初高中衔接(物理第三章 力和运动)

第三章力和运动
在物理学中，只研究物体怎样运动而不涉及运动和力的关系的理论，叫做运动学；研究运动与力的关系的理论，叫做动力学。

运动学是研究动力学的基础，但只有懂得了动力学的知识，才能根据物体所受的力确定物体的位置、速度变化的规律，才能够创造条件来控制物体的运动。

打个比方，运动学只是使我们能够描述天体是怎样运动的，动力学则使我们能够把人造卫星和宇宙飞船送上太空，使人类登上月球，甚至奔向火星······而运动和力的关系正是由牛顿运动定律来确立的。

一、初、高中相衔接的知识点梳理
一切物体在没有受到力的作用时，总保持匀速直线运
动状态或静止状态。

物体具有保持运动状态不变的性质，叫做惯性。

原来
静止的物体要保持静止状态，原来运动的物体要保持匀速
直线运动状态。

2．二力平衡、二力平衡条件
当物体在两个力的作用下保持静止或匀速直线运动
状态，我们就说这两个力平衡，简称二力平衡。

二力平衡的条件：作用在同一个物体上的两个力大小
相等、方向相反，且在同一条直线上。

3．力与运动
力是改变物体运动状态的原因。

物体在二力平衡的条件下，保持静止状态或匀速直线运动状态。

物体所受的力不平衡时，其运动状态会发生改变。

【巩固和拓展训练】
1．关于牛顿第一定律，下列说法中正确的是( )
A．牛顿第一定律是在伽利略“理想实验”的基础上总结出来的
B．不受力作用的物体是不存在的，故牛顿第一定律的建立毫无意义
C．牛顿第一定律说明力是维持物体运动的原因
D．由牛顿第一定律可知：物体所受合力为零时，一定处于静止状态
2．关于物体的惯性，下列说法中正确的是( )
A．惯性就是物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质
B．牛顿第一定律表明，物体只有在静止或做匀速直线运动时才具有惯性
C．牛顿第一定律表明，物体只有在不受外力作用时才具有惯性
D．如物体受到外力作用，运动状态发生了改变，则物体的惯性就消失了
3．一个做加速直线运动的物体，在运动过程中，若所受的一切外力都突然消失，则由牛顿第一定律可知，该物体将( )
A．立即静止B．继续做加速直线运动
C．改做匀速直线运动D．改做减速直线运动
4．如图甲、乙所示是小车载着木块向右运动过程中发生的现象，下列关于小车运动的判断正确的是( )
A．图甲是小车突然停下时发生的
B．图乙是小车突然停下时发生的
C．两图都是小车突然停下时发生的
D．两图都是小车突然被拉动时发生的
5．根据牛顿运动定律，以下说法中正确的是()
A．人只有在静止的车厢内，竖直向上高高跳起后，才会落在车厢的原来位置
B．人在沿直线匀速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在原来位置
C．人在沿直线加速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方
D．人在沿直线减速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方
6．对“运动状态改变”理解正确的是( )
A．仅指速度大小的改变
B．仅指运动方向的改变
C．要改变物体的运动状态，必须有力的作用
D．只要有力作用在物体上，物体的运动状态就一定改变
7．关于力和运动的关系，下列说法中正确的是( )
A．在平衡力的作用下，物体一定静止
B．物体只要运动，就一定受到力的作用
C．没有力作用在物体上，物体就慢慢停下来
D．无论是运动速度大小改变，还是运动方向发生变化，物体一定受到力的作用
8．图7中小明和小华的观点，( )
A．小明正确B．小华正确C．都正确D．都不正确
9．滑冰运动员用力推冰场周围的扶栏时，扶栏未动，而他却远离扶栏而去；运动员离开扶栏后，并没有再用力蹬冰面，但仍能滑很远，要解释这些现象，可利用下列知识中( )
①物体间力的作用是相互的
②力是改变物体运动状态的原因
③一切物体都有惯性
A．①②B．②③C．①③D．①②③
10．当猴子倒挂树枝上静止时，下列说法正确的是( )
A、树枝对猴子的拉力和猴子所受的重力是一对平衡力
B、猴子对树枝的拉力和猴子所受的重力是一对平衡力
C、猴子对树枝的拉力和树枝对猴子的拉力是一对平衡力
D、猴子所受的重力和树枝所受的重力是一对平衡力
11．起重机吊着一个物体，下列几种情况中，钢丝绳给物体的拉力大小不等于物重的是( )
A．物体加速下降B．物体匀速下降
C．物体静止D．物体匀速上升
12．如图所示，水平地面上的行李箱重100N，手对行李箱竖直向上的拉力为80N，则行李箱对地面的压力为( )
A．20N
B．80N
C．120N
D．180N
13．⑴跳伞运动员和伞的总质量为70kg，张开伞后以5m/s的速度竖直匀速下降，运动员受到的阻力为_________N 。

