第14讲 牛顿第一定律-【暑假自学课】2024年新高一物理暑假提升精品讲义（人教版2019必修第一册）

第14讲 牛顿第一定律 模块一 思维导图串知识 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 教材习题学解题 模块四 核心考点精准练 模块五 小试牛刀过关测 1.了解牛顿第一定律的发现过程，体会人类认识事物本质的曲折过程，培养严谨的科学态度； 2.知道牛顿第一定律的内容，并能对其揭示的运动和力的关系有较为深刻的理解； 3.了解伽利略关于运动和力的关系的认识，了解他的思想实验和相应的推理过程，领会实验加推理的科学研究方法，培养科学推理和想象能力； 4.理解惯性的内涵，能通过实例说明质量是惯性大小的唯一量度。 ■知识点一：人类对运动与力的关系的认识历程 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，既不会停下来，也不会偏离原来的方向 ■知识点二：伽利略的理想实验 (1)斜面实验：让一个小球沿斜面从静止状态开始运动，小球将“冲”上另一个斜面。如果没有摩擦，小球将到达原来的高度。如果第二个斜面倾角减小，小球仍将到达原来的高度，但是运动的距离更长。由此可以推断，当斜面最终变为水平面时，小球要到达原有高度将永远运动下去。 (2)结论：力不是(填“是”或“不是”)维持物体运动的原因。 ■知识点三：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，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。 (2)意义 ①揭示了物体的一个固有属性，即物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质——惯性。牛顿第一定律也被叫作惯性定律。 ②揭示了运动和力的关系：力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。 (3)牛顿第一定律所描述的状态是一种理想状态，它是利用逻辑思维进行分析的产物，不可能用实验直接验证。 ■知识点四：惯性与质量 (1)描述物体惯性的物理量是它的质量。质量大的物体惯性大。 (2)质量只有大小，没有方向，是标量。在国际单位制中，质量的单位是千克，符号为kg。 ■知识点五：惯性参考系 如果在一个参考系中，一个不受力的物体会保持匀速直线运动状态或静止状态，这样的参考系叫作惯性参考系，简称惯性系。 【参考答案】1.人类对运动与力的关系的认识历程 运动、静止、维持、力的作用、速度、直线 2.伽利略的理想实验 (1)长 (2)不是 3.牛顿第一定律 (1)匀速直线运动状态或静止、迫使它改变这种状态 (2)①匀速直线运动状态、惯性定律 ②改变 (3)不可能 4.惯性与质量 (1)质量、质量 (2)标、千克、kg 5.惯性参考系 惯性参考系、惯性系。 教材习题01 伽利略在理想斜面实验中提出了以下结论：如果另一个斜面的倾角减小至0°，小球为达到原来的高度，将永远运动下去。 请你说明他得到这个结论的理由。 解题方法 实际生活经验再加上一定的逻辑推理 【答案】让小球从一个斜面滚下后，再滚上另一个斜面，若斜面没有摩擦，则小球会达到原来高度。然后改变另一个斜面的倾角，观察小球的运动，最后让斜面平放，则小球要达到原来高度，但又不可能达到，所以它将一直运动下去，这就是理想实验。实验表明在没有摩擦力的作用下，物体将以恒定的速度运动下去，说明力不是维持物体运动状态的原因。 教材习题02 回答下列问题。 (1)飞机投弹时，如果当目标在飞机的正下方时竖直向下投下炸弹，能击中目标吗？为什么？ (2)地球由西向东自转，你向上跳起来以后，为什么还落在原地，而不落到原地的西边？ (3)我国道路交通安全法规定，在各种小型车辆里乘坐的人必须系好安全带。为什么要有这样的规定？ (4)一位同学说，向上抛出的物体，在空中向上运动时，肯定受到了向上的作用力，否则它不可能向上运动。这个结论错在哪里？ 解题方法 抓住惯性是物体保持原有的运动状态的特性分析。 【答案】(1)如果发现目标在飞机的正下方，竖直向下投下炸弹，不能击中目标；这是炸弹在竖直方向上做匀变速直线运动，由于惯性，炸弹在水平方向上有初速度，会在水平方向上做匀速直线运动，所以炸弹将落在目标的正前方。 (2)由于惯性，跳起来之后人依然要保持原来的运动状态，在相同的时间内，人转过的距离与地面转过的距离相等，所以总是落在原处。 (3)任何物体都有惯性，惯性就是物体保持原来的运动状态的性质，汽车高速行驶时，里面的人和车一样速度都很大，一旦出现危险情况，紧急刹车时，车在摩擦力的作用下减速停住，而人由于惯性继续向前运动，人很可能离开座位撞在车窗玻璃上，造成严重的伤害，而安全带可以起到很好的缓冲和束缚作用，可以减小对人的伤害。 (4) 向上抛出的物体，由于惯性，在空中继续向上运动，不需要继续受向上的作用力。 教材习题03 下列关于物体惯性的说法中，哪些是正确的？