年11月
2018年4月
2018年11月
2019年4月
2020年1月
1.牛顿第一定律
c
3
1
2.牛顿第二定律
c
19
19
8,19
19
1
19
3.力学单
位制
b
2
1
2
3
3
1
4.牛顿第三定律
c
20
7
6
2
5.牛顿运动定律应用
d
19
19
19
19
8
13
19
19
考纲解读
1.对惯性、牛顿运动定律的理解。
2.应用牛顿运动定律、受力分析,分析物体的运动过程。
3.将牛顿运动定律与运动学(特别是与图象相联系)等知识相结合进行综合考查。
4.与实际生活应用相结合。
6.超重与失重
b
3
12
8
12
实验:探究加速度与力、
质量的关系
√
17
17
17
课时1　牛顿第一、第三定律和力学单位制
基础梳理
一、牛顿第一定律
1.内容:一切物体总保持
状态或
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
,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
物体运动状态的原因,而是
物体运动状态的原因,即产生加速度的原因。
匀速直线运动
静止
惯性
维持
改变
二、惯性
1.定义:物体具有保持原来
状态或
状态的性质。
2.表现:物体不受外力作用时,其惯性表现为保持静止或匀速直线运动状态;物体受外力作用时其惯性表现为阻碍运动状态的
。
3.量度:
是惯性大小的唯一量度,
的物体惯性大,
的物体惯性小。
三、牛顿第三定律
1.内容:两物体之间的作用力与反作用力总是大小
,方向
,而且在同一条直线上。
2.表达式:F=-F′。
匀速直线运动
静止
改变
质量
质量大
质量小
相等
相反
温馨提示:(1)作用力和反作用力同时产生,同时消失,同种性质,作用在不同的物体上,各自产生效果,不会相互抵消。
(2)作用力和反作用力的关系与物体的运动状态无关。
四、单位制
1.
和
一起组成了单位制。
(1)基本量:只要选定几个物理量的单位,就能够利用这几个单位推导出其他物理量的单位。这些
的物理量叫做基本量。
(2)基本单位:基本物理量的单位。力学中的基本量有三个,它们是
、
、
;它们的单位都是基本单位,国际单位制中分别是
。
(3)导出单位:由基本单位根据
推导出来的其他物理量的单位。
基本单位
导出单位
被选定
质量
长度
时间
千克(kg)、米(m)、秒(s)
物理关系
2.国际单位制中的基本物理量及其单位
基本物理量
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
I
坎[德拉]
cd
考点一　牛顿第一定律
夯实考点
1.牛顿第一定律明确了惯性的概念(惯性是物体的固有属性,质量是物体惯性大小的唯一量度)。
2.牛顿第一定律揭示了力的本质(力是改变物体运动状态的原因)。
3.牛顿第一定律揭示了不受力作用时物体的运动状态(匀速直线运动状态或静止状态),而物体不受外力的情形是不存在的。在实际情况中,如果物体所受的合外力等于零,与物体不受外力时的表现是相同的。
4.牛顿第一定律并非实验定律。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。
5.惯性是物体保持原有运动状态不变的一种固有属性,与物体是否受力、受力的大小无关,与物体是否运动、运动速度的大小也无关。
[典例1]
对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(质量不变)的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度。这表明,可以通过科学手段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安全行驶的目的
解析: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,惯性只与物体的质量有关,选项A错误;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变小了,但惯性不变,选项B错误;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,其惯性也改变了,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错误。
答案:C
特别提醒
(1)应用牛顿第一定律分析实际问题时,要把生活感受和理论问题联系起来,深刻认识力和运动的关系,正确理解力不是维持物体运动状态的原因,克服生活中一些错误的直观印象,建立正确的思维习惯。
