資源簡介

第1講　牛頓運動定律
素養目標　1.知道慣性、牛頓運動定律、單位制的內容．(物理觀念) 2.掌握轉換研究對象法的應用技巧．(科學思維) 3.能應用“理想實驗”探究物理規律．(科學思維)
一、牛頓第一定律
1．內容
一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態．
2．意義
(1)指出力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動狀態的原因，即力是產生加速度的原因．
(2)指出了一切物體都有慣性，因此牛頓第一定律又稱慣性定律．
3．慣性
(1)定義：物體具有保持原來勻速直線運動狀態或靜止狀態的性質．
(2)普遍性：慣性是一切物體都具有的性質，是物體的固有屬性，與物體的運動情況和受力情況無關．
(3)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．
二、牛頓第二定律　單位制
1．牛頓第二定律
(1)內容：物體加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟它的質量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同．
(2)公式：F＝ma.
(3)物理意義：它表明了力是產生加速度的原因．
(4)適用范圍
①只適用于研究慣性系中運動與力的關系，不能用于非慣性系；
②只適用于解決宏觀物體的低速運動問題，不能用來處理微觀粒子的高速運動問題.
直 觀 情 境 物體水平向右加速運動 Fcos θ－f＝ma 物體沿斜面上滑 mgsin θ＋f＝ma
2.單位制
(1)單位制：由基本單位和導出單位一起構成單位制．
①基本單位：在力學中，選定長度、時間和質量三個物理量的單位為基本單位．
②導出單位：根據物理公式中其他物理量和基本物理量的關系，推導出的物理量的單位．
(2)國際單位制中的基本單位
基本物理量 符號 單位名稱 單位符號
質量 m 千克 kg
時間 t 秒 s
長度 l 米 m
電流 I 安[培] A
熱力學溫度 T 開[爾文] K
物質的量 n 摩[爾] mol
發光強度 IV 坎[德拉] cd
三、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．意義
建立了相互作用物體之間的聯系及作用力與反作用力的相互依賴關系．
3．表達式：F＝－F′.
1．思維辨析
(1)牛頓第一定律是實驗定律．( )
(2)運動的物體慣性大，靜止的物體慣性小. ( )
(3)物體不受力時，最終將處于靜止狀態或勻速直線運動狀態. ( )
(4)作用力與反作用力等大反向，效果相互抵消．( )
(5)作用力與反作用力一定作用在兩個物體上．( )
2．(多選)關于單位制，下列說法中正確的是(　　)
A．在力學中，力是基本概念，所以力的單位“牛頓”是力學單位中的基本單位
B．因為力的單位是牛頓，而1 N＝1 kg·m/s2，所以牛頓是導出單位
C．各物理量采用國際單位制中的單位，通過物理公式運算的結果的單位一定為國際單位制中的單位
D．物理公式不僅確定了物理量之間的數量關系，同時也確定了物理量之間的單位關系
3．2021年10月16日0時23分，“神舟十三號”成功發射，順利將三名航天員送入太空并進駐空間站．在空間站中，如需測量一個物體的質量，需要運用一些特殊方法：如圖所示，先對質量為m1＝1.0 kg的標準物體P施加一水平恒力F，測得其在1 s內的速度變化量大小是10 m/s，然后將標準物體與待測物體Q緊靠在一起，施加同一水平恒力F，測得它們1 s內速度變化量大小是2 m/s.則待測物體Q的質量m2為(　　)
A．3.0 kg B．4.0 kg
C．5.0 kg D．6.0 kg
考點　對牛頓第一定律的理解
1．牛頓第一定律的理解
(1)提出慣性的概念：牛頓第一定律指出一切物體都具有慣性，慣性是物體的一種固有屬性．
(2)揭示力的本質：力是改變物體運動狀態的原因，而不是維持物體運動狀態的原因．
