高中物理讲义221牛顿第一定律含答案.docx
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高中物理讲义221牛顿第一定律含答案
2.2 牛顿运动定律
2.2.1 牛顿第一定律
学习目标
核心提炼
1.知道亚里士多德的观点，知道伽利略理想斜面实验及推理方法。
1个实验——伽利略理想斜面实验
1个定律——牛顿第一定律
1种固有性质——惯性
2.知道惯性概念，知道惯性是物体的固有属性。
3.理解牛顿第一定律的内容和意义，并能解释有关现象。
一、历史回顾
代表人物
主要观点
亚里士多德
必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在一个地方
伽利略
力不是维持物体运动的原因
笛卡儿
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
思考判断
（1）亚里士多德认为力是维持物体运动的原因。
（√）
（2）伽利略认为，没有力作用在物体上，它就不能运动。
（×）
（3）笛卡儿认为若没有力作用，物体的运动状态就不会改变。
（√）
二、理想实验的魅力
1.伽利略理想实验：
让小球沿斜面从静止状态开始向下运动，小球将“冲”上另一斜面，如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度。
减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍将达到同一高度，但它要运动得远些。
继续减小第二个斜面的倾角，球达到同一高度时就会离得更远。
若将第二个斜面放平，球将永远运动下去。
2.结论：
力不是维持物体运动的原因。
思维拓展
有人认为伽利略的斜面实验为理想实验，无法在实验中验证，故不能揭示自然规律。
该说法是否正确？
提示 该说法是错误的。
伽利略的理想斜面实验反映了一种物理思想，它建立在可靠的事实基础上，抓住主要因素，忽略次要因素，从而深刻揭示了自然规律。
三、牛顿第一定律和惯性
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，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。
2.惯性：
物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质。
3.惯性的量度：
质量是惯性大小的唯一量度。
思维拓展
1.如图1所示是冰壶在冰面上的运动图片，如果摩擦阻力比较大，冰壶很快停下来；如果摩擦阻力很小。
可以忽略，冰壶将永远运动下去。
图1
试结合上述现象讨论：
（1）牛顿第一定律中的“除非作用在它上面的力迫使它改变运动状态”说明运动与力有什么关系？
（2）根据牛顿第一定律思考，如果物体不受外力作用，物体将处于什么状态？
提示
（1）说明力是改变物体运动状态的原因。
（2）原来静止的物体，不受外力时，仍然静止；原来运动的物体，不受外力时，将永远做匀速直线运动。
2.高铁的列车最高时速可以达到400多千米，是世界上最快的火车。
有的同学认为：
火车变快了，其惯性变大了，所以难刹车。
他的认识正确吗？
图2
提示 他的认识是错误的，惯性是物体的固有属性，火车提速后，其质量不变，惯性也不变。
对牛顿第一定律的理解
[要点归纳]
1.牛顿第一定律的物理意义
（1）揭示了力与运动的关系
①力是改变物体运动状态的原因：
物体受力的作用，它的运动状态就一定发生改变，并且产生加速度。
②力不是维持物体运动状态的原因：
物体若不受力，它将做匀速直线运动或者保持静止状态。
（2）揭示了一切物体都具有的一种属性——惯性，所以牛顿第一定律也叫惯性定律。
2.物体运动状态改变的三种情况
（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。
[精典示例]
[例1]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
思路点拨 解答本题时应注意以下三点：
（1）牛顿第一定律和惯性的区别。
（2）力和运动的关系。
（3）力和运动状态变化的关系。
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。
答案 B
方法总结
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。
[针对训练1]根据牛顿第一定律判断，以下说法正确的是（ ）
A.人只有在静止的车厢内，竖直向上高高跳起后，才会落在起跳时的位置
B.人在沿直线匀速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方