(2)如果物体的运动状态发生改变,则物体必然受到不为零的合外力作用。因此,判断物体的运动状态是否改变,以及如何改变,应分析物体的受力情况。
变式1: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.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
A
解析:根据题意,铺垫材料粗糙程度降低时,小球上升的最高位置升高。当斜面绝对光滑时,小球在斜面上没有能量损失,因此可以上升到与O点等高的位置,而B,C,D三个选项,从题目不能直接得出,所以选项A正确。
考点二　牛顿第三定律
1.作用力与反作用力的“三同、三异、三无关”
(1)“三同”:①大小相同;②性质相同;③变化情况相同。
(2)“三异”:①方向不同;②受力物体不同;③产生效果不同。
(3)“三无关”:①与物体的种类无关;②与物体的运动状态无关;③与是否和另外物体相互作用无关。
2.一对相互作用力与一对平衡力的对比
作用力与
反作用力
一对平衡力
相同点
大小相等,方向相反,作用在同一条直线上
不同点
涉及物体
只涉及两个物体
要涉及三个物体(两个施力物体、一个受力物体)
受力物体
分别作用在两个物体上
共同作用在一个物体上
合力问题
不能合成
合力为零
力的性质
性质一定相同
性质不一定相同
依赖关系
相互依存,同时产生,同时变化,同时消失
无依赖关系,不一定同时产生、同时变化、同时消失
作用效果
使各自的受力者产生一个分加速度,彼此间不平衡
使同一受力物体平衡
概念
作用力与反作用力是指相互作用的两个物体间的一对相互作用力
二力平衡是指作用在同一物体上的两个力,若大小相等,方向相反,并且在同一直线上,这两个力就彼此平衡
公式
FAB=-FBA
F1-F2=0或F1=F2
[典例2]
如图所示,将一蹄形磁铁置于铁质的水平桌面上,则桌面对磁铁的支持力(　　)
A.是由于磁铁的形变产生的
B.是由于磁铁的吸引产生的
C.与磁铁的重力是一对平衡力
D.与磁铁对桌面的压力是一对相互作用力
解析:桌面对磁铁的支持力是由于桌面的形变产生的,选项A,B错误;桌面与磁铁间有相互吸引力,桌面对磁铁的支持力与磁铁的重力不是一对平衡力,选项C错误;桌面对磁铁的支持力与磁铁对桌面的压力是一对相互作用力,选项D正确。
答案:D
变式2:如图所示是我国首次立式风洞跳伞实验,风洞喷出竖直向上的气流将实验者“托住”,静止在空中。下列说法正确的是(　
　)
A.人受到的重力和气流对人的作用力同时产生,同时消失
B.人受到的重力和人受到气流的力是一对作用力与反作用力
C.地球对人的吸引力和人对地球的吸引力是一对平衡力
D.地球对人的吸引力和人对地球的吸引力大小相等
解析:根据实验者的状态,人受到的重力和气流对人的作用力是一对平衡力,但它们不是同时产生,同时消失,性质也不同,故选项A,B错误;地球对人的吸引力和人对地球的吸引力是一对作用力和反作用力,性质相同,大小相等,选项C错误,D正确。
D
考点三　力学单位制
1.基本量的选定
基本量是人为选定的,选定的原则是
(1)这些物理量在力学中有最基本的地位;
(2)用这些物理量作基本单位后,可使基本单位的数目最少。因为力学是研究物体运动变化过程中力与运动的关系的,因此联系物体自身属性的量(质量)和反映空间尺度的量(长度)以及时间,必然与物体受力后的运动的变化联系最密切、最普遍,所以这三个物理量也是最基本的。
2.单位制在物理计算中的作用
在物理计算中,只要把各已知量的单位都统一为国际单位制中的单位,计算的结果必定是国际单位制中的单位,所以,计算中不必把已知量的单位都代入计算式,只写出所求量的单位即可。
3.可对计算结果的正误进行检验,例如用力学国际单位制计算时,只有所求物理量的计算结果的单位和该物理量在力学国际单位制中的单位完全统一时,该运算过程才可能是正确的。若所求物理量的单位不对,则结果一定是错误的。
[典例3]
雨滴在空气中下落,当速度比较大的时候,它受到的空气阻力与其速度的二次方成正比,与其横截面积成正比,即Ff=
kSv2,则比例系数k的单位是(　　)
A.kg/m4
B.kg/m3
C.kg/m2
D.kg/m
解析:由Ff=kSv2得1
kg·m/s2=1
k·m2·m2/s2,k的单位为kg/m3。故选项B正确。
答案:B
课堂训练
1.(牛顿第一定律)在一次交通事故中,一辆载有30吨“工”字形钢材的载重汽车由于避让横穿马路的摩托车而紧急制动,结果车厢中的钢材向前冲出,压扁驾驶室。关于这起事故原因的物理学分析正确的是(　