2．慣性的兩種表現形式
(1)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不變(靜止或勻速直線運動)．
(2)物體受到的合外力不為零時，慣性表現為抗拒運動狀態改變的能力．慣性大，物體的運動狀態較難改變；慣性小，物體的運動狀態容易改變．
3．牛頓第一定律與牛頓第二定律的關系
(1)牛頓第一定律不是實驗定律，它是以伽利略的“理想實驗”為基礎，經過科學抽象、歸納推理而總結出來的；牛頓第二定律是通過探究加速度與力和質量的關系得出的．
(2)牛頓第一定律不是牛頓第二定律的特例，而是不受任何外力的理想情況．
典例1　(多選)科學家關于物體運動的研究對樹立正確的自然觀具有重要作用．下列說法中符合歷史事實的是(　　)
A．亞里士多德認為，必須有力作用在物體上，物體的運動狀態才會改變
B．伽利略通過“理想實驗”得出結論：如果物體不受力，它將以這一速度永遠運動下去
C．笛卡兒指出，如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續以同一速度沿同一直線運動，既不會停下來，也不會偏離原來的方向
D．牛頓認為，物體都具有保持原來勻速直線運動狀態或靜止狀態的性質
1．[對牛頓第一定律的理解]下列關于牛頓第一定律的認識與理解的說法中正確的是(　　)
A．牛頓第一定律是依靠實驗事實，直接歸納總結得出的
B．根據牛頓第一定律可知，力是維持物體運動的原因
C．慣性是物體的固有屬性，物體的質量越大，慣性越大
D．物體保持靜止或勻速直線運動狀態時有慣性，加速時沒有慣性
2．[對慣性的理解](多選)如圖所示，重球系于線DC下端，重球下再系一根同樣的線BA，整個裝置處于平衡狀態，下面說法中正確的是(　　)
A．在線的A端慢慢向下增加拉力，結果CD線被拉斷
B．在線的A端慢慢向下增加拉力，結果AB線被拉斷
C．在線的A端突然向下猛力一拉，結果AB線被拉斷
D．在線的A端突然向下猛力一拉，結果CD線被拉斷
考點　對牛頓第二定律的理解
1．對牛頓第二定律的理解
2．合力、加速度、速度之間的決定關系
(1)不管速度是大是小，或是零，只要合力不為零，物體就有加速度．
(2)a＝是加速度的定義式，a與Δv、Δt無必然聯系；a＝是加速度的決定式，a∝F，a∝.
(3)合力與速度同向時，物體做加速運動；合力與速度反向時，物體做減速運動．
典例2　為了節省能量，某商場安裝了如圖所示的智能化電動扶梯，扶梯與水平面的夾角為θ.無人乘行時，扶梯運行得很慢；當有人站上扶梯時，扶梯先以加速度a勻加速運動，再以速度v勻速運動．一質量為m的顧客乘扶梯上樓，恰好經歷了這兩個過程，重力加速度為g，下列說法中正確的是(　　)
A．顧客始終受到三個力的作用
B．扶梯對顧客的支持力始終等于mg
C．加速階段扶梯對顧客的摩擦力大小為macos θ，方向水平向右
D．顧客對扶梯作用力的方向先沿扶梯向下，再豎直向下
1.[合力、速度、加速度間的關系]如圖所示，勁度系數為k的輕彈簧豎直放置，下端固定在水平地面上．一質量為m的小球從離彈簧上端高h處自由下落，接觸彈簧后繼續向下運動．觀察小球開始下落到小球第一次運動到最低點的過程，下列關于小球的速度v或加速度a隨時間t變化的圖像中符合實際情況的是(　　)
2．[牛頓第二定律的矢量性]某同學乘坐地鐵時，在一根細繩的下端掛一支圓珠筆，上端用膠布臨時固定在地鐵的豎直扶手上，地鐵在進站或出站時沿水平方向做直線運動，細繩偏離豎直方向的角度為θ，并保持一段時間，他用手機拍攝了當時的情景照片，手機處于豎直平面內且拍攝方向跟地鐵前進方向垂直，如圖所示．重力加速度大小為g，則根據照片信息，可知這段時間內(　　)
A．地鐵的加速度大小為gsin θ
B．地鐵的加速度大小為gcos θ
C．地鐵可能向左做勻速直線運動
D．地鐵可能向右做勻減速直線運動
考點　對牛頓第三定律的理解
1．作用力與反作用力的“三同、三異、三無關”
2．平衡力與作用力、反作用力的比較
項目 平衡力 作用力與反作用力
相同點 大小相等，方向相反，作用在同一條直線上
不同點 作用對象 同一物體 兩個相互作用的不同物體
