第七讲：牛顿三大定律
［要点导学］
牛一定律
1．人类研究力与运动间关系的历史过程。要知道伽利略的成功在于把“明明白白的实验事实和清清楚楚的逻辑推理结合在一起”，物理学从此走上了正确的轨道。
2．力与运动的关系。（1）历史上错误的认识是“运动必须有力来维持”（2）正确的认识是“运动不需要力来维持，力是改变物体运动状态的原因”。
3．对伽利略的理想实验的理解。这个实验的事实依据是运动物体撤去推力后没有立即停止运动，而是运动一段距离后再停止的，摩擦力越小物体运动的距离越长。抓住这些事实依据的本质属性，并作出合理化的推理，这就是伽利略的高明之处，我们要学习的就是这种思维方法。
4．对“改变物体运动状态”的理解——运动状态的改变就是指速度的改变，速度的改变包括速度大小和速度方向的改变，速度改变就意味着存在加速度。
5．维持自己的运动状态不变是一切物体的本质属性，这一本质属性就是惯性。揭示物体的这一本质属性是牛顿第一定律的伟大贡献之一。
6．掌握牛顿第一定律的内容。（1）“一切物体总保持匀速直线运动或者静止状态”——这句话的意思就是说一切物体都有惯性。（2）“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”——这句话的意思就是外力是产生加速度的原因。
7．任何物理规律都有适用范围，牛顿运动定律只适用于惯性参照系。
8．质量是惯性大小的量度。
牛二定律
1、顿第二定律的内容和及其数学表达式——F合=ma。
牛顿第二运动定律的内容是物体的加速度与合外力成正比，与质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。这里重点强调一下加速度的与合外力的关系：
①加速度的方向就是合外力的方向
②加速度的大小与合外力的大小是瞬时对应的。
2、要知道一牛顿力的物理意义，使质量为一千克的物体产生一米每两次方秒的加速度的力就是一牛顿，公式表示就是1㎏×1m/s2=1N。在国际单位制中，力的单位就是这样推导出来的。
3、学习牛顿第一运动定律和牛顿第二运动定律后，应该对力和运动的关系作一小结：（1）物体所受的合外力产生物体的加速度。
①当物体受到合外力的大小和方向保持不变、合外力的方向和初速度方向沿同一直线
且方向相同，则物体做匀加速直线运动。
②当物体受到合外力的大小和方向保持不变、合外力的方向和初速度方向沿同一直线
且方向相反，则物体做匀减速直线运动。
③在物体受到的合外力是随时间变化的情况下，物体的加速度也随时间性变化。（2）加速度的方向就是合外力的方向。
（3）加速度与合外力是瞬时对应的关系。
4、在运用牛顿第二定律解题时，必须对研究对象作细致的受力分析。
（1）当物体受到几个力作用时，每个力各自独立使物体产生一个加速度，就好象其他力不存在一样．力的这种性质叫做力的独立作用原理．
（2）每个力产生的加速度与该力成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与该力
的方向相同，即有
a1=F1/m, a2=F2/m ……
（3）当物体受到几个力的作用时，物体的加速度等于各个力单独存在时所产生加速度的矢量和，即a=a1+a2+a3……
牛三定律
1、牛顿第三运动定律的内容：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，作用在一条直线上。
2、应该能正确领会牛顿第三运动定律的物理意义，牛顿第三运动定律实质上揭示了物体间的作用是相互的，力总是成对出现的，物体作为施力物的时候它也一定是受力物。要知道作用力与反作用力是同时产生、同时消失、同时同样变化、一定是同一性质的力。并且作用力和反作用力“大小相等、方向相反”的关系与两个物体相互作用的方式、相互作用时的运动状态均无关。
3、要能区分相互平衡的两个力与一对作用力、反作用力。现将一对相互作用力与一对
[基础训练]
1、一切物体总保持_______状态或________状态，除非__________________，这就是牛顿第
