高中物理 牛一 牛三

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，直到有外力迫使它改变这种状态为止．
说明：
（1）物体不受外力是该定律的条件．
（2）物体总保持匀速直线运动或静止状态是结果．
（3）直至外力迫使它改变这种状态为止，说明力是产生加速度的原因．
（4）物体保持原来运动状态的性质叫惯性，惯性大小的量度是物体的质量．
（5）应注意：
①牛顿第一定律不是实脸直接总结出来的．牛顿以伽利略的理想斜面实脸为基拙，加之高度的抽象思维，概括总结出来的．不可能由实际的实验来验证；
②牛顿第一定律不是牛顿第二定律的特例，而是不受外力时的理想化状态．
③定律揭示了力和运动的关系：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．
【例1】科学思维和科学方法是我们认识世界的基本手段．在研究和解决问题过程中，不仅需要相应的知识，还要注意运用科学方法．
理想实验有时更能深刻地反映自然规律，伽利略设想了一个理想实验，其中有一个是实验事实，其余是推论．
①减小第二个斜面的倾角，小球在这斜面上仍然要达到原来的高度；
②两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面；
③如果没有摩擦，小球将上升到原来释放的高度；
④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面做持续的匀速运动．
请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列②③①④〔只要填写序号即可）．在上述的设想步骤中，有的属于可靠的事实，有的则是理想化的推论．下列关于事实和推论的分类正确的是（ B ）
A、①是事实，②③④是推论
B、②是事实，①③④是推论
C、③是事实，①②④是推论
D、④是事实，①②③是推论
2、惯性：物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质．
说明：
①惯性是物体的固有属性，与物体是否受力及运动状态无关．
②质量是惯性大小的量度．质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小．
有的同学总认为“惯性与物体的运动速度有关，速度大，惯性大，速度小，惯性就小”，理由是物体的运动速度大，不容易停下来，产生这种错误的原因是把“惯性大小表示运动状态改变的难易程度”理解成“惯性大小表示把物体从运动变为静止的难易程度”，实际上，在受到相同阻力的情况下，速度大小不同的质量相同的物体，在相等的时间内速度的减小量是相同的，这说明它们的惯性是相同的，与速度无关。

【例2】下列说法正确的是（D）
A、运动得越快的汽车越不容易停下来，是因为汽车运动得越快，惯性越大
B、小球在做自由落体运动时，惯性不存在了
C、把一个物体竖直向上抛出后，能继续上升，是因为物体仍受到一个向上的推力
D、物体的惯性仅与质量有关，质量大的惯性大，质量小的惯性小
解析：惯性是物体保持原来运动状态的性质，仅由质量决定，与它的受力状况与运动状况均无关。

一切物体都有惯性。

【例3】火车在长直水平轨道上匀速行驶，车厢内有一个人向上跳起，发现仍落回到车上原处，这是因为（）A．人跳起后，车厢内的空气给人一个向前的力，这力使他向前运动
B．人跳起时，车厢对人一个向前的摩擦力，这力使人向前运动
C．人跳起后，车继续向前运动，所以人下落后必定向后偏一些，只是由于时间很短，距离太小，不明显而已
D．人跳起后，在水平方向人和车水平速度始终相同
解析：人向上跳起，竖直方向做竖直上抛运动，水平方向不受外力作用（空气阻力不计），由于惯性，所以水平方向与车速度相同，因而人落回原处．
答案：D
二、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，而且在一条直线上．
（2）表达式：F=－F/
说明：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，各产生其效果，不能抵消，所以这两个力不会平衡．
②作用力和反作用力的关系与物体的运动状态无关．不管两物体处于什么状态，牛顿第三定律都适用。

③借助牛顿第三定律可以变换研究对象，从一个物体的受力分析过渡到另一个物体的受力分析．
④一对作用力和反作用力在同一个过程中（同一段时间或同一段位移）的总冲量一定为零，但作的总功可能为零、可能为正、也可能为负。