哪些是错误的？ (1)汽车速度越大，刹车后越难停下来，表明物体的速度越大，其惯性越大； (2)汽车转弯后前进方向发生了改变，表明物体速度方向改变，其惯性也随之改变； (3)被抛出的小球，尽管速度的大小和方向都改变了，但惯性不变； (4)要使速度相同的沙袋在相同时间内停下来，对大沙袋用力比对小沙袋用力大，表明质量大的物体惯性大。 解题方法 惯性的唯一量度是质量，与速度大小、方向无关。 【答案】(1)(2)错误、(3)(4)正确。 考向一：　对理想实验的理解 【例1】(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】伽利略的理想实验并不是脱离实际的主观臆想，而是以实践为基础，经过严密的逻辑推理得到科学的结论。所以伽利略的理想实验是科学的，结论是可靠的，故B、C正确，A、D错误。 【巩固1】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，如图所示。下面是关于该实验被打乱的步骤： ①减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然要到达原来的高度。 ②如图为两个对接的斜面，让小球沿一个斜面从静止滚下，小球将滚上另一个斜面。 ③如果没有摩擦，小球将到达原来的高度。 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________________。 【答案】(1)②③①④；(2)可靠的实验事实 【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，经过合理的推理、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。 考向二：对牛顿第一定律的理解 【例2】(多选)关于牛顿第一定律有下列说法，其中正确的是(　　) A．牛顿第一定律可用实验来验证 B．牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因 C．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 【答案】BD 【解析】牛顿第一定律不是实验定律，不受力的物体是不存在的，故不能用实验来验证，A错误；牛顿第一定律说明物体的运动不需要力来维持，力是改变物体运动状态的原因，B、D正确；惯性定律是物体遵循的规律，而惯性是物体的性质，其实质是不相同的，C错误。 【巩固2】物体的运动状态改变了，不可能发生的是(　　) A．速率不变 B．速度不变 C．物体未受任何力 D．运动方向不变 【答案】BC 【解析】物体的运动状态发生了变化，即速度发生了变化，可能是速度大小(即速率)变化，也可能是速度方向变化，还可能是速度大小和方向同时变化。物体的运动状态发生了变化，一定是因为物体受到了力的作用。故B、C符合题意。 考向三：对惯性的理解 【例3】火车在长直水平轨道上匀速行驶，门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起，发现仍落回到火车上原处。这是因为(　　) A．人跳起后，车厢内空气给他一向前的力，带着他随同火车一起向前运动 B．人跳起的瞬间，车厢的地板给他一个向前的力，推动他随同火车一起向前运动 C．人跳起后，火车在继续向前运动，所以人落下后必定偏后一些，只是由于时间很短，偏后距离太小，不明显而已 D．人跳起后直到落地，在水平方向上和火车始终具有相同的速度 【答案】D 【解析】人跳起后，由于在水平方向不受外力的作用，根据惯性和惯性定律可知，人跳起后直到落地，在水平方向上和火车始终具有相同的速度，故D正确。 【巩固3】如图所示，某同学面向行车方向坐在沿平直轨道匀速行驶的列车车厢里。这位同学发现面前的水平桌面上一个原来静止的小球突然向他滚来，则可判断(　　) A．列车正在刹车 B．列车突然加速 C．列车突然减速 D．列车仍做匀速直线运动 【答案】B 【解析】惯性是物体具有的保持静止或匀速直线运动状态的性质，小球突然向后运动，说明列车突然向前加速，小球保持原来的速度不变，导致列车速度大于小球的速度而产生了相对运动，B正确。 一、单选题 1．伽利略对“自由落体运动”和“运动和力的关系”的研究，开创了科学实验和逻辑推理和谐结合的重要科学研究方法。图a、图b分别表示这两项研究中实验和逻辑推理的过程，下列相关说法正确的是（    ） A．图a通过对自由落体运动的研究，合理外推得出小球的运动不需要力来维持 B．图a中在倾角较小的斜面上进行实验，可“冲淡”重力，使时间测量更容易 C．图b中斜面倾角减小到零时，小球一定会一直运动下去 D．图b的实验为“理想斜面实验”，通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持 【答案】B 【详解】AB．