物理粤教版必修一讲义第四章 力与运动 第一节 Word版含答案.docx

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物理粤教版必修一讲义第四章力与运动第一节Word版含答案

第一节　伽利略的理想实验与牛顿第一定律

[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，会解释有关的惯性现象.

一、伽利略的理想实验

1.亚里士多德认为：

力是维持物体运动的原因.

2.伽利略的理想实验

（1）斜面实验：

让静止的小球从第一个斜面滚下，冲上第二个斜面，如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度.减小第二个斜面的倾角，小球滚动的距离增大，但所达到的高度相同.当第二个斜面放平，小球将永远运动下去.

（2）推理结论：

力不是（填“是”或“不是”）维持物体运动的原因.

（3）意义：

伽利略构想的理想实验以可靠的事实为基础，把实验与逻辑推理和谐地结合在一起，其科学研究的方法有力地推动了科学发展.

二、牛顿第一定律

1.牛顿第一定律

（1）内容：

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，这就是牛顿第一定律.

（2）意义：

说明了力不是维持（填“改变”或“维持”）物体运动的原因，而是改变（填“改变”或“维持”）物体运动的原因.

2.惯性

（1）定义：

物体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.牛顿第一定律又叫做惯性定律.

（2）惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性.

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了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，当一个做匀加速直线运动的物体所受外力全部消失时，物体将立刻停止运动.（×）

（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、对伽利略理想实验的理解

伽利略的斜面实验的各个过程，哪些可以通过实验完成？

哪些是推理得出的？

答案　小球从斜面上滚下，可以滚上另一斜面，是实验事实，可以通过实验完成，其余各个结论是由推理得出的，不可以用实验完成.

1.伽利略的理想实验推论：

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：

伽利略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，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

　理想实验有时更能深刻地反映自然规律.如图1所示，伽利略设想了一个理想实验，其中有一个是实验事实，其余是推论.

图1

①减小第二个斜面的倾角，小球在这一斜面上仍然要达到原来的高度；

②两个斜面对接，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，最后使它成为水平面，小球将沿水平面做持续的匀速运动.

（1）请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列：

____________（填写序号即可）.

（2）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　

（1）②③①④　

（2）B

解析　步骤②是理想实验的实验基础，属于可靠的事实，在此基础上利用推理，先得到小球不受阻力作用将上升到原来释放时的高度的推论，再设想减小第二个斜面的倾角直至第二个斜面成为水平面时，得到小球将匀速运动的推论.所以正确的排列顺序是②③①④，正确的分类是②是事实，①③④是推论.

【考点】伽利略的理想实验

【题点】伽利略的理想实验

二、对牛顿第一定律的理解

（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.因为车受到阻力的作用.

（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这个速度沿直线永远运动下去.

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发生改变.

2.对牛顿第一定律的理解

（1）定性说明了力和运动的关系：

①力是改变物体运动状态的原因，或者说力是产生加速度的原因，而不是维持物体运动状态的原因.

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.

例2

　关于牛顿第一定律，下列说法中错误的是（　　）

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　B

解析　牛顿第一定律有三层含义：

不受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；指出了物体在不受力时的运动状态，故选项A、C、D正确；牛顿第一定律并不是惯性，惯性是物体的一种性质，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.

【考点】牛顿第一定律

【题点】牛顿第一定律的理解

牛顿第一定律描述了物体不受外力作用时的状态——总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，同时揭示了力和运动的关系——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.分析此类问题时要注意牛顿第一定律与惯性的区别.

例3

　如图2所示，小球A静止放在小车的光滑底板上（设小车底板足够长），当小车受到水平向右的力F作用时，小车从静止开始在水平面上做加速直线运动，则小球A相对于地的运动情况（　　）

图2

A.做匀速直线运动

B.处于静止状态

C.做与小车同方向速度越来越大的直线运动

D.做与小车反方向速度越来越大的直线运动

答案　B

解析　对小球受力分析可知，车内的小球只受竖直方向的重力和支持力，这两个力是一对平衡力，小球所受合外力为零，所以无论小车如何运动，小球相对于地面都处于静止状态，B正确.

三、惯性的理解和应用

（1）自行车比赛中，高速行进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的大”，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.惯性只与质量大小有关，与地理位置无关.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“保持”原来的运动状态，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，运动状态越难以改变.

