1、專題十二牛頓第一定律和第三定律（精講）一、物理學史1 .伽利略利用“理想實驗”得出“力是改變物體運動狀態(tài)的原因”的觀點，推翻了亞里士多德的“力是維持物體運動的原因”的錯誤觀點。2 .英國科學家牛頓在自然哲學的數學原理著作中提出了“牛頓第一、第二、第三定律”。【題1伽利略對“自由落體運動”和“運動和力的關系”的研究，開創(chuàng)了科學實驗和邏輯推理相結合的重要科學研究方法。圖（a）、（b）分別表示這兩項研究中實驗和邏輯推理的過程，對這兩項研究，下列說法正確的是(a)(b)A.圖（a）通過對自由落體運動的研究，合理外推得出小球在斜面上做勻變速運動B.圖（a）中先在傾角較小的斜面上進行實驗，可“沖淡”重力，

2、使時間測量更容易C.圖（b）中完全沒有摩擦阻力的斜面是實際存在的，實驗可實際完成D.圖（b）的實驗為“理想實驗”，通過邏輯推理得出物體的運動需要力來維持【答案】B1解析】伽利略設想物體下落的速度與時間成正比,因為當時無法測量物體的瞬時速度j所以伽利略通過數學推導證明如果速度與時間成正比，那么位移與時間的平方成正比，由于當時用滴水法布寸，無法記錄自由落體的校短時間，伽利略設計了讓銅球沿阻力很小的斜面漆下，來丐中淡打重力的作用效果，而小球在斜面上運動的加速度要比它豎亙下落的加速度，M號多，所用時間長得多，所以容易測量,伽利略做了上百次實蛉，并通過抽象思維在實蛉結果上做了合理外推。故A錯誤，B正確。

3、完全沒有摩擦電力的斜面是實際不存在的，故C錯誤“伽利略用抽象思維、數學推導和科學實驗相第合的方法得到物體的運動不需要力來維持，故口錯誤,二、牛頓第一定律1 .內容：一切物體總保持勻速直線運動運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。2 .意義（1）揭示了力的本質牛頓第一定律明確了力是改變物體運動狀態(tài)的原因，即力是產生加速度的原因。而不是維持物體運動的原因，物體的運動不需要力來維持。(2)指出了一切物體都有慣性。牛頓第一定律揭示了物體所具有的一個重要屬性一一慣性，即物體總保持原來運動狀態(tài)不變的一種性質。(3)揭示了不受力作用時物體的運動狀態(tài)牛頓第一定律描述的只是一種理想狀態(tài),而

4、實際中不受力作用的物體是不存在的，當物體受外力但所_受合力為零時,其運動效果跟不受外力作用時相同，物體將保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)。【題2】科學思維和科學方法是我們認識世界的基本手段。在研究和解決問題的過程中，不僅需要相應的知識，還需要運用科學的方法。理想實驗有時更能深刻地反映自然規(guī)律，伽利略設想了一個理想實驗，如圖所示。兩個對接的斜面，靜止的小球沿一個斜面滾下，小球將滾上另一個斜面；如果沒有摩擦，小球將上升到原來釋放的高度；減小第二個斜面的傾角，小球在這個斜面上仍然會達到原來的高度；繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，最后使它成水平面，小球會沿水平面做持續(xù)的勻速運動.通過對這個實驗分析，我們可以得到的

5、最直接結論是A.自然界的一切物體都具有慣性B.光滑水平面上運動的小球，運動狀態(tài)的維持并不需要外力C.如果小球受到力的作用，它的運動狀態(tài)將發(fā)生改變D.小球受到的力一定時，質量越大，它的加速度越小【答案】B1解析】理想斜面實臉只能說明鋼球具有慣性，推廣到一切物體的是牛頓，故A錯誤f伽禾咽各通過工理想斜面實驗蹄叫學推理，得出的結論是：力不是維持物體運動的厚因？光滑水平面上運動的小球？運動狀態(tài)的維持并不需要外力，故B正確$如果小球受到力的作用，它的運動狀態(tài)將發(fā)生改變.這是牛頓得出的,故C錯誤$小球受到的力一宓寸，質量越大，它的加速度拽小，這是牛頓第二定律內容，故D錯誤.3 .理解：(1)明確慣性的概念

