第三章 1 牛顿第一定律.docx

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第三章1牛顿第一定律

1　牛顿第一定律

[学习目标]　1.知道伽利略的理想实验及其推理过程，知道理想实验是科学研究的重要方法.

2.理解牛顿第一定律的内容及意义.3.明确惯性的概念，会解释与惯性有关的现象．

一、从亚里士多德到伽利略

1．亚里士多德的观点：

地上的运动分为两类

（1）天然运动：

无须外力的帮助、自身就能实现，如气、火等轻的东西向上运动，重的东西向下运动．

（2）受迫运动：

必须依靠外力的不断作用才能维持，外力一旦消失，受迫运动就会停止，如拉动地面上的小车，推动桌面上的书本．

2．伽利略的研究

（1）理想实验

如图1所示，让小球沿一个斜面从静止状态开始滚下，小球将滚上另一个斜面，如果没有摩擦，小球将上升到与左斜面同样的高度．减小右斜面的坡度，小球要达到同样的高度经过的坡长越长．由此推测，如果右斜面变成水平面，并且没有任何阻力，小球将达不到原来的高度，就应永远运动下去．

图1

（2）结论：

力不是（填“是”或“不是”）维持物体运动的原因．

二、牛顿第一定律　惯性

1．牛顿第一定律

一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止．

2．惯性与质量

（1）惯性：

物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态不变的性质．牛顿第一定律也叫惯性定律．

（2）任何物体都有惯性，这是物体具有的共同的内在属性．质量是物体惯性大小的量度．

判断下列说法的正误．

（1）伽利略的理想实验是永远无法做到的．（√）

（2）伽利略的理想实验说明力是维持物体运动的原因．（×）

（3）牛顿第一定律是由实验直接归纳总结得出的．（×）

（4）由牛顿第一定律可知，当一个运动的物体所受外力全部消失时，物体立刻停止运动．（×）

（5）速度越大，物体的惯性越大．（×）

（6）受力越大，物体的惯性越大．（×）

一、伽利略的理想实验

1．理想斜面实验

（1）事实：

如图2所示，AB、BC是两个对接的斜面，让小球从AB斜面上某高度处由静止滚下，小球将滚上BC斜面，所达到的高度略低于在AB上释放时的高度．

图2

（2）推理1：

如果斜面光滑，小球将上升到原来释放时的高度．

推理2：

减小右侧斜面的倾角（如BD、BE），小球在这个斜面上仍将达到同一高度，但这时它要运动得远些．

推理3：

继续减小右侧斜面的倾角，最后变成水平面（如BF），小球无法达到释放时的高度，将以恒定的速度永远运动下去．

（3）理想实验推论：

一切运动着的物体在没有受到外力的时候，它的速度将保持不变，并且一直运动下去．

2．理想实验的意义

理想实验是以可靠的实验事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，并把实验的情况合理外推到一种理想状态，从而更深刻地揭示了自然规律．伽利略的研究方法的核心是把实验和逻辑推理相结合．

例1　（多选）理想实验是科学研究中的一种重要方法，它把可靠的事实和合理的推论结合起来，可以深刻地揭示自然规律．关于伽利略的理想实验，下列说法正确的是（　　）

A．只要接触面足够光滑，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，但它是建立在可靠的实验基础上的

答案　ABD

解析　只要接触面有摩擦力，物体就不会永远匀速运动下去，而实际的接触面不可能达到理想状态的光滑；伽利略的理想实验是在可靠的事实基础上的合理推理，故C错误，A、B、D正确．