例4

　关于物体的惯性，以下说法中正确的是（　　）

A.物体的运动速度越大，物体越难停下来，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.在长直水平轨道上匀速运动的火车上，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；一切物体均有惯性，不论物体处于加速、减速还是匀速状态，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，所以C正确；人向上跳起后，人在水平方向不受外力作用，由于惯性，人在水平方向的速度不变，与车速相同，因此仍落在车厢原处，D错误.故正确答案为C.

针对训练　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.摩托车转弯时，车手一方面要控制适当的速度，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转弯的目的

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、D错误；摘下或加挂一些车厢，改变了列车质量，从而改变了它的惯性，故C正确.

1.（伽利略的理想实验）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“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.要使物体运动就必须有力的作用，没有力的作用物体就静止

答案　B

解析　理想实验在实际情况下是永远不能实现的，其条件永远是理想化的，选项B正确；即使接触面“相当光滑”，也不会达到没有摩擦力的程度，选项A错误；利用气垫导轨当然也不能实现“理想”的条件，仍然存在一定的阻力，只不过阻力很小而已，选项C错误；力是改变物体运动状态的原因，并不是维持物体运动状态的原因，选项D错误.

【考点】伽利略的理想实验

【题点】伽利略的理想实验

2.（牛顿第一定律的理解）关于牛顿第一定律，下列说法正确的是（　　）

A.力是维持物体运动的原因，不受力的物体将保持静止，比如自行车

B.物体的速度不断增大，表示物体必受力的作用

C.物体如果向正北方向运动，其受外力方向必须指向正北

D.不受力的物体将保持静止或匀速直线运动状态，而受力的物体运动状态一定改变

答案　B

解析　根据牛顿第一定律的内容可以判断力是改变物体运动状态的原因，不受力的物体将保持静止或匀速直线运动状态，故A错误，B正确；若物体向正北方向做匀速直线运动，则物体不受力或所受合外力为零，C错误；物体受到力的作用，若合外力为0，则物体也可以保持运动状态不变，故D错误.

3.（牛顿第一定律的应用）如果正在做自由落体运动的物体的重力忽然消失，那么它的运动状态应该是（　　）

A.悬浮在空中不动

B.运动速度逐渐减小

C.做竖直向下的匀速直线运动

D.以上三种情况都有可能

答案　C

解析　由题意可知，正在做自由落体运动的物体一定具有速度，而且仅受重力作用.如果重力忽然消失，则物体就不再受外力的作用，根据牛顿第一定律，撤去外力作用的物体应该保持它撤去外力时的运动状态，所以该物体应该做竖直向下的匀速直线运动.

4.（对惯性的理解）物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质称为惯性.下列有关惯性的说法中，正确的是（　　）

A.乘坐汽车时系好安全带可减小惯性

B.运动员跑得越快惯性越大

C.宇宙飞船在太空中也有惯性

D.汽车在刹车时才有惯性

答案　C

解析　乘坐汽车时系好安全带，不是可以减小惯性，而是在紧急刹车时可以防止人由于惯性飞离座椅，所以A错误；质量是物体惯性大小的惟一量度，与物体的速度的大小无关，所以B、D错误；一切物体都有惯性，在太空中宇宙飞船的质量是不变的，所以其惯性也不变，所以C正确.

【考点】惯性

【题点】对惯性的理解

理想实验及其在科学研究中的作用

所谓“理想实验”，又叫做“假想实验”、“抽象的实验”或“思想上的实验”，它是人们在思想中塑造的实验过程，是一种逻辑推理的思维过程和理论研究的重要方法.

“理想实验”虽然也叫做“实验”，但它同真实的科学实验是有原则区别的.真实的科学实验是一种实践活动，而“理想实验”则是一种思维的活动；前者是可以将设计通过物化过程实现的实验，后者则是由人们的抽象思维中设想出来而实际上无法做到的“实验”.

但是，“理想实验”并不是脱离实际的主观臆想.首先，“理想实验”是以实践为基础的.所谓的“理想实验”就是在真实的科学实验的基础上的抽象分析，其次“理想实验”的推理过程是以一定的逻辑法则为根据的.而这些逻辑法则，都是从长期的社会实验中总结出来的，并为实践所证实了的.

