牛顿第一定律要点梳理正式版文档格式.docx
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如图所示,一个玻璃杯内盛半杯水,上面盖一块塑料板,板上放一只鸡蛋,用小棒猛击塑料板,塑料板离杯飞出,鸡蛋却稳稳地落入杯中.
这个实验说明了什么问题?
再如:
如图甲,小车上放置一个带轮的木块,使带轮木块与小车一起向右运动.当小车被挡板制动时,观察会出现什么现象?
又如:
如图乙,小车上竖直放置一个木块,让木块随小车沿着桌面向右运动,当小车被挡板制动时,车上的木块向右倾倒.
这是怎么回事呢?
这些都是惯性现象.
(2)惯性:
物体的这种保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性.
【说明】①惯性与是否受力无关,与速度大小无关.
②惯性的具体表现形式有两种:
a.当物体不受外力或所受合外力为零时,惯性表现为保持原来的运动状态不变.原来静止的物体保持静止,原来运动的物体保持原来的速度继续运动.
b.当物体受到外力作用时,惯性表现为改变运动状态的难易程度,物体的惯性越大,它的运动状态越难改变.
(3)惯性与质量
惯性的大小由什么决定呢?
惯性的大小又意味着什么呢?
我们知道,推动一辆自行车要比推动一辆汽车容易得多.这表明质量越大的物体,运动状态越难改变,也就是说该物体的惯性越大;
而质量较小的物体,运动状态较容易改变,也就是该物体的惯性较小.即:
质量是物体惯性大小的量度,而一个物体惯性的大小,则意味着改变物体运动状态的难易程度.
对质量的理解:
从物质角度理解:
质量为物体所含物质的多少
从惯性角度理解:
质量是决定物体惯性大小的唯一因素.
【注意】惯性是一个重要的概念,在学习时,许多同学对惯性存在着一些错误认识:
如认为做匀速直线运动的物体,才有惯性,做变速运动的物体没有惯性;
物体在匀速直线运动或静止时有惯性,一旦速度改变了就没有惯性;
或把惯性看成一种力,认为物体保持原来运动状态是因为受到惯性力;
认为物体的速度越大,物体的惯性就越大等等其实惯性是一切物体的固有属性,与物体的运动状态以及是否受力没有关系,仅由物体的质量决定.
知识点四:
理解惯性和惯性定律
(1)对惯性定律的理解
牛顿第一定律揭示了一切物体都具有保持原来运动状态不变的性质,即一切物体都具有惯性.同时,牛顿第一定律还定性地指出了力的动力学意义:
力是改变物体运动状态的原因,即改变速度的原因.物体在速度发生改变时,就有加速度.因此也可以说:
力是使物体产生加速度的原因.不能认为力是维持物体运动(匀速直线运动)的原因,也不能认为有力就有运动,没有力就没有运动,更不能认为物体向哪个方向运动一定受到那个方向的力的作用.
(2)对惯性的理解
①惯性是物体的固有属性:
一切物体都具有惯性.
②惯性与运动状态无关:
不论物体处于怎样的运动状态,惯性总是存在的,当物体原来静止时,它一直“想”保持这种静止状态;
当物体运动时,它一直“想”以那一时刻的速度做匀速直线运动.
③惯性与物体是否受力无关,与物体速度大小无关,仅由物体的质量决定.
知识点五:
理解物体运动状态改变的表现形式
“速度”是描述物体运动快慢程度的物理量,即是描述物体“运动状态”的物理量.因此,“物体运动状态改变”即是“物体速度改变”,有以下几种表现形式:
(1)速度v的大小改变而方向不变;
(2)速度v的大小不变而方向改变;
(3)速度v的大小和方向都发生改变;
(4)物体运动的位移非均匀地增加(或减少);
(5)物体运动的轨迹发生弯曲.
知识点六:
利用惯性解释有关现象
运用惯性解释有关现象时,通常可按下面的步骤思考解析:
(1)明确研究的物体原来处在怎样的运动状态.
(2)当外力作用在该物体的某一部分(或外力作用在与该物体有关联的其他物体上)时,这一部分的运动状态的变化情况.