伽利略设想物体下落的速度与时间成正比，因为当时无法测量物体的瞬时速度，所以伽利略通过数学推导证明如果速度与时间成正比，那么位移与时间的平方成正比；由于当时用滴水法计算，无法记录自由落体的较短时间，伽利略设计了让铜球沿阻力很小的斜面滚下，来“冲淡”重力的作用效果，而小球在斜面上运动的加速度要比它竖直下落的加速度小得多，所用时间长的多，所以容易测量。伽利略做了上百次实验，并通过抽象思维在实验结果上做了合理外推，故A错误，B正确； C．图b中斜面倾角减小到零时，由于摩擦力的存在，小球最终会停止运动，故C错误； D．伽利略用抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法得到物体的运动不需要力来维持，故D错误。 故选B。 2．关于物理学史和物理学研究方法，下列说法正确的是（　　） A．在研究物体的运动时，满足一定条件可将物体抽象成质点，这样的研究方法叫“微元法” B．伽利略在研究力和运动的关系时，依据逻辑推理，对实验进行了理想化处理，得出了力不是维持物体运动的原因 C．亚里士多德在研究物体下落时的运动规律时，把实验和逻辑推理（包括数学演算）结合起来，拓展了人类的科学思维方式和研究方法 D．是利用比值定义法定义的物理量，由公式可知加速度与成正比 【答案】B 【详解】A．在研究物体的运动时，满足一定条件可将物体抽象成质点，这样的研究方法叫“理想模型法”，故A错误； B．伽利略在研究力和运动的关系时，依据逻辑推理把实际实验理想化的思想是研究物理问题的重要方法，故B正确； C．伽利略在研究下落物体的运动时，把实验和逻辑推理（包括数学演算）结合起来，拓展了人类的科学思维方式和研究方法，故C错误； D．是利用比值定义法定义的物理量，但加速度a与无关，故D错误。 故选B。 3．关于惯性的下列说法正确的是（　　） A．空间站中的物体由于处于失重状态会失去惯性 B．乒乓球容易被迅速抽杀，是因为乒乓球惯性小 C．静止的火车起动十分缓慢，说明火车静止时惯性较大 D．从高处下落的玻璃杯比从低处下落的玻璃杯容易碎，是因为前者惯性比较大 【答案】B 【详解】ACD．惯性是物体的固有属性，只与物体本身质量有关，与运动状态、位置均无关，故ACD错误； B．乒乓球质量小惯性小，B正确。 故选B。 4．在物理学史上，正确认识运动和力的关系且推翻“力是维持物体运动的原因”这个观点的物理学家及建立惯性定律的物理学家分别是（　　） A．亚里士多德、伽利略 B．伽利略、牛顿 C．伽利略、爱因斯坦 D．亚里士多德、牛顿 【答案】B 【详解】正确认识运动和力的关系且推翻“力是维持物体运动的原因”这个观点的物理学家是伽利略，建立惯性定律的物理学家牛顿。 故选B。 5．下列关于惯性的说法正确的是（　　） A．汽车“超速”行驶时惯性变大了 B．开车系安全带可防止由于惯性对人造成的伤害 C．子弹飞出枪膛后，因惯性受到向前的力而继续飞行 D．物体在粗糙水平面上比在光滑水平面上难推动，说明物体在粗糙水平面上惯性大 【答案】B 【详解】A．惯性大小与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，与速度无关，故A错误； B．系好安全带可以防止因人的惯性而造成的伤害，故B正确； C．子弹飞出枪膛后，因惯性向前运动，但不是受到力而继续飞行，故C错误； D．惯性大小与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，与受力情况无关，故D错误。 故选B。 6．关于牛顿第一定律，以下说法正确的是（　　） A．牛顿第一定律是依靠实验事实，直接归纳总结得出的 B．牛顿第一定律是以可靠实验为基础，通过抽象出理想化实验而得出的结论 C．根据牛顿第一定律可知，力是维持物体运动的原因 D．安培对牛顿第一定律的建立做出了贡献 【答案】B 【详解】AB．牛顿第一定律是以可靠实验为基础，通过抽象出理想化实验而得出的结论，A错误，B正确； C．根据牛顿第一定律可知，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，C错误； D．伽利略对牛顿第一定律的建立做出了贡献，D错误。 故选B。 7．一篮球运动员站在三分线处投篮命中，被扔出的篮球在空中划过一道弧线。若篮球视为质点，空气阻力不计，在篮球还未进入篮筐之前，使篮球在空中飞行时运动状态发生变化的施力物体是（　　） A．地球 B．篮球 C．篮球运动员 D．篮筐 【答案】A 【详解】篮球在空中飞行过程中，若不计空气阻力，只受重力作用，所以重力改变篮球的运动状态，即施力物体是地球。 故选A。 8．英国物理学家牛顿在总结伽利略、笛卡尔等人工作的基础上，完成了他的著作《自然哲学的数学原理》。在此书中，牛顿提出了三条基本的运动定律，下列说法正确的是（　　） A．在月球上举重比地球上容易，是因为同一物体在月球上比在地球上的惯性小 B．甲、乙两位同学手拉手拔河，甲对乙的作用力大小始终等于乙对甲的作用力大小 C．以卵击石，石头没有损伤而鸡蛋碎，是因为石头对鸡蛋的作用力大于鸡蛋对石头的作用力 D．