高考物理必修知識點知識講解 力學單位制、牛頓第三定律

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1、 力學單位制、牛頓第三定律 編稿：周軍 審稿：吳楠楠 【學習目標】 1. 明確國際單位制及七個基本物理量和力學中的三個基本物理量 2. 清楚力的作用是相互的，清楚作用力和反作用力的概念 3. 理解牛頓第三定律的確切含義，會用它解決簡單的問題 4. 會區(qū)分平衡力與作用力和反作用力 【要點梳理】 要點一、單位制與國際單位制 1．單位制 (1)基本單位：所選定的基本物理量的單位． ①物理學中，共有七個物理量的單位被選定為基本單位． ②在力學中，選定長度、質(zhì)量和時間這三個物理量的單位為基本單位． 長度的單位有：厘米(cm)、米(m)、千

2、米(km)等． 質(zhì)量的單位有：克(g)、千克(kg)等． 時間的單位有：秒(s)、分(min)、小時(h)等． (2)導出單位：根據(jù)物理公式中其他物理量和基本物理量的關系，推導出的物理量單位． 從根本上說，所有的物理量都是由基本物理量構(gòu)成的，在力學范圍內(nèi)，所有的力學量都是由長度、質(zhì)量和時間這三個基本物理量組成的，因此基本物理量的單位選定也就決定了其他導出物理量的單位． (3)單位制：基本單位和導出單位的總和叫做單位制． 由于基本單位的選擇不同，歷史上力學中出現(xiàn)了厘米、克、秒制和米、千克、秒制兩種不同的單位制，工程技術(shù)領域還有英尺、秒、

3、磅制等單位制． 2．國際單位制 (1)國際單位制：1960年第11屆國際計量大會制訂了一種國際通用的、包括一切計量領域的單位制，叫做國際單位制，其法文簡稱為SI． 以下是國際單位制中的七個基本物理量和相應的國際單位制中的基本單位． 要點二、牛頓第三定律 (1)定律內(nèi)容：兩個物體間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上． (2)這里的“總是”是強調(diào)對于任何物體，在任何條件下，這兩個相等的關系都成立．對此，可以從以下幾個方面理解： ①不管物體大小形狀如何，例如大物體與大物體之間，或大物體與小物體之間，還是任何形狀的物

4、體之間，其相互作用力總是大小相等． ②不管物體的運動狀態(tài)如何．例如靜止的物體之間，運動的物體之間或靜止的物體與運動的物體之間的相互作用力總是大小相等的． ③作用力與反作用力的產(chǎn)生和消失是同時的．因為兩者中若有一個產(chǎn)生或消失，則另一個必須同時產(chǎn)生或消失．否則其間的相等關系就不成立了．認為作用力與反作用力的產(chǎn)生有先后的說法是不對的． (3)平衡力與作用力和反作用力的區(qū)別是：①一個力與它的反作用力一定是同種性質(zhì)的力，例如作用力若是彈力，則反作用力也一定是彈力；若作用力是摩擦力，則反作用力也一定是摩擦力等．而一個力與它的平衡力可以是相同性質(zhì)的力，也可以是不同性質(zhì)的力．②一

5、個力與它的反作用力分別作用在發(fā)生相互作用的兩個物體上，即受力物體不同；而一個力與它的平衡力必須同時作用在同一個物體上，即受力物體相同．③一個力必有其反作用力，作用力與反作用力是同時產(chǎn)生、同時存在、同時消失的；而一對平衡力可以是其中一個力消失，另一個力仍存在．④作用力與反作用力所產(chǎn)生的效果不能相互抵消；而一對平衡力作用在同一物體上產(chǎn)生的效果恰好是相互抵消的． (4)牛頓第三定律揭示了力的作用的相互性，即兩個物體間只要有力的作用，就必然成對出現(xiàn)作用力和反作用力．同學們在學習中應注意體會甲對乙、乙對甲的這種對應的相互作用關系．求解某力的大小與方向時，可以通過轉(zhuǎn)換研究對象分析該力的反作用力來求解．

6、 要點三、作用力、反作用力與平衡力的比較 定義：如果作用在同一個物體上的兩個力的大小相等、方向相反并作用在同一條直線上且其合力為零，則此二力即為一對平衡力．而作用力與反作用力則是指發(fā)生在兩個相互作用的物體之間的相互作用力． 作用力、反作用力與一對平衡力的比較表． 內(nèi)容 作用力和反作用力 二力平衡 受力物體 作用在兩個相互作用的物體上 作用在同一物體上 依賴關系 相互依賴，不可單獨存在，同時產(chǎn)生，同時變化，同時消失 無依賴關系，撤除一個，另一個可依然存在，只是不再平衡 疊加性 兩力作用效果不可疊加，不可求合力 兩力作用效果可相互抵消，可疊加，可求合力，

