一、牛顿第一定理
1.牛顿第一定理(惯性定理):一切物体总是保持匀速直线运动状态或静止状态,直至有外力促使它改变这些状态为止。
这个定理有两层涵义:
(1)保持匀速直线运动状态或静止状态是物体的固有属性;物体的运动不须要使劲来维持。
(2)要使物体的运动状态(即速率包括大小和方向)改变,必须施加力的作用,力是改变物体运动状态的诱因。
①牛顿第一定理导入了力的概念
力是改变物体运动状态的诱因。(运动状态指物体的速率)又按照加速度定义:
a=Δv/Δt,有速率变化就一定有加速度,所以可以说:力是使物体形成加速度的诱因。
(不能说“力是形成速率的诱因”、“力是维持速率的诱因”,也不能说“力是改变加
速率的诱因”。)
②牛顿第一定理导入了惯性的概念
一切物体都有保持原有运动状态的性质,这就是惯性。惯性反映了物体运动状态改变
的难易程度(惯性大的物体运动状态不容易改变)。质量是物体惯性大小的量度。
③牛顿第一定理描述的是理想化状态
牛顿第一定理描述的是物体在不受任何外力时的状态。而不受外力的物体是不存在
的。物体不受外力和物体所受合外力为零是有区别的,所以不能把牛顿第一定理当作
牛顿第二定理在F=0时的特例。
2.惯性:物体保持原先匀速直线运动状态或静止状态的性质。对于惯性理解应注意以下三点:
(1)惯性是物体本身固有的属性,跟物体的运动状态无关,跟物体的受力无关,跟
物体所处的地理位置无关。
(2)质量是物体惯性大小的量度,质量大则惯性大,其运动状态无法改变。
(3)外力作用于物体上能使物体的运动状态改变,但不能觉得克服了物体的惯性。
【例1】下列关于惯性的说法中正确的是
A.物体只有静止或做匀速直线运动时才有惯性
B.物体只有受外力作用时才有惯性
C.物体的运动速率大时惯性大
D.物体在任何情况下都有惯性
解析:惯性是物体的固有属性,一切物体都具有惯性,与物体的运动状态及受力情况无关,故只有D项正确。
点评:处理有关惯性问题,必须深刻理解惯性的数学意义,抛掉表面现象,捉住问题本质。
【例2】关于牛顿第一定理的下述说法中,正确的是
A.牛顿第一定理是实验定理
B.牛顿第一定理说明力是改变物体运动状态的诱因
C.惯性定理与惯性的实质是相同的
D.物体的运动不须要力来维持
解析:牛顿第一定理是物体在理想条件下的运动规律,反映的是物体在不受力的情况下所遵守的运动规律,而自然界中不受力的物体是不存在的.故A是错误的.惯性是物体保持原有运动状态不变的一种性质,惯性定理(即牛顿第一定理)则反映物体在一定条件下的运动规律,即便C不正确.由牛顿第一定理可知,物体的运动不须要力来维持,但要改变物体的运动状态则必须有力的作用,答案为B、D
【例3】在一艘匀速向西行驶的客轮船舱上,一运动员做立定跳高,若向各个方向都用相同的力,则()
A.向西跳最远
B.向南跳最远
C.向东向北跳一样远,但没有向南跳高
D.无论向那个方向都一样远
解析:运动员起跳后,因惯性其水平方向还具有与船等值的速率,所以无论向何方跳都一样。因而应选答案D。
点评:此题主要考查对惯性及惯性定理的理解,解答此题的关键是理解运动员起跳过程中,水平方向若不受外力作用将保持原有匀速运动的惯性,因而选出正确答案
【例4】某人使劲推原先静止在水平面上的货车,使货车开始运动,随后改用较小的力就可以维持货车做匀速直线运动,可见()
A.力是使物体形成运动的缘由
B.力是维持物体运动速率的缘由
C.力是使物体速率发生改变的缘由
D.力是使物体惯性改变的缘由
解析:由牛顿第一定理的内容可知,一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,直至有外力促使它改变这些状态为止,说明一旦物体具有某一速率,只要没有加速或减速的缘由,这个速率将保持不变,依据这些观点看来,力不是维持物体的运动即维持物体速率的缘由,而是改变物体运动状态即改变物体速率的缘由,故选项C正确。