推动正在运动的物体比推动处于静止的同一物体所需要的力小，所以运动的物体比静止的物体惯性小 【答案】B 【详解】A．同一物体在月球上和在地球上质量相同，则惯性相同，A错误； B．根据牛顿第三定律知甲对乙的作用力大小始终等于乙对甲的作用力大小，B正确； C．根据牛顿第三定律知石头对鸡蛋的作用力等于鸡蛋对石头的作用力，石头没有损伤是因为鸡蛋对石头的作用力没有超出其表面的承受力，C错误； D．惯性大小取决于物体的质量大小，与物体的运动状态无关，D错误。 故选B。 二、多选题 9．如图所示，在匀速前进的磁悬浮列车里，小明将一小球放在水平桌面上，且小球相对桌面静止。关于小球与列车的运动，下列说法正确的是（　　）    A．若小球向前滚动，则磁悬浮列车在加速前进 B．若小球向后滚动，则磁悬浮列车在加速前进 C．磁悬浮列车急刹车时，小球向前滚动 D．磁悬浮列车急刹车时，小球向后滚动 【答案】BC 【详解】A．若小球向前滚动，知小球的速度大于列车的速度，知列车的速度减小，故A错误； B．若小球向后滚动，知列车的速度大于小球的速度，知列车的速度增加，做加速运动，故B正确； CD．磁悬浮列车急刹车时，小球因为有惯性，要保持原来的匀速直线运动状态，所以小球运动的速度要大于磁悬浮列车运动的速度，即小球要相对磁悬浮列车向前滚，故C正确，D错误。 故选BC。 10．伽利略设想了一个理想实验： ①如果没有摩擦，也不考虑其余能量损失，小球将上升到原来的高度 ②若将第二个斜面放平时，球将永远滚动下去 ③减小第二个斜面的倾角，小球达到原来高度运动的距离得更远 ④两个平滑连接的斜面，让小球从一个斜面静止滚下，小球将“冲”上另一个斜面 关于这个实验，下列说法正确的是（　　） A．对理想实验各步骤顺序的排列正确的是④①③② B．对理想实验各步骤顺序的排列正确的是④③①② C．伽利略通过理想斜面实验得出了力不是维持物体运动的原因 D．伽利略的理想斜面实验体现了实验和逻辑推理相结合的研究方法 【答案】ACD 【详解】AB．伽利略理想斜面实验是：④两个平滑连接的斜面，让小球从一个斜面静止滚下，小球将“冲”上另一个斜面，若存在摩擦力，小球到达第二个斜面上的高度小于第一个斜面释放的高度。①若没有摩擦力，也不考虑两斜面连接处的能量损失，小球将到达第二个斜面与释放时等高的位置。③减小第二个斜面的倾斜角，小球在第二个斜面上达到原来高度运动的距离得更远。②若将第二个斜面放平时，小球达不到等高位置将永远滚动下去，对理想实验各步骤顺序的排列正确的是④①③②，A正确，B错误； C．伽利略通过理想斜面实验得出了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，C正确； D．伽利略的理想斜面实验开创了科学实验和逻辑推理相结合的物理研究方法，D正确。 故选ACD。 11．一碗水置于火车车厢内的水平桌面上，某时刻水面形状如图所示。关于火车此时的运动情况，下列说法正确的是（　　） A．向右减速 B．向右加速 C．向左减速 D．向左加速 【答案】AD 【详解】水面形状如图，当火车向右做减速运动时，碗内的水由于惯性，保持原来较大的速度向右运动；或者，当火车向左做加速运动时，碗内的水由于惯性，保持原来较小的速度向左运动。 故选AD。 12．关于物体的惯性，下述说法中正确的是（　　） A．运动速度大的物体不能很快地停下来，是因为物体速度越大，惯性也越大 B．静止的火车起动时，速度变化慢，是因为静止的物体惯性大的缘故 C．乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球惯性小 D．在“神舟”六号飞船中的物体也存在惯性 【答案】CD 【详解】A．物体惯性的大小只和物体的质量有关，与物体速度无关，故A错误； B．静止的火车起动时，速度变化慢，是因为火车的质量大，惯性大，故B错误； C．乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球质量小，惯性小，故C正确； D．在“神舟”六号飞船中的物体质量不变，惯性也不变，故D正确。 故选CD。 13．伽利略猜想自由落体运动是匀变速直线运动，在当时直接测定瞬时速度很难，所以他设计“斜面实验”冲淡重力，在他留下的羊皮纸草稿中发现的斜面实验数据如下表，人们推测表格中的第2、3列数据分别为时间及位移，下列说法正确的是（    ） 1 1 32 4 2 130 9 3 298 16 4 526 25 5 824 36 6 1192 49 7 1600 A．由表中数据可得位移跟时间成正比 B．由表中数据可得位移跟时间的平方成正比 C．使用斜面做实验，是为了增大小球运动的加速度 D．使用斜面做实验，可以延缓小球的运动，方便测量时间 【答案】BD 【详解】AB.根据第二列数据表示时间，第一列数据表示时间的平方，第三列数据表示长度，即位移；则分析表格数据，可以直接得到的规律是：在误差允许的范围内，位移与时间的平方成正比，故B正确，A错误。 CD.使用斜面做实验，可以延缓小球的运动，方便测量时间，故C错误，D正确。 