二、牛顿第一定律

（1）日常生活中，我们有这样的经验：

马拉车，车就前进，停止用力，车就停下来，是否有力作用在物体上物体才能运动呢？

马不拉车时，车为什么会停下来呢？

（2）如果没有摩擦阻力，也不受其他任何力的作用，水平面上运动的物体的运动状态会改变吗？

答案　

（1）不是．因为受到阻力的作用．

（2）如果没有摩擦阻力，也不受其他任何力的作用，水平面上运动的物体将保持原来的速度沿直线永远运动下去，即运动状态不变．

1．运动状态改变即速度发生变化，有三种情况：

（1）速度的方向不变，大小改变．

（2）速度的大小不变，方向改变．

（3）速度的大小和方向同时改变．

2．对牛顿第一定律的理解

（1）定性揭示了力和运动的关系：

①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．

②物体不受外力时的运动状态：

匀速直线运动状态或静止状态．

（2）揭示了一切物体都具有的一种固有属性——惯性．因此牛顿第一定律也叫惯性定律．

（3）牛顿第一定律是牛顿在总结前人工作的基础上得出的，是在理想实验的基础上加以科学推理和抽象得到的，但其得到的一切结论经过实践证明都是正确的．

（4）牛顿第一定律无法用实验直接验证．它所描述的是一种理想状态，即不受外力的状态．

例2　（多选）关于牛顿第一定律，下列说法中正确的是（　　）

A．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律

B．牛顿第一定律就是惯性

C．不受外力作用时，物体的运动状态保持不变是由于物体具有惯性

D．物体的运动状态发生变化时，物体必定受到外力的作用

答案　ACD

解析　牛顿第一定律的含义：

不受外力时物体将保持静止状态或匀速直线运动状态，这是由于一切物体都具有惯性；受到力的作用时物体的运动状态就要发生变化，从而揭示出力是改变物体运动状态的原因，反映了物体在不受外力时的运动规律，故选项A、C、D正确；牛顿第一定律并不是惯性，惯性是物体的一种固有属性，而牛顿第一定律是物体的运动规律，两者是不同的概念，不可混为一谈，选项B错误．

针对训练1　关于牛顿第一定律的说法中正确的是（　　）

A．由牛顿第一定律可知，物体在任何情况下始终处于静止状态或匀速直线运动状态

B．牛顿第一定律既揭示了物体保持原有运动状态的原因，又揭示了运动状态改变的原因

C．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律，因此物体在不受力时才有惯性

D．牛顿第一定律只是反映惯性大小的，因此也叫惯性定律

答案　B

三、惯性

（1）在自行车比赛中，高速行驶的自行车受到障碍物阻碍，人会向哪倒地？

这是什么原因造成的？

（2）“同一物体在地球上的重力比在月球上大，所以物体在地球上的惯性比在月球上大”，这种说法对吗？

为什么？

答案　

（1）向前．这是因为人具有惯性．

（2）不对．惯性只与质量有关，与位置无关．虽然物体在地球上的重力比在月球上大，但物体的质量不变，即惯性不变．

1．惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性．

2．物体惯性的大小由质量决定，与物体的运动状态无关，与是否受力无关，与物体的速度大小无关．

3．惯性的表现

（1）在不受力的条件下，惯性表现出维持其原来运动状态的“能力”，有“惰性”的意思．

（2）在受力的条件下，惯性表现为运动状态改变的难易程度．质量越大，惯性越大，运动状态越难改变．

例3　关于物体的惯性，以下说法中正确的是（　　）

A．物体运动的速度越大，越难停下来，说明运动速度大的物体惯性大

B．汽车突然减速时，车上的人向前倾，拐弯时人会往外甩，而汽车匀速前进时，车上的人感觉平稳，说明突然减速和拐弯时人有惯性，匀速运动时人没有惯性

C．在同样大小的力的作用下，运动状态越难改变的物体，其惯性一定越大

D．在沿长直水平轨道匀速运动的火车上，门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起后，发现落回原处，这是因为人跳起后，车继续向前运动，人落下后必定向后偏些，但因时间太短，偏后距离太小，不明显而已

答案　C

解析　物体的惯性大小只由质量决定，与物体的速度大小无关，A错误；一切物体都具有惯性，不论物体处于加速、减速还是匀速运动状态，B错误；同样大小的力作用于物体上，运动状态越难改变，说明物体保持原来运动状态的本领越大，惯性也越大，C正确；人向上跳起后，由于惯性，人在水平方向的速度不变，与车速相同，因此仍落在车厢内原处，D错误．

针对训练2　打水漂是人类最古老的游戏之一（如图3），仅需要一块小瓦片，在手上呈水平放置后，用力水平抛出，瓦片擦着水面飞行，瓦片不断地在水面上向前弹跳，直至下沉．下列判断正确的是（　　）

图3

A．飞出时的初速度越大，瓦片的惯性一定越大

B．飞行时所用时间越长，瓦片的惯性一定越大

C．飞出去的距离越长，瓦片的惯性一定越大

D．瓦片的质量越大，惯性一定越大

答案　D

解析　惯性是物体本身的一种性质，惯性的大小只与物体的质量有关，所以瓦片的质量越大，惯性一定越大，与初速度、时间、飞行距离等因素无关，故A、B、C错误，D正确．

例4　（多选）（2019·大同铁路一中高一上学期期末）在水平路面上有一辆匀速行驶的小车，小车上固定着盛满水的碗．若突然发现碗中的水向右洒出，如图4所示，则关于小车在此种情况下的运动，下列描述正确的是（　　）

