8.1牛顿第一定律（知识解读）（解析版）

81 牛顿第一定律（知识解读）（解析版） •知识点1 牛顿第一定律的概念 •知识点2 物体运动状态变化的判定 •知识点3 惯性现象及其应用 •知识点4 力与运动的关系 •知识点5 探究阻力对物体运动的影响实验 •作业 巩固训练 1、牛顿第一定律（也叫惯性定律）：一切物体在没有受到力的作用的时候，总保持静止状 态或匀速直线运动状态。 2、牛顿第一定律是通过分析、概括、推理得出的，不可能用实验直接来验证。 【典例1-1】（2023 春•汶上县期末）关于牛顿第一定律的理解，下列说法正确的是（ ） ．牛顿第一定律是凭空想象出来的 B．物体只要运动，就一定受到力的作用 ．不受力的物体，只能保持静止状态 D．运动着的物体不受力时将做匀速直线运动 【答】D 【解答】解：、牛顿第一定律是在实验的基础上经过科学的推理得出的，不能用实验直接验证，但它 不是凭空想象出来的，经受了实践的检验，故错误； B、物体运动时，可能受平衡力，也可能不受力，故B 错误； 、由牛顿第一定律可知，不受力的物体，可能保持静止状态，也可能保持匀速直线运动状态，故错误； D、由牛顿第一定律可知，运动着的物体不受力时将做匀速直线运动，故D 正确。 故选：D。 【典例1-2】（2023 春•湛江期末）被誉为“经典力学奠基人”的物理学家 牛顿 总结出： 一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持静止或 匀速直线 状态。为纪念他对 牛顿第一定律的概念 知识点1 物理学的贡献，物理学中用他的名字作为 力 的单位。 【答】见试题解答内容 【解答】解： 牛顿是经典力学的奠基人，伟大的物理学家，牛顿总结笛卡尔、伽利略等人的研究成果， 概括出牛顿第一定律：一切物体在不受外力时，总保持匀速直线运动状态或静止状态， 为了纪念他对力学做出的杰出贡献，物理学以牛顿的名字命名力的基本单位。 故答为：牛顿；匀速直线；力。 【变式1-1】（2023 春•蓟州区校级月考）牛顿第一定律的发现和总结是（ ） ．由斜面小车实验直接得到的结论 B．通过日常生活和生产实际得出的结论 ．仅仅通过理论分析和数学推导就得出的规律 D．在实验的基础上，经过分析推理概括得到的结论 【答】D 【解答】解：牛顿第一定律的内容是一切物体在不受任何外力时，总保持原来的静止状 态或匀速直线运动状态。 牛顿第一定律的得出是牛顿在大量实验的基础上，通过分析推理概括得到的结论。此结 论不能从实验中直接得出。也无法通过理论分析和数学推导就得出。 故选：D。 【变式1-2】（2022 秋•港北区期末）牛顿第一定律 不能 （选填“能”或“不能”）通 过实验直接验证；投篮时篮球出手的瞬间，若一切力都消失了，篮球将 做匀速直线 运动 （选填“保持静止”“做曲线运动”或“做匀速直线运动”）。 【答】不能；做匀速直线运动。 【解答】解：牛顿第一定律是在实验的基础上，进一步推理、归纳得出来的，不能通过 实验直接验证；投篮时篮球出手的瞬间一切外力消失，由牛顿第一定律知，篮球将做匀 速直线运动。 故答为：不能；做匀速直线运动。 1、物体运动状态的变化包括速度大小的变化和速度方向的变化，两变其一或者都变化，那 物体运动状态变化的判定 知识点2 么运动状态发生变化，两者均不变，那么运动状态不发生改变（静止或者匀速直线运动）。 （1）物体由静到动、由动到静、由慢到快、由快到慢都是速度大小的变化。 （2）圆周运动、拐弯运动都是运动方向的变化（物体运动状态如果变化，一定是受力的 结果，而且所受力不是平衡力）。 2、静止或匀速直线运动都是运动状态没有变化（物体运动状态如果不变，或者受平衡力， 或者不受任何力）。 