7、合力為零 力的性質(zhì) 一定是同性質(zhì)的力 可以是同性質(zhì)的力，也可以不是同性質(zhì)的力 大小方向 大小相等、方向相反、作用在一條直線上 大小相等、方向相反、作用在一條直線上 要點四、應用牛頓第三定律解釋現(xiàn)象 ①如圖所示，瘦弱的男子與一個大力士“掰手腕”，兩手之間的作用力和反作用力一樣大嗎?若兩者一樣大，大力士怎么會贏呢? 分析：一樣大，瘦弱男子與大力士“掰手腕”時，兩手之間的相互作用力是一對作用力和反作用力，根據(jù)牛頓第三定律，兩手之間的這對力是大小相等的，但是為什么大力士會贏，是因為兩人手腕能承受的力不同，大力士手腕能承受的力大于瘦弱男子能承受的力，所以在大小相等的力的

8、作用下大力士的手腕還能承受，而瘦弱男子的手腕已經(jīng)承受不了，所以敗下陣來． “掰手腕”比的是手腕能承受的力的大小，所以“山東體育頻道”的“掰手腕”比賽稱為“腕力王挑戰(zhàn)賽”．因此同學們不要嘗試與大力士角力，因為手腕能承受的力如果差距太大，很容易造成承受能力差的手腕受到傷害，甚至骨折． ②以卵擊石，雞蛋“粉身碎骨”，但石頭卻“安然無恙”，是不是雞蛋對石頭的力小，而石頭對雞蛋的力大呢? 分析：不是的，雞蛋與石頭相撞擊時，它們之間的相互作用力是一對作用力和反作用力，據(jù)牛頓第三定律知，應是大小相等的，而之所以出現(xiàn)“蛋碎”而“石全”的結(jié)果，是因為蛋殼所能承受的力遠小于石頭所能承

9、受的力． ③你知道鳥是如何飛行的嗎? 鳥翅膀的形狀上表層凸、下表層凹，當窄氣流過時就會產(chǎn)生升力．當鳥的肌肉牽動翅膀上下扇動時，空氣的反作用力就為鳥的飛行提供了向上的升力和向前的推動力．如圖所示． ④拔河中物理學原理． 拔河是一項常見的集體性體育活動，其兩隊勝負的結(jié)果深含著物理學原理當然，圍繞兩隊的勝負原因分析也存在不少的模糊認識．其實，決定拔河勝負的原因是多方面的，如地面的摩擦力、隊員的體重、個人的力量、集體的合作等． 甲、乙兩隊拔河的時候，其中力的關系比較復雜．如圖所示，在分析甲隊拉乙隊與乙隊拉甲隊的力的大小時，必須運用牛頓第三定律——因為甲、乙

10、兩隊是一對相互作用的物體；在分析兩隊的勝負原因時，必須運用牛頓第二定律——因為要分別以甲、乙兩隊為研究對象． 對甲隊而言，如果，則兩隊勝負未定；如果，則甲隊勝而乙隊負；如果，則甲隊負而乙隊勝． 同理，對乙隊而言也存在相同的關系．當然，無論是甲隊還是乙隊，要想獲得地面對本隊的盡可能大的力，就必須盡可能地用力蹬地，這就要選用體重較大的隊員，且穿鞋底粗糙的鞋子．此外，身體后傾、重心放低、齊心合力更是必不可少的條件． 要點五、牛頓三個運動定律的區(qū)別與聯(lián)系 牛頓第一定律 牛頓第二定律 牛頓第三定律 區(qū)別 公式 意義 加深了對力的認識，指出了力是物體

11、運動狀態(tài)發(fā)生改變的原因，即力是產(chǎn)生加速度的原因 揭示了加速度是力作用的結(jié)果，揭示了力、質(zhì)量、加速度的定量關系 揭示了物體間力的作用的相互性，明確了相互作用力的關系 研究 方法 根據(jù)理想實驗歸納總結(jié)得出，不能直接用實驗驗證 用控制變量法研究F、m、a之間的關系，可用實驗驗證 由實驗現(xiàn)象歸納總結(jié)得出，可用實驗驗證 聯(lián)系 牛頓三個定律是一個整體，是動力學的基礎，牛頓第二定律以牛頓第一定律為基礎，由實驗總結(jié)得出 【說明】牛頓第三定律建立的物理意義：牛頓第一、第二定律是對單個物體(質(zhì)點)而言的，只解決了一個物體運動規(guī)律的問題．但自然界中物體是相互聯(lián)系、相互影響、相互作用的，一個物體在