伽利略的“理想斜面实验”打破了亚里士多德关于“受力运动的物体，当外力停止作用时物体静止”这类陈旧观念，为近代力学的建立奠定了基础.爱因斯坦在建立相对论、海森堡在建立量子论时都用过“理想实验”.我们在学习过程中常用的假设法、极限法等也是这种方法的迁移.

“理想实验”在自然科学的理论研究中有着重要的作用.但是，“理想实验”的方法也有其一定的局限性，“理想实验”只不过是一种逻辑推理的思维过程，它的作用只限于逻辑上的证明与反驳，而不能用来作为检验认识正确与否的标谁.相反，由“理想实验”所得出的任何推论，都必须由观察或实验的结果来检验.

选择题

考点一　伽利略的理想实验及物理学史

1.（多选）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.笛卡儿指出：

如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向

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

解析　亚里士多德认为物体的运动需要力来维持，A错误；伽利略通过“理想实验”得出：

一旦物体具有某一速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去，B正确；笛卡儿指出：

如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向，C正确；由牛顿第一定律知，D正确.

【考点】对运动与力的关系认识的物理学史

【题点】对运动与力的关系认识的物理学史

2.（多选）关于伽利略的理想实验的叙述中正确的是（　　）

A.这个实验是凭空想象的

B.这个实验虽然是想象的，但它得出的结论是可靠的

C.理想实验是一种科学方法

D.理想实验是一个纯思维实验，其正确性应接受实践的检验

答案　BC

解析　伽利略的理想实验虽然是假想的，但是实验方法却是科学的，结果也是可靠的，故选B、C.

【考点】伽利略的理想实验

【题点】伽利略的理想实验

考点二　对牛顿第一定律的理解

3.（多选）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.

【考点】牛顿第一定律

【题点】牛顿第一定律的理解

4.火车在平直轨道上做匀速直线运动，若在密封的、没有空气流动的车厢内点燃一支卫生香，则车里乘客看到卫生香所冒出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

答案　C

解析　卫生香所冒出的烟由于惯性而保持与车相同的水平速度，故C正确.

5.如图1所示，在一辆表面光滑的小车上，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，假设车足够长，则（　　）

图1

A.若m1＜m2，则两个小球一定相碰

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　小车表面光滑，因此两小球在水平方向上没有受到外力的作用.当匀速运动时，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）.

6.如图2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2

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，除竖直方向可以有力外，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.

【考点】牛顿第一定律

【题点】牛顿第一定律的应用

考点三　惯性的理解与应用

7.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，并且物体的惯性大小只与质量有关，和物体的速度无关，A正确，B、C、D错误.

【考点】惯性

【题点】对惯性的理解

8.关于惯性，下列说法正确的是（　　）

A.球由静止释放后加速下落，说明力改变了惯性

B.物体随着“神舟十一号”飞船进入太空，其惯性将消失

C.投掷出去的标枪靠惯性向远处运动

D.物体沿水平面滑动，速度越大滑行的时间越长，说明速度越大惯性越大

答案　C

解析　惯性大小只与物体的质量有关，与运动的状态、受力情况无关，故A、B、D错误；投掷出去的标枪是靠惯性向远处运动的，故C正确.

9.（多选）关于惯性的下列说法，其中正确的是（　　）

A.物体抵抗运动状态变化的性质是惯性

B.没有力的作用，物体只能处于静止状态

C.行星在圆周轨道上保持匀速率运动的性质是惯性

D.运动物体如果没有受到力的作用，将继续以同一速度沿同一直线运动下去

答案　AD

解析　物体的惯性是指物体本身要保持原来运动状态不变的性质，或者说是指物体抵抗运动状态变化的性质，选项A正确；没有力的作用，物体将保持静止状态或匀速直线运动状态，选项B错误；行星在圆周轨道上做匀速圆周运动，而惯性是指物体保持静止或匀速直线运动的状态，选项C错误；运动物体如果没有受到力的作用，根据牛顿第一定律可知，物体将继续以同一速度沿同一直线一直运动下去，选项D正确.

10.（多选）小轩很喜欢爸爸新买的数码照相机，在旅途中拍下了火车内桌面上塑料杯瞬间的不同状态，如图6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6

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或静止，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或静止，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.