版块8 运动和力 专题8-1 牛顿第一定律 （学生版） 初中物理尖子生自主招生培优讲义83讲

专题8-1 牛顿第一定律 知识· 解读 知识点一 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，物体就要静止在某个地方 伽利略 力不是维持物体运动的原因 笛卡 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，既不会 停下来，也不会偏离原来的方向 知识点二 牛顿第一定律与惯性 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 惯性与质量：质量大的物体惯性大。 说明惯性大小只由质量大小决定，与其他因素无关。 4 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：物体受到力的作用，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，它将保持匀速直线运动或者静止状 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。 5 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。 第 1 页 / 共 11 页 (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。 典例· 解读 例1、(多选)下列说法中正确的是( ) 牛顿第一定律是一条实验定律 B 牛顿第一定律说明了力是改变物体运动状态的原因 惯性定律与惯性的实质是相同的 D 物体的运动不需要力来维持 【答】BD． 【解析】牛顿第一定律反映了物体在不受力的理想条件下所遵循的运动规律，不能通过实验验证，并 非实验定律，选项错误；牛顿第一定律说明物体的运动不需要力来维持，但要改变物体的运 动状态则必须有力的作用，选项B、D 正确；惯性是物体保持原来运动状态不变的一种性质， 惯性定律则反映了物体在一定条件下的运动规律，选项错误。 温馨提示 惯性与牛顿第一定律不同。惯性是物体本身固有的一种属性，牛顿第一定律则是物体不受 外力作用时所遵循的运动规律。 例2、(多选)关于牛顿第一定律，下列说法正确的是( ) 牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时物体的运动规律 B 牛顿第一定律就是物体的惯性 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，必定受到外力的作用 【答】D． 【解析】惯性是物体的固有属性，惯性大小仅由物体的质量决定，与物体是否受力及物体的运动状态 无关。牛顿第一定律(惯性定律)是物体在不受外力作用(或所受合外力为零)的条件下所遵守的 运动规律，它指出了力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因。运动状态 发生变化时，物体必定受到外力的作用。总之，惯性和惯性定律是两个不同的概念，但惯性 定律揭示出物体具有惯性。故选项、、D 正确。 第 2 页 / 共 11 页 惯性相关易错点辨析 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，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，物体的运动状态越容易 改变；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属性。 (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。 提示：运动的物体总要保持运动，物体的惯性总是以保持“原状”或者反抗“改变”两种形式表现出 来。 例3、（多选）关于物体的惯性，下列说法正确的是( ) 质量就是惯性 B 物体运动遵循牛顿第一定律，是因为物体有惯性 人飞跑时不易被别人挡住，是因为飞跑时的惯性要比走路时大 D 从受一定牵引力作用下的汽车上不断卸下货物，汽车速度的变化不断加快 【答】BD． 【解析】惯性是物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态不变的性质，而质量只是物体惯性大小 的量度，所以选项错误；因一切物体都具有惯性，所以才有惯性定律，即牛顿第一定律，所 以选项B 正确；一个物体惯性的大小仅由其质量大小决定，与物体的速度、加速度及受力情 况都无关，所以选项错误；汽车受力不变时，卸下货物，汽车的惯性变小，所以运动状态变 化加快，加速度变大，选项D 正确。 例4、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( ) 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：可以通过科技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”，表明弩箭的惯性减小了 第 3 页 / 共 11 页 货运列车运行到不同车站时，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—方面要适当地控制速度，另一方面要将身体向弯道内侧倾斜， 这是为了通过调控人和车的惯性达到安全行驶的目的 【答】． 