作用時間 不一定同時產生、同時消失 一定同時產生、同時消失
力的性質 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·河北聯考)如圖所示為學校舉行的一場拔河比賽現場照片．為了方便，我們將比賽視為甲、乙兩個人拔河．繩子的質量不計，且始終保持水平，若在比賽中甲獲勝，則下列說法中正確的是(　　)
A．甲對繩子的拉力和繩子對甲的拉力是一對平衡力
B．繩子對乙的拉力和地面對乙的摩擦力是一對作用力和反作用力
C．當甲把乙加速拉過去時，繩子對乙的拉力大于乙對繩子的拉力
D．地面對甲的摩擦力大于地面對乙的摩擦力
1．[作用力和反作用力的關系]如圖甲所示，將一個力傳感器固定在滑塊上，另一個力傳感器鉤住它向右拉滑塊，觀察到這對拉力隨時間變化的曲線如圖乙所示，下列說法正確的是(　　)
A．作用力大時，反作用力小
B．作用力和反作用力的大小總是相等
C．反作用力總是在作用力出現后才產生的
D．圖乙所示的曲線，只有在滑塊靜止或做勻速運動時才能得到
2．[平衡力與相互作用力的區別](多選)如圖甲所示，重物A用一根輕彈簧懸于天花板下，畫出重物和彈簧的受力圖如圖乙、丙所示．關于這四個力的說法，正確的是(　　)
A．F3與F4是一對平衡力
B．F1的反作用力是F3
C．F1的施力物體是彈簧
D．F1與F2是一對作用力與反作用力
課題研究　轉換研究對象法的應用
1．應用條件
分析某作用力時，若其受力物體的受力復雜或已知信息較少，而其反作用力的受力物體的受力較簡單或已知信息較多時，可考慮應用轉換研究對象法．
2．應用思路
(1)分析所求力的受力物體的受力情況和已知信息，判斷該力是否可以直接求出．
(2)若不能直接求出，則轉換研究對象，分析待求力的反作用力．
(3)求出其反作用力后，由牛頓第三定律確定待求力的大小、方向．
典例　建筑工人用如圖所示的定滑輪裝置運送建筑材料．質量為70.0 kg的工人站在地面上，通過定滑輪將20.0 kg的建筑材料以0.500 m/s2的加速度拉升，忽略繩子和定滑輪的質量及定滑輪的摩擦，則工人對地面的壓力大小為(取g＝10 m/s2)(　　)
A．510 N B．490 N
C．890 N D．910 N
變式　(多選)如圖所示，一個人站在水平地面上的長木板上用力F向右推箱子，木板、人、箱子均處于靜止狀態，三者的質量均為m，重力加速度為g，則 (　　)
A．箱子對木板的摩擦力方向向右
B．木板對地面的摩擦力方向向左
C．木板對地面的壓力大小為3mg
D．若人用斜向下的力推箱子，則木板對地面的壓力會大于3mg
答案及解析
(1)牛頓第一定律是實驗定律．(×)
(2)運動的物體慣性大，靜止的物體慣性小. (×)
(3)物體不受力時，最終將處于靜止狀態或勻速直線運動狀態. (√)
(4)作用力與反作用力等大反向，效果相互抵消．(×)
(5)作用力與反作用力一定作用在兩個物體上．(√)
2．(多選)關于單位制，下列說法中正確的是(　　)
A．在力學中，力是基本概念，所以力的單位“牛頓”是力學單位中的基本單位
B．因為力的單位是牛頓，而1 N＝1 kg·m/s2，所以牛頓是導出單位
C．各物理量采用國際單位制中的單位，通過物理公式運算的結果的單位一定為國際單位制中的單位
D．物理公式不僅確定了物理量之間的數量關系，同時也確定了物理量之間的單位關系
答案：BCD
3．2021年10月16日0時23分，“神舟十三號”成功發射，順利將三名航天員送入太空并進駐空間站．在空間站中，如需測量一個物體的質量，需要運用一些特殊方法：如圖所示，先對質量為m1＝1.0 kg的標準物體P施加一水平恒力F，測得其在1 s內的速度變化量大小是10 m/s，然后將標準物體與待測物體Q緊靠在一起，施加同一水平恒力F，測得它們1 s內速度變化量大小是2 m/s.則待測物體Q的質量m2為(　　)
A．3.0 kg B．4.0 kg
C．5.0 kg D．6.0 kg
解析：對P施加力F時，根據牛頓第二定律有a1＝＝＝10 m/s2；對P和Q整體施加力F時，根據牛頓第二定律有a2＝＝＝2 m/s2，聯立解得m2＝4.0 kg，故選B.