12、受其他物體力的作用的同時也會對其他物體有力的作用，不討論物體間的相互作用就不能較全面地認識物體的運動規(guī)律，也就無法解決現(xiàn)實中的許多問題．因此，只有牛頓第一、第二定律還不夠，必須加上牛頓第三定律才能構(gòu)成比較全面地反映機械運動的一套定律． 【典型例題】 類型一、力學單位制 【高清課程：力學單位制、牛頓第三定律 例2】 例1、聲音在空氣中的傳播速度v與空氣的密度、壓強p有關，下列速度的表達式(k為比例系數(shù)，無單位)中正確的是( ) A． B． C． D． 【答案】B 【解析】由各物理量的單位之間的關系確定表達式是否正確．壓強p可由公式p＝F/s求得，

13、則其單位為kg/(m·s2)．密度ρ可由公式ρ＝m/V，求得，則ρ的單位為kg/m3．由于題中k無單位，則的單位為m2/s2，顯然不是速度的單位，A錯．而的單位為m/s，B正確．又的單位為s/m，也不是速度的單位，C錯．的單位為kg/(m2·s)，不是速度的單位，D錯誤．綜上所述，正確選項應為B． 【總結(jié)升華】采用國際單位制，為我們提供了一種比較簡便的驗證法． 例2、現(xiàn)有以下一些物理量和單位，按下面的要求選擇填空．(填寫字母的代號) A．密度 B．米/秒 C．牛頓 D．加速度 E．質(zhì)量 F．秒 G．厘米 H．長度 I．時間 J．千克 (1)屬于物理量的是__

14、______________． (2)在國際單位制中，作為基本單位的物理量有________________． (3)在國際單位制中的基本單位是________________，屬于導出單位的是________________． 【答案】(1)A、D、E、H、I (2)E、H、I (3)F、J B、C 【解析】(1)題中所有各項中，屬于物理量的是：密度、加速度、質(zhì)量、長度、時間，故此空填“A、D、E、H、I”． (2)在國際單位制中，作為基本單位的物理量有質(zhì)量、長度、時間．故此空填“E、H、I”． (3)此題中給定的選項內(nèi)是國際單位制的基本單位

15、的有：“千克、秒”；屬于導出單位的是：“米/秒、牛頓”．故第一個空填“F、J”，第二個空填“B、C”． 【總結(jié)升華】只有理解題意，明確物理量和單位的基本特征，才能作出正確判斷．同時，必須把物理量與物理量的單位嚴格區(qū)分開來，不能混淆． 例3、一輛質(zhì)量為4×103 kg的汽車在水平地面上勻速行駛．某個時刻關閉發(fā)動機，經(jīng)過20 s滑行40 m而停下來，求汽車所受阻力為多大? 【答案】 800N 【解析】根據(jù)題意可判斷汽車關閉發(fā)動機后在阻力作用下做勻減速運動，結(jié)合運動學公式求出汽車運動的加速度，再根據(jù)牛頓第二定律求出阻力F． 選汽車為研究對象，則根據(jù)速度公式和位移公式可得：0＝v0-

16、at． 根據(jù)位移公式，得 ． 由以上兩式解得 ，． 這時，只要正確確定已知量單位(要統(tǒng)一)，可以不把各量單位代入： ，． 根據(jù)牛頓第二定律知汽車所受阻力：F＝ma＝4×103×0.2N＝800 N． 【總結(jié)升華】在物理計算中，為了使計算過程簡潔、清晰，所有的已知量都用國際單位制的單位來表示，那么只要正確地應用物理公式，計算結(jié)果必定是用國際單位制的單位來表示的． 舉一反三 【變式】下列有關力學單位制的說法中，正確的是( ) A．在力學的分析計算中，只能采用國際單位，不能采用其他單位 B．力學單位制中，選為基

17、本單位的物理量有：長度、時間、質(zhì)量 C．力學單位制中，采用國際單位制的基本單位有：千克、米、秒 D．單位制中的導出單位可以用基本單位來表示 【答案】B、C、D 【解析】在國際單位制中共有七個物理量的單位被作為基本單位，其中力學部分的有長度的單位：m；質(zhì)量的單位：kg；時間的單位：s．而其余物理量的單位都在這些基本物理量的基礎上應用公式推導而得出，即其他物理量的單位(導出單位)由基本單位來表達．國際單位制只是諸多單位制中的一種，在實際生活中還存在有其他的單位制．在分析和計算時可采用其他單位，A錯．B、C、D正確． 類型二、作用力、反作用力的特點 例4、如圖所示，一個大人(