(3)该物体由于惯性将保持怎样的运动状态,判断最后会出现什么现象.
【例】2005年1月在南京举行的全国运动会上,山东选手刑慧娜与金牌失之交臂,据报道原因是刑慧娜在奔跑的过程中和别人发生了绊脚现象.从生活的经验我们知道,在路上跑的人被绊倒时,和慢走的人滑倒时,会发生不同现象.试根据所学知识完成下表.
跑的人
慢走的人
绊倒时的现象
上身向前趴着倒下
上身向后仰着倒下
原因分析
【解析】跑的人被绊倒时,脚因受力停止了运动,而身体上半部分由于惯性继续向前运动,上身快而下身慢,故向前趴着倒下;
慢走人的前脚落地前同时参与随身体向前的匀速运动和绕关节向前的圆周运动,速度的水平分量大于身体的速度.正常行走时,前脚落地后受摩擦阻力作用速度马上减为零,随即后脚撤去支撑,后脚抬起且节奏均匀.滑倒时,多是前脚落地受摩擦力不足,速度未能迅速减小为零,但后脚按节奏抬起撤去支撑,前脚向前滑动的速度大于上半身因惯性保持的速度,而造成向后仰着摔下.
典型例题
类型一、理想实验
1、关于伽利略理想实验,下列说法正确的是( )
A.完全是理想的,没有事实为基础
B.是以可靠事实为基础的,经科学抽象,深刻反映自然规律的
C.没有事实为基础,只是理想推理
D.以上说法都不对
【答案】B
【解析】伽利略的理想实验是经过科学抽象,能深刻反映自然规律。
【总结升华】理想实验只是不能通过实验实现,但只要是建立在可靠事实基础上,就能揭示自然规律。
【变式】科学思维和科学方法是我们认识世界的基本手段,在研究和解决问题过程中,不仅需要相应的知识,还要注意运用科学的方法。
理想实验有时更能深刻地反映自然规律,伽利略设想了一个理想实验如图所示,其中有一个是经验事实,其余是推论。
①减小第二个斜面的倾角,小球在这斜面上仍然要达到原来的高度;
②两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面;
③如果没有摩擦,小球将上升到原来释放的高度;
④继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球要沿水平面做持续的匀速运动.
请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列____________(只要填写序号即可)。
在上述的设想步骤中,有的属于可靠的事实,有的则是理想化的推论,下列关于事实和推论的分类正确的是____________。
A.①是事实,②③④是推论 B.②是事实,①③④是推论
C.③是事实,①②④是推论 D.④是事实,①②③是推论
【答案】②③①④ B
【解析】该实验是让一个静止的小球从一个斜面滚下,滚上另一个对接的斜面。
如果没有摩擦,小球将上升到原来滚下时的高度,在这个实验的基础上进行合理的推论:
逐步减小倾角,直至水平,小球将沿水平面以恒定的速度运动下去。
所以理想实验设想的步骤顺序应该是:
②③①④。
其中②是事实,③①④是推论。
类型二、对牛顿第一定律的理解
2、如图所示,在一辆表面光滑且足够长的小车上,有质量为m1和m2的两个小球(m1>m2),两小球原来随车一起运动.当车突然停止时,若不考虑其他阻力,则两个小球( )
A.一定相碰 B.一定不相碰 C.不一定相碰 D.无法确定
【答案】B
【解析】小车表面光滑,因此球在水平方向上没有受到外力作用.原来两球与小车有相同速度,当车突然停止时,因为惯性,两小球的速度不变,所以不会相碰.
【总结升华】当物体不受外力,或所受合外力为零时,物体都将保持原来的速度运动.这是物体具有惯性的原因.