【例5】如图中的甲图所示,重球系于线DC上端,重球下再系一根同样的线BA,下边说法中正确的是()
A.在线的A端渐渐降低拉力,结果CD线扭断
B.在线的A端渐渐降低拉力,结果AB线扭断
C.在线的A端忽然旋即一拉,结果AB线扭断
D.在线的A端忽然旋即一拉,结果CD线扭断
解析:如图乙,在线的A端渐渐降低拉力,致使重球有足够的时间发生向上的微小位移,因而拉力T2渐渐减小,这个过程进行得这么平缓可以觉得重球仍然处于受力平衡状态,即T2=T1+mg,随着T1减小,T2也减小,且总是左端绳先达到极限程度,故CD绳被扭断牛顿第一定律实验图,A正确。若在A端忽然旋即一拉,由于重球质量很大,力的作用时间又极短,故重球向上的位移极小,以至于下端绳未来得及发生相应的伸长,T1已先达到极限硬度,故AB绳先断,选项C也正确。
二、牛顿第三定理
1.对牛顿第三定理理解应注意:
(1)两个物体之间的斥力和反斥力总是大小相等,方向相反,作用在一条上
(2)斥力与反斥力总是成对出现.同时形成,同时变化,同时消失
(3)斥力和反斥力在两个不同的物体上,各形成其疗效,永远不会抵消
(4)斥力和反斥力是同一性质的力
(5)物体间的互相斥力既可以是接触力,也可以是“场”力
定理内容可归纳为:同时、同性、异物、等值、反向、共线
2.分辨一对斥力反斥力和一对平衡力
一对斥力反斥力和一对平衡力的共同点有:大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。不同点有:斥力反斥力作用在两个不同物体上,而平衡力作用在同一个物体上;斥力反斥力一定是同种性质的力,而平衡力可能是不同性质的力;斥力反斥力一定是同时形成同时消失的,而平衡力中的一个消失后,另一个可能一直存在。
一对斥力和反斥力
一对平衡力
作用对象
两个物体
同一个物体
作用时间
同时形成,同时消失
不一定同时形成或消失
力的性质
一定是同性质的力
不一定是同性质的力
力的大小关系
大小相等
大小相等
力的方向关系
方向相反且共线
方向相反且共线
3.一对斥力和反斥力的冲量和功
一对斥力和反斥力在同一个过程中(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。这是由于斥力和反斥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。
【例6】汽车拉着拖车在水平公路上沿直线加速行驶,按照牛顿运动定理可知()
A.车辆拉拖车的力小于拖车拉车辆的力
B.车辆拉拖车的力等于拖车拉车辆的力
C.车辆拉拖车的力小于拖车遭到的阻力
D.车辆拉拖车的力等于拖车遭到的阻力
解析:车辆拉拖车的力与拖车拉车辆的力是一对斥力和反斥力,按照牛顿第三定理得悉,车辆拉拖车的力与拖车拉车辆的力必将是大小相等方向相反的,因此B正确,A错误。因为题干中说明车辆拉拖车在水平公路上沿直线加速行驶,故沿水平方向拖车只遭到两个外力作用:车辆对它的拉力和地面对它的阻力。因此由牛顿第二定理得悉,车辆对它的拉力必小于地面对它的阻力。所以C对,D错。
【例7】甲、乙两人拔河,甲带动乙向左运动,下边说法中正确的是
A.做匀速运动时,甲、乙两人对绳的拉力大小一定相等
B.不论做何种运动,按照牛顿第三定理,甲、乙两人对绳的拉力大小一定相等
C.绳的质量可以忽视不计时,甲乙两人对绳的拉力大小一定相等
D.绳的质量不能忽视不计时,甲对绳的拉力一定小于乙对绳的拉力
解析:甲、乙二人对绳的拉力都作用在绳上,即不是斥力和反斥力.故B项错误.