6、：定律的前一句話揭示了物體所具有的一個重要屬性，即“保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)”，這種性質叫慣性。牛頓第一定律揭示了一切物體所具有的一種固有屬性一一慣性，即物體保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質。因此牛頓第一定律又稱慣性定律。(2)揭示力的本質：定律的后一句話“除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)”這實際上是給力下的定義，即指出力不是維持物體運動的原因,而是改變物體運動狀態(tài)的原因,即力是產生加速度的原理(力并不是產生和維持物體運動的原因)。(3)牛頓第一定律指出了物體不受外力作用時的運動規(guī)律。實際上，不受外力作用的物體是不存在的。物體所受到的幾個力的合力為零時，其運動效果就跟不受

7、外力相同，這時物體的運動狀態(tài)是勻速直線運動或靜止狀態(tài)。(4)理想化狀態(tài)：牛頓第一定律描述的是物體不受外力的狀態(tài)，而物體不受外力的情形是不存在的。在實際情況中，如果物體所受到的幾個力的合力為零時，其運動效果就跟不受外力相同，這時物體的運動狀態(tài)是勻速直線運動或靜止狀態(tài)。(5)與牛頓第二定律的關系：牛頓第一定律和牛頓第二定律是相互獨立的。牛頓第一定律不能看著牛頓第二定律的特殊情況，牛頓第一定律是定性描述物體運動規(guī)律的一種物理思想，而不是進行定量計算和求解的具體方法，是一條獨立的基本規(guī)律。但牛頓第一定律為牛頓第二定律提供了建立的基礎。力是如何改變物體運動狀態(tài)的問題由牛頓第二定律來回答。牛頓第一定律是經

8、過科學抽象、歸納推理總結出來的，而牛頓第二定律是一條實驗定律。(6)牛頓第一定律不是實驗直接總結出來的，是牛頓以伽利略的理想實驗為基礎,加之高度的抽象思維概括總結出來的。【題4】(多選)伽利略開創(chuàng)了實驗研究和邏輯推理相結合探索自然規(guī)律的科學方法，利用這種方法伽利略發(fā)現的規(guī)律有A.力不是維持物體運動的原因B.物體之間普遍存在相互吸引力C.忽略空氣阻力，重物與輕物下落得同樣快D.物體間的相互作用力總是大小相等、方向相反【答案】AC【解析】他利略的斜面賣蛉表明物體的運動不需要外力來維持，A正確了伽利略假想將輕重不同的物體綁在一起時，重的物體會因輕的物體阻礙而下落變慢，輕的物體會因重的物體拖動而下落變

9、快，即二者一起下落快慢應介于單獨下落時之間。而從綁在一起后更重的角度考慮二者一起下落時應該更快J從而由邏輯上否定了重物比輕的物體下落快的結論J并用實驗證明了羥重物體下落快慢相同的規(guī)律，C正確J物體間普遍存在相互吸引力，物體間相互作用力的規(guī)律是牛頓總結的，對應于萬有引力定律與牛頓第三定律，故B、D皆錯誤。二、慣性1 .定義：物體具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質。2 .量度：質量是物體慣性大小的唯一量度,質量大的物體慣性大,質量小的物體慣性小。3 .普遍性：慣性是物體的固有屬性,一切物體在任何情況下、任何時候都有慣性.與物體的運動情況和受力情況無關。因此人們只能“利用”慣性而不能“克服

10、”慣性。慣性不是力。4 .慣性的理解要點(1)慣性的性質：慣性是一切物體都有的性質,是物體的固有屬性，與物體的受力情況碼運動狀態(tài)無關。因此人們只能“利用”慣性而不能“克服”慣性。慣性不是力。(2)慣性的量度：質量是慣性大小的唯一量度.質量大的物體慣性大。凡是直關慣性的問題都要同質量聯系起來。5 .慣性和慣性定律的區(qū)別(1)慣性是物體保持原有運動狀態(tài)不變的一種性質，與物體是否受力、受力的大小無關。(2)慣性定律(牛頓第一定律)則反映物體在一定條件下的運動規(guī)律。6 .慣性的兩種表現形式(1)物體的慣性總是以保持“原狀”或反抗“改變”兩種形式表現出來。物體在不受外力或所受的合外力為零時，慣性表現為使