【变式】下列说法正确的是( )
A.如果物体在运动,那么它一定受到力的作用 B.力是使物体做变速运动的原因
C.撤去作用力,运动的物体最终总要停下来 D.力只能改变物体运动速度的大小
【解析】运动的物体不一定受到力的作用,可能物体具有速度,由于惯性,物体可以一直运动。
撤去力,物体有可能保持原来的速度匀速直线运动。
力不仅可以改变速度的大小还可以改变速度的方向。
力是改变物体运动状态的原因。
类型三、惯性与质量
3、关于物体的惯性,下列说法正确的是( )
A.只有处于静止状态或匀速直线运动状态的物体才具有惯性
B.物体做变速运动时,其惯性也不断变化
C.惯性的大小和物体的速度有关,速度大惯性大
D.质量是物体惯性大小的唯一量度
【答案】D
【解析】惯性是指物体保持原来的静止状态或匀速直线运动状态的性质,一切物体都有惯性,物体的惯性和物体的运动状态、受力情况无关,质量是物体惯性大小的唯一量度,选项D正确。
【总结升华】惯性是物体本身固有的属性。
惯性的大小只与质量有关,与物体所处的状态没有关系。
【变式1】下列关于惯性及有关现象的说法中正确的是:
( )
A.人在走路时没有惯性,被绊倒时才有惯性
B.物体在不受外力作用时有惯性,受到外力作用后惯性就改变了
C.参加百米赛跑的运动员到达终点时不能立即停下来,是由于惯性
D.向上抛出的球,受的重力向下,但还向上运动,也是由于惯性的缘故
答案与解析【答案】CD
【解析】惯性是物体的根本属性,惯性的大小只与物体的质量有关,与物体所处的状态、运动情况、受力情况都无关,故A、B错误;
C、D选项所述的现象都是惯性的缘故,故C、D正确。
【答案】CD
【变式2】下列说法正确的是( )
A.掷出的铅球速度不大,所以其惯性很小,可以用手去接
B.用力打出乒乓球速度很大,因此其惯性很大,不能用手去接
C.相同的两辆车,速度大的比速度小的难以停下,是因为速度大的车惯性大
D.相同的两辆车,速度大的比速度小的难以停下,是因为速度大的车状态变化大
答案与解析【答案】D
【解析】因为惯性的大小仅由质量来决定,铅球质量很大,其惯性大,尽管速度不大,但是运动状态很难改变。
故不能用手接而乒乓球则与其相反,运动状态容易改变,尽管速度大,也可以用手去接(这一点同学们都有经验),所以A、B是错误的.对于C、D,相同的两辆车惯性相同,要让速度大的车停下来,其运动状态变化大,因此较难,故D正确
【答案】D
故不能用手接而乒乓球则与其相反,运动状态容易改变,尽管速度大,也可以用手去接(这一点同学们都有经验),所以A、B是错误的.对于C、D,相同的两辆车惯性相同,要让速度大的车停下来,其运动状态变化大,因此较难,故D正确.
【变式3】
下列说法正确的是( )
A.惯性是只有物体在匀速运动或静止时才表现出来的性质
B.物体的惯性是指物体不受外力作用时仍保持原来直线运动状态或静止状态的性质
C.物体不受外力作用时保持匀速直线运动状态或静止状态,有惯性;
受外力作用时,不能保持匀速直线运动状态或静止状态,因而就无惯性
D.惯性是物体的属性,与运动状态和是否受力无关
【答案】D
类型四、物体运动状态改变的表现形式
4、如果物体运动状态发生了变化,说明该物体( )
A.速度方向一定发生了变化
B.速度大小一定发生了变化
C.加速度一定发生了变化
D.受到的合外力一定不为零
【答案】D
【解析】物体运动状态发生变化一定是它的速度发生变化,可能是速度大小、也可能是速度方向、还有可能是二者一起发生变化,既然物体运动速度发生变化,物体一定产生了加速度.由牛顿第一定律知,物体所受合外力一定不为零,使物体速度发生改变,但有可能是匀变速运动,速度不断变化,加速度不变,故选D.
【总结升华】弄清物体运动状态改变的表现形式是解决此题的关键.
【变式1】如图所示(俯视图),以速度v匀速行驶的列车车厢内有一光滑水平桌面,桌面上的A处有一小球.若车厢中的旅客突然发现小球沿图中虚线由A向B运动.则由此可判断列车( )
A.减速行驶,向南转弯
B.减速行驶,向北
转弯
C.加速行驶,向南转弯
D.加速行驶,向北转弯
答案与解析【答案】A
【解析】本题考查了惯性的概念.由牛顿第一定律可知,小球在水平桌面向前匀速运动.小球的运动以车为参考系,小球按图示轨迹运动.由于小球匀速运动,判断车的运动时以小球为参考系,由图可知,列车相对小球向南运动,同时车相对小球沿车运动的反方向运动,故知车做减速运动.所以选项A正确.