C.人在沿直线加速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方
D.人在沿直线减速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方
解析 人竖直跳起离开车厢瞬间，人与车在水平方向上的速度相同，由牛顿第一定律知如果车子静止或做匀速直线运动，人都将落回原地，故A、B项错误；如果车加速前进，则在相同时间内人的水平位移比车的水平位移小，故落在起跳点后方，C项正确；反之若车子减速前进，则在相同时间内人的水平位移比车子的水平位移大，故落在起跳点的前方，D项错误。
答案 C
对惯性的理解和应用
[要点归纳]
1.惯性与质量的关系
（1）惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。
（2）质量是物体惯性大小的唯一量度，质量越大，惯性越大。
2.惯性与力的关系
（1）惯性不是力，而是物体本身固有的一种性质，因此“物体受到了惯性作用”、“产生了惯性”、“受到惯性力”等说法都是错误的。
（2）力是改变物体运动状态的原因。
惯性是维持物体运动状态的原因。
力越大，物体的运动状态改变越快；惯性越大，物体的运动状态越难改变。
（3）惯性与物体的受力情况无关。
3.惯性与速度的关系
（1）速度是表示物体运动快慢的物理量，惯性是物体本身固有的性质。
（2）一切物体都有惯性，并且惯性的大小由物体本身决定，与物体是否有速度及速度的大小无关。
4.惯性与惯性定律的关系
（1）惯性是物体具有的一种固有属性。
惯性定律是物体不受外力作用时所遵守的一条规律，属性不同于规律。
（2）惯性使物体保持原来运动状态，但能否保持取决于其受力情况。
当物体不受外力（或所受合外力为零）时，物体将保持静止状态或匀速直线运动状态。
惯性定律揭示了物体的惯性，正因为物体有惯性，故物体的运动不需要力来维持。
[精典示例]
[例2]如图3所示是一种汽车安全带控制装置示意图。
当汽车处于静止或匀速直线运动时，刹车摆锤竖直悬挂，锁棒水平，棘轮可以自由转动，安全带能被拉动。
当汽车突然刹车时，摆锤由于惯性绕轴摆动，使得锁棒锁定棘轮的转动，安全带不能被拉动。
若摆锤从图中实线位置摆到虚线位置，汽车的可能运动方向和运动状态是（ ）
图3
A.向右行驶、匀速直线运动
B.向左行驶、匀速直线运动
C.向右行驶、突然刹车
D.向左行驶、突然刹车
思路点拨
解析 若汽车做匀速直线运动，则摆锤不会从实线位置摆到虚线位置，故A、B均错误；由图可知摆锤向右摆动，根据惯性知识可推知，汽车可能向左加速或向右减速，故C正确，D错误。
答案 C
方法总结
解释惯性现象的方法
（1）明确研究的物体原来处于怎样的运动状态。
（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）该物体由于惯性保持怎样的运动状态，判断最后会出现什么现象。
[针对训练2]下列事例中，利用了物体的惯性的是（ ）
图4
A.①②B.③④
C.①④D.②③
答案 C
1.在物理学史上，正确认识运动与力的关系并且推翻“力是维持运动的原因”的物理学家和建立惯性定律的物理学家分别是（ ）
A.亚里士多德、伽利略B.亚里士多德、牛顿
C.伽利略、牛顿D.伽利略、爱因斯坦
解析 在物理学史上，正确认识运动与力的关系并且推翻“力是维持运动的原因”的物理学家和建立惯性定律的物理学家分别是伽利略和牛顿。
故选项C正确。
答案 C
2.伽利略的斜面实验证明了（ ）
A.要物体运动必须有力作用，没有力作用的物体将静止
B.要物体静止必须有力作用，没有力作用的物体就运动
C.物体不受外力作用时，一定处于静止状态
D.力不是维持物体运动的原因
解析 伽利略的斜面实验证明了：
如果物体不受外力作用，运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动下去，所以只有D正确。
答案 D
3.如图5所示，某同学面朝列车行进方向坐在车厢中，水平桌面上放有一相对桌面静止的小球。
列车在水平直轨道上运动时，突然，小球相对桌面向后滚动，则可判断（ ）
图5
A.列车在刹车
B.列车在做加速运动
C.列车一定在做匀减速直线运动
D.列车一定在做匀速直线运动
答案 B
4.下列关于惯性的说法，正确的是（ ）
A.高速行驶的公共汽车紧急刹车时，乘客都要向前倾倒，说明乘客都具有惯性
B.短跑运动员最后冲刺时，速度很大，很难停下来，说明速度越大，惯性越大
C.《道路交通安全法》中规定：
各种小型车辆前排乘坐的人（包括司机）必须系好安全带，这是因为系好安全带可以防止因车的惯性而造成的伤害
D.把手中的球由静止释放后，球能竖直下落，是由于球具有惯性的缘故