11、物體保持原來的運動狀態(tài)不變(靜止或勻速直線運動)。(2)物體在不受外力或所受的合外力為零時，慣性表現為使物體保持原來的運動狀態(tài)不變(靜止或勻速直線運動)。物體受到外力時，慣性表現為運動狀態(tài)改變的難易程度。慣性大，物體的運動狀態(tài)較難改變；慣性小，物體的運動狀態(tài)容易改變。【題5】(多選)伽利略根據小球在斜面上運動的實驗和理想實驗，提出了慣性的概念，從而奠定了牛頓力學的基礎。早期物理學家關于慣性有下列說法，其中正確的是A.物體抵抗運動狀態(tài)變化的性質是慣性B.沒有力的作用，物體只能處于靜止狀態(tài)C.行星在圓周軌道上保持勻速率運動的性質是慣性D.運動物體如果沒有受到力的作用，將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運動

12、【答案】AD【解析】慣性是物體保持原來運動狀態(tài)不變的性質，故A對j根據慣性定律可知，沒有力的作用，物體將保持原來的狀態(tài)，即靜止狀態(tài)或者勻速直線運動狀態(tài)，故B錯i行星在圓軌道上的運動是變速運動，是在萬有引力作用下的運動，所以C錯$運動物體如果不受力作用，將保持原來的運動狀態(tài)，即繼續(xù)以同一速度沿著同一直線運動，D對。【題6】就一些實際生活中的現象，某同學試圖從慣性角度加以解釋，其中正確的是A.采用了大功率的發(fā)動機后，某些一級方程式賽車的速度甚至能超過某些老式螺旋槳飛機的速度。這表明，可以通過科學進步使小質量的物體獲得大慣性B.射出槍膛的子彈在運動相當長一段距離后連一件棉衣也穿不透，這表明它的慣性變

13、小了C.貨運列車運行到不同的車站時，經常要摘下或加掛一些車廂，這會改變它的慣性D.摩托車轉彎時，車手一方面要控制適當的速度，另一方面要將身體稍微向里傾斜，通過調控人和車的慣性達到轉彎的目的【答案】C【解析】采用了大功率的發(fā)動機后，某些一級方程式賽車的速度甚至能超過某些老式螺旋槳飛機的速度，原因是功率變大了，但慣性不變，選項A錯誤；射出槍膛的子彈在運動相當長一段距離后連一件棉衣也穿不透，原因是子彈具有的動能過小，但慣性不變，選項B錯誤；貨運列車運行到不同的車站時，經常要摘下或加掛一些車廂，列車的質量改變了，當然它的慣性也就改變了，選項C正確；摩托車轉彎時，車手一方面要控制適當的速度，另一方面要將

14、身體稍微向里傾斜，調控人和車的重心位置，但整體的慣性不變，選項D錯誤。7 .慣性的相對性(1)空氣中的鐵球和乒乓球【題7】如圖所示，一只容器固定在一個小車上，在容器中分別懸掛一只鐵球和一只乒乓球，容器中鐵球和乒乓球都處于靜止狀態(tài)，當容器隨小車突然向右運動時，兩球的運動情況是(以小車為參考系)鐵球乒乓球【答案】C【解析】由于慣性，當容器隨小車突然向右運動時，鐵球和乒乓球都相對容器向左偏，C正確。(2)水中的鐵球和乒乓球【題8】如圖所示，一只盛水的容器固定在一個小車上，在容器中分別懸掛和拴住一只鐵球和一只乒乓球。容器中的水和鐵球、乒乓球都處于靜止狀態(tài)。當容器隨小車突然向右運動時，兩球的運動狀況是(