【典例2-1】（2023 春•碑林区校级月考）下列情形中，物体运动状态不变的是（ ） ． 图中减速下落的跳伞运动员 B． 图中利用撑杆越过高处的跳高选手 ． 图中用力推而未动的木箱 D． 图中绕地球匀速转动的中国空间站 【答】 【解答】解：、图甲中减速下落的跳伞运动员，速度大小发生变化，其运动状态发生改 变，故错误； B、图乙中利用撑杆越过高处的跳高选手，速度大小和运动方向发生变化，其运动状态 发生改变，故B 错误； 、图丙中用力推而未动的木箱，相对地面保持静止状态，其运动状态不发生改变，故正 确； D、图丁中绕地球匀速转动的中国空间站，运动方向发生改变，其运动状态发生改变， 故D 错误。 故选：。 【典例2-2】（2023 秋•泸县校级期末）2023 年3 月15 日晚我国研制的长征11 号运载火箭 在酒泉卫星发射中心点火升空，成功将实验19 号卫星送入预定轨道，这是长征11 号运 载火箭，自首飞以来的第16 次发射，实现16 连胜，在发射火箭的时候，火箭向下喷气， 可以获得向上的动力，这说明 物体间力的作用是相互的 ，卫星在绕地球做匀速圆 周运动时，卫星的运动状态是 改变 的（选填“改变”或“不变”）。 【答】物体间力的作用是相互的；改变。 【解答】解： （1）火箭对喷出的燃气施加一个向下的力，由于物体间力的作用是相互的，燃气同时 对火箭施加一个向上的力，使火箭上升。 （2）卫星在绕地球做匀速圆周运动时，卫星的运动方向不断变化，气运动状态是改变 的。 故答为：物体间力的作用是相互的；改变。 【变式2-1】（2023 秋•梁山县校级期中）下列物体运动过程中，运动状态不发生改变的是 （ ） ．篮球从篮筐中落下 B．火车在平直铁轨上匀速行驶 ．卫星绕地球匀速转动 D．火箭发射升空 【答】B 【解答】解：、篮球从篮筐中落下，在自身重力的作用下，速度越来越快，所以它的运 动状态在改变； B、火车在平直铁轨上匀速行驶，速度一定而且沿直线运动，所以火车的运动状态不改 变； 、卫星绕地球匀速转动，虽然速度一定，但卫星做的是圆周运动，它的运动方向不停的 在改变； D、刚刚起飞的火箭，受到推力的作用，做加速运动，所以它的运动状态在改变。 故选：B。 【变式2-2】（2023•襄阳）2023 年3 月7 日凌晨，中国空间站凌月（空间站从地球和月球 间飞过）。这一过程中，以月球为参照物，空间站是 运动 （选填“运动”或“静 止”）的。如图所示为某物体v t ﹣图象，则该物体的运动状态是 匀速 运动。（选 填“匀速”或“变速”） 【答】运动；匀速 【解答】解：以月球为参照物，空间站与月球之间发生了位置的变化，所以空间站是运 动的； 根据图示可知，物体的运动速度不变，做匀速运动。 故答为：运动；匀速。 1、惯性：物体保持原来运动状态不变的性质；即运动的物体要保持它的运动状态，静止物 体要保持它的静止状态； 2、一切物体任何时候都具有惯性(静止的物体具有惯性，运动的物体也具有惯性)； 3、惯性是物体本身的属性，惯性的大小与物体质量大小有关。质量越大，惯性越大；质 量越大的物体其运动状态越难改变。惯性的大小与物体的形状、运动状态、位置及受力情 况无关； 4、惯性是一种属性，它不是力。惯性只有大小，没有方向； 5、惯性的防止与应用。 【典例3-1】（2023•四平模拟）小明在进行百米赛跑时经历了加速、减速等阶段，最终冲 过终点线。以下关于惯性的说法正确的是（ ） 惯性现象及其应用 知识点3 ．小明加速跑时的惯性比减速跑时大 B．小明冲过终点线才停下来是因为受到惯性 ．小明整个跑步过程惯性大小不变 D．小明在加速、减速等运动状态改变时才有惯性 【答】 【解答】解：．物体惯性的大小只与质量有关，质量越大，惯性越大；与物体运动快慢 无关，故错误； B．