解析 高速行驶的公共汽车紧急刹车时，乘客都要向前倾倒，说明乘客都具有保持原来运动状态的性质，即惯性，选项A正确；物体的惯性只与质量有关，与速度大小无关，选项B错误；系安全带的目的是防止由于人本身的惯性造成的伤害，选项C错误；把手中的球由静止释放后，球能竖直下落，是由于球受到竖直向下的重力的缘故，选项D错误。
答案 A
5.如图6所示，在瓶内装满水，将乒乓球用细线拴住并按入水中，线的另一端固定在瓶盖上。
盖上瓶盖并将瓶子翻转，乒乓球将浮在水中。
用手托着瓶子水平向右做加速直线运动，乒乓球在瓶中的位置会如何变化？
解释你所观察到的现象
图6
解析 因为水的质量大于同体积的乒乓球的质量，所以同体积的水的惯性大于乒乓球的惯性。
当用手托着瓶子水平向右做加速直线运动时，同体积的水相对瓶子向左移动时，将挤压乒乓球，使乒乓球相对瓶子向右移动。
答案 见解析
牛顿第一定律巧应用
（1）由“因”索“果”：
在判断力与运动之间的关系时，一定要把握准牛顿第一定律的含义，即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。
（2）由“果”索“因”：
如果物体的运动状态发生改变，则物体必然受到不为零的合外力的作用，所以判断物体的运动状态是否改变以及如何改变，应分析物体的受力情况。
基础过关
1.（多选）以下说法符合物理学史实的是（ ）
A.亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在某一个地方
B.伽利略通过理想实验得出结论：
力是维持物体运动的原因
C.笛卡尔指出：
如果运动中的物体没有受到力的作用，它将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.牛顿第一定律是逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能直接用实验验证
解析 亚里士多德认为力的作用是使物体运动的原因，A的说法符合物理学史；伽利略通过理想实验得出运动不需要力来维持，故B项说法不符合物理学史；笛卡尔指出如果运动中的物体没有受到力的作用，它将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的说法符合物理学史；牛顿第一定律是逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能直接用实验验证，故D项符合物理学史。
答案 ACD
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
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。
答案 BC
3.坐在小汽车前排的司机和乘客都要在胸前系上安全带，这主要是为了当下列哪种情况出现时，减轻可能对人造成的伤害（ ）
A.车速太快B.车速太慢
C.突然启动D.紧急刹车
解析 坐在小汽车前排的司机和乘客都要在胸前系上安全带，是为了减轻紧急刹车时可能对人造成的伤害。
答案 D
4.如图1所示，甲运动员在球场上得到篮球之后，甲、乙以相同的速度并排向同一方向奔跑，甲运动员要将球传给乙运动员，不计空气阻力，问他应将球向什么方向抛出（ ）
图1
A.抛出方向与奔跑方向相同，如图中箭头1所指的方向
B.抛出方向指向乙的前方，如图中箭头2所指的方向
C.抛出方向指向乙，如图中箭头3所指的方向
D.抛出方向指向乙的后方，如图中箭头4所指的方向
解析 由于球在甲手中时与甲的速度相同，球抛出后由于惯性其水平速度仍与甲、乙奔跑的速度相同，因此甲只要向垂直奔跑方向扔出球，就能被乙接住，C项正确。
答案 C
5.下列关于惯性的说法正确的是（ ）
A.战斗机战斗前抛弃副油箱，是为了增大战斗机的惯性
B.物体的质量越大，其惯性就越大
C.火箭升空时，火箭的惯性随其速度的增大而增大
D.做自由落体运动的物体没有惯性
解析 质量是物体惯性大小的唯一量度，物体的质量越大则惯性越大，故战斗机抛弃副油箱，减小了惯性，增大了战斗机的灵活性，故A错误，B正确；火箭的速度大小与火箭的惯性大小无关，故C错误；在物体自由下落的过程中质量不变，惯性大小不变，故D错误。
答案 B
6.如图2所示为月球车示意图，当该月球车分别在地面和月面以相同的速率行驶时，下面判断正确的是（ ）
图2
A.在地面运动时的惯性较大
B.在月面运动时的惯性较大
C.在地面和月面惯性一样大
D.在地面运动时的质量较大
解析 惯性的大小与物体的质量有关，与物体的运动状态无关，所以当该月球车分别在地面和月面以相同的速率行驶时的惯性是一样大的，A、B错误，C正确；质量是物体的固有属性，是不变的，D错误。
答案 C
7.