15、以小車為參考系)A.鐵球向左，乒乓球向右8 .鐵球向右，乒乓球向左C.鐵球和乒乓球都向左D.鐵球和乒乓球都向右【答案】A【解析】因為小車突然向右運動，鐵球和乒乓球都有向右運動的趨勢，但由于與同體積的“水球”相比，鐵球質量大、慣性大,鐵球的運動狀態(tài)難改變，即速度變化慢，而同體積的水球的運動狀態(tài)容易改變，即速度變化快而且水和車一起加速運動，所以小車加速運稱寸，鐵球相對小車向左運動“同理，由于乒乓球與同體積的盤水球”相比，質量小，慣性小，乒乓球相對小車向右運動，懸掛在空氣中的鐵球和乒乓球的慣性都比對應的“空氣球”的慣性大，但懸掛在水中的乒乓球的慣性還不如對應的“水球”的慣性大。三、牛頓第三定律1 .

16、作用力和反作用力兩個物體之間的作用總是相互的。一個物體對另一個物體施加了力，另一個物體一定同時對這一個物體也施加了力。2 .牛頓第三定律(1)內容：兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反,作用在同一條直線上。(2)表達式：F甲對乙二一F乙對甲，負號表不方向相反。(3)意義：揭示了力的作用的相互性，即兩個物體間只要有作用就必然會出現一對作用力和反作用力。3 .對牛頓第三定律的理解(1)應用牛頓第三定律時應注意的問題定律中的“總是”二字說明對于任何物體，在任何條件下牛頓第三定律都是成立的。作用力與反作用力的關系與物體所處運動狀態(tài)無關，與物體被作用的效果也無關.【題9】牛頓在總結C雷恩

17、、J沃利斯和C惠更斯等人的研究結果后，提出了著名的牛頓第三定律,闡述了作用力和反作用力的關系，從而與牛頓第一和第二定律形成了完整的牛頓力學體系。下列關于作用力和反作用力的說法正確的是A.物體先對地面產生壓力，然后地面才對物體產生支持力B.物體對地面的壓力和地面對物體的支持力互相平衡C.人推車前進，人對車的作用力大于車對人的作用力D.物體在地面上滑行，不論物體的速度多大，物體對地面的摩擦力與地面對物體的摩擦力始終大小相【答案】D【解析】由牛頓第三定律可知,作用力和反作用力同時產生，廊寸消失，選項A錯誤j壓力和支持力作用在兩個不同的物體上，而平衡力是作用在卮1個物體上，選項B錯誤作用力與反作用力等

18、大反向，故人對車的作用力等于車對人的作用力，選項C錯誤；物體對地面的摩摭力大小等于地面對物體的摩擦力,選項D正確。【題10】汽車拉著拖車在平直的公路上運動，下列說法中正確的是A.汽車能拉著拖車前進是因為汽車對拖車的拉力大于拖車對汽車的拉力B.汽車先對拖車施加拉力，然后才產生拖車對汽車的拉力C.勻速前進時，汽車對拖車的拉力等于拖車向后拉汽車的力；加速前進時，汽車對拖車的拉力大于拖車向后拉汽車的力D.拖車加速前進，是因為汽車對拖車的拉力大于地面對拖車的摩擦阻力；汽車加速前進是因為地面對汽車向前的作用力大于拖車對它的拉力AB、【答案】D【解析】汽車對拖車的拉力與拖車對汽車的拉力是一對相互作用力，總是

19、大小相等、同時產生,汽車加速前進是因為地面對汽C錯誤；拖車加速前進是因為汽車對拖車的拉力大于地面對拖車的摩擦阻力,車向前的作用力大于拖車對它的拉力，D正確。(2)作用力與反作用力的“四同、三異、三無關”r同大小,同時產生、變化、消失四同同性質同一直線反向三異3異體、不同效果r與物體形態(tài)無關三無關，與相互作用的兩物體的運動狀態(tài)無關、與是否有另外的物體相互作用無關【題11】雙人滑冰比賽表演剛開始時兩人靜止不動，隨著優(yōu)美的音樂響起在相互猛推一下之后他們分別向相反方向運動。假定兩人與冰面間的動摩擦因數相同。已知甲在冰上滑行的距離比乙遠，這是由于A.在推的過程中，甲推乙的力小于乙推甲的力B.在推的過程中