一定律．牛顿第一定律揭示了运动和力的关系：力不是_________的原因，而是
______________的原因．
2．物体的这种保持_________ 的性质叫做惯性，惯性是物体的____性质．3．外力是使物体产生_____________的原因．物体运动状态发生改变时，物体一定具有___________，物体一定受到____________的作用．
4．质量一定时物体的加速度与它所受的外力成；外力一定时加速度与物体的质量成。
力是_____________的相互作用，物体间相互作用的这一对力，通常叫做___________和_______________．
5、两物体之间的作用力和反作用力总是___________，___________，___________．这就是
牛顿第三定律．
6．关于伽利略的理想实验，下列说法正确的是（）
A．只要接触面相当光滑，物体在水平面上就能匀速运动下去
B．这个实验实际上是永远无法做到的
C．利用气垫导轨，就能使实验成功
D．虽然是想象中的实验，但是它建立在可靠的实验基础上
7．下列关于惯性的说法中，正确的是（）
A．汽车刹车时，乘客的身子会向前倾斜，是因为汽车有惯性
B．做匀速直线运动的物体和静止的物体没有惯性
C．物体的惯性只有在物体速度改变时才表现出来
D．物体都具有惯性，与物体是否运动无关，与物体速度是否变化也无关
8．门窗紧闭的火车在平直轨道上匀速行驶，车厢内有一人竖直上跳起后仍落会原处，这是因为（）
A．人起跳后，车厢底板仍然对他有向前的推力
B．人起跳后，车厢中的空气对他有向前的推力
C．人起跳后，在火车运动方向上仍具有与火车相同的速度
D．人起跳后，在水平方向上没有受到力的作用
9．静止在光滑水平面上的物体，受到一个水平拉力的作用，当力刚开始作用的瞬间，下列说法正确的是( )
A.物体同时获得速度和加速度
B.物体立即获得加速度，但速度仍为零
C.物体立即获得速度，但加速度仍为零
D.物体的速度和加速度都仍为零
10、下列说法正确的是()
A.由a=Δv/Δt可知,a与Δv成正比,a与Δt成反比
B.由a=F/m可知,a与F成正比，a与m成反比
C.a、F、Δv的方向总是一致的
D.a、F、v的方向总是一致的
11．F1、F2两力分别作用于同一物体，产生的加速度大小分别为a1=2m/s2和a2=3m/s2，若两力同时作用于该物体，其加速度可能为：（）
A．1m/s2；B．3m/s2；C．5m/s2；D．7m/s2；
12．在光滑的水平面上作匀加速直线运动的物体，当它所受的合力逐渐减小而方向不变时,则物体的( )
A.加速度越来越大，速度越来越大
B.加速度越来越小，速度越来越小
C.加速度越来越大，速度越来越小
D.加速度越来越小，速度越来越大
13．质量为2kg的物体，运动的加速度为1m/s2，则所受合外力大小为是多大？若物体所受合外力大小为8N，那么，物体的加速度大小为多大？
14．质量为2㎏的物体静止在光滑的水平面上，若有大小均为10N的两个外力同时作用于它，一个力水平向东，另一个力水平向南，求它的加速度。
第八讲：牛顿第二定律的应用一
要点导学］
1．分析物体的受力情况的能力。关于力和运动有两类基本问题：一类是已知物体的受力情况，确定物体的运动情况；另一类是已知物体的运动情况，确定物体的受力情况。通过本节教材的学习，要求能从物体受力情况确定物体的运动情况，能从运动情况确定物体受力情况。
2．培养综合运用牛顿运动定律和运动学公式解决力学问题的能力。具体地说有以下两种情形：
（1）已知物体受力情况确定运动情况：在受力情况已知的条件下，要求判断出物体的运动状态（即求出物体运动的速度和位移），处理这类问题的基本思路是：先分析物体的受力情况，求出合外力．根据牛顿第二定律（F=ma）求出加速度，再利用运动学的有关公式求出速度和位移．