答案：B
考點　對牛頓第一定律的理解
典例1　(多選)科學家關于物體運動的研究對樹立正確的自然觀具有重要作用．下列說法中符合歷史事實的是(　　)
A．亞里士多德認為，必須有力作用在物體上，物體的運動狀態才會改變
B．伽利略通過“理想實驗”得出結論：如果物體不受力，它將以這一速度永遠運動下去
C．笛卡兒指出，如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續以同一速度沿同一直線運動，既不會停下來，也不會偏離原來的方向
D．牛頓認為，物體都具有保持原來勻速直線運動狀態或靜止狀態的性質
解析：亞里士多德認為，必須有力作用在物體上，物體才能運動，故A錯誤；伽利略通過“理想實驗”得出結論：力不是維持物體運動的原因，如果物體不受力，它將以這一速度永遠運動下去，故B正確；笛卡兒指出，如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續以同一速度沿同一直線運動，既不會停下來，也不會偏離原來的方向，故C正確；牛頓認為物體都具有保持原來勻速直線運動狀態或靜止狀態的性質，故D正確．故選BCD.
1．[對牛頓第一定律的理解]下列關于牛頓第一定律的認識與理解的說法中正確的是(　　)
A．牛頓第一定律是依靠實驗事實，直接歸納總結得出的
B．根據牛頓第一定律可知，力是維持物體運動的原因
C．慣性是物體的固有屬性，物體的質量越大，慣性越大
D．物體保持靜止或勻速直線運動狀態時有慣性，加速時沒有慣性
解析：牛頓第一定律是牛頓在伽利略等前人實驗的基礎上，根據邏輯推理得出的，是以實驗為基礎，但又不是完全通過實驗得出，A錯誤；根據牛頓第一定律可知，力是改變物體運動狀態的原因，不是維持物體運動的原因，B錯誤；慣性是物體的固有屬性，一切物體在任何情況下都有慣性，慣性的大小只與物體的質量有關，與物體的運動狀態、是否受力等因素沒有關系，物體的質量越大，慣性越大，C正確，D錯誤．
答案：C
2．[對慣性的理解](多選)如圖所示，重球系于線DC下端，重球下再系一根同樣的線BA，整個裝置處于平衡狀態，下面說法中正確的是(　　)
A．在線的A端慢慢向下增加拉力，結果CD線被拉斷
B．在線的A端慢慢向下增加拉力，結果AB線被拉斷
C．在線的A端突然向下猛力一拉，結果AB線被拉斷
D．在線的A端突然向下猛力一拉，結果CD線被拉斷
解析：緩慢增加拉力時，CD上的力較大，故CD先斷；快速猛力一拉，重球慣性較大，速度變化慢，CD上的拉力瞬間幾乎沒變，故AB先斷，所以選項A、C正確．
答案：AC
考點　對牛頓第二定律的理解
典例2　為了節省能量，某商場安裝了如圖所示的智能化電動扶梯，扶梯與水平面的夾角為θ.無人乘行時，扶梯運行得很慢；當有人站上扶梯時，扶梯先以加速度a勻加速運動，再以速度v勻速運動．一質量為m的顧客乘扶梯上樓，恰好經歷了這兩個過程，重力加速度為g，下列說法中正確的是(　　)
A．顧客始終受到三個力的作用
B．扶梯對顧客的支持力始終等于mg
C．加速階段扶梯對顧客的摩擦力大小為macos θ，方向水平向右
D．顧客對扶梯作用力的方向先沿扶梯向下，再豎直向下
解析：顧客加速過程中，受力如圖所示，由牛頓第二定律知，水平方向有Ff＝macos θ，Ff方向水平向右，豎直方向有FN－mg＝masin θ，則FN＞mg，選項B錯誤，C正確．在勻速運動過程中，顧客僅受重力和支持力，且二力平衡；加速階段，顧客受到的合力方向沿扶梯向上，而顧客受到的扶梯的作用力不是沿扶梯向上，根據牛頓第三定律可知，顧客對扶梯的作用力方向也不沿扶梯向下，選項A、D錯誤．故選C.
