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1. 牛顿运动定律、牛顿定律的应用 Ⅱ
2. 超重和失重 Ⅰ
3. 单位制 Ⅰ
实验四：验证牛顿运动定律1.理解牛顿第一定律、牛顿第三定律，认识惯性和作用力、反作用力的特点
2.熟练掌握牛顿第二定律，会用牛顿定律分析解决两类典型的动力学问题
【考纲知识梳理】
一、牛顿第一定律
1.内容：一切物体总保持静止状态或者匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。
2.意义：
⑴揭示了力与运动的关系：力不是使物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因，从而推翻了亚里士多德“没有力物体不能运动”的错误观点。
⑵揭示了任何物体都有保持静止或运动直线运动的性质------惯性
3.惯性
（1）定义：物体所具有的保持静止状态或匀速直线运动状态的性质叫惯性。
（2）说明：①惯性是物体本身的固有属性。与物体受力情况无关，与物体所处的地理位置无关，一切物体都具有惯性。
②质量是物体惯性大小的唯一量度，质量大惯性大。
③惯性不是一种力，惯性不是一种力，惯性的大小反映了改变物体运动状态的难易程度。
二、牛顿第三定律
1.内容：两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。
2.表达式：
3.说明：作用力与反作用力有“三同、三不同”。
⑴三同：大小相同、性质相同、同时存在消失具有同时性
⑵三不同：方向不同、作用对象不同、作用的效果不同。
【要点名师透析】
一、牛顿第一定律(即惯性定律)的理解
1.明确了惯性的概念
牛顿第一定律揭示了物体所具有的一个重要属性——惯性，即物体总保持原来的静止状态或匀速直线运动状态的性质.
2.揭示了力的本质
牛顿第一定律对力的本质进行了定义：力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因，物体的运动并不需要力来维持.
3.揭示了不受力作用时物体的运动状态
牛顿第一定律描述的只是一种理想状态，而实际中不受外力作用的物体是不存在的，当物体受外力但所受合力为零时，其运动效果跟不受外力作用时相同，物体都将保持静止或匀速直线运动状态不变.
注意：在理解牛顿第一定律时，注意以下两点：
(1)牛顿第一定律不能用实验直接验证，而是通过伽利略斜面实验等大量事实推理得出的.
(2)牛顿第一定律并非牛顿第二定律的特例，而是不受任何外力的理想化情况.
【例1】伽利略在著名的斜面实验中，让小球分别沿倾角不同、阻力很小的斜面从静止开始滚下，他通过实验观察和逻辑推理，得到的正确结论有( )
A.倾角一定时，小球在斜面上的位移与时间成正比
B.倾角一定时，小球在斜面上的速度与时间成正比
C.斜面长度一定时，小球从顶端滚到底端时的速度与倾角无关
D.斜面长度一定时，小球从顶端滚到底端所需的时间与倾角无关
【答案】选B.
【详解】(1)倾角一定时,小球位移与时间的关系.当倾角一定时,分析位移、速度与时间的关系,由于斜面倾角一定,则小球下滑的加速度为定值,由x= at2可知位移与时间的平方成正比,又由v=at知速度与时间成正比,故A错,B对.(2)斜面长度一定时,小球运动时间与倾角的关系.当斜面长度一定时,分析小球滚到底端的速度及所需时间与倾角的关系,由于斜面倾角越大,小球下滑的加速度越大,则由 可知倾角越大,小球到达底端时的速度越大;又由 得倾角越大,小球到底端所需时间越短,故C、D均错.
二、对牛顿第三定律的理解和应用
1.作用力与反作用力的关系
作用力与反作用力的关系可为“三同、三异、三无关”.
2.应用牛顿第三定律时应注意的问题
(1)定律中的“总是”二字说明对于任何物体，在任何条件下牛顿第三定律都是成立的.
(2)牛顿第三定律只对相互作用的两个物体成立,因为大小相等、方向相反、作用在两个物体上且作用在同一条直线上的两个力,不一定是作用力和反作用力.
(3)牛顿第三定律说明了作用力和反作用力中,若一个产生或消失,则另一个必然同时产生或消失,否则就违背了“相等关系”.