（2）已知物体的运动情况确定受力情况：解答这类问题时，应首先分析清楚物体的运动情况，由物体的速度和位移、运动时间等物理量根据运动学公式求出物体的加速度，然后在分析物体受力情况的基础上，利用牛顿第二定律（F=ma）列出方程求力．3．掌握应用牛顿运动定律解决问题的基本思路和方法。
应用牛顿第二定律解题的一般步骤如下
（1）灵活选取研究对象．
（2）将研究对象提取出来，分析物体的受力情况并画受力示意图，分析物体的运动情况并画运动过程简图。
（3）利用牛顿第二定律或运动学公式求加速度。通常用正交分解法：建立正交坐标，并将有关矢量进行分解。取加速度的方向为正方向，题中各物理量的方向与规定的正方向相同时取正值，反之取负值。
（4）列出方程并求解，检查答案是否完整、合理。
应用牛顿第二定律解题的一般思路可用以下的流程图表示：
无论是已知受力情况求解运动情况，还是已知运动情况求解受情况，加速度始终是联系运动和力的桥梁，解决这类问题进行正确的受力分析和运动过程分析是关键，要养成用画受力图和运动草图的方法来理解题意的习惯。
［能力训练］
1．如图4-6-5所示,质量为20kg的物体,沿水平面向右运动,它与水平面间的动摩擦因数为0.1,同时还受到大小为10N的水平向右的力作用,则该物体(g=10m/s2)( )
A.所受到的摩擦力大小为20N,方向向左
B.所受到的摩擦力大小为20N,方向向右
C.运动的加速度大小为1.5m/s2,方向向左
D.运动的加速度大小为0.5m/s2,方向向右
２．质量为8×103kg的汽车以1.5m/s2的加速度加速,阻力为2.5×103N,那么汽车的牵引力是( )
A.2.5×103N
B.9.5×103N
C.1.2×104N
D.1.45×104N
3．一个质量为21kg的物体同时受到两个力的作用,这两个力的大小分别为2N和6N,当两个力的方向发生变化时,物体的加速度大小可能为( C )
A.1m/s2
B.2m/s2
C.3m/s2
D.4m/s2
4．A、B、C三球大小相同,A为实心木球,B为实心铁球,C是质量与A一样的空心铁球,三球同时从同一高度由静止落下,若受到的阻力相同,则( )
A.A球下落的加速度最大
B.B球下落的加速度最大
C.C球下落的加速度最大
D.三球下落的加速度一样大
5．沿平直轨道运动的车厢中的光滑水平面上弹簧拴着一个小球,弹簧处于自然状态,如图
4-6-6所示,当旅客看到弹簧的长度变长时对火车的运动状态判断可能正确的是( )
A.火车向右方运动,速度在增加中
B.火车向右方运动,速度在减小中
C.火车向左方运动,速度在增加中
D.火车向左方运动,速度在减小中
6．假设洒水车的牵引力不变,且所受阻力与车重成正比,未洒水时,做匀速行驶,洒水时它的运动情况将是( )
A.做变加速直线运动
B.做初速度不等于零的匀加速直线运动
C.做匀减速运动
D.继续保持做匀速直线运动
7．如图4-6-7，质量m=2kg的物体静止在水平面上，物体与水平面间的滑动摩擦力大小等于它们间弹力的0.25倍．现在对物体施加一个大小F=8N、与水平方向夹角θ=37°角的斜向上的拉力．已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，取g=10m/s2，求物体在拉力作用下5s内通过的位移大小。
8．如图4-6-8所示，一个放置在水平台面上的木块，其质量为2kg，受到一个斜向下的、与水平方向成30°角的推力F=10N的作用，使木块从静止开始运动，5s后撤去推力，若木块与水平面间的动摩擦因数为0.1，则木块在水平面上运动的总位移为多少？（g取10m/s2）
9．静止在水平地面上的物体的质量为2kg，在水平恒力F的推动下开始运动，4s末它的速度达到4m/s，此时将F撤去，又经6s物体停下来，如果物体与地面的动摩擦因数不变，求F的大小．
10．用7N的水平力拉一物体沿水平面运动,物体可获得2m/s2的加速度,若用9N的水平力拉动可使它获得3m/s2的加速度,那么用15N的水平力拉物体沿原水平面运动时,可获得的加速度为多少?此时物体受到的摩擦力为多少牛?