【解析】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，这是功率增大的缘故，并非使小质量的物体获得大惯性，故错误；“强弩之末，势不能 穿鲁缟”，是由于弩箭速度减小了，而不是惯性减小了，弩箭的惯性不变，故B 错误；货运 列车运行到不同车站时，经常要摘下或加挂一些车厢，列车质量发生变化，惯性改变，故正 确；摩托车转弯时，车手一方面要适当地控制速度，另一方面要将身体向弯道内侧倾斜，人 和车的质量没变，惯性没变，只是改变了受力方向，防止侧滑，故D 错误。 科学思维——理想实验及其在科学研究中的作用 “理想实验”，又叫作“假想实验”“抽象的实验”，它是人们进行逻辑推理过程和理 论研究的重要方法。 “理想实验”虽然也叫作“实验”，但它与真实的科学实验是有原则性区别的，真实的 科学实验是一种实践活动，而“理想实验”则是一种思维活动；前者是可以将设计通过物 化过程而实现的实验，后者则是由人们在抽象思维中设想出来而实际上无法做到的“实 验”。 “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，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，对实 际过程做出更深层次的抽象分析。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践中总结出来的，并为实践所证实了的。 “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正确与否的标准。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。 例5、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，下面对如图 所示的斜面实验的设想步骤中，有一个是可靠事实，其余是推论。 第 4 页 / 共 11 页 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，最后使它变成水平面，小球将沿水平面做持续的匀速直线 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)将上述设想步骤中的可靠事实和理想化的推论进行分类。 属于可靠事实的步骤是______________； 属于理想化推论的步骤是______________。 【答】(1)②③①④ (2)② ①③④． 【解析】伽利略理想实验是在可靠事实的基础上进行合理的推理，将实验理想化，并符合物理规律， 得到正确的结论。②是可靠事实，因此放在第一步，③①是在无摩擦的情况下的设想，④属 于理想化推论。 培优· 训练 1、做匀速直线运动的小车上水平放置一密闭的装有水的瓶子，瓶内有一气泡，如图所示， 当小车突然停止运动时，气泡相对于瓶子将（ ） ．向前运动 B．向后运动 ．无相对运动 D．无法判断 第1 题图 第2 题图 2、如图所示，一只盛水的容器固定在一个小车上，在容器中分别悬挂和拴着一只铁球和 一只乒乓球．容器中的水和铁球、乒乓球都处于静止状态．当容器随小车突然向右运动 时，两球的运动状况是(以小车为参考系)( ) ．铁球向左，乒乓球向右 B．铁球向右，乒乓球向左 第 5 页 / 共 11 页 ．铁球和乒乓球都向左 D．铁球和乒乓球都向右 3、(多选)“复兴号”高铁在某段水平轨道上匀速行驶，假设高铁上固定着盛满水的水杯。 若突然发现水杯中的水向右洒出，如图所示，则关于高铁在此种情况下的运动，下列描述 正确的是( ) ．高铁匀速向左运动 B．高铁可能突然向左加速运动 ．高铁可能突然向左减速运动 D．高铁可能突然向右减速运动 第3 题图 第4 题图 第5 题图 4、某同学为了取出如图所示羽毛球筒中的羽毛球，一手拿着球筒的中部，另一手用力击打 羽毛球筒的上端，则( ) ．此同学无法取出羽毛球 B．该同学是在利用羽毛球的惯性 ．羽毛球筒向下运动过程中，羽毛球受到向上的摩擦力才会从上端出来 D．羽毛球会从筒的下端出来 5、如图所示，小明用水平方向的力推一木箱。小明发现：用力推时，木箱才能运动；撤去 推力，木箱便停下来。有四位同学对此过程发表了自己的看法，你认为正确的是 ( ) ．木箱的运动需要力来维持 B．木箱由静止到运动需要力的作用，由运动到静止不需要力的作用 ．撤去推力，木箱停下来是木箱具有惯性的表现 D．撤去推力，木箱停下来是由于摩擦力的作用 6、关于惯性，下列说法中正确的是( ) ．物体只有静止或做匀速直线运动时才有惯性 B．物体运动速度大时惯性大 ．质量是惯性大小的唯一量度 D．体积越大的物体惯性越大 第 6 页 / 共 11 页 7、如图所示，惯性最大的是( ) 第8 题图 8、2013 年1 月1 日起实施的新交通法规中规定，坐在小汽车前排的司机和乘客都应在胸前 系上安全带，这主要是为了减轻在下列哪种情况出现时可能对人造成的伤害( ) ．车速太快 B．车速太慢 ．紧急刹车 D．突然启动 9、下列关于惯性的说法中，正确的是( ) ．物体只有在静止或做匀速直线运动时才有惯性 B．抛出去的物体，脱手后能继续向远处运动靠的是惯性 ．同一物体在地球上的惯性比在月球上的惯性大 D．物体在高速运动时不容易停下来，所以物体的速度越大，惯性越大 10、如图甲、乙分别表示伽利略对“自由落体运动”和“运动和力的关系”的研究过程， 开创了科学实验和逻辑推理相结合的重要科学研究方法。