做匀速运动时,绳子受力平衡,即甲、乙二人对绳的拉力大小一定相等,故A项正确.绳的质量可以忽视不计时,绳子所受合力为零.故甲、乙两人对绳的拉力大小一定相等.故C项正确.
绳的质量不能忽视不计时,假如有加速度,当加速度往右时,乙对绳的拉力小于甲对绳的拉力.故D项不正确.
故正确选项为AC。
【例8】物体静止在斜面上,以下几种剖析中正确的是
A.物体遭到的静磨擦力的反斥力是重力沿斜面的分力
B.物体所受重力沿垂直于斜面的分力就是物体对斜面的压力
C.物体所受重力的反斥力就是斜面对它的静磨擦力和支持力这两个力的合力
D.物体遭到的支持力的反斥力,就是物体对斜面的压力
解析:物体遭到的静磨擦力的反斥力是物体对斜面的静磨擦力.故A错误.
物体对斜面的压力在数值上等于物体所受重力沿垂直于斜面的分力.故B错误.
物体所受的重力的反斥力是物体对月球的吸引力.故C错误.
故正确选项为D。
【例9】人走路时,人和月球间的斥力和反斥力的对数有
A.一对B.二对C.三对D.四对
解析:人走路时遭到三个力的作用即重力、地面的支持力和地面对人的磨擦力,力的作用总是互相的,这三个力的反斥力分别是人对月球的吸引作用,人对地面的压力和人对地面的磨擦力,所以人走路时与月球间有三对斥力和反斥力,选C.
【例10】物体静止于水平桌面上,则
A.桌面对物体的支持力的大小等于物体的重力,这两个力是一对平衡力
B.物体所受的重力和桌面对它的支持力是一对斥力与反斥力
C.物体对桌面的压力就是物体的重力,这两个力是同一种性质的力
D.物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力是一对平衡的力
解析:物体和桌面受力情况如图所示.
对A选项,因物体处于平衡状态,且FN与G作用于同一物体,因而FN和G是一对平衡力,故A正确.
对B选项,因斥力和反斥力分别作用在两个物体上,故B错.
对C选项,因压力是弹力,而弹力与重力是性质不同的两种力,故C错.
对D选项,因为支持力和压力是物体与桌面互相作用(挤压)而形成的,因而FN与FN′.是一对斥力和反斥力,故D错.
答案:A
点评:
(1)一对斥力和反斥力与一对平衡力的最直观的区别就是:看作用点,二力平衡时此两力作用点一定是同一物体;斥力和反斥力的作用点一定是分别在两个物体上.
(2)两个力是否是“作用力和反斥力”的最直观区别是:看它们是否是因互相作用而形成的.如B选项中的重力和支持力,因为重力不是因支持才形成的,因而,这一对力不是斥力和反斥力.
三、针对训练
1.列车在长直水平轨道上匀速行驶,坐在木门密闭的车箱内的一人将手中的锁匙相对车竖直上抛,当锁匙(相对车)落出来时()
A.落在手的后方B.落在在手的前方
C.落在手中D.难以确定
2.按照牛顿第一定理,我们可以得到如下的结论()
A.静止的物体一定不受其它外力作用
B.惯性就是质量,惯性是一种保持匀速运动或静止状态的特点
C.物体的运动状态发生了改变,必将遭到外力的作用
D.力停止作用后,物体就渐渐停出来
3.关于物体的惯性,下述说法中正确的是()
A.只有处于静止或匀速运动状态的物体才具有惯性
B.只有运动的物体能够表现出它的惯性
C.物体做变速运动时,其惯性不断变化
D.以上推论不正确
4.伽利略的理想实验证明了()
A.要物体运动必须有力作用,没有力作用物体将静止
B.要物体静止必须有力作用,没有力作用物体就运动
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,总保持原先的匀速直线运动或静止状态
5.关于惯性,下列什么说法是正确的()
A.惯性不仅跟物体质量有关外牛顿第一定律实验图,还跟物体速率有关
B.物体只有在不受外力作用的情况下才会表现出惯性