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）
牛顿第二定律应用的问题 1. 力和运动的关系 力是改变物体运动状态的原因，而不是维持运动的原因。由知，加速度与力有直接关系，分析清楚了力，就知道了加速度，而速度与力没有直接关系。速度如何变化需分析加速度方向与速度方向之间的关系，加速度与速度同向时，速度增加；反之减小。在加速度为零时，速度有极值。 例1. 如图1所示，轻弹簧下端固定在水平面上。一个小球从弹簧正上方某一高度处由静止开始自由下落，接触弹簧后把弹簧压缩到一定程度后停止下落。在小球下落的这一全过程中，下列说法中正确的是（） 图1 A. 小球刚接触弹簧瞬间速度最大 B. 从小球接触弹簧起加速度变为竖直向上 C. 从小球接触弹簧到到达最低点，小球的速度先增大后减小 D. 从小球接触弹簧到到达最低点，小球的加速度先减小后增大 例2. 一航天探测器完成对月球的探测任务后，在离开月球的过程中，由静止开始沿着与月球表面成一倾斜角的直线飞行，先加速运动，再匀速运动，探测器通过喷气而获得推动力，以下关于喷气方向的描述中正确的是（） A. 探测器加速运动时，沿直线向后喷气 B. 探测器加速运动时，竖直向下喷气 C. 探测器匀速运动时，竖直向下喷气 D. 探测器匀速运动时，不需要喷气
解析：小球的加速度大小决定于小球受到的合外力。从接触弹簧到到达最低点，弹力从零开始逐渐增大，所以合力先减小后增大，因此加速度先减小后增大。当合力与速度同向时小球速度增大，所以当小球所受弹力和重力大小相等时速度最大。故选CD。 解析：受力分析如图2所示，探测器沿直线加速运动时，所受合力方向 与运动方向相同，而重力方向竖直向下，由平行四边形定则知推力方向必须斜向上方，由牛顿第三定律可知，喷气方向斜向下方；匀速运动时，所受合力为零，因此推力方向必须竖直向上，喷气方向竖直向下。故正确答案选C。 图2
第3节牛顿第二定律 学习目标核心素养形成脉络 1.知道牛顿第二定律的内容、表达式的确切含 义．(重点) 2．知道国际单位制中力的单位“牛顿”是怎样定义 的． 3．能应用牛顿第二定律解决简单的动力学问 题．(难点) | 一、牛顿第二定律 1．内容：物体加速度的大小跟它受到的作用力成正比，跟它的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同． 2．表达式 (1)表达式：F＝kma，式中k是比例系数，F指的是物体所受的合力． (2)国际单位制中：F＝ma． 二、力的单位 1．比例系数k的意义 ] (1)在F＝kma中，k的选取有一定的任意性． (2)在国际单位制中k＝1，牛顿第二定律的数学表达式为F＝ma，式中F、m、a的单位分别为N、kg、m/s2． 2．国际单位：力的单位是牛顿，简称牛，符号N． 3．1 N的定义：将使质量为1 kg的物体产生1 m/s2的加速度的力规定为1 N，即1 N＝1__kg·m/s2． 思维辨析 (1)由牛顿第二定律可知，加速度大的物体所受的合外力一定大．() (2)牛顿第二定律说明了质量大的物体其加速度一定小．() · (3)任何情况下，物体的加速度的方向始终与它所受的合外力方向一致．() (4)关于牛顿第二定律表达式F＝kma中的比例系数k， ①力F的单位用N时等于1.() ②在国际单位制中才等于1.()
③加速度单位用m/s2时等于1.() 提示：(1)×(2)×(3)√(4)①×②√③× 基础理解 (1)(2019·殷都校级月考)根据牛顿第二定律，下列叙述正确的是() ; A．物体加速度的方向可能跟它所受合力的方向相反 B．物体所受合力必须达到一定值时，才能使物体产生加速度 C．物体加速度的大小跟它所受的任一个力的大小都成正比 D．当物体的质量改变时，若所受合力的水平分力不变则物体水平加速度大小与其质量成反比 提示：选D.