　)
A.由于车厢中的钢材有惯性,在汽车制动时,钢材继续向前运动,压扁驾驶室
B.由于汽车紧急制动,使其惯性减小,而钢材惯性较大,所以继续向前运动
C.由于车厢中的钢材所受阻力太小,不足以克服其惯性,所以继续向前运动
D.由于汽车制动前的速度太大,汽车的惯性比钢材的惯性大,在汽车制动后,钢材继续向前运动
A
(教师备用)
解析:由于车厢中的钢材有惯性,在汽车制动时,钢材继续向前运动,压扁了驾驶室。惯性只与质量有关,与运动状态、受力情况无关,A正确。
2.(牛顿第三定律)2015年11月8日15时06分,我国在太原卫星发射中心用长征四号乙运载火箭成功将遥感二十八号卫星发射升空。关于这次卫星与火箭上天的情形叙述正确的是(　
　)
A.火箭尾部向外喷气,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前的推力
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,由于没有了空气,火箭虽然向后喷气,但也无法获得前进的动力
D.卫星进入预定轨道之后,与地球之间不存在相互作用
A
解析: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,即为火箭上升的推动力,此动力并不是由周围的空气提供的,因而与是否飞出大气层、是否存在空气无关,因而选项B,C错误,A正确;火箭运载卫星进入轨道之后,卫星与地球之间依然存在相互吸引力,即卫星吸引地球,地球吸引卫星,这是一对作用力与反作用力,故选项D错误。
3.(单位制)下列表达式中涉及比例系数“k”“μ”“ρ”或“G”,其中比例系数没有单位的表达式是(　
　)
B
解析:k是劲度系数,单位为N/m;μ为动摩擦因数,没有单位;ρ为电阻率,单位为Ω·m;G为引力常量,单位为N·m2/kg2,故B正确。
真题试做
1.(2018·浙江4月选考,1)通过理想斜面实验得出“力不是维持物体运动的原因”的科学家是(　
　)
A.亚里士多德
B.伽利略
C.笛卡儿
D.牛顿
B
解析:伽利略通过理想斜面实验推翻了亚里士多德关于“力是维持物体运动的原因”的说法,得出“力不是维持物体运动的原因”。
2.(2020·浙江1月选考,1)以下物理量为矢量,且单位是国际单位制基本单位的是(　
　)
A.电流、A
B.位移、m
C.功、J
D.磁感应强度、T
3.(2019·浙江4月选考,1)下列物理量属于基本量且单位属于国际单位制中基本单位的是(　
　)
A.功/焦耳
B.质量/千克
C.电荷量/库仑
D.力/牛顿
B
B
4.(2019·浙江4月选考,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
解析:若小明与船之间没有摩擦力,小明将与船产生相对滑动,所以小明和船之间肯定存在摩擦力,A正确;杆的弯曲是由于杆受到了小明的力,B错误;杆对岸的力与岸对杆的力是一对相互作用力,根据牛顿第三定律,两者大小相等,C错误;小明对杆的力与杆对小明的力是一对相互作用力,D错误。
A
5.(2020·浙江1月选考,2)如图所示,一对父子掰手腕,父亲让儿子获胜。若父亲对儿子的力记为F1,儿子对父亲的力记为F2,则(　
　)
A.F1>F2
B.F1和F2大小相等
C.F1先于F2产生
D.F1后于F2产生
B课时1　牛顿第一、第三定律和力学单位制
1.伽利略对“自由落体运动”和“运动和力的关系”的研究,开创了科学实验和逻辑推理相结合的重要科学研究方法。图1,图2分别表示这两项研究中实验和逻辑推理的过程,对这两项研究,下列说法正确的是(　B　)
A.图1通过对自由落体运动的研究,合理外推得出小球在斜面上做匀变速运动
B.图1中先在倾角较小的斜面上进行实验,可“冲淡”重力,使时间测量更容易
C.图2中完全没有摩擦阻力的斜面是实际存在的,实验可实际完成
D.图2的实验为“理想实验”,通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持
解析:伽利略设计了让铜球沿阻力很小的斜面滚下,来“冲淡”重力的作用效果,而小球在斜面上运动的加速度要比它竖直下落的加速度小得多,所用时间长得多,所以容易测量,伽利略做了上百次实验,证实小球沿斜面滚下的运动是匀加速直线运动,且只要斜面倾角一定,小球的加速度都相同,伽利略做了合理外推,得到了自由落体运动的规律,选项A错误,B正确;完全没有摩擦阻力的斜面实际上是不存在的,故选项C错误;伽利略用抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法得到物体的运动不需要力来维持,故选项D错误。