惯性是指物体保持原来运动状态不变的性质，不能说“受到”惯性，故B 错误； ．物体惯性的大小只与质量有关，质量越大，惯性越大，小明在整个跑步过程中，质量 不变，其惯性大小不变，故正确； D．一切物体在任何情况下都具有惯性，小明在整个过程中都具有惯性，故D 错误。 故选：。 【典例3-2】（2023•牡丹江）如图所示的“橡皮筋动力车”，旋转扇叶，将橡皮筋拧紧。 松手后，橡皮筋的 弹性势 能转化为扇叶的 动 能，扇叶快速转动，小车运动起 来。当扇叶停止转动，小车仍能继续向前运动，小车具有 惯性 。 【答】弹性势；动；惯性 【解答】解：将橡皮筋拧紧。松手后，橡皮筋的弹性势能转化为扇叶的动能，扇叶快速 转动，小车运动起来。当扇叶停止转动，小车仍能继续向前运动，小车具有惯性。 故答为：弹性势；动；惯性。 【变式3-1】（2023 春•房县期中）在北京冬奥会自由式滑雪女子大跳台的比赛中，我国选 手谷爱凌从50m 高的跳台由静止出发，在空中完成了一次超高难度的1620 度旋转，获 得金牌。下列说法中正确的是（ ） ．她在空中受到重力和惯性力的作用 B．她离开轨道末端时惯性最大 ．她运动到最高点时速度为零 D．她运动到最高点时仍具有惯性 【答】D 【解答】解：、谷爱凌在空中飞行时受到重力、空气阻力作用，惯性是物体保持原来运 动状态不变的性质，不是力，故错误； B、她离开轨道末端时速度越大，飞得更远，但足球的惯性只与质量有关，其质量不变、 惯性不变，故B 错误； 、她运动到最高点时向上的速度为零，水平方向还具有一定的速度，故错误； D、她运动到最高点具有惯性，仍要保持原来的运动状态，故D 正确。 故选：D。 【变式3-2】（2023 春•平桂区 期中）锤子的锤头变松了，人们常用撞击锤柄下端的方法使 锤头紧套在锤柄上，如图，这是因为锤柄突然停止时，锤头由于 惯性 会继续向下 运动，这样就套紧了，其大小只与锤头的 质量 有关。 【答】惯性；质量。 【解答】解：如图所示，锤头与锤柄共同向下运动，当锤柄突然停止时，锤头由于惯性 会继续向下运动，这样就套紧了。 惯性是物体的一种属性，其大小只与物体的质量有关，所以这里惯性的大小只与锤头的 质量有关。 故答为：惯性；质量。 1、力是改变物体运动状态的原因，力不是维持物体运动状态的原因。 2、运动的物体不受力时做匀速直线运动(保持它的运动状态)； 3、静止的物体不受力时保持静止状态(保持它的静止状态)。 【典例4-1】（2023 春•天镇县期中）下列关于运动和力的说法，正确的是（ ） ．相互接触的两个物体之间一定有力的作用 B．当一个物体是施力物体时，就不能是受力物体 ．力的作用效果与力的大小、方向、作用点都有关 D．物体只有受力才能运动，不受力总保持静止状态 【答】 【解答】解：、力是物体对物体的作用，相互接触的两个物体，如果它们之间没有发生 相互推、拉、挤、压等作用，则它们之间就没有力的作用，故错误； B、物体间力的作用是相互的，一个物体是施力物体时，也是受力物体，故B 错误； 、力的作用效果与力的大小、方向、作用点都有关，故正确； D、物体在平衡力的作用下，保持静止或匀速直线运动状态；物体在不受外力时，总保 持静止状态或匀速直线运动状态，故D 错误。 故选：。 【典例4-2】（2023•宛城区三模）用水平力推停在平直公路上的汽车，没能推动，这时推 力 等于 （选填“大于”、“小于”或“等于”）汽车所受的阻力。快速行驶的汽车 刹车后，由于 惯性 ，还会继续前进一段距离。汽车最终停下来的原因是 受地面摩 擦力的作用 。 【答】见试题解答内容 【解答】解：汽车在水平推力的作用下保持静止状态，汽车水平方向上受到的推力和阻 力是一对平衡力，大小相等。 