【答案】A
【解析】本题考查了惯性的概念.由牛顿第一定律可知,小球在水平桌面向前匀速运动.小球的运动以车为参考系,小球按图示轨迹运动.由于小球匀速运动,判断车的运动时以小球为参考系,由图可知,列车相对小球向南运动,同时车相对小球沿车运动的反方向运动,故知车做减速运动.所以选项A正确.
【变式2】如图所示,一个劈形物体A,各面均光滑,放在固定的斜面上,上表面水平,在上表面上放一个光滑的小球B,劈形物体从静止开始释放,则小球在碰到斜面前的运动轨迹是( )
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
答案与解析【答案】B
【解析】本题考查力和物体运动状态变化的关系.力是改变物体运动状态的原因,物体不受力将保持原来的静止或匀速直线运动状态.由于劈形物体A各面均光滑,所以小球B在水平方向上不受力作用,故小球B在水平方向上将保持“静止”状态,小球B由于在竖直方向上受到重力和物体A的支持力作用,运动状态改变做竖直方向的运动.
【答案】B
【解析】本题考查力和物体运动状态变化的关系.力是改变物体运动状态的原因,物体不受力将保持原来的静止或匀速直线运动状态.由于劈形物体A各面均光滑,所以小球B在水平方向上不受力作用,故小球B在水平方向上将保持“静止”状态,小球B由于在竖直方向上受到重力和物体A的支持力作用,运动状态改变做竖直方向的运动.
【变式3】
做自由落体运动的物体,如果下落过程中某时刻重力突然消失,物体的运动情况将是( )
A.悬浮在空中不动 B.速度逐渐减小
C.保持一定速度向下匀速直线运动
D.无法判断
答案】C
类型五、利用惯性解释有关现象
5、在车厢的顶板上用细绳挂着一个小球,如图所示,在下列情况下可对车厢的运动情况得出怎样的判断:
(1)细线竖直悬挂________.
(2)细线向图中左方偏斜________.
【答案】
(1)车厢静止或做匀速直线运动
(2)车厢水平向右加速运动或向左减速运动
【解析】作用在小球上只能有两个力:
小球所受的重力mg、细线对它的拉力F.根据这两个力是否处于平衡状态,可判断小球所处的状态,从而可得出车厢的运动情况.
(1)当细线竖直悬挂时,小球所受重力mg和拉力F在一直线上,如图甲所示,且小车在上下方向不可能运动,所以小球水平方向不受外力,小球处于平衡状态,车厢静止或做匀速直线运动.
(2)当细线左偏时,小球所受重力mg和拉力F不在同一直线上,如图乙所示,小球不可能处于平衡状态.因为力是使物体产生加速度的原因,小球一定向着所受合力方向(水平向右)产生加速度,所以车厢水平向右做加速运动或水平向左做减速运动.
【变式1】一天下着倾盆大雨,某人乘坐列车时发现,车厢的双层玻璃窗内积水了.列车进站过程中(箭头表示列车进站的方向),他发现水面的形状如图所示中的( )
答案与解析【答案】C
【解析】列车进站时刹车,速度减小,而水由于惯性仍要保持原来较大的速度,所以水向前涌,液面形状和选项C中一致
【答案】C
【解析】列车进站时刹车,速度减小,而水由于惯性仍要保持原来较大的速度,所以水向前涌,液面形状和选项C中一致.
【变式2】从水平匀速向右飞行的飞机上按相等的时间间隔,依次放出a、b、c三个球,不考虑空气阻力,站在地面上的人看到它在空中的排列情况是图中的( )
【解析】飞机上释放(非抛出)的球都具有与飞机相同的水平速度,在水平方向上,a、b、c三个球以相同的速度做匀速直线运动,故三个球一定在飞机的正下方,三球连线是一条竖直线.