2.我们经常会接触到一些民谚、俗语,都蕴含着丰富的物理知识,以下理解错误的是(　C　)
A.“泥鳅黄鳝交朋友,滑头对滑头”——泥鳅、黄鳝的表面都比较光滑,摩擦力小
B.“一只巴掌拍不响”——力是物体对物体的作用,一只巴掌要么拍另一只巴掌,要么拍在其他物体上才能产生力的作用,才能拍响
C.“鸡蛋碰石头,自不量力”——鸡蛋和石头相碰时石头撞击鸡蛋的力大于鸡蛋撞击石头的力
D.“人心齐,泰山移”——如果各个分力的方向一致,则合力的大小等于各个分力的大小之和
解析:“鸡蛋碰石头,自不量力”——鸡蛋和石头相碰时,根据牛顿第三定律,石头撞击鸡蛋的力与鸡蛋撞击石头的力大小相等,选项C错误,A,B,D正确。
3.一列以速度v匀速行驶的列车内有一水平桌面,桌面上A处有一相对桌面静止的小球。由于列车运动状态的改变,车厢中的旅客发现小球沿图(俯视图)中的虚线从A点运动到B点,则说明列车是减速且在向南拐弯的图是(　A　)
解析:由于列车原来做匀速运动,小球和列车保持相对静止,现在列车要减速,由于惯性小球必向前运动,又因列车要向南拐弯,桌面向南移动,由于惯性小球相对桌面向北运动。
4.下列各图所示的情形中,涉及的主要原理不是牛顿第三定律的是(　B　)
A.气垫船靠旋转的螺旋桨获得动力　
B.战斗机在行进途中抛弃副油箱
C.喷水龙头自动旋转使喷水均匀　　
D.玩具火箭靠喷出气体飞上天空
解析:气垫船旋转的螺旋桨推动水的作用力与水推动螺旋桨的作用力(动力)是一对作用力和反作用力;战斗机在行进途中抛弃副油箱是为了减小惯性,提高灵活性;喷水龙头向外喷水的力与水对水龙头的力是一对作用力和反作用力;玩具火箭喷出气体的力与气体对玩具火箭的力是一对作用力与反作用力。所以选项B正确。
5.如图所示,冰壶在冰面运动时受到的阻力很小,可以在较长时间内保持运动速度的大小和方向不变,我们可以说冰壶有较强的抵抗运动状态变化的“本领”。这里所指的“本领”是冰壶的惯性,则惯性的大小取决于(　B　)
A.冰壶的速度
B.冰壶的质量
C.冰壶受到的推力
D.冰壶受到的阻力
解析:物体的惯性只由物体的质量决定,和物体受力情况,速度大小无关,故选项B正确。
6.高清公路监控摄像头,可抓拍不系安全带驾驶、超速等违法行为。下列有关说法正确的是(　C　)
A.系好安全带可以减小人的惯性
B.同一辆车,速度越大停下来需要的时间越长,说明速度大的车惯
性大
C.系好安全带可以减轻因人的惯性而造成的伤害
D.系好安全带可以减轻因车的惯性而造成的伤害
解析:惯性大小只和物体的质量有关,与其他因素无关,故A,B错误;系好安全带可以减轻因人的惯性而造成的伤害,选项C正确,D错误。
7.如图所示,在一辆表面光滑的小车上,有质量分别为m1,m2的两个小球随车一起匀速运动,当车突然停止时,如不考虑其他阻力,设车足够长,则(　D　)
A.若m1B.若m1=m2,则两个小球一定相碰
C.若m1>m2,则两个小球一定相碰
D.两个小球一定不相碰
解析:小车表面光滑,因此两小球在水平方向上没有受到外力的作用。原来两个小球与小车具有相同的速度,当车突然停止运动时,由于惯性,两个小球的速度不变,所以不会相碰(与质量大小无关)。
8.根据牛顿第三定律,下面说法正确的是(　D　)
A.跳高运动员起跳时,地对人的竖直支持力大于人对地的压力
B.钢丝绳吊起货物加速上升时,钢丝绳给货物的力大于货物给钢丝绳的力
C.篮球场上一个小个子运动员撞在大个子运动员身上,小个子运动员跌倒了,而大个子运动员只歪了一下,是因为大个子运动员对小个子运动员的作用力大于小个子运动员撞大个子运动员的力
D.子弹在枪膛中加速时,枪膛对子弹的作用力等于子弹对枪膛的作
用力
解析:由牛顿第三定律可知,相互作用力大小相等,方向相反,作用在两个物体上。地面对人的支持力和人对地面的压力是相互作用力,大小相等,A错误;钢丝绳对货物的力与货物对钢丝绳的力是相互作用力,大小相等,B错误;大个子运动员对小个子运动员的力和小个子运动员对大个子运动员的力也属于相互作用力,大小相等,C错误;枪膛对子弹的作用力和子弹对枪膛的作用力是一对相互作用力,大小相等,D
正确。
9.如图所示,甲、乙两人在冰面上“拔河”。两人中间位置处有一分界线,约定先使对方过分界线者赢。若绳子质量不计,冰面可看成光滑,则下列说法正确的是(　C　)
A.甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对平衡力