（1）是不是只有做匀速直线运动或静止的物体才具有惯性？
（2）有人说：
“速度越大，惯性越大”、“受力越小，惯性越大”，对吗？
答案
（1）不是。
一切物体都具有惯性。
物体的惯性与运动状态无关。
（2）都不对。
惯性只与质量大小有关，而与速度大小和受力大小无关。
能力提升
8.（多选）关于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受到外力的作用时的运动规律
B.不受外力作用时，物体的运动状态保持不变
C.在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于没有外力维持木块运动的结果
D.奔跑的运动员遇到障碍而被绊倒，这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态
解析 牛顿第一定律描述了物体不受外力作用时的状态，即总保持匀速直线运动状态或静止状态不变，A错误，B正确；牛顿第一定律还揭示了力和运动的关系，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，是由于摩擦阻力的作用而改变了木块的运动状态，奔跑的运动员，遇到障碍而被绊倒，是因为他受到外力作用而改变了运动状态，C错误，D正确。
答案 BD
9.（多选）在水平路面上有一辆匀速行驶的小车，车上固定一盛满水的碗。
现突然发现碗中的水洒出，水洒出的情况如图3所示，则关于小车在此种情况下的运动，下列叙述正确的是（ ）
图3
A.小车匀速向左运动
B.小车可能突然向左加速
C.小车可能突然向左减速
D.小车可能突然向右减速
解析 原来水和小车相对静止，以共同速度运动，水突然向右洒出有两种可能：
①原来小车向左运动，突然加速，碗中水由于惯性保持原速度不变，故相对碗向右洒出。
②原来小车向右运动，突然减速，碗中水由于惯性保持原速度不变，相对于碗向右洒出，故B、D正确。
答案 BD
10.如图4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，设车足够长，则（ ）
图4
A.若m1B.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
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。
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）。
答案 D
11.如图5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5
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
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。
答案 B
12.（多选）下面是摘自上个世纪美国报纸上的一篇小文章：
阿波罗登月火箭在脱离地球飞向月球的过程中，飞船内宇航员通过无线电与在家中上小学的儿子汤姆通话。
宇航员：
“汤姆，我们现在已关闭火箭上所有发动机，正向月球飞去。
”汤姆：
“你们关闭了所有发动机，那么靠什么力量推动火箭向前运动？
”宇航员犹豫了半天，说：
“我想大概是伽利略在推动火箭向前运动吧。
”若不计星球对火箭的作用力，由上述材料可知下列说法正确的是（ ）
A.汤姆问话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因”
B.宇航员答话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因”
C.宇航员答话所体现的物理思想是“物体运动不需要力来维持”
D.宇航员答话的真实意思是火箭正在依靠惯性飞行
答案 ACD
13.理想实验有时能更深刻地反映自然规律。
伽利略设想了一个理想实验，如图6所示。
下面是关于该实验被打乱的步骤：
图6
①减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度。
②图5为两个对接的斜面，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时的高度。
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）在上述的设想实验步骤中，有的属于可靠的实验事实，有的则是理想化的推论。
请问步骤②属于________。
解析 本题向我们展示了科学史上著名的理想实验的思想方法，即在实验事实的基础上，经过合理的想象，获取结论。
针对题目所述的实验步骤，正确的排列顺序是②③①④，步骤②属于可靠的实验事实。
答案
（1）②③①④
（2）可靠的实验事实
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