这是因为作用力和反作用力的作用时间一定是相同的，而位移大小、方向都可能是不同的。

三、作用力和反作用力与平衡力的区别
注意：判断两个力是不是一对作用力与反作用力时，应分析这两个力是否具有“甲对乙”和“乙对甲”的关系，即受力物体与施力物体是否具有互易关系．否则，一对作用力和反作用力很容易与一对平衡力相混淆，因为它们都具有大小相等、方向相反、作用在同一条直线上的特点．
规律方法
1、正确理解惯性和平衡状态
【例4】下面说法正确的是（）
A．静止或做匀速直线运动的物体一定不受外力的作用
B．物体的速度为零时一定处于平衡状态
C．物体的运动状态发生变化时，一定受到外力的作用
D．物体的位移方向一定与所受合力方向一致
解析：A．物体不受外力时一定处于静止或匀速运动状态，但处于这些状态时不一定不受外力作用，所以A错，B．物体是否处于平衡状态是看其受力是否为零，而不是看它的速度是否为零，如振动物体离平衡位置最远时速度为零，此时恢复力不为零，它就不处于平衡状态，所以B错，D．如平抛运动就不是这种情况，力与位移方向不一致，所以D错．答案：C
【例5】以下有关惯性的说法中正确的是（BD）
A、在水平轨道上滑行的两节车厢质量相同，行驶速度较大的不容易停下来，说明速度较大的物体惯性大
B、在水平轨道上滑行的两节车厢速度相同，其中质量较大的车厢不容易停下来，说明质量大的物体惯性大
C、推动原来静止在水平轨道上的车厢，比推另一节相同的、正在滑行的车厢需要的力大，说明静止的物体惯性大
D、物体的惯性大小与物体的运动情况及受力情况无关
解析：惯性的大小由质量决定且与运动状态及受力状态无关。

答案BD
【例6】公共汽车在平直的公路上行驶时，固定于路旁的照相机每隔两秒连续两次对其拍照，得到清晰照片，如图所示．分析照片得到如下结果：（1)在两张照片中，悬挂在公共汽车顶棚上的拉手均向后倾斜且程度相同；（2）对间隔2s所拍的照片进行比较，可知汽车在2s内前进了12 m.
根据这两张照片，下列分析正确的是（ABD）
A.在拍第一张照片时公共汽车正加速
B.可求出汽车在t＝1s时的运动速度
C.若后来发现车顶棚上的拉手自然下垂，则汽车一定停止前进
D.若后来发现车顶棚上的拉手自然下垂，则汽车可能做匀速运动
解析:由于车顶棚上的拉手向后倾斜且两次程度相同，可知车匀加速前进；根据匀变速直线的平均速度等于这段时间的中间时刻的即时速度，可求得t=1s时的速度；当拉手自然下垂时，汽车处于平衡态，可能静止，也可能是匀速度运动．
2、正确区分平衡力与作用力、反作用力
【例7】物体静止于一斜面上如图所示．则下述说法正确的是（ B ）
（A）物体对斜面的压力和斜面对物体的持力是一对平衡力
（B）物体对斜面的摩擦力和斜面对物体的摩擦力是一对作用力和反作用力
（C）物体所受重力和斜面对物体的作用力是一对作用力和反作用力
（D）物体所受重力可以分解为沿斜面向下的力和对斜面的压力
解析：作用力和反作用力是两个物体间相互产生的，必是同性质的力，而一对平衡力是作用于同一物体两个等大、反向、共线之力，性质上无任何必然的联系．上述各对力中，物体对斜面的压力和斜面对物体的支持力及物体对斜面的摩擦力和斜面对物体的摩擦力同属物体和斜面问的相互作用力，分别作用在斜面和物体上，因此它们为两对作用力和反作用力．所以（A）错（B）对；物体所受重力是地球施加的，其反作用力为物体对地球的吸收力，应作用在地球上，因此可知（C）错；至于物体所受重力，无论如何分解，各分力都应作用在物体上，而不能作用在斜面上而形成对斜面的压力，故答案（D）亦错．
【例8】有下列说法中说法正确的是（ D ）
①一质点受两个力作用且处于平衡状态（静止或匀速运动），这两个力在同一段时间内的冲量一定相同。