B.甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是作用力与反作用力
C.若甲的质量比乙大,则甲能赢得“拔河”比赛的胜利
D.若乙收绳的速度比甲快,则乙能赢得“拔河”比赛的胜利
解析:根据牛顿第三定律,甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对作用力与反作用力,A错误;因为甲对绳的力和乙对绳的力作用在同一个物体上,故两者不是作用力与反作用力,因绳子质量不计,所以两者可认为是一对平衡力,B错误;冰面可看成光滑,摩擦力忽略不计,设绳的张力为F,根据牛顿第二定律F=ma得a=知,若m甲>m乙,则a甲at2进一步推知,甲的位移较小,乙先过界,C正确;冰面上“拔河”比赛的输赢只与甲、乙的质量有关,与收绳速度无关,D错误。
10.如图所示为杂技“顶杆”表演的示意图,一人站在地上,肩上扛一质量为M的竖直杆,当杆上一质量为m的人以加速度a加速下滑时,杆对“底人”的压力大小为(　B　)
A.(M+m)g
B.(M+m)g-ma
C.(M+m)g+ma
D.(M-m)g
解析:对杆上的人分析:受重力mg、摩擦力Ff,有mg-Ff=ma,所以Ff=m(g-a),杆对人有摩擦力,人对杆也有摩擦力,且两者大小相等,方向相反。对杆分析:受重力Mg、杆上的人对杆向下的摩擦力Ff′、顶杆的人对杆的支持力FN,有Mg+Ff′=FN,又因为杆对“底人”的压力和“底人”对杆的支持力是一对作用力与反作用力,由牛顿第三定律,得到FN′=Mg+Ff′=(M+m)g-ma,B项正确。
11.一个小孩用力去推木箱,没有推动,如图所示,关于涉及木箱的作用力与反作用力的对数,下列结论正确的是(　D　)
A.一对
B.两对
C.三对
D.四对
解析:力的作用是相互的,物体受到几个力,就有几对作用力与反作用力。由于木箱受到重力、地面对木箱的支持力、小孩对木箱的推力、地面对木箱的摩擦力,所以涉及木箱的作用力与反作用力有四对,分别为木箱对手的力和手对木箱的力,地面对木箱的摩擦力和木箱对地面的摩擦力,地面对木箱的支持力和木箱对地面的压力,木箱对地球的引力和地球对木箱的引力。故选D。
12.在日常生活中,小巧美观的冰箱贴使用广泛。一磁性冰箱贴贴在冰箱的竖直表面上静止不动时,它受到的磁力(　D　)
A.小于受到的弹力
B.大于受到的弹力
C.和受到的弹力是一对作用力与反作用力
D.和受到的弹力是一对平衡力
解析:因磁性冰箱贴静止不动,在水平方向上受到两个力:磁力与弹力,应为平衡力,所以D正确,A,B,C错误。
13.声音在空气中传播的速度v与空气的密度ρ及压强p有关,下列速度表达式(k为比例系数,无单位)中可能正确的是(　B　)
A.v=
B.v=
C.v=
D.v=
解析:题目中虽对速度v与密度ρ及压强p的关系未作任何提示,但可以用单位关系来检验它们的数量关系。故可以把密度ρ及压强p的国际单位用基本单位导出,再代入上述选项检验其结果的单位是不是速度的国际单位“m/s”。压强p的单位用1
Pa=1
N/m2,1
N=1
kg·m/s2,密度ρ的单位为kg/m3,k无单位,代入B项,===m/s,选项B正确。
14.如图所示是月球车的示意图。月球车能完成月球探测、考察、采集样品等任务,当它在月球表面行驶时(　A　)
A.仍有惯性
B.不受阻力
C.不受支持力
D.不遵循牛顿运动定律
解析:月球车在月球表面行驶时,受到月球表面的支持力及阻力作用,仍遵循牛顿运动定律,选项A正确。
15.手拿一个锤头敲在一块玻璃上,把玻璃敲碎了。对于这一现象,下列说法正确的是(　C　)
A.锤头敲玻璃的力大于玻璃对锤头的作用力,所以玻璃才碎了
B.锤头受到的力大于玻璃受到的力,只是由于锤头能够承受比玻璃更大的力才没有碎
C.锤头和玻璃之间的作用力应该是等大的,只是由于锤头能够承受比玻璃大很多的力才没有碎
D.因为不清楚锤头和玻璃的其他受力情况,所以无法判断它们之间的相互作用力的大小
解析:锤头敲玻璃的力与玻璃对锤头的作用力是作用力与反作用力,总是大小相等,方向相反,但作用在不同的物体上,因物体的承受能力不同,产生不同的作用效果,故选项C正确。
能力提升
16.如图,密闭容器中装满水,用绳子系着一只乒乓球,而绳子的另一端固定在容器底部,乒乓球悬于水中。当整个容器向右做加速运动时,乒乓球将向(　B　)
A.向左偏移
B.向右偏移
C.静止不动
D.向左、向右偏移
解析:乒乓球偏移的同时,有等体积的“水球”向相反方向运动,乒乓球与“水球”均有惯性,两者相比,“水球”的质量较大,主要考虑“水球”的惯性作用,则根据惯性定律,整个容器向右做加速运动时,“水球”将向左偏移,则乒乓球向右偏移。