3.作用力与反作用力和一对平衡力的区别
【例证2】(2011?深圳模拟)如图所示为杂技 “顶竿”表演的示意图：一人站在地上，肩上扛一质量为M的竖直竹竿，当竿上一质量为m的人以加速度a加速下滑时，竿对“底人”的压力大小为( )
A.(M+m)g B.(M+m)g-ma
C.(M+m)g+ma D.(M-m)g
【答案】选B.
【详解】对竿上的人分析：受重力mg、摩擦力Ff，有mg-Ff=ma、Ff=m(g-a),竿对人有摩擦力，人对竿也有反作用力——摩擦力，且大小相等，方向相反，对竿分析：受重力Mg、竿上的人对竿向下的摩擦力Ff′、顶竿的人对竿的支持力FN，有Mg＋Ff′=FN，又因为竿对“底人”的压力和“底人”对竿的支持力是一对作用力与反作用力，由牛顿第三定律，得到FN′=Mg+Ff′=(M+m)g-ma.B项正确.
【感悟高考真题】
1.（2011?江苏物理?T9）如图所示，倾角为α的等腰三角形斜面固定在水平面上，一足够长的轻质绸带跨过斜面的顶端铺放在斜面的两侧，绸带与斜面间无摩擦。现将质量分别为M、m(M>m)的小物块同时轻放在斜面两侧的绸带上。两物块与绸带间的动摩擦因数相等，且最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等。在α角取不同值的情况下，下列说法正确的有
A．两物块所受摩擦力的大小总是相等
B．两物块不可能同时相对绸带静止
C．M不可能相对绸带发生滑动
D．m不可能相对斜面向上滑动
【答案】选AC.
【详解】当物块与丝绸之间的动摩擦因数 时，M、m恰好相对于绸带静止，M相对于斜面向下运动，m相对于斜面向上运动，由于斜面光滑且不计绸带质量，此时绸带等效为一根轻绳；当 时情况相同；当 时，m会相对于斜面向下滑动，M相对于绸带静止，沿斜面向下滑动，无论何种情况绸带绸带对两物体的摩擦力大小均相等，故A、C正确，B、D错误。
2.（09?安徽?17）为了节省能量，某商场安装了智能化的电动扶梯。无人乘行时，扶梯运转得很慢；有人站上扶梯时，它会先慢慢加速，再匀速运转。一顾客乘扶梯上楼，恰好经历了这 两个过程，如图所示。那么下列说法中正确的是 （ C ）
A. 顾客始终受到三个力的作用
B. 顾客始终处于超重状态
C. 顾客对扶梯作用力的方向先指向左下方，再竖直向下
D. 顾客对扶梯作用的方向先指向右下方，再竖直向下
解析：在慢慢加速的过程中顾客受到的摩擦力水平向左，电梯对其的支持力和摩擦力的合力方向指向右上，由牛顿第三定律，它的反作用力即人对电梯的作用方向指向向左下；在匀速运动的过程中，顾客与电梯间的摩擦力等于零，顾客对扶梯的作用仅剩下压力，方向沿竖直向下。
【考点模拟演练】
1.如图所示，一向右运动的车厢顶上悬挂两单摆M和N,它们只能在图示平面上摆动,某一瞬时出现图示情景,由此可知车厢的运动及两单摆相对车厢运动的可能情况是()
A.车厢做匀速直线运动,M在摆动,N静止
B.车厢做匀速直线运动,M在摆动,N也在摆动
C.车厢做匀速直线运动,M静止,N在摆动
【答案】AB
【详解】由牛顿第一定律,当车厢做匀速直线运动时,相对于车厢静止的小球,其悬挂应在竖直方向上,故M球一定不能在图示情况下相对车厢静止,说明M正在摆动;而N既有可能相对于车厢静止,也有可能是相对小车摆动恰好达到图示位置,知A\,B正确,C错,当车厢做匀加速直线运动时,物体运动状态改变,合外力一定不等于零,故不会出现N球悬线竖直的情况,D错，故应选A、B.