②一质点受两个力作用且处于平衡状态（静止或匀速运动），这两个力在同一段时间内做的功或者都为零，或者大小相等符号相反。

③在同样时间内，作用力和反作用力的功大小不一定相等，但正负号一定相反。

④在同样时间内，作用力和反作用力的功大小不一定相等，正负号也不一定相反
A、①②
B、①③
C、②③
D、②④
解析：满足①②的两个力是平衡力，故冲量大小相等，方向相反，做功或者都为零（物体静止时），或者数值相等，一正功一负功（匀速运动时），故①错②对。

作用力和反作用力可以都做正功，也可以都做负功，数值也不确定，只要设想两块磁铁放在小车上的各种运动情况便可判断，故③错④对答案：D
3、用牛顿第一、第三定律解释物理现象
【例9】请用自己所学习的物理知识解释“船大调头难”这句俗语的道理．
解析：“船大”，指船的质量大，“调头难”指改变速度方向难，“船大调头难”说明质量大的物体惯性大，要改变其运动状态需要的力大．
【例10】下列说法正确的是（ C ）
A、人走路时，地对脚的力大于脚蹬地的力，所以人才往前走
B、只有你站在地上不动，你对地面的压力和地面对你的支持力，才是大小相等、方向相反的
C、物体A静止在物体B上，A的质量是B的质量的100倍，则A作用于B的力大小等于B作用于A的力的大小
D、以卵击石，石头没损伤而鸡蛋破了，这是因为石头对鸡蛋的作用力大于鸡蛋对石头的作用力
解析：以上四种情形中的相互作用力等值、反向、共线，这个关系与运动状态无关。

答案：C
【例11】由同种材料制成的物体A和B放在长木板上，随长木板一起以速度v向右做匀速直线运动，如图所示，
已知M A > M B，某时刻木板停止运动，下列说法正确的是〔D）
A、若木块光滑，由于A的惯性较大,A、B间的距离将增大
B、若木板光滑，由于B的惯性较小,A、B间距离将减小
C、若木板粗糙，A、B一定会相撞
D、不论木板是否光滑,A、B间的相对距离保持不变
解析：开始A、B随木板一起匀速运动，说明A、B所受的合外力为零。

当木板停止运动后：
若木块光滑，A、B大水平方向上不受外力的作用，仍以原来的速度做匀速运动，则相互间距离保持不变。

若木板粗糙，由于A、B的材料相同，它们与木板的动摩擦因数相同，其加速度相同，即A、B以相同的初速度和加速度做匀减速运动，所以它们之间的距离仍保持不变。

答案D
思考：
①若A、B的动摩擦因数不等，则A、B间的距离可能怎样变？
②为什么本题的结论与A、B的质量无关？
【例12】蛙泳时，双脚向后蹬水，水受到向后的作用力，则人体受到向前的反作用力，这就是人体获得的推进力。

但是，在自由泳时，下肢是上下打水，为什么却获得向前的推进力呢？
【解析】图表示人体作自由泳时，下肢在某一时刻的动作：右脚向下打水，左脚向上打水。

由
图可见，由于双脚与水的作用面是倾斜的，故双脚所施的作用力P和Q是斜面面的（水所受的
作用力是斜向后的）。

P的分力为P1和P2，而Q的分力为Q l和Q2，P l和Q1都是向前的分力，也就
是下肢获得的推进力。

同样道理，鱼类在水中左右摆尾，却获得向前的椎讲大．也具由于向前的分力所致
【例13】如图所示，水平放置的小瓶内装有水，其中有气泡，当瓶子从静止状态突然向右加速运动时，小气泡在瓶内将向何方运动？当瓶子从向右匀速运动状态突然停止时，小气泡在瓶内又将如何运动？
【解】在许多学生的答卷中这样写道：当瓶子从防止状态突然向右运动时，小气泡在瓶内由于惯性将向左运动；当瓶子从向右匀速运动状态突然停止时，小气泡在瓶内由于惯性将向右运动。