图4

A．小车匀速向左运动

B．小车可能突然向左加速运动

C．小车可能突然向左减速运动

D．小车可能突然向右减速运动

答案　BD

解析　若小车原来向左匀速运动，突然开始向左加速运动，碗随小车开始向左加速，根据牛顿第一定律可知，碗中水由于惯性仍保持原来的匀速运动状态，水相对于碗向右运动，水向右洒出，选项A错误，B正确；若小车突然向左减速运动，碗随小车一起开始向左减速，根据牛顿第一定律可知，水由于惯性，仍保持向左的匀速运动，水相对于碗向左运动，水向左洒出，选项C错误；若小车原来向右匀速运动，突然向右减速运动，碗随小车开始向右减速，根据牛顿第一定律可知，水由于惯性仍要保持向右的匀速运动状态，水相对于碗向右运动，水将向右洒出，选项D正确.

1.（伽利略的理想实验）（多选）如图5所示是伽利略的“理想实验”，根据该实验，下列说法正确的是（　　）

图5

A．该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据

B．该实验是理想实验，是在思维中进行的，无真实的实验基础，故其结果并不可信

C．该实验充分证实了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的结论

D．该实验说明物体的运动不需要力来维持

答案　AD

解析　该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据，故A正确；虽然是借助想象的实验，但是它建立在可靠的实验基础上，其结果是可信的，故B错误；伽利略由此推翻了亚里士多德的观点，认为力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因，故C错误，D正确．

2．（牛顿第一定律）（多选）下列对牛顿第一定律的理解正确的是（　　）

A．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律

B．不受外力作用时，物体一定静止

C．在水平地面上滑动的木块最终停下来，是不受任何外力的结果

D．奔跑的运动员由于遇到障碍而被绊倒，这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态

答案　AD

解析　牛顿第一定律描述的是物体不受外力作用时的运动规律，选项A正确；不受外力作用时，物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，选项B错误；牛顿第一定律还揭示了力与运动的关系，力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因．在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于受到摩擦力等阻力的作用而改变了其运动状态；奔跑的运动员遇到障碍被绊倒，是因为他受到外力作用而改变了运动状态，选项C错误，D正确．

3．（对惯性的理解）（多选）关于惯性的大小，下列说法错误的是（　　）

A．两个质量相同的物体，在阻力相同的情况下，速度大的不容易停下来，所以速度大的物体惯性大

B．两个物体的质量相同，惯性就一定相同

C．推动地面上静止的物体比维持这个物体做匀速运动所需的力大，所以静止的物体惯性大

D．在月球上举重比在地球上容易，所以同一个物体在月球上比在地球上惯性小

答案　ACD

解析　惯性的大小只与物体的质量有关，与其他因素无关，质量相同的物体惯性相同，A错误，B正确；推动静止的物体比维持这个物体做匀速运动所需的力大，是由于最大静摩擦力大于滑动摩擦力，不是由于静止的物体惯性大，静止时与运动时同一物体的惯性相同，C错误；同一物体的质量不变，在月球上和地球上惯性一样大，D错误．

4．（惯性的应用）对于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，某些一级方程式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．“强弩之末，势不能穿鲁缟”，这表明强弩的惯性减小了

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．自行车转弯时，车手一方面要适当地控制速度，另一方面要将身体稍微向里倾斜，这是为了通过调控人和车的惯性达到安全行驶的目的

答案　C

解析　惯性是物体的固有属性，大小只与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，与其他任何因素均无关，故A、B错误；摘下或加挂一些车厢，改变了质量，从而改变了惯性，故C正确；人和车的质量不变，则其惯性不变，故D错误.

选择题（1～11为单选题，12～15为多选题）

1．伽利略推翻了已在欧洲流行近两千年的亚里士多德关于力和运动的观点，开启了物理学发展的新纪元．以下说法中正确的是（　　）

A．两物体从同一高度静止下落，不计空气阻力，较轻的物体下落慢

B．用力推车车前进，撤去推力车就停下来，说明运动需要力来维持

C．一个运动的物体，如果不再受推力了，它总会逐渐停下来，这说明静止状态才是物体长时间不受力时的“自然状态”