2．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，这是因为
( )
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
【答案】D
【详解】根据惯性的定义知：安全带与人和车的惯性无关，A错，B选项不符合题目要求，故B项不对，系好安全带主要是防止因刹车时，人具有向前的惯性而造成伤害事故，C错D对．
3．如图8所示，甲运动员在球场上得到篮球之后，甲、乙以相同的速度并排向同一方向奔跑，甲运动员要将球传给乙运动员，不计空气阻力，问他应将球向什么方向抛出( )
图8
A．抛出方向与奔跑方向相同，如图中箭头1所指的方向
B．抛出方向指向乙的前方，如图中箭头2所指的方向
C．抛出方向指向乙，如图中箭头3所指的方向
D．抛出方向指向乙的后方，如图中箭头4所指的方向
【答案】C
【详解】以乙为参考系，甲是相对静止的，相当于并排坐在汽车里的两个人．甲要将球传给乙，只要沿3方向抛出就行了．以地面为参考系时，不但要考虑乙向前的速度v，还要考虑甲抛出球时，由于惯性，球有一个向前的速度分量v，所以当甲向3方向抛出球时，正好可以到达乙的手中．
4. (2011?无锡模拟)一列以速度v匀速行驶的列车内有一水平桌面，桌面上的A处有一小球.若车厢内的旅客突然发现(俯视图)小球沿如图所示的虚线从A点运动到B点，则由此可以判断列车的运行情况是( )
A.减速行驶，向北转弯 B.减速行驶，向南转弯
C.加速行驶，向南转弯 D.加速行驶，向北转弯
【答案】选B.
【详解】小球具有惯性,相对于列车向前运动，故列车在减速，相对于列车向北运动，故列车向南转弯.
5.下面是摘自上个世纪美国报纸上的一篇小文章：阿波罗登月火箭在脱离地球飞向月球的过程中，飞船内宇航员通过无线电与在家中上小学的儿子汤姆通话.宇航员：“汤姆，我们现在已关闭了所有发动机，正向月球飞去.”汤姆：“你们关闭了所有发电机，那么靠什么力量推动火箭向前运动？”宇航员犹豫了半天，说：“我想大概是伽利略在推动火箭向前运动吧.”若不计星球对火箭的作用力，由上述可知下列说法正确的是()
A.汤姆问话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因”
B.宇航员答话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因”
C.宇航员答话所体现的物理思想是“物体运动不需要力来维持”
D.宇航员答话的真实意思是火箭正在依靠惯性飞行
【答案】A
【详解】上小学的汤姆，对于力和运动的认识，只能凭经验感觉，不会认识到力是改变物体运动的原因.
6.如图所示，体积相同的小铁球（如图中黑色球所示）和小塑料球（如图中白色球所示）分别用细线系于两个带盖的盛水的瓶子中，当两瓶和车一起加速向右运动时，会发生的现象最接近图中的哪一种情景()
【答案】B
【详解】由于系统加速度向右，而水具有惯性，只会出现如题图A、B所示的水面.同样体积的铁球、水、塑料球中，铁球的惯性最大，塑料球的惯性最小，因而两球的相对位置如图B所示.
7.(2011?泉州模拟)一个榔头敲在一块玻璃上把玻璃打碎了.对这一现象，下列说法正确的是( )
A.榔头敲玻璃的力大于玻璃对榔头的作用力，所以玻璃才碎裂
B.榔头受到的力大于玻璃受到的力，只是由于榔头能够承受比玻璃更大的力才没有碎裂
C.榔头和玻璃之间的作用力应该是等大的，只是由于榔头能够承受比玻璃更大的力才没有碎裂
D.因为不清楚玻璃和榔头的其他受力情况，所以无法判断它们之间的相互作用力的大小
【答案】选C.
【详解】这里要明确作用力和反作用力的作用效果的问题，因为相同大小的力作用在不同的物体上效果往往不同，所以不能从效果上去比较作用力与反作用力的大小关系.故选项C正确.