18、甲)跟一個小孩(乙)站在水平地面上手拉手比力氣，結(jié)果大人把小孩拉過來了．對這個過程中作用于雙方的力的關系，不正確的說法是( ) A．大人拉小孩的力一定比小孩拉大人的力大 B．大人與小孩間的拉力是一對作用力與反作用力 C．大人拉小孩的力與小孩拉大人的力一定相等 D．只有在大人把小孩拉動的過程中，大人的力才比小孩的力大，在可能出現(xiàn)的短暫相持過程中，兩人的拉力一樣大 【答案】A、D 【解析】作用力與反作用力總是大小相等的．大人與小孩手拉手比力氣時，無論是在相持階段還是在小孩被大人拉過來的過程中，大人拉小孩的力與小孩拉大人的力的大小總是相等的，所以

19、B、C正確． 【總結(jié)升華】既然大人拉小孩與小孩拉大人的力一樣大，大人為什么能把小孩拉過來呢?關鍵在于地面對兩者的最大靜摩擦力不同，如圖所示，分別畫出兩者在水平方向上的受力情況．顯然，只有當時，小孩才會被大人拉過來，如果讓大人穿上溜冰鞋站在水泥地上，兩人再比力氣時，小孩就可以輕而易舉地把大人拉過來． 例5、（2015 海南會考模擬）雞蛋碰石頭，雞蛋碎，石頭完好無損，以下判斷正確的是（ ） A． 雞蛋碎了，說明雞蛋受到的撞擊力大 B． 石頭完好無損，說明石頭受到的撞擊力小 C． 雞蛋和石頭受到的撞擊力一樣大 D． 必須用儀器檢測才知道誰受的撞擊力大 【答案】C 【解析】

20、雞蛋碰石頭，雞蛋碎，石頭完好無損，不是因為雞蛋受到的力大，而是因為雞蛋的硬度小，它們受到的力是作用力和反作用力，大小一定相等，方向相反。故選擇C。 【總結(jié)升華】當一個物體對另一個物體有力的作用，另一個物體同時也一定對這個物體有力的作用，且大小一定相等，即作用力與反作用的特點就是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。 舉一反三 【變式1】如圖甲為傳感器顯示變速運動中兩物體的作用力與反作用力的實驗裝置，圖乙為兩個鉤子的受力情況，橫坐標是時間，縱坐標是力的大小，假設桌面是光滑的．則從圖象上可以獲得的信息有( ) A．任何時刻作用力與反作用力大小相等，方向相反 B

21、．任何時刻作用力與反作用力大小相等，方向相同 C．作用力與反作用力同時產(chǎn)生但不同時消失 D．作用力與反作用力同時產(chǎn)生同時消失 【答案】A、D 【解析】從圖乙兩力的圖象可發(fā)現(xiàn)兩鉤子的拉力總是大小相等，方向相反，同時產(chǎn)生，同時變化，同時消失．故選項A、D正確． 【變式2】馬拉車由靜止開始做直線運動，先加速前進，后勻速前進. 以下說法正確的是（ ） A．加速前進時，馬向前拉車的力，大于車向后拉馬的力 B．只有勻速前進時，馬向前拉車和車向后拉馬的力大小相等 C．無論加速或勻速前進，馬向前拉車與車向后拉馬的力大小都是相等的 D．車或馬是勻速前進還是加速前進，不取決

22、于馬拉車和車拉馬這一對力 【答案】CD 【解析】作用力和反作用力永遠大小相等、方向相反，與物體所處的狀態(tài)沒有關系。無論加速或勻速前進，馬向前拉車與車向后拉馬的力大小都是相等的，這是一對作用力與反作用力；車或馬是勻速前進還是加速前進，不取決于馬拉車和車拉馬這一對力，而取決于車馬系統(tǒng)與外界的作用力，即車輪、馬蹄與地面的作用力。 【高清課程：力學單位制、牛頓第三定律 例4】 【變式3】一個人在沼澤地赤腳行走時，容易下陷，下陷時（ ） A．此人對沼澤地地面的壓力大于沼澤地地面對他的支持力 B．此人對沼澤地地面的壓力等于沼澤地地面對他的支持力 C．此人對沼澤地地面的壓力小于沼澤地地