D．一个物体维持匀速直线运动，不需要力

答案　D

2．关于牛顿第一定律的下列说法中，正确的是（　　）

A．牛顿第一定律是以伽利略的理想实验为基础的，因此可用实验来直接验证

B．牛顿第一定律中提出的物体不受外力作用的条件是不可能达到的，所以这条定律可能是错误的

C．牛顿第一定律实际上是伽利略一个人的研究成果

D．牛顿第一定律是在大量实验事实的基础上，通过进一步推理而概括总结出来的

答案　D

3．（2019·黄冈市期末）远在春秋战国时期，我国杰出学者墨子认为：

“力，刑之所以奋也”．“刑”同“形”，即物体；“奋”，即开始运动或运动加快，对墨子这句关于力和运动观点的理解，下列说法不正确的是（　　）

A．墨子认为力是改变物体运动状态的原因

B．墨子认为力是使物体产生加速度的原因

C．此观点与亚里士多德关于力和运动的观点基本相同

D．此观点与牛顿关于力和运动的观点基本相同

答案　C

解析　由题意可知“力，刑之所以奋也”这句话的意思是：

力能使物体由静止开始运动，或使运动的物体运动得越来越快．这句话反映出力是改变物体运动状态的原因，故与亚里士多德关于力和运动的观点不相同，故本题应选C.

4．下列关于惯性的说法正确的是（　　）

A．质量越大，物体的惯性越大

B．物体的运动状态改变了，则惯性大小随之变化

C．惯性是物体在匀速直线运动或静止时才表现出来的性质

D．由于子弹的速度越大，其杀伤力就越大，所以子弹的惯性大小与其速度大小有关

答案　A

解析　物体在任何状态下均有惯性，并且物体惯性的大小只与质量有关，和物体的速度无关，A正确，B、C、D错误．

5．（2019·杭州市高一第一学期期末模拟）火车在长直水平轨道上匀速行驶．门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起，发现仍落回到车上原处．这是因为（　　）

A．人跳起后，车厢内空气给他向前的力，带着他随同火车一起向前运动

B．人跳起的瞬间，车厢的地板给他一个向前的力，推动他随同火车一起向前运动

C．人跳起后，车在继续向前运动，所以人落下后必定偏后一些，只是由于时间很短，偏后距离太小，不明显而已

D．人跳起后直到落地，在水平方向上人和车具有相同的速度

答案　D

6．（2019·豫南九校高一第一学期期末联考）关于物体的惯性，下列有关说法正确的是（　　）

A．物体抵抗运动状态变化的性质是惯性

B．已知月球上的重力加速度是地球上的

，故一个物体从地球移到月球惯性减小为原来的

C．同一物体运动越快越难停止运动，说明物体的速度越大，其惯性越大

D．巨轮惯性很大，施力于巨轮，经过很长一段时间后惯性变小

答案　A

解析　惯性是指物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，所以物体抵抗运动状态变化的性质是惯性，其大小仅与物体的质量有关，与物体的运动状态及是否受力无关，A正确，C、D错误；在月球上和在地球上，重力加速度的大小不一样，同一物体所受的重力大小也不一样了，但质量不变，惯性也不变，B错误．

7．一装有水的碗置于火车车厢内的水平桌面上．当火车向右做匀减速运动时，水面形状接近图（　　）

答案　A

解析　火车向右做匀减速运动，由于惯性，水具有保持原来运动状态的性质，即继续向右运动，导致右侧水面高于左侧水面，故A正确．

8．如图1，水平桌面上有一光滑的木块，木块上表面水平，木块上有一光滑小球，快速向右推动木块，小球可能落在桌面上的（　　）

图1

A．A点B．B点C．O点D．无法确定

答案　C

解析　小球在水平方向上不受摩擦力的作用，所以水平方向的运动状态不变，在重力的作用下，小球落在O点．故选C.

9．如图2所示，在一辆上表面光滑的小车上，有质量分别为m1、m2的两个小球随车一起匀速运动，当车突然停止时，如不考虑其他阻力，设车足够长，则（　　）

图2

A．若m1

B．若m1＝m2，则两个小球一定相碰

C．若m1>m2，则两个小球一定相碰

D．两个小球一定不相碰

答案　D

解析　小车上表面光滑，因此两小球在水平方向上没有受到外力的作用．原来两个小球与小车具有相同的速度，当车突然停止运动时，由于惯性，两个小球的速度不变，所以不会相碰（与质量大小无关），故D正确．

10．如图3所示，一个劈形物体A，各面均光滑，放在固定的斜面上，A的上表面水平，在A的上表面上放一光滑的小球B，劈形物体A从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是（　　）

图3

A．沿斜面向下的直线　　　　　B．竖直向下的直线

C．无规则曲线D．抛物线

答案　B

解析　小球原来静止时受重力和支持力作用，其合力为零．当劈形物体A由静止释放，A应沿斜面下滑，故B也将运动，运动状态就要发生改变，但由于惯性，小球原来速度为零，而小球又光滑，除竖直方向受力外，其他方向上不受力，因为力是使物体运动状态改变的原因，故小球只能在竖直方向上运动，在碰到斜面之前，运动轨迹应为一条直线，即竖直向下的直线，故选B.