17.如图所示为英国人阿特伍德设计的装置,不考虑绳与滑轮的质量,不计轴承、绳与滑轮间的摩擦。初始时两人均站在水平地面上,当位于左侧的甲用力向上攀爬时,位于右侧的乙始终用力抓住绳子,最终至少一人能到达滑轮。下列说法中正确的是(　A　)
A.若甲的质量较大,则乙先到达滑轮
B.若甲的质量较大,则甲、乙同时到达滑轮
C.若甲、乙质量相同,则乙先到达滑轮
D.若甲、乙质量相同,则甲先到达滑轮
解析:由于滑轮光滑,甲拉绳子的力等于绳子拉乙的力,若甲的质量大,则甲攀爬时乙的加速度大于甲,所以乙会先到达滑轮,选项A正确,B错误;若甲、乙的质量相同,甲用力向上攀爬时,甲拉绳子的力等于绳子拉乙的力,甲、乙具有相同的加速度和速度,所以甲、乙应同时到达滑轮,选项C,D错误。
18.如图所示,轻杆BC的C点用光滑铰链与墙壁固定,杆的B点通过水平细绳AB使杆与竖直墙壁保持30°的夹角,若在B点悬挂一个质量不计的定滑轮,某人用它匀速地提起重物。已知重物的质量m=30
kg,人的质量M=50
kg,g=10
m/s2。求:
(1)此时地面对人支持力的大小;
(2)轻杆BC和绳AB所受力的大小。
解析:
(1)重物、人和B点的受力如图所示,
对重物m由力的平衡条件得
FT=mg,
对人由力的平衡条件得
FN+FT′=Mg,
而FT=FT′,
解得FN=Mg-mg=200
N,方向竖直向上.
(2)定滑轮对B点的拉力F=2mg=600
N,方向竖直向下,
杆对B点的弹力方向沿杆的方向,由共点力平衡条件得
FAB=Ftan
30°=600×
N=200
N
FBC==
N=400
N
根据牛顿第三定律可得,绳AB所受力的大小为200
N,杆BC所受力的大小为400
N。
答案:(1)200
N
(2)400
N　200
N
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-课时1　牛顿第一、第三定律和力学单位制
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)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。
二、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.表现:物体不受外力作用时,其惯性表现为保持静止或匀速直线运动状态;物体受外力作用时其惯性表现为阻碍运动状态的改变。
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。
三、牛顿第三定律
1.内容:两物体之间的作用力与反作用力总是大小相等,方向相反,而且在同一条直线上。
2.表达式:F=-F′。
温馨提示:(1)作用力和反作用力同时产生,同时消失,同种性质,作用在不同的物体上,各自产生效果,不会相互抵消。
(2)作用力和反作用力的关系与物体的运动状态无关。
四、单位制
1.基本单位和导出单位一起组成了单位制。
(1)基本量:只要选定几个物理量的单位,就能够利用这几个单位推导出其他物理量的单位。这些被选定的物理量叫做基本量。
(2)基本单位:基本物理量的单位。力学中的基本量有三个,它们是质量、长度、时间;它们的单位都是基本单位,国际单位制中分别是千克(kg)、米(m)、秒(s)。
(3)导出单位:由基本单位根据物理关系推导出来的其他物理量的单位。
2.国际单位制中的基本物理量及其单位
基本物理量
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
I
坎[德拉]
cd
考点一　牛顿第一定律
1.牛顿第一定律明确了惯性的概念(惯性是物体的固有属性,质量是物体惯性大小的唯一量度)。
2.牛顿第一定律揭示了力的本质(力是改变物体运动状态的原因)。
3.牛顿第一定律揭示了不受力作用时物体的运动状态(匀速直线运动状态或静止状态),而物体不受外力的情形是不存在的。在实际情况中,如果物体所受的合外力等于零,与物体不受外力时的表现是相同的。
4.牛顿第一定律并非实验定律。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。
5.惯性是物体保持原有运动状态不变的一种固有属性,与物体是否受力、受力的大小无关,与物体是否运动、运动速度的大小也无关。
[典例1]