故选BD。 14．有一仪器中的电路如图所示，其中M是质量较大的一个金属块，其前后两端用两弹簧相连接，把此仪器固定在一辆汽车上，以下描述正确的是（　　） A．当汽车启动时绿灯亮 B．当汽车刹车时红灯亮 C．当车匀速前进时绿灯亮 D．当车匀速倒车时红灯亮 【答案】AB 【详解】A．当汽车突然启动时，金属块由于具有惯性仍然保持静止，所以金属块相对于汽车向后运动，使绿灯支路接通，即绿灯亮，故A正确； B．当汽车刹车时，金属块由于具有惯性仍然向前运动，所以金属块相对于汽车向前运动，使红灯支路接通，即红灯亮，故B正确； CD．当汽车匀速前进或者匀速倒车时，金属块与汽车保持相对静止，两支路不接通，两灯都不亮，故CD错误。 故选AB。 15．在落体运动及物体运动原因的研究过程中，伽利略通过实验和逻辑推理发现问题、解决问题，开创了近代科学的研究方法，被称为“现代科学之父”。关于伽利略的做法与贡献，下列说法正确的是（    ） A．通过实验直接证明，自由落体运动速度的变化对时间是均匀的 B．通过实验直接证明，当斜面变为水平面时小球将做匀速直线运动 C．推断重的物体不会比轻的物体下落得快，运用了逻辑推理 D．创造了一套将科学实验和逻辑推理相结合的研究方法 【答案】CD 【详解】A．伽利略通过实验证实了小球沿斜面滚下时位移与时间的平方成正比，间接证明了小球速度的变化对时间是均匀的，故A错误； B．伽利略通过理想斜面实验得到如果没有摩擦，则小球将永远运动下去，但由于实际问题中摩擦不可能消除，这一实验只是理想实验，故B错误； CD．伽利略用逻辑推理证实了重的物体不会比轻的物体下落得快，创造了一套将科学实验和逻辑推理相结合的研究方法。故CD正确。 故选CD。 三、实验题 16．以下问题关于伽利略对落体运动的研究 （1）选择比较石头和羽毛的下落的快慢，并不科学，原因在于影响运动的因素有重力和空气阻力，在研究受多个因素影响的问题时，应采用 （填写科学方法），因此我们可以选择比较质量相同的纸片和纸团的下落快慢。 （2）自然界的落体运动要能被近似的视为自由落体运动，物体受到的空气阻力f要满足什么条件？ ，所以，要研究自由落体运动规律时，我们 选择乒乓球。（填“能”或“不能”） （3）伽利略通过逻辑推理得到自由落体运动的快慢相同。自由落体过程中，物体的速度是逐渐增大的，先下落的物体速度总是比后下落的物体运动快。所以如果比较先后下落的物体时，这里的快慢可以理解为 的快慢。 （4）关于伽利略斜面实验的分析，下列说法正确的是( ) （A）其中的丁图是实验现象，甲图是经过合理的外推得到的结论； （B）通过甲图中的实验现象发现，物体的位移和时间成正比； （C）运用甲图的实验，可“冲淡”重力的作用，使实验现象更易观察和测量； （D）运用丁图的实验，可“放大”重力的作用，使实验现象更易观察和测量。 （5）请你用学校能够提供的实验仪器，设计一个实验方案证明质量不同的物体，从倾角固定的斜面下滑，位移和时间平方的比值是定值 。（说明需要哪些器材，需要测量哪些物理量，用什么仪器测量，实施的步骤是怎样的，得到数据怎么处理分析，从而证明观点） （6）一个小球沿着图（a）所示的光滑轨道从P点滑动至Q点，轨道转角处平滑连接。请根据伽利略的理想斜面实验，来判断在图（b）中最能反映小球的速度大小v与时间t之间关系的图像是( ) 【答案】 控制变量法 物体受到的空气阻力远远小于物体的重力 不能 速度 C 见解析，A 【详解】（1）[1]选择比较石头和羽毛的下落的快慢，并不科学，原因在于影响运动的因素有重力和空气阻力，在研究受多个因素影响的问题时，应采用控制变量法，因此我们可以选择比较质量相同的纸片和纸团的下落快慢。 （2）[2][3]自然界的落体运动要能被近似的视为自由落体运动，物体受到的空气阻力f要满足的条件是，物体受到的空气阻力远远小于物体的重力，所以，要研究自由落体运动规律时，我们不能选择乒乓球，因为乒乓球所受到的空气阻力不是远远小于乒乓球的重力。 （3）[4]伽利略通过逻辑推理得到自由落体运动的快慢相同。自由落体过程中，物体的速度是逐渐增大的，先下落的物体速度总是比后下落的物体运动快。所以如果比较先后下落的物体时，这里的快慢可以理解为速度的快慢。 （4）[5] A．其中的甲图是实验现象，丁图是经过合理的外推得到的结论，A错误； B．通过甲图中的实验现象发现，物体的位移和时间的平方成正比，B错误； CD．运用甲图的实验，可“冲淡”重力的作用，使实验现象更易观察和测量，C正确，D错误； 故选C。 （5）[6]将长木板放在水平桌面上，将木板的一端垫高；将电火花打点计时器放在木板被垫高的一端；将纸带穿过打点计时器，另一端连接小车，将小车靠近打点计算器放置在木板上；先接通电源，后释放小车，小车沿着斜面下滑，打出一条纸带；在纸带上比较清晰的点选一个计数点0，然后每隔4个点选一个计数点，每两个计数点之间的时间间隔为0.1s；用刻度尺量出各计数点到0的距离；计算位移和时间平方的比值，然后取平均值；保持木板的倾角不变，改变小车的质量重复上述实验。