1.[合力、速度、加速度間的關系]如圖所示，勁度系數為k的輕彈簧豎直放置，下端固定在水平地面上．一質量為m的小球從離彈簧上端高h處自由下落，接觸彈簧后繼續向下運動．觀察小球開始下落到小球第一次運動到最低點的過程，下列關于小球的速度v或加速度a隨時間t變化的圖像中符合實際情況的是(　　)
解析：小球先做自由落體運動，接觸彈簧后小球做加速度減小的加速運動，直至重力和彈力相等，此時加速度為零，小球速度達到最大值，此后小球繼續下降，小球重力小于彈力，加速度方向向上，小球向下做加速度增大的減速運動直至最低點，小球速度為零，加速度最大，故A項正確，B項錯誤．設小球到達最低點時，彈簧的形變量為x，a t圖線與坐標軸圍成的面積表示速度，由題意知圖線在橫軸下方的面積應等于在橫軸上方的面積，所以在最低點a>g，故C項錯誤．彈簧形變量x與t不是線性關系，則a與t也不是線性關系，故D項錯誤．
答案：A
2．[牛頓第二定律的矢量性]某同學乘坐地鐵時，在一根細繩的下端掛一支圓珠筆，上端用膠布臨時固定在地鐵的豎直扶手上，地鐵在進站或出站時沿水平方向做直線運動，細繩偏離豎直方向的角度為θ，并保持一段時間，他用手機拍攝了當時的情景照片，手機處于豎直平面內且拍攝方向跟地鐵前進方向垂直，如圖所示．重力加速度大小為g，則根據照片信息，可知這段時間內(　　)
A．地鐵的加速度大小為gsin θ
B．地鐵的加速度大小為gcos θ
C．地鐵可能向左做勻速直線運動
D．地鐵可能向右做勻減速直線運動
解析：對圓珠筆受力分析，如圖所示，圓珠筆跟地鐵一起在水平方向上運動，則圓珠筆在豎直方向合力為0，圓珠筆所受合力方向水平向左，由牛頓第二定律得F＝mgtan θ＝ma，得a＝gtan θ，方向水平向左，A、B錯誤；地鐵運動的加速度向左，故地鐵可能向右做勻減速直線運動，也可能向左做勻加速直線運動，C錯誤，D正確．
答案：D
考點　對牛頓第三定律的理解
典例3　(2024·河北聯考)如圖所示為學校舉行的一場拔河比賽現場照片．為了方便，我們將比賽視為甲、乙兩個人拔河．繩子的質量不計，且始終保持水平，若在比賽中甲獲勝，則下列說法中正確的是(　　)
A．甲對繩子的拉力和繩子對甲的拉力是一對平衡力
B．繩子對乙的拉力和地面對乙的摩擦力是一對作用力和反作用力
C．當甲把乙加速拉過去時，繩子對乙的拉力大于乙對繩子的拉力
D．地面對甲的摩擦力大于地面對乙的摩擦力
解析：甲對繩子的拉力和繩子對甲的拉力作用在相互作用的兩個物體上，是一對作用力和反作用力，A錯誤；繩子對乙的拉力和地面對乙的摩擦力都作用在乙上，不是作用力和反作用力，B錯誤；繩子對乙的拉力和乙對繩子的拉力是一對相互作用力，由牛頓第三定律知二者大小始終相等，C錯誤；比賽中甲獲勝，則地面對甲的摩擦力大于繩子對甲的拉力，繩子對乙的拉力大于地面對乙的摩擦力，又繩子對甲和乙的拉力相等，故地面對甲的摩擦力大于地面對乙的摩擦力，D正確．故選D．
1．[作用力和反作用力的關系]如圖甲所示，將一個力傳感器固定在滑塊上，另一個力傳感器鉤住它向右拉滑塊，觀察到這對拉力隨時間變化的曲線如圖乙所示，下列說法正確的是(　　)
A．作用力大時，反作用力小
