8.1 牛顿第一定律（解析版）

课时81 牛顿第一定律（帮课堂）（解析版） 【学习目标】 1 理解力对物体运动的影响； 2 理解牛顿第一定律及其现象； 3 理解惯性概念； 4 了解影响物体惯性大小的因素； 5 会分析生活中的惯性现象。 【知识导图】 【基础知识】 知识点一、阻力对物体运动的影响 1 运动是否需要力来维持 生活中，人们常用这样的体验：让静止的物体动起来，要对它施加力，要使它不停下 来，需要对它不断施力。据此，古希腊哲学家亚里士多德认为，运动要靠力来维持。2000 年后，意大利物理学家伽利略认真研究这些现象后，发现了不易察觉的阻力的作用，纠正 了亚里士多德根据直觉经验得出的结论。 2 实验探究：阻力对物体运动的影响 猜想与假设 阻力可能是使物体运动速度减小的原因 制订计划和 设计实验 去一辆小车，让它三次都从斜面的同一高度由静止滑下（控制变量法：控制滑上水 平面时速度相同）。依次在水平面上铺上毛巾、棉布、木板（控制变量法：使水平 面的粗糙程度不同），观察小车的运动情况，并记下其停止的位置。 实验器材 小车、斜面、棉布、木板、毛巾、刻度尺等 实验过程 （1）在水平面上铺上表面最粗糙的毛巾，让小车从斜面上适当位置由静止滑下，观 察小车在毛巾表面上运动的距离； （2）撤去毛巾，铺上表面较粗糙的棉布，让小车从斜面上同一位置由静止滑下，观 察小车在棉布表面上运动的距离； （3）撤去棉布，铺上较为光滑的木板，让小车从斜面上同一位置由静止滑下，观察 小车在木板表面上运动的距离。 实验记录 接触面 小车受到阻力大 小 小车运动的距离 小车速度减小的 情况 毛巾表面 较大 较近 很快 棉布表面 较小 较远 较快 木板表面 最小 最远 较慢 分析与论证 小车受到的阻力越小，速度减小得越慢，小车运动的距离越远 科学推理 假设水平面绝对光滑，小车受到的阻力为零，小车的速度将不会减小，它将以恒定 不变的速度永远运动下去，即如果运动物体不受力的作用，它将做匀速直线运动。 ★特别提醒 1 实验中，可通过调节斜面的倾角来调节小车进入水平面时的速度大小，避免小车冲出木板。 2 实验中应由静止释放小车，让小车自由滑下，不能用手推动小车。 【典例1】小明利用如图所示的装置，探究在水平面上阻力对物体运动的影响，进行 如下操作： 、如图甲，将毛巾铺在水平木板上，让小车从斜面顶端由静止滑下，观察小车在水平 面上通过的距离； b、如图乙，取下毛巾，将棉布铺在斜面和木板上，让小车从斜面顶端由静止滑下， 观察小车在水平面上通过的距离； 、如图丙，取下棉布，让小车从斜面顶端由静止滑下，观察小车在水平面上通过的距 离。请针对以上操作回答下列问题： (1)以上操作中错误的一次是______（选填“”、“b”或“”）； (2)对比两次正确实验操作能说明：小车受到的阻力越小，通过的距离越______； (3)纠正错误后，多次实验进行分析，并进一步推测：在水平面上滑行的小车，如果受 到的阻力为零，它将做______运动； (4)为了得出科学结论，三次实验中小车每次都从斜面上同一位置由静止自由下滑，这 样做的目的是：使小车从斜面上同一位置到达底端水平面时______； (5)在水平面滑行的小车受到的重力和小车对水平面的压力______（选填“是”或“不 是”）一对平衡力； (6)上述所有探究实验中用到的科学研究方法有______（只要求写出一种即可）； (7)在大量类似实验基础上，牛顿概括出了著名的牛顿第一定律。在实际生活中有着广 泛的应用。一架运输机参加某次抗震救灾时，在沿水平向右做匀速直线运动的过程中，间 隔相同时间先后从飞机上静止释放三个相同的物资。若不计空气阻力，且地面水平。那么 在地面上看，能正确表示物资在空中的排列情况和着地位置的图示组合是______。 ．①⑥ B．②⑤ ．③④ D．①④ 【答】b；远；匀速直线；速度相同；不是；控制变量法（或转换法、科学推理 法）；。 【解析】(1)[1]为了使小车到达水平面时的速度相等，应让小车从相同斜面的同一高 度由静止开始下滑；则b 步骤错误，因为在斜面上铺上棉布改变了接触面的粗糙程度，就 不能保持初速度相同了，此处应用了控制变量法。 (2)[2]水平面越光滑，小车运动的距离越远，由图示可知，木板的表面最光滑，则小 车在木板表面受到阻力最小，运动的距离最长，此处运用了转换法。 (3)[3]由实验可知，平面越光滑，小车受到的阻力越小，运动距离越远，速度减小得 越慢，由此进行推理得出：小车运动时不受摩擦力的作用，将保持匀速直线运动这一结论。 (4)[4]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。 (5)[5]在水平面滑行的小车受到的重力和小车对水平面的压力作用在不同的物体上， 不是一对平衡力。 (6)[6]通过解答过程可知，此实验中运用了控制变量法、转换法和科学推理法。 (7)[7]飞机沿水平向右做匀速直线运动时，从飞机上释放三个相同的物资，物体由于 惯性，保持原来的运动状态不变，继续向前飞行，三个物体在下落过程中，都是以原来的 速度向前运动，因此落到地面上后间隔的距离也相等，所以⑥正确，④⑤错误。小球受地 球引力的作用下，同时向下做自由落体运动，故三个小球下落时，在同一条垂线上，所以 ①正确，②③错误。所以正确，BD 错误。 知识点二、力的作用效果 1 牛顿第一定律的建立过程 2 牛顿第一定律的内容 一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。 （1）“一切”表明定律对所有物体都是适用的； （2）“没有受到力的作用”包含两层意思：一是理想情况，物体没有受到任何力的 作用；二是物体受到的各个力相互抵消，相当于不受力。这是定律成立的条件； （3）“总保持”表面物体不受力时只有两种状态，要改变这两种状态物体必须受到 力的作用； （4）“或”即两种状态居其一，不能同时存在。 3 对牛顿第一定律的理解 （1）由牛顿第一定律可知，一切物体都有保持运动状态不变的性质，说明物体的运 动不需要力来维持，不受任何力的作用时，原来运动的物体，将保持匀速直线运动状态， 原来静止的物体将保持静止。 （2）牛顿第一定律不是实验定律，而是在大量经验事实的基础上，通过进一步的推 理而概括出来的。由于从牛顿第一定律得出的一切推论都经受住了实践的检验，因此它已 经成为公认的物理学基本定律之一。 材深挖 一些物理猜想，由于受实验条件所限，无法直接验证，需要先进行实验，再通过科学推理得出正确 结论，这种方法称为“科学推理法”。牛顿第一定律就是由实验结合科学推理得出来的。 【典例2】如图所示为某兴趣小组在发射水火箭，如果水火箭在上升过程中，受到的 所有力突然全部消失，则水火箭将（ ）。 ．沿原方向做匀速直线运动 B．向下运动 ．立刻静止在空中 D．慢慢上升然后逐渐静止 【答】。 【解析】根据牛顿第一定律可知，运动的物体没有收到任何力的作用时，会保持原来 的运动状态一直匀速直线运动下去，因此水火箭在上升过程中，受到的所有力突然全部消 失，则水火箭将沿原方向做匀速直线运动，故BD 不符合题意，符合题意。 故选。 知识点三、惯性 1 惯性 牛顿第一定律说明，任何物体不受力时，都会保持静止或匀速直线运动状态，即一切 物体都有保持原来运动状态的性质，我们把这种性质称为惯性，所以牛顿第一定律也称为 惯性定律。 ★特别提醒 1 惯性是物体本身的一种属性，物体的惯性大小只与物体的质量的大小有关，质量越大，惯性越 大。 