下列说法正确的是( ) ．图甲中通过对小球在斜面运动的研究，合理外推得出小球自由落体运动是匀变速运 动 B．图甲中先在倾角较小的斜面上进行实验，可以减小小球重力，使时间测量更容易 ．图乙中实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持 D．图乙中在左侧斜面由静止释放小球，小球可运动到比释放点更高的位置 第10 题图 第 11 题图 11、如图所示为月球车示意图，当该月球车分别在地面以较小的速率和在月面以较大的速 率行驶时，下列判断正确的是( ) ．在地面运动时的惯性较大 B．在月面运动时的惯性较大 第 7 页 / 共 11 页 ．在地面和月面惯性一样大 D．在地面运动时的质量较大 12、一碗水放置于火车车厢内的水平桌面上。当火车向右做匀加速运动时，水面形状接近 于图( ) 13、下列事例中，利用了物体的惯性的是( ) ①跳远运动员在起跳前尽可能高速助跑 ②跳伞运动员在落地前打开降落伞 ③自行车轮胎制成不平整的花纹 ④ 铁饼运动员在掷出铁饼前快速旋转 ．①② B．③④ ．①④ D．②③ 14、在谷物的收割和脱粒过程中，小石子、草屑等杂物很容易和谷物混在一起。另外，谷 有瘪粒，为了将它们分离，农民常用一种叫做“风谷”的农具分选，如图所示，对它的分 选原理描述错误的是( ) ．石子质量大惯性大，飞得最远 B．草屑和瘪谷粒质量小，飞得最近 ．草屑和瘪谷粒的惯性最大，飞得最近 D．空气阻力作用使它们速度变化快慢不同 第14 题图 第15 题图 15、如图所示，在一辆表面光滑足够长的小车上，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，如不考虑其他阻力，则两个小球( ) ．一定相碰 B．一定不相碰 ．不一定相碰 D．无法确定 16、公交公司为了宣传乘车安全，向社会征集用于贴在公交车上的友情提示语，下面为征 集到的其中几条，你认为对惯性的理解正确的是( ) ．站稳扶好，克服惯性 B．稳步慢行，避免惯性 ．当心急刹，失去惯性 D．谨防意外，惯性恒在 17、（多选）下面是摘自20 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 第 8 页 / 共 11 页 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( ) ．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” ．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 18、（多选）如图所示，重球系于线D 下端，重球下再系一根同样的绳B，下列说法正确 的是( ) ．在绳的端缓慢增加拉力，结果D 绳先断 B．在绳的端缓慢增加拉力，结果B 绳先断 ．在绳的端突然猛一拉，结果B 绳先断 D．在绳的端突然猛一拉，结果D 绳先断 19、远在春秋战国时代(公元前770—前221 年)，我国杰出学者墨子认为：“力，刑之所以 奋也．”“刑”同“形”，即物体；“奋，动也”，即开始运动或运动加快，对墨子这句 关于力和运动观点的理解，下列说法不正确的是( ) ．墨子认为力是改变物体运动状态的原因 B．墨子认为力是使物体产生加速度的原因 ．此观点与亚里士多德关于力和运动的观点基本相同 D．此观点与牛顿关于力和运动的观点基本相同 20、如图所示，一个劈形物体放在固定的斜面M 上，物体上表面水平，其上放一光滑小球 m 若劈形物体各面均光滑，从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是( ) ．沿斜面向下的直线 B．竖直向下的直线 ．无规则曲线 D．抛物线 第 9 页 / 共 11 页 第20 题图 第21 题图 21、某同学为了取出如图所示羽毛球筒中的羽毛球，一只手拿着球筒的中部，另一只手用 力击打羽毛球筒的上端，则( ) ．此同学无法取出羽毛球 B．羽毛球会从筒的下端出来 ．羽毛球筒向下运动过程中，羽毛球受到向上的摩擦力才会从上端出来 D．该同学是在利用羽毛球的惯性 22、一列以速度v 匀速行驶的列车内有一水平桌面，桌面上处有一相对桌面静止的小球． 由于列车运动状态的改变，车厢中的旅客发现小球沿下图(俯视图)中的虚线从点运动到B 点，则说明列车是减速且在向南拐弯的图是( ) 23、如图所示，一个玻璃杯内盛有半杯水，上面盖一块塑料板，板上放一只鸡蛋，用小木 棒猛击塑料板，塑料板离杯飞出，鸡蛋却稳稳地落入杯中，请解释这一现象。 24、找两个相同的瓶子，内盛清水，用细绳分别系一铁球、一泡沫塑料球置于水中，使铁 球悬挂、塑料球悬浮，如图甲所示。当瓶子突然向右运动时(有向右的加速度)，观察比较 两个球的运动状态。你看到的现象也许会让你惊讶，小铁球的情况正如你所想的一样，相 对瓶子向左运动，但塑料球却相对瓶子向右运动，如图乙所示。为什么会这样呢？ 第 10 页 / 共 11 页 25、小明是个科幻迷，他创作了一篇科幻题材的短篇小说——《我是超人》．小说中有这 样的故事情节：超人小明上天入海无所不能，有次为营救小伙伴，情急之下让地球骤然停 止自转，结果小伙伴却被甩向了天空．他这样幻想的科学依据是________．地球骤然停止 自转，你认为可能发生的现象还有________________(写出一条即可)． 第 11 页 / 共 11 页