对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(质量不变)的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度。这表明,可以通过科学手段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安全行驶的目的
解析: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,惯性只与物体的质量有关,选项A错误;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变小了,但惯性不变,选项B错误;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,其惯性也改变了,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错误。
答案:C
(1)应用牛顿第一定律分析实际问题时,要把生活感受和理论问题联系起来,深刻认识力和运动的关系,正确理解力不是维持物体运动状态的原因,克服生活中一些错误的直观印象,建立正确的思维习惯。
(2)如果物体的运动状态发生改变,则物体必然受到不为零的合外力作用。因此,判断物体的运动状态是否改变,以及如何改变,应分析物体的受力情况。
变式1:
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　)
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
解析:根据题意,铺垫材料粗糙程度降低时,小球上升的最高位置升高。当斜面绝对光滑时,小球在斜面上没有能量损失,因此可以上升到与O点等高的位置,而B,C,D三个选项,从题目不能直接得出,所以选项A正确。
考点二　牛顿第三定律
1.作用力与反作用力的“三同、三异、三无关”
(1)“三同”:①大小相同;②性质相同;③变化情况相同。
(2)“三异”:①方向不同;②受力物体不同;③产生效果不同。
(3)“三无关”:①与物体的种类无关;②与物体的运动状态无关;③与是否和另外物体相互作用无关。
2.一对相互作用力与一对平衡力的对比
作用力与反作用力
一对平衡力
相同点
大小相等,方向相反,作用在同一条直线上
不同点
涉及物体
只涉及两个物体
要涉及三个物体(两个施力物体、一个受力物体)
受力物体
分别作用在两个物体上
共同作用在一个物体上
合力问题
不能合成
合力为零
力的性质
性质一定相同
性质不一定相同
依赖关系
相互依存,同时产生,同时变化,同时消失
无依赖关系,不一定同时产生、同时变化、同时消失
作用效果
使各自的受力者产生一个分加速度,彼此间不平衡
使同一受力物体平衡
概念
作用力与反作用力是指相互作用的两个物体间的一对相互作用力
二力平衡是指作用在同一物体上的两个力,若大小相等,方向相反,并且在同一直线上,这两个力就彼此平衡
公式
FAB=-FBA
F1-F2=0或F1=F2
[典例2]
如图所示,将一蹄形磁铁置于铁质的水平桌面上,则桌面对磁铁的支持力(　　)
A.是由于磁铁的形变产生的
B.是由于磁铁的吸引产生的
C.与磁铁的重力是一对平衡力
D.与磁铁对桌面的压力是一对相互作用力
解析:桌面对磁铁的支持力是由于桌面的形变产生的,选项A,B错误;桌面与磁铁间有相互吸引力,桌面对磁铁的支持力与磁铁的重力不是一对平衡力,选项C错误;桌面对磁铁的支持力与磁铁对桌面的压力是一对相互作用力,选项D正确。
答案:D
变式2:如图所示是我国首次立式风洞跳伞实验,风洞喷出竖直向上的气流将实验者“托住”,静止在空中。下列说法正确的是(　D　)
A.人受到的重力和气流对人的作用力同时产生,同时消失
B.人受到的重力和人受到气流的力是一对作用力与反作用力
C.地球对人的吸引力和人对地球的吸引力是一对平衡力
D.地球对人的吸引力和人对地球的吸引力大小相等
解析:根据实验者的状态,人受到的重力和气流对人的作用力是一对平衡力,但它们不是同时产生,同时消失,性质也不同,故选项A,B错误;地球对人的吸引力和人对地球的吸引力是一对作用力和反作用力,性质相同,大小相等,选项C错误,D正确。
考点三　力学单位制
1.基本量的选定
基本量是人为选定的,选定的原则是
(1)这些物理量在力学中有最基本的地位;
(2)用这些物理量作基本单位后,可使基本单位的数目最少。因为力学是研究物体运动变化过程中力与运动的关系的,因此联系物体自身属性的量(质量)和反映空间尺度的量(长度)以及时间,必然与物体受力后的运动的变化联系最密切、最普遍,所以这三个物理量也是最基本的。
2.单位制在物理计算中的作用