(g取10N/kg)
⑵重8×104N的卡车，在平直公路以20m/s的速度匀速行驶，它受的摩擦阻力是车重的0.02
倍，则卡车牵引力的大小是_________N 。

⑶一个男孩用水平力推停在地面上的汽车，但没能推动。

这时推力___________汽车所受
的阻力。

（选填“大于”、“小于”或“等于”）
二、高一新知识点的初步了解
1．牛顿第一定律、惯性及其大小
高中物理中牛顿第一定律的表述与初中稍有不同，表达的内容更加丰富：
一切物体总要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。

与初中的表述相比，它不仅说明了物体具有惯性以及不受力作用时如何运动，还明确地表达出：物体的运动不需要力来维持，力是改变物体运动状态的原因。

【思考1】高速行驶的列车关闭发动机后为什么会停下来呢？
惯性是物体保持原有运动状态的性质，不同的物体保持原来运动状态的本领不同，即惯性的大小不同。

若将一个力作用在物体上，物体的运动状态将发生改变，质量越大的物体，运动状态改变改变得越慢，也就是运动状态不易发生变化，即物体保持原来运动状态的本领大，惯性大。

决定物体运动状态变化的难易程度的唯一因素就是物体的质量，描述物体惯性大小的物理量是它的质量。

对惯性大小的理解容易发生这样的错误：物体运动越快，受到阻力迫使它停下来就越困难，所以速度越大，惯性越大。

这种认识是错误的理解了“物体保持原有运动状态”的意义，把“物体保持原有运动状态”与“物体保持运动”等同起来。

物体保持原有运动状态的本领大小，可理解为改变物体运动状态（或速度）的难易程度的大小。

【思考2】国家交通管理部门为什么严禁客车超员？
例题1关于物体的惯性，下列说法中正确的是（）
A．运动速度大的物体，不能很快停下来，是因为速度越大，惯性也越大
B．静止的火车启动时，速度变化慢，是因为静止时物体惯性大的缘故
C．乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球惯性小
D．在宇宙飞船中的物体不存在惯性
解析：惯性是物体本身的固有属性，与物体的运动情况无关，与物体是否受力无关，判断惯性大小的唯一依据是物体的质量，只要物体的质量不变，则惯性大小不变，所以，A、B、D错误。

物体的质量越大，惯性越大，运动的状态越难改变，反之，物体的质量越小，惯性越小，运动的状态越容易改变，所以，C都正确。

答案：C
例题2 就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，某些赛车的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度．这表明，可以通过科学进步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急转弯的目的
解析：采用了大功率的发动机后，某些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，A 错．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，原因是子弹具有的速度过小，但惯性不变，B 错．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，当然它的惯性也就改变了，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，D 错．
答案：C
2．牛顿第二定律
力作用在物体上使物体的运动状态发生变化时，产生加速度，牛顿第二定律告诉我们
加速度大小的决定因素。

牛顿第二定律的内容是：
物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的
方向相同。

公式表示为：m F a 物体如果受到几个力的作用，公式中的力F 为物体所受各个力的合力。

【思考3】如图所示的赛车，它的质量比一
般的小汽车质量小得多，还安装了一个强大的发
动机，为什么要这么做？
运用牛顿第二定律，结合力的合成的知识以及匀变速运动规律的速度、位移公式，可
解决以下两类问题：
① 已知物体的受力情况，根据力的合成与分解的知识求物体受到的合力。

进一步求出加速
度，再由匀变速运动的规律计算物体的速度、位移。

② 根据物体的运动情况，求出物体的加速度，然后根据牛顿第二定律求出合力，再根据力
的合成与分解的知识求物体受到的力。

例题1 如图为第八届珠海航展上中国空军“八一”飞行队驾驶“歼十”战机以大迎角沿直线
匀加速爬升的情景。

战机在爬升的过程中所受合力的方向 ( )
A ．竖直向上
B ．与速度方向相同
C．与速度方向相反
D．与速度方向垂直
解析：飞机作匀加速直线运动，加速度方向与速度方向相同。