23、面對他的支持力 D．無法確定 【答案】B 類型三、作用力、反作用力與平衡力的比較 例6、（2015 豐臺區(qū)會考模擬）一桌子靜止在水平地面上，關于桌子的受力與施力情況，下列說法中正確的是（ ） A．桌子受到的重力與桌子對地面的壓力是一對平衡力 B．桌子受到的重力與地面對桌子的支持力是一對平衡力 C．桌子對地面的壓力與地面對桌子的支持力是一對作用力和反作用力 D．桌子受到的重力與地面對桌子的支持力是一對作用力和反作用力 【答案】BC 【解析】A、桌子受到的重力與桌子對地面的壓力作用在兩個不同的物體上，A錯誤； B、桌子受到的重力與地面對桌子的支持力是一對平衡力，故B正

24、確； C、桌子對地面的壓力與地面對桌子的支持力是一對作用力和反作用力，故C正確； D、桌子受到的重力與地面對桌子的支持力是一對平衡力，故D錯誤。 【總結(jié)升華】作用力與反作用力是作用在不同的物體上，一定是相同性質(zhì)的力，一定同時產(chǎn)生，同時消失；而平衡力是作用在同一個物體上，力的性質(zhì)不一定相同，不一定同時產(chǎn)生，同時消失。要注意作用力反作用力與平衡力的區(qū)別。 舉一反三 【變式】在天花板上用懸繩吊一重為G的電風扇，電風扇靜止時受幾個力作用?如圖所示，這些力的反作用力是哪些力?這些力的平衡力是哪些力?如果電風扇在勻速轉(zhuǎn)動呢?當電風扇轉(zhuǎn)動時與靜止時相比較，對天花板的拉力是變大還是變小?為什么?

25、 【解析】電風扇靜止時受力分析如圖甲所示，受重力G、懸繩拉力F．重力G的反作用力是電風扇對地球的吸引力，拉力F的反作用力是電風扇對懸繩的拉力．G與F是一對平衡力． 電風扇勻速轉(zhuǎn)動時受力分析如圖乙所示，受重力G、懸繩的拉力F1和空氣對電風扇向上的作用力F2．重力G的反作用力是電風扇對地球的吸引力，拉力F1的反作用力是電風扇對懸繩的拉力，F(xiàn)2的反作用力是電風扇對空氣向下的作用力．G與F1和F2的合力是一對平衡力．因為G＝F，G＝F1+F2．故F1＜F，即電風扇轉(zhuǎn)動時相對于靜止時，對天花板的拉力變小了． 類型四、牛頓第三定律的理解在計算中的應用 例7、一只小貓?zhí)饋碜プ?/p>

26、掛在天花板上的豎直木桿，如圖所示，在這一瞬間懸繩斷了，設木桿足夠長，由于小貓繼續(xù)向上爬，所以小貓離地面高度不變，則木桿下降的加速度為________，方向為________．(設小貓質(zhì)量為m，木桿的質(zhì)量為M) 【答案】 豎直向下 【解析】由于小貓對地的高度不變，故小貓下落的加速度為零，小貓的受力如圖甲所示，由牛頓第二定律得： ， ① 由牛頓第三定律知，小貓對桿的摩擦力的方向向下有 ， ② 木桿的受力情況如圖乙所示，由牛頓第二定律可知： ， ③ 由①②③式可知，桿的下落加速度為，方向豎直向

27、下． 【總結(jié)升華】①明確“小貓離地面高度不變”表明其對地的加速度為零．②結(jié)合牛頓第二定律與牛頓第三定律分析計算． 舉一反三 【變式】如圖所示，一傾角為θ＝30°的斜面體置于粗糙水平地面上．質(zhì)量m＝4 kg的物體以a＝3 m/s2的加速度沿斜面下滑，而斜面體M保持靜止．斜面體與水平面間的摩擦力是多大?(g取10/s2) 【解析】先以m為研究對象，將其隔離進行受力分析．如圖甲所示，m受三個力的作用：重力mg；斜面體對它的支持力；滑動摩擦力．根據(jù)牛頓第二定律，在平行于斜面方向有 ， ① 在垂直于斜面方向有 ． ② 由①式，得，． 由②式，得．再對斜面體M進行分析，如圖乙所示，斜面體受五個力作用而靜止：重力Mg；地面支持力；m對它的壓力；m對它的滑動摩擦力；地面對M的靜摩擦力(方向待定)．根據(jù)牛頓第三定律，有： ，． 由于． 故可知，欲使M靜止，地面對M的靜摩擦力的方向應該是水平向左，如圖乙所示． 根據(jù)牛頓第二定律，在水平方向上有： ， ．