在实验误差范围内，如果比值相同，则说明位移与时间平方的比值是定值。 （6）[7]小球从P点加速下滑，再匀速运动，再减速上滑，A正确，BCD错误。 故选A。 四、解答题 17．如图所示，较重的书系在细线CD的下端，书下再系一根同样的线BA。 （1） 若在线的A端慢慢增加拉力，则哪根线先断？请简述理由。 （2） 若在线的A端突然用力一拉，则哪根线先断？请简述理由。 【答案】见解析 【详解】（1） 缓慢增加拉力，上边绳拉力等于书重力与下边绳拉力之和，故CD先断； （2） A端突然用力时，由于惯性，书有保持原来静止状态的性质，故BA先断。 18．在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，气泡相对于瓶子怎样运动？ 【答案】向后 【详解】由于惯性的大小与质量有关，而同体积的水的质量远大于气泡质量，因此水的惯性远大于气泡的惯性，当小车突然停止时，水保持向前运动的趋势远大于气泡向前运动的趋势，当水相对于瓶子向前运动时，水将挤压气泡，使气泡相对于瓶子向后运动。 19．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？ 【答案】见解析 【详解】因为相同体积的水的质量与球的质量不相同，质量越大，运动状态越难以改变，故铁球运动状态的改变比瓶子（及瓶子中的水）慢，所以铁球会相对瓶子向左偏，而塑料球运动状态的改变比瓶子（及瓶子中的水）快，所以塑料球会相对瓶子向右偏。 ( 14 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第14讲 牛顿第一定律 模块一 思维导图串知识 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 教材习题学解题 模块四 核心考点精准练 模块五 小试牛刀过关测 1.了解牛顿第一定律的发现过程，体会人类认识事物本质的曲折过程，培养严谨的科学态度； 2.知道牛顿第一定律的内容，并能对其揭示的运动和力的关系有较为深刻的理解； 3.了解伽利略关于运动和力的关系的认识，了解他的思想实验和相应的推理过程，领会实验加推理的科学研究方法，培养科学推理和想象能力； 4.理解惯性的内涵，能通过实例说明质量是惯性大小的唯一量度。 ■知识点一：人类对运动与力的关系的认识历程 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，既不会停下来，也不会偏离原来的方向 ■知识点二：伽利略的理想实验 (1)斜面实验：让一个小球沿斜面从静止状态开始运动，小球将“冲”上另一个斜面。如果没有摩擦，小球将到达原来的高度。如果第二个斜面倾角减小，小球仍将到达原来的高度，但是运动的距离更长。由此可以推断，当斜面最终变为水平面时，小球要到达原有高度将永远运动下去。 (2)结论：力不是(填“是”或“不是”)维持物体运动的原因。 ■知识点三：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，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。 (2)意义 ①揭示了物体的一个固有属性，即物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质——惯性。牛顿第一定律也被叫作惯性定律。 ②揭示了运动和力的关系：力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。 (3)牛顿第一定律所描述的状态是一种理想状态，它是利用逻辑思维进行分析的产物，不可能用实验直接验证。 ■知识点四：惯性与质量 (1)描述物体惯性的物理量是它的质量。质量大的物体惯性大。 (2)质量只有大小，没有方向，是标量。在国际单位制中，质量的单位是千克，符号为kg。 ■知识点五：惯性参考系 如果在一个参考系中，一个不受力的物体会保持匀速直线运动状态或静止状态，这样的参考系叫作惯性参考系，简称惯性系。 【参考答案】1.人类对运动与力的关系的认识历程 运动、静止、维持、力的作用、速度、直线 2.伽利略的理想实验 (1)长 (2)不是 3.牛顿第一定律 (1)匀速直线运动状态或静止、迫使它改变这种状态 (2)①匀速直线运动状态、惯性定律 ②改变 (3)不可能 4.惯性与质量 (1)质量、质量 (2)标、千克、kg 5.惯性参考系 惯性参考系、惯性系。 教材习题01 伽利略在理想斜面实验中提出了以下结论：如果另一个斜面的倾角减小至0°，小球为达到原来的高度，将永远运动下去。 请你说明他得到这个结论的理由。 解题方法 实际生活经验再加上一定的逻辑推理 【答案】让小球从一个斜面滚下后，再滚上另一个斜面，若斜面没有摩擦，则小球会达到原来高度。然后改变另一个斜面的倾角，观察小球的运动，最后让斜面平放，则小球要达到原来高度，但又不可能达到，所以它将一直运动下去，这就是理想实验。