根据牛顿第二定律，加速度的方向跟作用力的方向相同。

所以，战机在爬升的过程中所受合力的方向与速度方向相同。

答案：B
例题2下列说法中正确的是( )
A．物体所受合外力为零，物体的速度必为零
B．物体所受合外力越大，物体的加速度越大，速度也越大
C．物体的速度方向一定与物体受到的合外力的方向一致
D．物体的加速度方向一定与物体所受到的合外力方向相同
解析：牛顿第二定律告诉我们，力与加速度之间存在对应关系，而物体运动的速度与物体的初始状态有关。

物体所受合外力为零，则加速度为零，说明了物体的速度不发生变化，物体可能处于静止状态，也可能作匀速直线运动，A错。

物体所受合外力越大，物体的加速度越大，但速度不一定大，例如汽车加速运动到最大速度前，速度越来越大，但加速度越来越小，B错。

如果物体初始速度为零，速度方向一定与物体受到的合外力的方向一致，但如果物体初始运动方向与合外力方向相反，在物体的速度减为零之前，速度方向与物体受到的合外力的方向相反，C错误。

答案：D
例题3如图所示，物体P以一定的初速度沿光滑水平面向右运动，与一个右端固定的轻质弹簧相撞，并被弹簧反向弹回。

那么在P与弹簧发生相互作用的整个过程中()
A．P做匀速直线运动
B．P的加速度大小不变，但方向改变一次
C．P的加速度大小不断改变，当加速度数值最大时，速度最小
D．有一段过程，P的加速度逐渐增大，速度也逐渐增大
解析：物体与弹簧发生相互作用的过程中受到重力、支持力和弹簧的弹力作用，其中竖直方向的重力和支持力平衡，物体所受的合力等于弹簧对物体向左的弹力，弹力的大小不断变化，加速度不断变化，但弹力的方向保持不变，加速度方向不变，所以A、B错。

在物体P 压缩弹簧的过程中，弹簧的弹力一直在增大，根据牛顿第二定律可知，物体P的加速度一
直在增大，但速度方向与加速度方向相反，物体P 运动速度一直在减小，当速度为零时，弹簧的压缩量最大，弹力最大，加速度最大。

物体被弹回的过程中，弹力变小，加速度减小，但由于加速度与速度同向，速度不断增大，所以C 正确，D 错误。

答案：C
例题4 试证明：只受重力作用的物体，运动的加速度与物体的质量无关。

解析：设物体的质量为m ，则物体所受的重力G ＝mg ，由牛顿第二定律
g m
G m F a ===合
可见，只受重力作用的物体，运动的加速度与物体的质量无关。

1N/kg ＝1 m/s 2。

由于只受重力作用的物体运动的加速度a ＝g ， g 称为重力加速度，并可表示为g ＝9.8 m/s 2。

例题5 在平直的高速公路上，一辆汽车正以32m/s 的速度匀速行驶，因前方出现事故，司机立
即刹车，直到汽车停下，已知汽车的质量为1.5×103kg ，刹车时汽车所受的阻力为1.2×104N ，求：
⑴ 刹车时汽车的加速度；
⑵ 从开始刹车到最终停下，汽车运动的时间；
⑶ 从开始刹车到最终停下，汽车前进的距离。

解析：汽车在平直的公路上刹车时，发动机不再提供动力，汽车受到竖直向下的重力G 、竖直
向上的支持力F N 以及水平方向的滑动摩擦力的作用。

因为汽车在水平方向作减速运动，加速度与运动方向相反，与摩擦力方向相同，而重力和支持力二力平衡，合力等于滑动摩擦力。

解：⑴ N 101.24
⨯==f F 合 2234
m /s 8m /s 10
1.5101.2=⨯⨯==m F a 合 ⑵ 因汽车作减速运动，加速度与速度反向，加速度取负值，2m/s 8-=a
由at +=0v v ，得 s 4s 8
3200=--=-=a t v v
⑶ m 64m 4)8(21m 43221220=⨯-⨯+⨯=+=at t x v 3．作用力和反作用力、牛顿第三定律
力是物体间的相互作用，两个物体相互作用时，每一个物体都要受到另一个物体的作
用，我们把这一对相互作用的力称为作用力和反作用力。

例如：用手推墙，手对墙施加了推力，同时墙也对手施加了推力，如果把手对墙的推力叫做作用力，那么，墙对手的推力就称为反作用力。

作用力和反作用力之间有什么关系呢? 牛顿第三定律告诉我们：
两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。