8.(2011?海口模拟)用计算机辅助实验系统做验证牛顿第三定律的实验,点击实验菜单中“力的相互作用”.把两个力探头的挂钩钩在一起,向相反方向拉动,观察显示器屏幕上出现的结果如图所示.观察分析两个力传感器的相互作用力随时间变化的曲线,可以得到以下实验结论( )
A.作用力与反作用力同时存在
B.作用力与反作用力作用在同一物体上
C.作用力与反作用力大小相等
D.作用力与反作用力方向相反
【答案】选A、C、D.
【详解】由题图可知：两个力传感器的相互作用力属于作用力和反作用力，它们同时存在、大小相等、方向相反、作用在两个物体上，故A、C、D正确.
9.(2011?无锡模拟)有人设计了一种交通工具,在平板车上装了一个电风扇,风扇运转时吹出的风全部打到竖直固定在小车中间的风帆上,靠风帆受力而向前运动,如图所示.对于这种设计,下列分析中正确的是( )
A.根据牛顿第二定律,这种设计能使小车运行
B.根据牛顿第三定律,这种设计能使小车运行
C.这种设计不能使小车运行,因为它违反了牛顿第二定律
D.这种设计不能使小车运行,因为它违反了牛顿第三定律
【答案】选D.
【详解】风扇吹出风时,风对风扇叶片产生向右的作用力,风扇运转时吹出的风打到风帆上时，风会给风帆一个向左的作用力，根据牛顿第三定律,对于整个装置而言，作用力和反作用力大小相等,属于内力，小车不会前进.
10．(2011?东北四校联考)
如右图所示，小车上有一直立木板，木板上方有一槽，槽内固定一定滑轮，跨过定滑轮的轻绳一端系一重球，另一端系在轻质弹簧测力计上，弹簧测力计固定在小车上，开始时小车处于静止状态，轻绳竖直且重球恰好紧挨直立木板，假设重球和小车始终保持相对静止，则下列说法正确的是( )
A．若小车匀加速向右运动，弹簧测力计读数及小车对地面压力均不变
B．若小车匀加速向左运动，弹簧测力计读数及小车对地面压力均不变
C．若小车匀加速向右运动，弹簧测力计读数变大，小车对地面压力变小
D．若小车匀加速向左运动，弹簧测力计读数变大，小车对地面压力不变
【答案】B
【详解】小车匀加速向右运动时重球将飞离木板后与小车一起加速，二者保持相对静止，此时弹簧拉力大于重球重力，其读数变大．小车匀加速向左运动时重球受到木板向左的支持力，竖直方向上弹簧拉力仍与重力保持平衡，其读数不变．取整个系统分析由平衡条件可知小车对地面的压力保持不变，始终等于系统重力，综上可知B项正确．
11.如图所示，在台秤上放半杯水，台秤示数为G′＝50 N，另用挂在支架上的弹簧测力计悬挂一边长a＝10 cm的金属块，金属块的密度ρ＝13×103 kg/m3，当把弹簧测力计下的金属块平稳地浸入水深b＝4 cm时，弹簧测力计和台秤的示数分别为多少？(水的密度是ρ水＝103 kg/m3，g取10 m/s2)
【答案】26 N 54 N
【详解】金属块的重力为：
G金＝ρga3＝3×103×10×0.13 N＝30 N
金属块所受水的浮力为
F浮＝ρ水ga2b＝103×10×0.12×0.04 N＝4 N
弹簧测力计的示数为FT＝G金－F浮＝26 N
台秤的示数为FN＝G金＋F浮＝54 N
12．如图所示，高为h的车厢在平直轨道上匀减速向右行驶，加速度大小为a，车厢顶部A点处有油滴滴落到车厢地板上，车厢地板上的O点位于A点的正下方，则油滴落地点必在O点的左方还是右方？离O点距离为多少？
【答案】右 agh
【详解】设油滴离开车厢顶部时，车速为v0，油滴因惯性此时也具有水平速度v0，对地做平抛运动，油滴落到车厢上的时间为t，这段时间油滴水平位移为x1＝v0t，车的水平位移为x2＝v0t－12at2，油滴落在O点的右方，距O点Δx＝x1－x2＝12at2，而t＝2hg得Δx＝agh.
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