实验表明在没有摩擦力的作用下，物体将以恒定的速度运动下去，说明力不是维持物体运动状态的原因。 教材习题02 回答下列问题。 (1)飞机投弹时，如果当目标在飞机的正下方时竖直向下投下炸弹，能击中目标吗？为什么？ (2)地球由西向东自转，你向上跳起来以后，为什么还落在原地，而不落到原地的西边？ (3)我国道路交通安全法规定，在各种小型车辆里乘坐的人必须系好安全带。为什么要有这样的规定？ (4)一位同学说，向上抛出的物体，在空中向上运动时，肯定受到了向上的作用力，否则它不可能向上运动。这个结论错在哪里？ 解题方法 抓住惯性是物体保持原有的运动状态的特性分析。 【答案】(1)如果发现目标在飞机的正下方，竖直向下投下炸弹，不能击中目标；这是炸弹在竖直方向上做匀变速直线运动，由于惯性，炸弹在水平方向上有初速度，会在水平方向上做匀速直线运动，所以炸弹将落在目标的正前方。 (2)由于惯性，跳起来之后人依然要保持原来的运动状态，在相同的时间内，人转过的距离与地面转过的距离相等，所以总是落在原处。 (3)任何物体都有惯性，惯性就是物体保持原来的运动状态的性质，汽车高速行驶时，里面的人和车一样速度都很大，一旦出现危险情况，紧急刹车时，车在摩擦力的作用下减速停住，而人由于惯性继续向前运动，人很可能离开座位撞在车窗玻璃上，造成严重的伤害，而安全带可以起到很好的缓冲和束缚作用，可以减小对人的伤害。 (4) 向上抛出的物体，由于惯性，在空中继续向上运动，不需要继续受向上的作用力。 教材习题03 下列关于物体惯性的说法中，哪些是正确的？哪些是错误的？ (1)汽车速度越大，刹车后越难停下来，表明物体的速度越大，其惯性越大； (2)汽车转弯后前进方向发生了改变，表明物体速度方向改变，其惯性也随之改变； (3)被抛出的小球，尽管速度的大小和方向都改变了，但惯性不变； (4)要使速度相同的沙袋在相同时间内停下来，对大沙袋用力比对小沙袋用力大，表明质量大的物体惯性大。 解题方法 惯性的唯一量度是质量，与速度大小、方向无关。 【答案】(1)(2)错误、(3)(4)正确。 考向一：　对理想实验的理解 【例1】(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 【巩固1】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，如图所示。下面是关于该实验被打乱的步骤： ①减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然要到达原来的高度。 ②如图为两个对接的斜面，让小球沿一个斜面从静止滚下，小球将滚上另一个斜面。 ③如果没有摩擦，小球将到达原来的高度。 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________________。 考向二：对牛顿第一定律的理解 【例2】(多选)关于牛顿第一定律有下列说法，其中正确的是(　　) A．牛顿第一定律可用实验来验证 B．牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因 C．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 【巩固2】物体的运动状态改变了，不可能发生的是(　　) A．速率不变 B．速度不变 C．物体未受任何力 D．运动方向不变 考向三：对惯性的理解 【例3】火车在长直水平轨道上匀速行驶，门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起，发现仍落回到火车上原处。这是因为(　　) A．人跳起后，车厢内空气给他一向前的力，带着他随同火车一起向前运动 B．人跳起的瞬间，车厢的地板给他一个向前的力，推动他随同火车一起向前运动 C．人跳起后，火车在继续向前运动，所以人落下后必定偏后一些，只是由于时间很短，偏后距离太小，不明显而已 D．人跳起后直到落地，在水平方向上和火车始终具有相同的速度 【巩固3】如图所示，某同学面向行车方向坐在沿平直轨道匀速行驶的列车车厢里。这位同学发现面前的水平桌面上一个原来静止的小球突然向他滚来，则可判断(　　) A．列车正在刹车 B．列车突然加速 C．列车突然减速 D．列车仍做匀速直线运动 一、单选题 1．伽利略对“自由落体运动”和“运动和力的关系”的研究，开创了科学实验和逻辑推理和谐结合的重要科学研究方法。图a、图b分别表示这两项研究中实验和逻辑推理的过程，下列相关说法正确的是（    ） A．图a通过对自由落体运动的研究，合理外推得出小球的运动不需要力来维持 B．图a中在倾角较小的斜面上进行实验，可“冲淡”重力，使时间测量更容易 C．图b中斜面倾角减小到零时，小球一定会一直运动下去 D．图b的实验为“理想斜面实验”，通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持 2．关于物理学史和物理学研究方法，下列说法正确的是（　　） A．