有一点特别需要注意：虽然两个物体间的作用可能一个物体是主动的，一个物体是被动的，例如手推墙，但是作用力和反作用力的产生却没有先后之分，它们同时产生、同时变化，同时消失，大小总是相等的。

一对相互作用的力与一对平衡的力都是大小相等、方向相反、作用在一条直线上，但它们也存在着显著的不同：作用力和反作用力是两个发生相互作用的物体分别受到的力，作用在两个物体上，力对物体产生的效果不能抵消，而一对平衡力是一个物体受到的两个力，力对物体的作用效果相互抵消。

另外，由于作用力和反作用力是由同一个原因产生的，所以力的性质相同，而一对平衡的两个力由另外两个物体施加，力产生的原因一般不同，力的性质也可能不同。

【思考4】“掰手腕”是比较臂力大小的一种
常见比赛。

在一次比赛中甲同学轻松地战胜了乙
同学，这是因为甲对乙的作用力大于乙对甲的作
用力吗？
例题1 关于马拉车，车拉马的问题，下列说法中正确的是
A ．马拉车不动，是因为马拉车的力小于车拉马的力
B ．马拉车前进，是因为马拉车的力大于车拉马的力
C ．马拉车不论车动还是不动，马拉车的力的大小总是等于车拉马的力的大小
D ．马拉车不动或车匀速前进时，才有马拉车的力与车拉马的力大小相等
解析：不管马车是静止、做加速运动、匀速运动还是减速运动，根据牛顿第三定律，两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等。

答案： C
例题2 2008年9月25日地处西北戈壁荒滩的酒泉卫星发射中心，“长征”号火箭第109次发射，将“神舟”七号载人航天飞船发射到太空，并成功完成了中国宇航员第一次太空行走．下面关于飞船与火箭起飞的情形，叙述正确的是 ( )
A．火箭尾部向下喷气，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上的推力
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，由于没有空气，火箭虽然向下喷气，但也无法获得前进的动力D．飞船进入运行轨道之后，与地球之间仍然存在一对作用力与反作用力
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，即为火箭上升的推力，此动力并不是由周围的空气对火箭的反作用力提供的，因而与是否飞出大气层，是否在空气中飞行无关，因而B、C选项错误，A项正确；当飞船进入轨道后，飞船与地球之间依然存在着相互吸引力，即地球吸引飞船，飞船也吸引地球，这是一对作用力和反作用力，故D项正确．
答案：AD
4．力的平衡
当物体在力的作用下保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这物体受力平衡。

因物体保持静止或匀速直线运动状态时的加速度为零，根据牛顿第二定律，物体所受的合力必为零。

如物体只受到两个力的作用，这两个力二力平衡，其大小相等，方向相反；如物体受到三个力的作用，任意两个力的合力必定与第三个力大小相等，方向相反。

例题 1 滑滑梯是小孩子很喜欢的娱乐活动．如图所示，一个小孩正在滑梯上匀速下滑，则()
A．小孩所受的重力与小孩所受的弹力大小相等
B．小孩所受的重力与小孩所受的摩擦力大小相等
C．小孩所受的弹力和摩擦力的合力与小孩所受的重力大小相等
D．小孩所受的重力和弹力的合力与小孩所受的摩擦力大小相等
解析：小孩在滑梯上受力如图所示，设滑梯斜面倾角为θ，则F N＝
mg cos θ，F f＝mg sin θ，所以A、B错误；小孩在重力、弹力和摩擦力三个力作用下处于平衡状态，其中任意两个力的合力一定与第三个力大小相等，故C、D正确。

答案：CD
例题2 如右图，OC绳下挂一重100N的物体，AO、BO两根细绳所能承受的拉力分别为多大?
解析：对OC 绳，所受的拉力方向向上，大小等于物体的重量。

以O 点为研究对象，分别受到沿着AO 、BO 和CO 三根细绳的拉力，合力为零。

解法一：将AO 、BO 两根细绳对O 点的拉力F A 、F B 合成，
其合力F 必与CO 绳对O 点的拉力F C 大小相等，方向相反，即F ＝
F C ＝100N
因为F A ⊥F B ，由右图得： 50N N 5.010030sin A =⨯== F F N 350N 2310030cos B =⨯== F F 解法二：将重力在AO 、BO 的延长线上分解，用F 1、F 2替代F C 。

因为
物体所受力的合力为零，所以必有F 1与F A 平衡，F 2与F B
平衡。

由于F 1⊥F 2，所以
50N N 5.010030sin 1A =⨯=== C F F F
N 350N 2
310030cos 2B =⨯=== C F F F 上述两种解题的方法中，解法一适用于物体受到三个力平衡的问题，解法二对于三个以上力的平衡问题也适用。