C.兵乓球可快速抽杀,是由于兵乓球的惯性小的缘故
D.战斗机投人战斗时,必须扔掉副油箱,减少惯性以保证其运动的灵活性
6.如图所示,一个劈形物体M置于固定的粗糙的斜面上,前面成水平.在水平面上放一光滑小球m,劈形物体从静止开始释放,则小球在遇到斜面前的运动轨迹是()
A.沿斜面向上的直线
B.竖直向上的直线
C.无规则曲线
D.抛物线
7.关于斥力与反斥力以及互相平衡的两个力的下述说法中,正确的是()
A.斥力与反斥力一定是同一性质的力
B.斥力与反斥力大小相等,方向相反,因此可以相互抵消
C.互相平衡的两个力的性质,可以相同,也可以不同
D.互相平衡的两个力大小相等,方向相反,同时出现,同时消失
8.质量为M的铁块静止在夹角为α的斜面上,设物体与斜面间的动磨擦质数为μ,则下述说法正确的是()
A.铁块受重力,斜面对它的支持力和磨擦力的作用
B.铁块对斜面的压力与斜面对铁块的支持力大小相等,方向相反
C.斜面对铁块的磨擦力与重力沿科面向上的分力Mgsinα大小相等,方向相反
D.斜面对铁块的磨擦力大小可以写成μMgcosα
9.下边关于惯性的说法中,正确的是
A.运动速率大的物体比速率小的物体无法停出来,所以运动速率大的物体具有较大的惯性
B.物体受的力越大,要它停出来就越困难,所以物体受的推力越大,则惯性越大
C.物体的容积越大,惯性越大
D.物体含的物质越多,惯性越大
10.关于斥力与反斥力,下述说法中正确的有
A.物体互相作用时,先有斥力,后有反斥力
B.斥力与反斥力大小相等,方向相反,作用在同仍然线上,因此这二力平衡
C.斥力与反斥力可以是不同性质的力,比如,斥力是弹力,其反斥力可能是磨擦力
D.斥力和反斥力总是同时分别作用在互相作用的两个物体上
11.(2002年春广州大综试卷)按照牛顿运动定理,以下选项中正确的是
A.人只有在静止的车箱内,竖直向下高高跳起后,就会落在车箱的原先位置
B.人在沿直线匀速前进的车箱内,竖直向下高高跳起后,将落在起跳点的后方
C.人在沿直线加速前进的车箱内,竖直向下高高跳起后,将落在起跳点的后方
D.人在沿直线减速前进的车箱内,竖直向下高高跳起后,将落在起跳点的后方
12.关于物体的惯性,下述说法正确的是
A.只有处于静止或匀速直线运动的物体才具有惯性
B.只有运动的物体能够表现出它的惯性
C.物体做变速运动时,其惯性不断变化
D.以上说法均不正确
13.下述现象中能直接由牛顿第一定理解释的是
A.竖直上升的汽球上掉下的物体,仍能继续上升一定高度后才竖直下落
B.水平匀速飞行的客机上释放的物体,从客机上看是做自由落体运动
C.水平道路上运动的货车,速率渐渐减少直到停止
D.使劲将完好的猪肉打碎
14.列车在平直轨道上匀速行驶,木门紧锁的车箱内有一人向下跳起,发觉仍落回车上原处,这是由于
A.人跳起时,车箱内的空气给他以往前的力,带着他陪同列车一起往前运动
B.人跳起顿时,车箱地板给他一个往前的力,促使他陪同列车一起往前运动
C.人跳起后,车在继续往前运动,所以人落下必将偏后一些,只是因为时间很短,偏后距离太小,不显著而已
D.人跳起后直至落地,在水平方向上保持与车相同的速率
15.大人拉女儿,下述说法正确的是
A.当孩子被大人拉走时,大人拉力小于男孩拉力
B.当孩子赖着不动时,大人拉力小于男孩的拉力
C.不管哪些情况下,大人拉力总小于男孩的拉力,由于大人的力气总比男孩大
D.不管哪些情况下,大人拉力与儿子拉力大小相等
参考答案:
1.C2.C3.D4.D5.CD
6.B7.AC8.ABC9.D10.D
11.C12.D13.AB14.D15.D
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