第4章 牛顿第一、第三定律和力学单位制 复习学案 Word版含解析

　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