而正确答案刚好与之相反。

因为当瓶子从静止状态突然向右加速运动时，瓶中
的水由于惯性要保持原有的静止状态，相对瓶来说是向左运动，气泡也有惯性，
但相比水来说质量很小，惯性小可忽略不计，所以气泡相对水向右移动。

同理，
当瓶子从向右匀速运动状态突然停止时，小气泡在瓶内将向左运动。

另外，该题也用转换研究对象的方法予以定量解决。

设想有一块水，其体积、形状和气泡相同，当玻璃营向右加速运动时，这块水就和周围的水一起向右加速运动，相对于玻璃管不会有相对运动，这块水所受的外力F由周围的水对它产生，设这块水的体积为 V，水的密度为ρ水，玻璃管的加速度为a，则F＝m水a＝ρ水Va。

现在将这块水换成气泡，显然，在其他条件不变的情况下，周围水对气泡的作用力仍为F，气泡将在该力作用于做加速运动。

则 a气=F/m气=ρ水Va/ρ水V，∵ρ水＞ρ水，
∴a气＞a，即气泡相对于玻璃管向右运动。

经典例题
1.下列说法正确的是（）
A．一同学看见某人用手推静止的小车，却没有推动，于是说是因为这辆车惯性太大的缘故
B．运动得越快的汽车越不容易停下来，是因为汽车运动得越快，惯性越大
C．把一个物体竖直向上抛出后，能继续上升，是因为物体仍受到一个向上的推力
D．放在光滑水平桌面上的两个物体，受到相同大小的水平推力，加速度大的物体惯性小
【解析】“力是改变物体运动状态的原因”。

这里所说的“力”是指物体所受的合力，而不是某一个力，该同学推不动物体，是由于物体还受到摩擦力作用，其合力仍为零的缘故，故A选项错误。

惯性大小的唯一量度是质量，惯性大小与运动速度大小、运动时间长短无关，故B选项也错，
力是改变运动状态的原因，而不是维持运动的原因，物体的运动不需要力来维持，一个物体竖直向上抛出能继续上升是由于物体具有惯性的缘故，而不是抛出后物体还受到竖直向上的作用力，故C选项错误。

惯性是物体保持运动状态不变的性质，惯性大小反映了改变物体运动状态的难易程度，同样大小的力作用在不同物体上，产生的加速度越大，其质量m=F/a越小，惯性越小，因此，D选项正确。

2.甲乙两队拔河比赛，甲队胜，如不计绳子的质量，下列说法正确的是 D
A．甲队拉绳子的力大于乙队拉绳子的力
B．甲队对地面的摩擦力大于乙队对地面的摩擦力
C．甲乙两队与地面间的最大静摩擦力大小相等、方向相反
D．甲乙两队拉绳的力相等
3.16世纪纪末，伽利略用实验和推理，推翻了已在欧洲流行了近两千年的亚里士多德关于力和运动的理论，开启了物理学发展的新纪元。