在物理计算中,只要把各已知量的单位都统一为国际单位制中的单位,计算的结果必定是国际单位制中的单位,所以,计算中不必把已知量的单位都代入计算式,只写出所求量的单位即可。
3.可对计算结果的正误进行检验,例如用力学国际单位制计算时,只有所求物理量的计算结果的单位和该物理量在力学国际单位制中的单位完全统一时,该运算过程才可能是正确的。若所求物理量的单位不对,则结果一定是错误的。
[典例3]
雨滴在空气中下落,当速度比较大的时候,它受到的空气阻力与其速度的二次方成正比,与其横截面积成正比,即Ff=
kSv2,则比例系数k的单位是(　　)
A.kg/m4
B.kg/m3
C.kg/m2
D.kg/m
解析:由Ff=kSv2得1
kg·m/s2=1
k·m2·m2/s2,k的单位为kg/m3。故选项B正确。
答案:B
1.(牛顿第一定律)在一次交通事故中,一辆载有30吨“工”字形钢材的载重汽车由于避让横穿马路的摩托车而紧急制动,结果车厢中的钢材向前冲出,压扁驾驶室。关于这起事故原因的物理学分析正确的是(　A　)
A.由于车厢中的钢材有惯性,在汽车制动时,钢材继续向前运动,压扁驾驶室
B.由于汽车紧急制动,使其惯性减小,而钢材惯性较大,所以继续向前运动
C.由于车厢中的钢材所受阻力太小,不足以克服其惯性,所以继续向前运动
D.由于汽车制动前的速度太大,汽车的惯性比钢材的惯性大,在汽车制动后,钢材继续向前运动
解析:由于车厢中的钢材有惯性,在汽车制动时,钢材继续向前运动,压扁了驾驶室。惯性只与质量有关,与运动状态、受力情况无关,A正确。
2.(牛顿第三定律)2015年11月8日15时06分,我国在太原卫星发射中心用长征四号乙运载火箭成功将遥感二十八号卫星发射升空。关于这次卫星与火箭上天的情形叙述正确的是(　A　)
A.火箭尾部向外喷气,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前的推力
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,由于没有了空气,火箭虽然向后喷气,但也无法获得前进的动力
D.卫星进入预定轨道之后,与地球之间不存在相互作用
解析: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,即为火箭上升的推动力,此动力并不是由周围的空气提供的,因而与是否飞出大气层、是否存在空气无关,因而选项B,C错误,A正确;火箭运载卫星进入轨道之后,卫星与地球之间依然存在相互吸引力,即卫星吸引地球,地球吸引卫星,这是一对作用力与反作用力,故选项D错误。
3.(单位制)下列表达式中涉及比例系数“k”“μ”“ρ”或“G”,其中比例系数没有单位的表达式是(　B　)
A.F=kx
B.Ff=μFN
C.R=ρ
D.F=G
解析:k是劲度系数,单位为N/m;μ为动摩擦因数,没有单位;ρ为电阻率,单位为Ω·m;G为引力常量,单位为N·m2/kg2,故B正确。
1.(2018·浙江4月选考,1)通过理想斜面实验得出“力不是维持物体运动的原因”的科学家是(　B　)
A.亚里士多德
B.伽利略
C.笛卡儿
D.牛顿
解析:伽利略通过理想斜面实验推翻了亚里士多德关于“力是维持物体运动的原因”的说法,得出“力不是维持物体运动的原因”。
2.(2020·浙江1月选考,1)以下物理量为矢量,且单位是国际单位制基本单位的是(　B　)
A.电流、A
B.位移、m
C.功、J
D.磁感应强度、T
3.(2019·浙江4月选考,1)下列物理量属于基本量且单位属于国际单位制中基本单位的是(　B　)
A.功/焦耳
B.质量/千克
C.电荷量/库仑
D.力/牛顿
4.(2019·浙江4月选考,6)如图所示,小明撑杆使船离岸,则下列说法正确的是(　A　)
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
解析:若小明与船之间没有摩擦力,小明将与船产生相对滑动,所以小明和船之间肯定存在摩擦力,A正确;杆的弯曲是由于杆受到了小明的力,B错误;杆对岸的力与岸对杆的力
是一对相互作用力,根据牛顿第三定律,两者大小相等,C错误;小明对杆的力与杆对小明的力是一对相互作用力,D错误。
5.(2020·浙江1月选考,2)如图所示,一对父子掰手腕,父亲让儿子获胜。若父亲对儿子的力记为F1,儿子对父亲的力记为F2,则(　B　)
A.F1>F2
B.F1和F2大小相等
C.F1先于F2产生
D.F1后于F2产生
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