刹车时，汽车虽然受到地面摩擦阻力的作用，但由于惯性，仍要向前运动，由于受到摩 力与运动的关系 知识点4 擦力的作用故最终停下来。 故答为 等于；惯性；受地面摩擦力的作用。 【变式4-1】（2023 春•鄂州期末）关于力和运动的关系，下列说法正确的是（ ） ．物体运动状态改变，一定受到力的作用 B．物体受到了力的作用，运动状态一定改变 ．没有力的作用，运动的物体会慢慢停下来 D．物体在平衡力作用下，一定处于匀速直线运动状态 【答】 【解答】解： 、力是改变物体运动状态的原因，物体运动方向的改变，则一定受到力的作用，故正确； B、物体若受到平衡力的作用，运动状态不会改变，故B 错误； 、若没有力的作用，则运动的物体会永远不停地做匀速直线运动，故错误； D、若物体受平衡力，可能静止，可能做匀速直线运动，故D 错误。 故选：。 【变式4-2】（2023•合肥模拟）在“天宫课堂”中，航天员王亚平用吸管把乒乓球轻轻压 入水中，取出吸管后，观察到乒乓球悬停在水中，如图所示，这是由于在中国空间站中， 乒乓球不再受到重力和 浮 力的原因而悬停不动。 【答】浮。 【解答】解：在中国空间站微重力环境中，图中乒乓球所受重力为零，乒乓球悬停处于 平衡状态，因此水对乒乓球的浮力几乎为零，即乒乓球不再受到重力和浮力。 故答为：浮。 1、实验目的、原理、方法 探究阻力对物体运动的影响实验 知识点5 （1）实验目的：探究阻力对物体运动影响； （2）实验原理：力是改变物体运动状态的原因； （3）实验方法：控制变量法。 2、实验器材：斜面、小车、毛巾、棉布、木板、刻度尺。 3、器材作用 （1）斜面：使小车运动。 （2）毛巾、棉布、木板：改接触面对小车的阻力。 （3）刻度尺：测量小车行驶距离。 4、实验步骤 步骤①木板放在水平的桌面上,将斜面放固定在木板的一端,将刻度尺零刻度线与木板一端 对齐,紧贴木板并固定好； 步骤②观察木板毛巾与棉布的粗糙程度； 步骤③将毛巾铺在木板上,将小车置于斜面顶端同一位置,使小车向下滑,小车停下后,记录小 车在毛巾上滑动的距离S1 ； 步骤④将棉布铺在木板上,将小车置于斜面顶端同一位置,使小车向下滑,小车停下后,记录小 车在棉布上滑动的距离S2； 步骤⑤将小车置于斜面顶端,使小车向下滑,小车停下后,记录小车在木板上滑动的距离S3。 5、实验结论及推理 实验结论：平面越光滑,物体运动的距离越远,速度减小得越慢,所受阻力越小；平面越粗糙, 物体运动的距离越近,速度减小得越快,所受阻力越大。 实验推理：运动的物体如果不受外力作用，它将永远匀速直线运动下去。 【典例5-1】（2023 春•青山区校级月考）如图所示，在探究“阻力对物体运动的影响”的 实验中，记录小车在水平面不同材料上滑行的距离s 如表。关于该实验和记录数据，下 列说法不正确的是（ ） 水平面材料 毛巾 棉布 木板 小车移动的距离s/m 183 268 382 ．三次实验需让小车从同一斜面顶端由静止滑下 B．小车在木板上滑行的距离最远，说明小车受到的阻力最小 ．小车水平面上滑行时，受到的阻力越小，速度减小得越慢 D．该实验可以直接得出：小车运动时如果不受阻力，小车就会做匀速直线运动 【答】D 【解答】解：、实验中，我们让小车从同一斜面的同一高度自由下滑，目的是为了让小 车每次到达水平面时的速度都相同，故正确； B、小车在木板表面运动的距离最远，说明物体的速度减小得最慢，小车受到的阻力最 小，故B 正确； D、接触面越光滑，摩擦力越小，小车的速度减小得越慢。由此推理得出：小车运动时 不受阻力，小车就不会停下。由于不受力的物体不存在，所以不能通过本实验直接得出 物体不受力时的运动情况，故D 错误。 故选：D。 【典例5-2】（2023 春•鼓楼区校级月考）在探究“阻力对物体运动的影响”的实验中，小 刚同学做了如下实验。