20、，甲推乙的時間小于乙推甲的時間C.在剛分開時，甲的初速度大于乙的初速度D.在剛分開時，甲的加速度小于乙的加速度【答案】C【解析】根據牛頓第三定律，在推的過程中j作用力和反作用力總是等大、反向、共線的，它們總是同時產生、同時消失、同時變化的，所以推力大小相等，作用時間相同。由于兩人和冰面的動摩擦因數相同，根據牛頓第二定律求得兩人的加速度相同。朋陽，由運動學公式聲=物可知，加速度相同,甲在冰上滑行的距離比乙遠，說明在剛分開時，甲的初速度大于Z的初速度，故選Co4.“一對相互作用力”與“一對平衡力”的比較內容一對相互作用力一對平衡力受力物體作用在兩個相互作用的物體上作用在同一物體上作用時間同時產生，

21、同時消失，同時變化不一定同時產生或消失力的性質一定是同性質的力可以是同性質的力，也可以是不同性質的力大小關系大小相等大小相等方向美系方向相反且共線方向相反且共線依賴關系相互依存，不可單獨存在無依賴關系，撤除一個力，另一個力依然可以存在，只TE不冉衡疊加性兩力的作用效果不口抵消、不可疊加兩力作用效果可以抵消、可疊加，可求合力且合力為零【題12】汽車拉著拖車在平直的公路上運動，下列說法中正確的是A.汽車能拉著拖車前進是因為汽車對拖車的拉力大于拖車對汽車的拉力B.汽車先對拖車施加拉力，然后才產生拖車對汽車的拉力C.勻速前進時，汽車對拖車的拉力等于拖車向后拉汽車的力；加速前進時，汽車對拖車的拉力大于拖

22、車向后拉汽車的力D.拖車加速前進，是因為汽車對拖車的拉力大于地面對拖車的摩擦阻力；汽車加速前進是因為地面對汽車向前的作用力大于拖車對它的拉力【答案】D【解析】汽車對拖車的拉力與拖車對汽車的拉力是一對相互作用力，而一對相互作用力總是大小相等,A、C錯誤日因一對相互作用力總是同時產生B錯誤寧拖車加速前進是因為汽車對拖車的拉力大于地面對拖車的摩摭阻力，汽車加速前進是因為地面對汽車向前的作用力大于拖車對它的拉力，D正確。【題13如圖所示，甲、乙兩人在冰面上“拔河”。兩人中間位置處有一分界線，約定先使對方過分界線者為贏。若繩子質量不計，冰面可看成光滑平面，則下列說法正確的是/分界線A.甲對繩的拉力與繩對

23、甲的拉力是一對平衡力B.甲對繩的拉力與乙對繩的拉力是作用力與反作用力C.若甲的質量比乙大，則甲能贏得“拔河”比賽的勝利D.若乙收繩的速度比甲快，則乙能贏得“拔河”比賽的勝利【答案】C【解析】甲對繩的拉力與繩對甲的拉力是一對作用力與反作用力，故選項A錯誤.甲對繩的拉力與乙對繩的拉力作用在同一物體上，不是作用力與反作用力，故選項B錯誤。設繩子的張力為F,則甲、乙兩人受到繩子的拉力大小相等，均為F,若m甲m乙，則由a：%導a甲a乙,由x=gat2得在相等時間內甲的位移小，因為開始時甲、乙距分界線的距離相等，則乙會先過分界線，所以甲能贏得“拔河”比賽的勝利，故選項C正確。收繩速度與“拔河”比賽勝負無關

24、，故選項D錯誤。5 .應用牛頓第三定律應注意的五個問題(1)定律中的“總是”說明對于任何物體，在任何情況下牛頓第三定律都是成立的。(2)作用力與反作用力雖然等大反向，但因作用的物體不同，所產生的效果(運動效果或形變效果)往往不同。(3)作用力與反作用力只能是一對物體間的相互作用力，不能牽扯第三個物體。(4)作用力與反作用力的關系與物體所處運動狀態(tài)無關，與物體被作用的效果也無關。6 .“轉移研究對象法”在受力分析中的應用(1)“轉換對象法”一一牛頓第三定律在受力分析中的應用(思想方法)作用力與反作用力，二者一定等大反向，分別作用在兩個物體上。當待求的某個力不容易求時，如果不便于分析求出物體受到的