11．（2020·衡水中学月考）在某次交通事故中一辆载有30吨“工”字形钢材的载重汽车由于避让横穿马路的电动车而紧急制动，结果车厢上的钢材向前冲出，压扁驾驶室．关于这起事故原因的物理分析正确的是（　　）

A．由于车厢上的钢材有惯性，在汽车制动时，钢材继续向前运动，压扁驾驶室

B．由于汽车紧急制动，使其惯性减小，而钢材惯性较大，所以继续向前运动

C．由于车厢上的钢材所受阻力太小，不足以克服其惯性，所以继续向前运动

D．由于汽车制动前的速度太大，所以汽车的惯性比钢材的惯性大，在汽车制动后，钢材继续向前运动

答案　A

解析　汽车由于制动而减速，钢材由于惯性，继续向前运动，压扁驾驶室，A正确，D错误；惯性大小的唯一量度是质量，B错误；惯性不是力，不能说克服惯性，C错误．

12．科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用．下列说法符合历史事实的是（　　）

A．亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体的运动状态才会改变

B．伽利略通过“理想实验”得出结论：

一旦物体具有一定的速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去

C．牛顿认为，力是改变物体运动状态的原因

D．牛顿认为，物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质

答案　BCD

13．下列关于牛顿第一定律的说法中正确的是（　　）

A．物体保持静止状态，它所受合外力一定为零

B．物体所受合外力为零时，它一定处于静止状态

C．物体处于匀速直线运动状态时，它所受的合外力可能是零，也可能不是零

D．物体所受合外力为零时，它可能做匀速直线运动，也可能是静止的

答案　AD

解析　物体处于静止状态或匀速直线运动状态时，它受到的合外力一定为零，A正确，C错误；所受合外力为零时，物体可能处于静止状态或匀速直线运动状态，B错误，D正确．

14．对下列现象解释错误的是（　　）

A．在一定拉力作用下，车沿水平面匀速前进，没有这个拉力，小车就会停下来，所以力是维持物体运动的原因

B．向上抛出的物体由于惯性，所以向上运动，以后由于重力作用，惯性变小，所以速度也越来越小

C．急刹车时，车上的乘客由于惯性一样大，所以都会向前倾倒

D．质量大的物体运动状态不容易改变是由于物体的质量大，惯性也就大

答案　ABC

解析　在一定拉力作用下，车沿水平面匀速前进，说明拉力与摩擦力平衡，没有这个拉力，小车就会逐渐停下来，是由于受到阻力作用，故A错误；惯性大小的唯一量度是质量，质量越大，惯性越大，运动状态越难改变，故B错误，D正确；急刹车时，车上的乘客由于惯性，所以都会向前倾倒，但惯性的大小与质量有关，不同的乘客质量不一定相等，故惯性不一定同样大，故C错误．

15．小轩很喜欢爸爸新买的数码照相机，在旅途中拍下了直线行驶的火车内水平桌面上塑料杯不同瞬间的状态，如图4中的甲、乙、丙所示．则下列关于火车运动状态的判断可能正确的是（　　）

图4

A．甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向左加速，丙图中火车突然向左减速

B．甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向右加速，丙图中火车突然向左加速

C．甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向右减速，丙图中火车突然向右加速

D．甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向左加速，丙图中火车突然向右减速

答案　AC

解析　题图甲中，塑料杯相对于桌面的位置没有发生改变，因此它们的运动状态是相同的，说明此时火车在匀速运动；题图乙中，塑料杯向右倾倒，说明火车突然向左加速或向右减速，因为火车突然向左加速时，塑料杯的下部由于摩擦也随着加速，而上部由于惯性仍保持原来的运动状态，所以才会向右倾倒，火车向右减速时的情形也可用类似的方法解释；题图丙中，塑料杯向左倾倒，说明火车突然向左减速或向右加速，因为火车突然向左减速时，塑料杯的下部由于摩擦也随着减速，而上部由于惯性仍保持原来的运动状态，所以才会向左倾倒，火车向右加速时的情形也可用类似的方法解释．所以，题图甲中火车在匀速运动，题图乙中火车突然向左加速或向右减速，题图丙中火车突然向左减速或向右加速，选项A、C正确．