B．作用力和反作用力的大小總是相等
C．反作用力總是在作用力出現后才產生的
D．圖乙所示的曲線，只有在滑塊靜止或做勻速運動時才能得到
解析：由乙圖分析知，作用力和反作用力始終大小相等、方向相反、同時產生、同時變化，與物體的運動狀態無關，A、C、D錯誤，B正確．
答案：B
2．[平衡力與相互作用力的區別](多選)如圖甲所示，重物A用一根輕彈簧懸于天花板下，畫出重物和彈簧的受力圖如圖乙、丙所示．關于這四個力的說法，正確的是(　　)
A．F3與F4是一對平衡力
B．F1的反作用力是F3
C．F1的施力物體是彈簧
D．F1與F2是一對作用力與反作用力
解析：F3與F4是一對平衡力，A正確．F1的反作用力是F3，B正確．F1的施力物體是彈簧，C正確．F1與F2是作用在重物上的兩個力，即重力和拉力，它們是一對平衡力，D錯誤．
答案：ABC
課題研究　轉換研究對象法的應用
典例　建筑工人用如圖所示的定滑輪裝置運送建筑材料．質量為70.0 kg的工人站在地面上，通過定滑輪將20.0 kg的建筑材料以0.500 m/s2的加速度拉升，忽略繩子和定滑輪的質量及定滑輪的摩擦，則工人對地面的壓力大小為(取g＝10 m/s2)(　　)
A．510 N B．490 N
C．890 N D．910 N
解析：設繩子對建筑材料的拉力為F1，F1－mg＝ma，F1＝m(g＋a)＝210 N，繩子對人的拉力F2＝F1＝210 N．人處于靜止狀態，則地面對人的支持力FN＝m0g－F2＝490 N，由牛頓第三定律知：人對地面的壓力F′N＝FN＝490 N，選項B正確．
答案：B
變式　(多選)如圖所示，一個人站在水平地面上的長木板上用力F向右推箱子，木板、人、箱子均處于靜止狀態，三者的質量均為m，重力加速度為g，則 (　　)
A．箱子對木板的摩擦力方向向右
B．木板對地面的摩擦力方向向左
C．木板對地面的壓力大小為3mg
D．若人用斜向下的力推箱子，則木板對地面的壓力會大于3mg
解析：以箱子為研究對象，水平方向上，木板對箱子的摩擦力與人推箱子的力平衡，所以，木板對箱子的摩擦力方向向左，根據牛頓第三定律，箱子對木板的摩擦力方向向右，選項A正確；以整體為研究對象，地面對木板的支持力與整體所受的重力平衡，所以地面對木板的支持力為3mg，根據牛頓第三定律，木板對地面的壓力大小為3mg，選項C正確，D錯誤；以整體為研究對象，地面對木板的摩擦力為0，所以木板對地面的摩擦力為0，選項B錯誤．
答案：AC
/素/養/感/悟
在對物體進行受力分析時，如果不便于直接分析求出物體受到的某些力時，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．(共47張PPT)
第1講　牛頓運動定律
第三章　牛頓運動定律
理清教材 強基固本
答案
答案
解析
重難考點 全線突破
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
課題研究 提升能力
答案
解析
答案
解析
謝 謝 觀 看
O

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