如图所示，让小车自斜面上某一固定位置由静止开始自由滑下， 分别观察小车从斜面上同一位置滑下后，在粗糙程度不同的水平面上运动的距离，同时 用小旗子标记每次小车在相应平面上停止后所处的位置。 （1）实验中每次均让小车从斜面固定位置由静止下滑的目的是：使小车每次在水平面 上开始滑行时速度大小 相等 。 （2）实验中改变小车所受摩擦阻力大小，是通过改变 接触面的粗糙程度 来实现的。 （3）实验中发现小车在毛巾表面滑行的距离最近，在棉布表面滑行的距离较远，在木 板表面滑行的距离最远。 说明小车受到的阻力越小，速度减小得越 慢 。 （4）推理：如果小车在水平面上滑行，受到的阻力为零，它将做 匀速直线运动 。 （5）在大量经验事实的基础上，牛顿总结了伽利略等人的研究成果概括出了牛顿第一 定律，该定律 。 能用实验直接验证 B 不能用实验直接验证，所以不能确定这个定律是否正确 是在大量经验事实的基础上，通过进一步的推理概括得出的 【答】（1）相等；（2）接触面的粗糙程度；（3）慢；（4）匀速直线运动；（5）。 【解答】解：（1）实验中每次让小车从斜面顶端由静止滑下，是为了使小车到达水平 面时具有相同的初速度，这用到了控制变量法； （2）在做“斜面小车实验”时，给水平桌面铺上粗糙程度不同的物体，目的是探究阻 力对物体运动的影响，由毛巾表面到棉布再到木板，接触面的粗糙程度减小，小车受到 的阻力也减小； （3）从毛巾、棉布到木板，接触面粗糙程度变小，小车受到的阻力变小，比较甲、乙、 丙三次实验，发现阻力越小，小车滑行的距离就越远，小车运动的速度改变得越慢； （4）对此实验进行分析，并进一步推测：如果水平面光滑，小车在运动时不受阻力， 则小车将运动的无限远，小车在水平面上做匀速直线运动； （5）牛顿在前人的研究成果上概括出了“牛顿第一定律”，实际中物体都要受到力的 作用，该定律不能通过实验直接验证，而是在大量经验事实的基础上进一步推理得出的， 故正确。 故答为：（1）相等；（2）接触面的粗糙程度；（3）慢；（4）匀速直线运动； （5）。 【变式5-1】（2023 春•冷水滩区校级期中）在“阻力对于运动的影响实验”中，控制小车 在同一斜面同一高度静止释放，目的是控制小车到达水平面时初速度大小 相等 （填“相等”“不相等”），水平面上阻力越小，小车速度减小越 慢 （填“快” “慢”）。 【答】相等；慢。 【解答】解：控制小车在同一斜面同一高度静止释放，目的是控制小车到达水平面时初 速度大小相等； 木板表面最光滑，小车运动时受到的阻力最小，小车在木板表面上通过的距离最长，速 度减小得最慢，可知水平面上阻力越小，小车速度减小越慢。 故答为：相等；慢。 【变式5-2】（2023 春•锡山区校级月考）在探究“阻力对物体运动的影响”时，使用的器 材有斜面、木板、毛巾、棉布和小车。 （1）实验时要固定斜面，并让小车从斜面上 同一 （选填“同一”或“不同”）位 置由静止滑下，目的是使小车到达水平面时的速度大小 相同 （选填“相同”或 “不相同”）； （2）根据实验现象，可以得出结论，水平面越光滑，小车受到的阻力越小，速度减小 得越 慢 （选填“快”或“慢”），在水平面上运动的距离越远； （3）如果水平面绝对光滑，对小车没有阻力，则小车将做 匀速直线 运动。 【答】（1）同一；相同；（2）慢；（3）匀速直线。 【解答】解： （1）在探究“阻力对物体运动的影响”时，应让小车从斜面的同一高度由静止下滑， 是为了使小车到达水平面时的速度大小相同； （2）从毛巾→棉布→木板，接触面的粗糙程度变小，阻力变小，小车运动的距离变大， 可以得出结论：水平面越光滑，小车受到的阻力越小，速度减小得越慢，在水平面上运 动的距离越远； （3）由（2）知，水平面越