根据牛顿第二定律，物体加速度的方向跟它所受合力的方向相同，故A错误；物体所受合力不为零就一定产生加速度，故B错误；物体实际加速度的大小与它所受的所有力的合力成正比，故C错误；采用正交分解法可知，当物体的质量改变时，若所受合力的水平分力不变则物体水平加速度大小与其质量成反比，故D正确． (2)力F作用于甲物体(质量为m1)时产生的加速度为a1，此力作用于乙物体(质量为m2)时产生的加速度为a2，若将甲、乙两个物体合在一起，仍受此力的作用，则产生的加速度是() * 提示：选C.力F作用于甲物体时，F＝m1a1① 力F作用于乙物体时，F＝m2a2② 力F作用于甲、乙组成的整体时，F＝(m1＋m2)a3③ 解①②③式得a3＝a1a2 a1＋a2，故选项C正确． 对牛顿第二定律的理解 问题导引 如图所示，小明用力拉地面上的箱子，但箱子没动，请思考： ; (1)根据牛顿第二定律，有力就能产生加速度，但为什么箱子一直没 动呢 (2)如果箱底光滑，当拉力作用在箱子上的瞬间，箱子是否立刻获得加速度是否立刻获得速度 要点提示(1)牛顿第二定律F＝ma中的力F指的是物体受的合力，尽管小明对箱子有
实验四探究加速度与力、质量的关系 考纲解读 1.学会用控制变量法研究物理规律.2.学会灵活运用图象法处理物理问题的方法.3.探究加速度与力、质量的关系，并验证牛顿第二定律．
考点一 对实验原理与注意事项的考查 例1 (2013·天津·9(2))某实验小组利用图1所示的装置探究加速度与力、质量的关系． 图1 ①下列做法正确的是________(填字母代号) A ．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行 B ．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上 C ．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源 D ．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度 ②为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码桶及桶内砝码的总质量________木块和木块上砝码的总质量．(选填“远大于”、“远小于”或“近似等于”) ③甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图2所示的装置放在水平桌面上，木块上均不
放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a 与拉力F 的关系，分别得到图9中甲、乙两条直线．设甲、乙用的木块质量分别为m 甲、m 乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ甲、μ乙，由图可知，m 甲________m 乙，μ甲________μ乙．(选填“大于”、“小于”或“等于”) 图2 解析 ①在探究加速度与力、质量的关系的实验中，平衡摩擦力时木块不通过定滑轮挂砝码桶，而要挂纸带，并且改变质量时不需要重新平衡摩擦力；在实验时应先接通电源再放开木块，故选项A 、D 均正确，B 、C 均错误． ②选木块和木块上砝码(设总质量为M )、砝码桶及桶内的砝码(设总质量为m )为研究对象， 则mg ＝(M ＋m )a 选砝码桶及桶内的砝码为研究对象 则mg －F T ＝ma 联立解得：F T ＝mg －m 2g M ＋m 要使F T ＝mg ，需要m 2g M ＋m →0，即M ?m ③对质量为m 的木块由牛顿第二定律得：F －μmg ＝ma 即a ＝1 m F －μg . 上式与题图结合可知：1m 甲＞1 m 乙，μ甲g ＞μ乙g . 即：m 甲＜m 乙，μ甲＞μ乙 答案 ①AD ②远小于 ③小于 大于 考点二 对实验步骤和数据处理的考查 例2 为了探究加速度与力的关系，使用如图3所示的气垫导轨装置进行实验．其中G 1、 G 2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G 1、G 2光电门时，光束被遮挡的时间Δt 1、Δt 2都可以被测量并记录，滑行器同上面固定的一条形挡光片的总质量为M ，挡光片宽度为D ，两光电门间距离为x ，牵引砝码的质量为m .回答下列问题：