25、某些力時，可先求它的反作用力，再反過來求待求力。如求壓力時，可先求支持力。在許多問題中，摩擦力的求解亦是如此。可見牛頓第三定律將起到非常重要的轉換研究對象的作用，使得我們對問題的分析思路更靈活、更寬闊。(2)方法概述轉換研究對象法是當將A物體作為研究對象無法求解結果時，可以選與A相互作用的物體B為研究對象進行求解的方法，該方法往往用到牛頓第三定律。(3)規(guī)律總結利用轉換對象法解題的思路選擇合適的研究對象，分析受力情況，判斷物體的受力是否可以直接求出;轉換研究對象，分析待求力的反作用力；由牛頓第三定律求出待求力。(4)適用情形當難于分析或求解物體的某個力時，根據牛頓第三定律可以把對這個力的分析和

26、求解轉化為分析和求解它的反作用力。高考一般通過這種方式對牛頓第三定律進行考查，尤其在計算題的解答中，同學們容易忽視這一點，沒有根據牛頓第三定律對力進行“轉化”，造成答非所問(求壓力而實際求的是支持力)而失分。【題14如圖所示為雜技“頂竿”表演，一人站在地上，肩上扛一質量為M的豎直竹竿，當竿上一質量為m的人以加速度a加速下滑時，竿對“底人”的壓力大小為a.(叫mgb(M+m)g-maC.(叫mg+maD.(Mmg【解析】轉換對象一一“底人”受力一竿受力；思路體現一一通過轉換研究對象將研究對象由受力復雜的“底人”轉換為受力較少的竿，便于分析和計算。對竿上的人分析：受重力mg摩才力Ff,有mg-Ff

27、=ma彳導Ff=m(ga),竿對人有摩擦力，人對竿也有反作用力一一摩擦力，且大小相等，方向相反，對竿分析：受重力Mg竿上的人對竿向下的摩擦力FT、頂竿的人對竿的支持力Fn,有M什Ff=FN,又因為竿對“底人”的壓力和“底人”對竿的支持力是一對作用力與反作用力，由牛頓第三定律，得到Fn=Fn=M/F=（M+mtgmaB項正確。【題15】一個箱子放在水平地面上，箱內有一固定的豎直桿，在桿上套著一個環(huán)，箱與桿的質量為M環(huán)的質量為m如圖所示。已知環(huán)沿桿勻加速下滑時，環(huán)與桿間的摩擦力大小為Ff,則此時箱對地面的壓力大小為A.MgFfC.M/mgB.Mg-FfD.Mg-mg【解析】壞在豎直方向上受重力及箱

28、子的桿給它的豎直向上的摩擦力電受力情況如圖中所示，根據牛頓第三定律，環(huán)應給桿一個豎直向下的摩擦力理,故箱子豎直方向上受重力跡、地面對它的支持力取及環(huán)結它的摩擦力再、受力情況如圖乙所示，由于箱子處于平衡狀態(tài)，可得為尸?+的分期根據牛頓第三定律，箱子對地面的壓力大小等于地面對箱子的支持力，即成二獨+6，故選項A正確.甲乙【題16】（多選）如圖所示，直立于水平地面的矩形筒中靠筒壁放著正方體鐵塊，其右上方頂著一個光滑的、質量為m的斜劈.則下列判斷正確的是A.左側筒壁所受壓力可能小于右側筒壁所受壓力B.只改變矩形筒的寬度時，斜劈對鐵塊的壓力不變C.只增大斜劈的夾角a,筒底受到的壓力變小D.在斜劈上施加一個豎直向下的力F,有可能使筒向右移動【答案】AB【解析】若筒底不光滑，斜劈壓鐵斜寸,筒底對鐵