2 一切物体在任何情况下都有惯性，与物体的形状、运动状态、所处位置、受力情况等无关。 3 惯性不是谁给予的，不能说物体“受到惯性”，也不能说物体“获得惯性”或“得到惯性”。 4 惯性是物体的一种性质，不存在惯性力。 2 惯性与力的区别 惯性 力 产生机制 物体因为具有质量而具有的 物体间相互作用 物理意义 惯性是物体的一种属性 物体对物体的作用 产生条件 始终具有，与外界条件无关 物体间有相互作用时才有，一个物体不会产生力 构成要素 没有方向、没有作用点，只有大小。大小与 质量有关，但大小没有具体数值，也没有单 位 有大小、方向、作用点；大小由具体的数值和单 位 效果 保持物体运动状态不变 改变物体的运动状态 总结 惯性和力本质不同，惯性不是力，因此，把惯性说成“惯性力”“物体受到惯性作用”或“由于 惯性作用”都是错误的，正确的表述应该为“物体由于惯性”或“物体因为具有惯性”。 【典例3】关于惯性，下列说法中正确的是（ ）。 ．液体、气体也有惯性； B．赛车冲过终点后能很快停下来，说明赛车没有惯性； ．跳远运动员起跳前要助跑，是因为运动员没有惯性； D．百米赛跑运动员到达终点不能立即停下来，是因为运动员具有惯性 【答】D。 【解析】．任何物体都有惯性，包括液体和气体，故正确； B．赛车冲过终点后能很快停下来是因为赛车受到地面的摩擦力的作用，不能说明赛 车没有惯性，故B 错误； ．跳远运动员起跳前要助跑，是利用身体的惯性来提高跳远成绩，故错误； D．百米赛跑运动员到达终点不能立即停下来，是因为运动员具有惯性，要保持原来 的运动状态继续向前运动，故D 正确。 故选D。 3 解释生活中常见的惯性现象 图示 现象分析 启动汽车，乘客后仰：汽车突然启动时，乘客的下半身会随车向前运 动，而身体的上部由于惯性要保持原来的静止状态，所以身体就会向 后仰 垫片飞出，鸡蛋落入杯中：用木棍猛敲击鸡蛋下的垫片，垫片飞出， 但鸡蛋由于具有惯性，要保持原来的静止状态，不会随垫片飞出，在 垫片飞出后，由于重力的作用下落到杯子中 紧急刹车，乘客前倾：汽车紧急刹车时，乘客的下半身在车座的作用 下会随车停止运动，但身体的上部由于惯性要保持原来运动状态，所 以身体就会向前倾 蹬一下地，滑板车能滑行一段距离：向后蹬地，滑板车受力向前运 动，之后滑板车由于惯性会保持原来的运动状态滑行，但因为滑行过 程中始终受到地面阻力的作用，所以最终会停下来 4 惯性的利用与惯性危害的防止 利用 用手柄的下端撞击其他物体，手柄受力停止运动， 锤头由于惯性继续向下运动，这样反复多次后，锤 头就套紧了 跳远运动员助跑获得很大的速度后飞身一跃，靠自 身的惯性在空中继续前进 防止 为了防止汽车紧急刹车时驾驶员和乘客由于惯性向 前运动撞上其他物体，驾驶员和乘客必须使用安全 带 高速行驶中的车辆，刹车时由于惯性会继续运动较 长的距离。为了安全，道路上急转弯路段都要严格 限制车辆行驶的速度 【典例4】下列事例中，需要防止惯性带来危害的是（ ）。 ． 将水从桶中泼出； B． 汽车驾驶员系 上安全带； ． 人蹬冰面后可继续滑行； D． 洗手后用力甩 干 【答】B。 【解析】．将水从桶中泼出，是利用了水的惯性，使水向前泼出，故不符合题意； B．汽车驾驶员系上安全带，是为了防止当汽车紧急刹车时，人由于惯性向前运动撞 到挡风玻璃而造成伤害，故B 符合题意； ．人蹬冰面后可继续滑行，是利用了人的惯性，故不符合题意； D．洗手后用力甩干，是利用了水的惯性，使水脱离人手，故D 不符合题意。 选B。 【方法帮】 题型一：实验探究阻力对物体运动的影响 【典例5】小明同学用如图所示的装置探究“力与运动的关系”。让小车从斜面同一 高度处由静止滑下，分别标记出小车在水平面为毛巾、棉布、木板表面时的停止位置。 （1）小车在相同斜面同一高度由静止滑下，是为了使小车到达水平面时的_____相同； （2）标记是小车在_____（选填“毛巾”“棉布”或“木板”）表面停下来的位置， 分析可知，水平表面越光滑，小车受到的阻力越小，速度减小得越_____（选填“快”或 “慢”）； （3）在此实验基础上通过推理可知观点_____（选填“”或“B”）是正确的； ．物体的运动不需要力来维持 B．力是维持物体运动的原因 （4）因此，在此实验基础上通过推理可得出结论：运动的物体在不受外力的作用时， 它将_____； （5）在此实验的基础上进行改进，让同一小车从斜面不同高度处由静止滑下，观察 小车在相同水平面滑行的距离，可以探究小车的重力势能与_____有关。 【答】速度；木板；慢；；做匀速直线运动；高度。 【解析】（1）[1]探究“力与运动的关系”的实验中，根据控制变量法，需要使小车 到达水平面时的速度相等，则需要让小车从斜面上同一位置由静止滑下。 （2）[2][3]图中标记到斜面底端的距离最远，说明其表面摩擦力最小，是小车在木板 表面停下来的位置，由实验现象知道，水平表面越光滑，小车受到的阻力越小，运动的距 离越远，运动速度减小得越慢。 （3）[4]由实验现象推理知道，运动的物体不受力时，可以保持原来的运动状态不变， 因此可得出：物体的运动不需要力来维持，力不是维持物体运动的原因，故正确，B 错误。 故选。 （4）[5]此实验基础上通过推理可得出：运动的物体在不受外力的作用时，它将做匀 速直线运动 （5）[6]若让同一小车从不同高度处由静止滑下，小车的质量不变，改变小车的高度， 观察小车在相同水平面滑行的距离（滑行距离越远，说明原来小车的重力势能越大），可 以探究小车的重力势能与高度的关系。 题型二：对牛顿第一定律的理解 ★易错警示 理解牛顿第一定律应注意两点： （1）牛顿第一定律是如何得来的：牛顿第一定律是以实验为基础，结合科学推理得 出的，不是实验定律，这是它的特殊性。 （2）牛顿第一定律说明了什么：它揭示处物体在任何情况下都具有惯性，而不是 “只有不受外力”时或“只有处于静止或匀速直线运动状态”时才有惯性。 【典例6】“一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持匀速直线运动状态或静止 状态。”这一定律是哪位物理学家推理、概括出来的（ ）。 ．牛顿 B．安培 ．伏特 D．欧姆 【答】。 【解析】牛顿总结笛卡尔、伽利略等前人的研究成果，概括推理出牛顿第一定律：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。 故选。 题型三：牛顿第一定律的应用 【角度1】判断物体的运动状态 当物体不受外力作用时： （1）动者恒动。即原来运动的物体在没有受到外力作用时，将保持匀速直线运动状 态； （2）静者恒静。即原来静止的物体在没有受到外力作用时，将保持静止状态。 【典例7】体育测试时，从测试者手中抛出的实心球在空中时所受的外力同时消失， 它将（ ）。 ．立即停下来 B．做匀速直线运动 ．慢慢停下来 D．仍做曲线 运动 【答】B。 【解析】当从测试者手中抛出的实心球在空中时所受的外力同时消失时，实心球不受 力，根据牛顿第一定律，当物体不受力时总处于静止或匀速直线运动，又因为实心球受到 外力消失前运动，所以实心球将会做匀速直线运动。 故选B。 【角度2】运动和力的关系 力不是维持物体运动的原因，力是改变物体运动状态的原因。 【典例8】辽宁舰舰载机进行常规训练。当舰载机降落在辽宁舰的甲板上时，由于其 质量大速度快，单靠战机的制动停下来是不可能的，所以就需要舰载机的尾钩勾住甲板上 的阻拦索来完成。当尾钩勾住阻拦索时，下列说法合理的是（ ）。 ．尾钩没有受到拉力 B．阻拦索不发生形变 ．舰载机变慢 D．舰载机不受阻力 【答】。 【解析】．当尾钩勾住阻拦索时，阻拦索对尾钩有拉力的作用，由于物体间力的作用 是相互的，所以尾钩也受到拉力，故不符合题意； B．阻拦索受到了力的作用，发生了形变，故B 不符合题意； D．甲板、空气和阻拦索对舰载机都有阻力的作用，阻力改变了舰载机的运动状态， 使舰载机的速度变慢，故符合题意，D 不符合题意。 故选。 题型四：物体的惯性 惯性是物体本身的一种属性，即物体保持原有运动状态不变的性质，其大小只和质量 有关，与物体的运动状态以及是否受力都无关。另外，还需要注意惯性不是力，因而描述 惯性时不能与“受到”、“作用”等词搭配使用，更不能说“惯性力”。 【典例9】关于惯性，下列说法正确的是（ ）。 ．静止的足球没有惯性； B．跳远运动员要助跑后起跳，是为了增大惯性； ．在空中自由下落的苹果，运动的速度越来越快，是由于受到惯性的作用； D．在汽车紧急刹车时，坐在车里的乘客会向前倾倒，是由于乘客具有惯性 【答】D。 【解析】．一切物体在任何情况下都有惯性，因此静止在草坪上的足球有惯性，故错 误； B．跳远运动员先助跑的目的是为了获得一个向前的速度，利用惯性使自己跳得更远， 惯性是物体的一种属性，与速度大小无关，故B 错误； ．在空中自由下落的苹果，运动的速度越来越快，是由于受到了重力的作用，惯性是 物体的一种属性，不能说受到惯性的作用，故错误； D．汽车行驶时乘客和车一起向前运动，当汽车急刹车时，汽车速度突然减小，由于 乘客具有惯性，乘客会继续向前运动使乘客向前倾倒，故D 正确。 故选D。 题型五：解释生活中的惯性现象 解释生活中惯性的现象的步骤： 一、确定研究对象，明确研究对象是哪一个物体或物体的哪一部分； 二、确定被研究对象原来处于什么状态； 三、说明物体的运动状态要发生怎样的变化； 四、由于惯性，研究对象要保持原来的什么状态，结果会出现什么现象。 【典例10】在汽车刹车时，坐在车里的乘客会向前倾倒。这种现象可以用以下四句 话来解释： ①乘客猝不及防，向前倾倒； ②汽车很快停止运动，乘客下半身也很快随车停止运动； ③乘客上半身由于具有惯性，仍然向前运动．； ④坐在车里的乘客随汽车向前运动，司机发现情况立即刹车。 则解释顺序排列正确的是（ ）。 ．④①②③ B．④②③① ．④③②① D．④②①③ 【答】B。 【解析】惯性是物体保持原来运动状态不变的性质，一切物体都具有惯性，解释惯性 现象时，需要注意运动状态的变化先后顺序，坐在车里的乘客随汽车向前运动，司机发现 情况立即刹可知乘客下半身先停止，上半身具有惯性要保持原来运动状态，乘客猝不及防， 向前倾倒。 故选B。 题型六：惯性的利用及惯性危害的防止 从“结果”出发，判断惯性的利用与惯性危害的防止： 判断是利用惯性还是防止惯性的危害，可以从结果出发。若有了惯性，结果是对我们 有利的，则相应措施属于利用惯性；若有了惯性，而不加以预防时，结果是对我们有害的， 则相应措施属于防止惯性带来的危害。 【典例11】如图的各种生活现象中不属于利用惯性的是（ ）。 ． 紧固锤头 B． 不再蹬地滑板车继续前进 ． 安全气囊 D． 跳远助跑 【答】。 【解析】．当人的手握着锤柄迅速向下运动碰到阻碍时，锤柄突然停止运动，而锤头 由于惯性还要继续向下运动，于是就紧紧套在锤柄上了，人就是利用这一惯性现象把锤头 紧套在锤柄上的，故不符合题意； B．原来滑板处于运动状态，所以不蹬地时由于惯性滑板还可以继续向前滑，利用这 一点可以使滑行更轻松，故B 不符合题意； ．当汽车出现紧急情况时，突然刹车，车上的人由于惯性还要继续向前运动，有可能 造成极大伤害，因此要安装安全气囊，防止人向前运动而撞伤，这是防止惯性造成的危