在以下说法中，与亚里士多德观点相反的是 D
A．四匹马拉拉车比两匹马拉的车跑得快：这说明，物体受的力越大，速度就越大
B．一个运动的物体，如果不再受力了，它总会逐渐停下来，这说明，静止状态才是物体长时间不受力时的“自然状态”
C．两物体从同一高度自由下落，较重的物体下落较快
D．一个物体维持匀速直线运动，不需要受力
4.一汽车在路面情况相同的公路上直线行驶，下面关于车速、惯性、质量和滑行路程的讨论，正确的是AC
Ａ．车速越大，它的惯性越大
Ｂ．质量越大，它的惯性越大
Ｃ．车速越大，刹车后滑行的路程越长
Ｄ．车速越大，刹车后滑行的路程越长，所以惯性越大
5.火车在长直水平轨道上匀速行驶，门窗紧闭的车厢内有一个人向上跳起，发现仍落回到车上原处，这是因为D
A．人跳起后，厢内空气给他向前的力，带着他随同火车一起向前运动
B．人跳起的瞬间，车厢的地板给他一个向前的力，推动他随同火车一起向前运动
C．人跳起后，火车继续向前运动，所以人落下后必定偏后一些，只是由于时间很短，偏后距离太小，不明显而已
D．人跳起后直接落地，在水平方向上人和车具有相同的速度
6. 如图所示，一个劈形物体M，各面均光滑，放在固定斜面上，上面成水平，水平面上放一光滑小球m，劈形物体从静止开始释放，则小球碰到斜面前的运动轨迹是 B
A．沿斜面向下的直线 B．竖直向下的直线
C．无规则曲线 D．抛物线
课堂训练
(1)伽利略的斜面实验证明了：
A．要物体运动必须有力作用，没有力作用的物体将静止；
B．要物体静止必须有力作用，没有力作用的物体就运动；
C．物体不受外力作用时，一定处于静止状态；
D．物体不受外力作用时总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态．
(2)下列说法正确的是：
A．当战斗机投入战斗，从机上抛掉副油箱是为了提高飞机的灵活性；
B．手握鎯头木柄竖直往硬地上猛撞几下，使原来松动的鎯头压紧是利用了物体的惯性；
C．电动机常常固定在很重的底座上是为了防止工作时位置的移动和振动；
D．速度大的物体惯性一定大．
(3)关于惯性的说法正确的是：
A．惯性即是指物体原来静止的总有保持静止，原来运动的总有保持匀速直线运动的性质；
B．静止的火车起动时速度变化缓慢是因为物体静止时的惯性大；
C．一个同学看见某人推不动原来静止的小车，于是他说，这是因为小车的惯性太大的缘故；
D．在宇宙飞船内的物体不存在惯性．
(4)在火车的车厢内，有一个自来水龙头C，第一段时间内，水滴落在水龙头的正下方B点，第二段时间内，水滴落在B点的右方A点，如图3－2所示，那么火车可能的运动是：
A．先静止，后向右做加速运动；
B．先做匀速运动，后做加速运动；
C．先做匀速运动，后做减速运动；
D．上述三种情况都有可能．
(5)质量分别为m1、m2的两个物体甲与乙放在表面光滑且足够长的木板上，随木板一起以水平向右的相同速度沿同一直线做匀速直线运动，当木板突然停止时，以下说法正确的是：
A．若m1＞m2，甲将与乙发生碰撞；
B．若m1＜m2，甲将与乙发生碰撞；
C．保有当m1＝m2，甲与乙才不会碰撞；
D．无论甲与乙的质量有关系如何，它们始终不会碰撞．
(6)火车在长直的水平轨道上匀速行驶，门窗关闭的车厢内有一人向上跳起，发现仍落回原处，这是因为：A．人跳起时会得到一个向前的冲力，使它随火车一起向前运动；
B．人跳起的瞬间，车厢地板给他一个向前的力，使他随火车一起运动；
C．人跳起后车在继续前进，所以人落下后必然偏后一些，只是距离很小无法区别而已；
D．人跳起后直至落地，在水平方向上人和车具有相同的速度．
(7)下列说法正确的是：
A．一个物体原来以10m/s速度运动，后来速度变为30m/s，则其惯性增大了；
B．已知月球上的重力加速度是地球的1/6，故一个物体从地球移到月球惯性减小为1/6；