对于物体受三个以上力的情形，将物体所受的力在相互垂直的方向上分解，这两个相互垂直的方向上的合力分别为零。

答案：50N A =F ，N 350B =F
【基础训练】
1．下列关于惯性的各种说法中，你认为正确的是 ( )
A ．抛出去的标枪、手榴弹等是靠惯性向远处运动的
B ．在不受重力的环境中，物体的惯性将消失
C ．把手中的球由静止释放后，球能竖直加速下落，说明力是改变物体惯性的原因
D ．材料不同的两个物体放在地面上，用一个相同的水平力分别推它们，则难以推动的物体惯性大
2．物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质称为惯性。

下列有关惯性的说法中，正确的是 ( )
A ．乘坐汽车时系好安全带可减小惯性
B ．运动员跑得越快惯性越大
C ．宇宙飞船在太空中也有惯性
D ．汽车在刹车时才有惯性
3．我国《道路交通安全法》中规定：各种小型车辆前排乘坐的人(包括司机)必须系好安全带，以下叙述正确的是 ( ) A ．系好安全带可以减小惯性
B ．是否系好安全带对人和车的惯性没有影响
C ．系好安全带可以防止因车的惯性而造成的伤害
D ．系好安全带可以防止因人的惯性而造成的伤害 4．根据牛顿第二定律m
F
a
，关于加速度与力的关系，下列说法中正确的有 ( ) A ．只要物体受到力的作用，物体就具有加速度 B ．力恒定不变，加速度也恒定不变 C ．力随着时间改变，加速度也随着时间改变 D ．力停止作用，加速度也随即消失
5．如图所示，一个质量为2kg 的物体静止在光滑水平面上。

现沿水平方向对物体施加10N 的拉力，g 取10m/s 2，求：
⑴ 物体运动时加速度的大小； ⑵ 物体运动3s 时速度的大小；
⑶ 物体从开始运动到位移为10m 时经历的时间。

6．静止在水平地面的小车质量为m ＝20kg ，在一个大小为F ＝80N 的水平推力作用下做匀加速直线运动，当小车移动9.0m 时，速度达到6m/s ，g 取10m/s 2，求： ⑴ 小车运动的加速度； ⑵ 小车和地面间的动摩擦因数。

7．如图所示，质量m ＝100kg 的重物，在大小F ＝1.25×103N 、方向竖直向上的拉力作用下，由静止开始加速上升，不计空气阻力，取g ＝10m/s 2，求： ⑴ 重物上升的加速度大小； ⑵ 重物运动2s 时速度大小； ⑶ 重物上升20m 经历的时间。

F
8．如图甲所示，放在水平地面上的物体，受到方向不变的水平推力F的作用，F的大小与时间t的关系和物体运动速度v与时间t的关系如图乙所示。

由图象可知当t＝1 s时，物体处于状态；t＝5 s时，物体受到的摩擦力为N；t＝3 s时，物体运动的加速度是m/s2。

由以上的分析，结合牛顿第二定律可确定，物体的质量为kg 。

9．马拉着车奔跑，马对车的拉力F和车对马的拉力F′是一对作用力和反作用力，则两力的大小关系是( )
A．F＞F′
B．F＜F′
C．F＝F′
D．无法确定
10．关于两个物体间的作用力和反作用力，下列说法中正确的是
A．作用力和反作用力大小一定相等
B．作用力和反作用力可以不同时产生
C．作用力和反作用力的方向不一定相反
D．作用力和反作用力的大小相等，方向相反，作用效果相互抵消
11．如图，人静止站在测力计上，下列说法中正确的是( )
A．人对测力计的压力和测力计对人的支持力是一对作用力与反作用力
B．人对测力计的压力和测力计对人的支持力是一对平衡力
C．人所受的重力和人对测力计的压力是一对平衡力
D．人所受的重力和人对测力计的压力是一对作用力与反作用力
12．如图所示，有一个物体在水平地面上，用弹簧测力计拉着细绳水平牵引物体，弹簧测力计有示数，但物体没有移动。

⑴一共有几对作用力和反作用力涉及物体?
⑵物体一共受到几对平衡力的作用? 是哪几对?
13．如图所示，物体A放在水平桌面上被水平细绳拉着处于静止状态，则() A．绳子对A的拉力小于A受的静摩擦力
B．A受的重力和桌面对A的支持力是一对相互作用力。