巩固练习
一、选择题:
1.关于牛顿第一定律的下列说法中,正确的是( )
A.牛顿第一定律揭示了力是产生并维持运动的原因
B.牛顿第一定律揭示了力是改变物体运动状态的原因
C.牛顿第一定律描述的是一种理想状态,无实际意义
D.牛顿第一定律给出了惯性的概念,从而揭示了运动是物体自身的根本属性,运动不需要力来产生和维持
2.下列对运动的认识不正确的是( )
A.亚里士多德认为物体的自然状态是静止的,只有当它受到力的作用才会运动
B.伽利略认为力不是维持物体速度的原因
C.牛顿认为力的真正效应总是改变物体的速度,而不仅仅是使之运动
D.伽利略根据理想实验推论出,如果没有摩擦,在水平面上的物体,一旦具有某一个速度,将保持这个速度继续运动下去
3.16世纪末,伽利略用实验和推理,推翻了已在欧洲流行了近两千年的亚里士多德关于力和运动的理论,开启了物理学发展的新纪元.在以下说法中,与亚里士多德观点相反的是( )
A.四匹马拉的车比两匹马拉的车跑得快,这说明,物体受的力越大,速度就越大
B.—个运动的物体,如果不再受力了,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”
C.两物体从同一高度自由下落,较重的物体下落较快
D.一个物体维持匀速直线运动,不需要受力
4.2007年9月在北京举办中央电视塔低空跳伞国际公开赛,为全国观众送上了一场精彩绝伦的视觉盛宴.下述几种跳伞情况,运动状态发生改变的是( )
A.运动员沿竖直线匀速下落 B.运动员沿曲线下落
C.运动员沿倾斜的直线加速下落 D.运动员沿倾斜的直线匀速下落
5.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,发现仍落回车上原处,这是因为()
A.人跳起后,车厢内空气给他以向前的力,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,在水平方向上和车始终具有相同的速度
6.在向右匀速行驶的车厢内,用细线悬挂一小球,其正下方为a点,b、c两点分别在a点的左右两侧,如图所示,烧断细绳,球将落在( )
A.a点 B.b点 C.c点 D.不能确定
7.两个同材料做成的大小形状完全一样的实心球A和空心球B,从同一高度在空气中落下时受空气阻力相同,则( )
A.A球先落地 B.B球先落地 C.两球同时落地 D.不能确定
8.如图所示,A、B两物块叠放在一起,在粗糙的水平面上保持相对静止地向右做匀减速直线运动,运动过程中B受到的摩擦力( )
A.方向向左,大小不变 B.方向向左,逐渐减小
C.方向向右,大小不变 D.方向向右,逐渐减小
9.下列物体所受合力为零的是( )
A.做匀速直线运动的物体
B.沿斜面匀速上行的物体
C.细绳一端拴一小球,另一端固定,让小球在光滑水平面上做圆周运动
D.停在斜坡上的汽车
10.火车在平直轨道上匀速直线前进,在密封的没有空气流动的车厢内点燃了一支卫生香,则车里乘客看到卫生香所冒的烟的运动情况应是( )
A.一边上升一边向前飘 B.一边上升一边向后飘
C.只是上升不向任何一边飘 D.无法确定
二、解答题:
1.如图所示,一个玻璃杯内盛大半杯水,上面盖一块塑料板,板上放一只鸡蛋,用小棒猛击塑料板,塑料板飞出,鸡蛋___________,这是鸡蛋有___________的缘故。
2.从水平匀速向右飞行的飞机上每隔相等时间,依次释放出a、b、c三个铁球,不考虑空气阻力,站在地面上的人看到它们在空中的排列情况是图中的___________图。
3.把一本较厚重的书用细绳扎一圈,然后将细绳的一端悬挂起来,另一端用手牵着.先迅速用力将细绳一拽,看看细绳的哪一段断开.再来一次,但注意拉力慢慢逐渐加大,直到细绳被拉断,看看又是细绳的哪一段断开.比较两次拉断细绳的结果,想想这是为什么.
1.BD
解析:
牛顿第一定律说明了物体不受力的状态是静止状态或匀速直线运动状态,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.牛顿第一定律还揭示了惯性的概念,故B、D正确.
2.A
伽利略、牛顿对运动的认识是正确的,力不