C．质量大的物体运动状态难改变，故质量大的物体惯性大；
D．“乘坐气球飘在高空，由于地球的自转，一昼夜就能周游世界”．这一说法是不对的．
(8)已知一氢气球和负载的总质量为M，氢气球的浮力为F，开始时匀速下降，当它抛出负载后，氢气球改为匀速上升，设氢气球所受的浮力不变，空气阻力的大小也不变，则被抛出的负载的质量m为多少？
(9)在杂技表演中有一个节目叫“季公开石”，让一个人躺在两个凳子上，找一块大片石压在人身上，然后另一人用大锤砸石头，把石头打成几块，这个节目所选石头，在人能承受的范围内，是越大越好，还是越小越好？为什么？
(10)一辆轿车违章超车，以108km/h的速度驶入左侧逆行道时，猛然发现正前方80m处一辆卡车正以72km/h的速度迎面驶来，两车司机同时刹车，刹车加速度大小都是10m/s2，两司机的反应时间(即司机发现险情到实施刹车所经过的时间)都是Δt．试问Δt是何数值，才能保证两车不相撞？
(11)如图3－3所示，一质点做匀变速直线运动．在通过a点时，速度大小v总＝4m/s，方向向右，经过t＝1s 后，该质点在b点，速度大小v b＝10m/s．求在这一秒内质点的速率最小时，距离a点多远？
(1)下列说法正确的是：
A．凡是大小相等、方向相反、分别作用在两个物体上的两个力必定是一对作用力和反作用力；
B．凡是大小相等，方向相反作用在同一物体上的两个力必定是一对作用力和反作用力；
C．凡是大小相等，方向相反，作用在同一直线上且分别作用在两个物体上的两个力必定是一对作用力和反作用力；
D．相互作用的一对力究竟称哪一个力是作用力是任意的．
(2)关于两个相互作用的物体间作用力和反作用力的关系，下列说法正确的是：
A．先有作用力，才有反作用力；
B．只有两物体处于平衡状态时作用力和反作用力才大小相等；
C．只有两个物体质量相同时作用力和反作用力才大小相等；
D．以上说法都不正确．
(3)甲、乙两队拔河，甲队胜，则下列说法中哪些是正确的？
A．甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力，所以甲队胜；
B．当甲队把乙队匀速拉过去时，甲对乙的拉力等于乙对甲的拉力；
C．当甲队把乙队加速拉过去时，甲对乙的拉力大于乙对甲的拉力；
D．甲对乙的拉力始终等于乙对甲的拉力，只是地面对甲的最大静摩擦力大于地面对乙的最大静摩擦力，所以甲队胜．
(4)甲、乙两人质量相等，分别站在相同的船上，初速度均为零，甲的力气大于乙的力气．他们各自握紧绳子的一端，用力拉对方，两人相对船均静止，则：
A．甲船先到中点；B．乙船先到中点；
C．两船同时到达中点；D．无法判断．
(5)人走路时，人和地球间的作用力和反作用力的对数有：
A．一对；B．二对；
C．三对；D．四对．
(6)跳高运动员蹬地后上跳，在起跳(蹬地)过程中：
A．运动员蹬地的作用力大于地面对他的支持力；
B．运动员蹬地的作用力在数值上等于地面对他的支持力；
C．运动员所受的的支持力和重力相平衡；
D．运动员所受到的合力一定向上．
(7)两个小球A和B，中间用弹簧连结，并用细绳悬于天花板下(图3－11所示)．则小球A、B各受几个力？这些力的反作用力是哪些力？这些力的平衡力是哪些力？
(8)如图3－12所示，小车上固定一弯折硬杆ABC，C端固定一质量为m的小球，已知 角恒定，当小球水平向左做变加速运动时，BC杆对小球的作用力的方向：
A．一定沿杆向上；
B．一定竖直向上；
C．可能水平向左；
D．随加速度a的数值改变而改变．
(9)A、B两车沿一方向同时经过平直公路上的同一点，且A开始做初速度v0＝20m/s、加速度a＝5m/s2的匀减速运动；B以v＝8m/s的速度做匀速运动，求经多长时间B车追上A车？
(10)一个做匀速直线运动的物体第3s内的位移为6m，第7s内的位移为14m．求：
①物体的加速度的大小；
②第3s初的速度．。