在研究物体的运动时，满足一定条件可将物体抽象成质点，这样的研究方法叫“微元法” B．伽利略在研究力和运动的关系时，依据逻辑推理，对实验进行了理想化处理，得出了力不是维持物体运动的原因 C．亚里士多德在研究物体下落时的运动规律时，把实验和逻辑推理（包括数学演算）结合起来，拓展了人类的科学思维方式和研究方法 D．是利用比值定义法定义的物理量，由公式可知加速度与成正比 3．关于惯性的下列说法正确的是（　　） A．空间站中的物体由于处于失重状态会失去惯性 B．乒乓球容易被迅速抽杀，是因为乒乓球惯性小 C．静止的火车起动十分缓慢，说明火车静止时惯性较大 D．从高处下落的玻璃杯比从低处下落的玻璃杯容易碎，是因为前者惯性比较大 4．在物理学史上，正确认识运动和力的关系且推翻“力是维持物体运动的原因”这个观点的物理学家及建立惯性定律的物理学家分别是（　　） A．亚里士多德、伽利略 B．伽利略、牛顿 C．伽利略、爱因斯坦 D．亚里士多德、牛顿 5．下列关于惯性的说法正确的是（　　） A．汽车“超速”行驶时惯性变大了 B．开车系安全带可防止由于惯性对人造成的伤害 C．子弹飞出枪膛后，因惯性受到向前的力而继续飞行 D．物体在粗糙水平面上比在光滑水平面上难推动，说明物体在粗糙水平面上惯性大 6．关于牛顿第一定律，以下说法正确的是（　　） A．牛顿第一定律是依靠实验事实，直接归纳总结得出的 B．牛顿第一定律是以可靠实验为基础，通过抽象出理想化实验而得出的结论 C．根据牛顿第一定律可知，力是维持物体运动的原因 D．安培对牛顿第一定律的建立做出了贡献 7．一篮球运动员站在三分线处投篮命中，被扔出的篮球在空中划过一道弧线。若篮球视为质点，空气阻力不计，在篮球还未进入篮筐之前，使篮球在空中飞行时运动状态发生变化的施力物体是（　　） A．地球 B．篮球 C．篮球运动员 D．篮筐 8．英国物理学家牛顿在总结伽利略、笛卡尔等人工作的基础上，完成了他的著作《自然哲学的数学原理》。在此书中，牛顿提出了三条基本的运动定律，下列说法正确的是（　　） A．在月球上举重比地球上容易，是因为同一物体在月球上比在地球上的惯性小 B．甲、乙两位同学手拉手拔河，甲对乙的作用力大小始终等于乙对甲的作用力大小 C．以卵击石，石头没有损伤而鸡蛋碎，是因为石头对鸡蛋的作用力大于鸡蛋对石头的作用力 D．推动正在运动的物体比推动处于静止的同一物体所需要的力小，所以运动的物体比静止的物体惯性小 二、多选题 9．如图所示，在匀速前进的磁悬浮列车里，小明将一小球放在水平桌面上，且小球相对桌面静止。关于小球与列车的运动，下列说法正确的是（　　）    A．若小球向前滚动，则磁悬浮列车在加速前进 B．若小球向后滚动，则磁悬浮列车在加速前进 C．磁悬浮列车急刹车时，小球向前滚动 D．磁悬浮列车急刹车时，小球向后滚动 10．伽利略设想了一个理想实验： ①如果没有摩擦，也不考虑其余能量损失，小球将上升到原来的高度 ②若将第二个斜面放平时，球将永远滚动下去 ③减小第二个斜面的倾角，小球达到原来高度运动的距离得更远 ④两个平滑连接的斜面，让小球从一个斜面静止滚下，小球将“冲”上另一个斜面 关于这个实验，下列说法正确的是（　　） A．对理想实验各步骤顺序的排列正确的是④①③② B．对理想实验各步骤顺序的排列正确的是④③①② C．伽利略通过理想斜面实验得出了力不是维持物体运动的原因 D．伽利略的理想斜面实验体现了实验和逻辑推理相结合的研究方法 11．一碗水置于火车车厢内的水平桌面上，某时刻水面形状如图所示。关于火车此时的运动情况，下列说法正确的是（　　） A．向右减速 B．向右加速 C．向左减速 D．向左加速 12．关于物体的惯性，下述说法中正确的是（　　） A．运动速度大的物体不能很快地停下来，是因为物体速度越大，惯性也越大 B．静止的火车起动时，速度变化慢，是因为静止的物体惯性大的缘故 C．乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球惯性小 D．在“神舟”六号飞船中的物体也存在惯性 13．伽利略猜想自由落体运动是匀变速直线运动，在当时直接测定瞬时速度很难，所以他设计“斜面实验”冲淡重力，在他留下的羊皮纸草稿中发现的斜面实验数据如下表，人们推测表格中的第2、3列数据分别为时间及位移，下列说法正确的是（    ） 1 1 32 4 2 130 9 3 298 16 4 526 25 5 824 36 6 1192 49 7 1600 A．由表中数据可得位移跟时间成正比 B．由表中数据可得位移跟时间的平方成正比 C．使用斜面做实验，是为了增大小球运动的加速度 D．使用斜面做实验，可以延缓小球的运动，方便测量时间 14．有一仪器中的电路如图所示，其中M是质量较大的一个金属块，其前后两端用两弹簧相连接，把此仪器固定在一辆汽车上，以下描述正确的是（　　） A．当汽车启动时绿灯亮 B．当汽车刹车时红灯亮 C．当车匀速前进时绿灯亮 D．当车匀速倒车时红灯亮 15．在落体运动及物体运动原因的研究过程中，伽利略通过实验和逻辑推理发现问题、解决问题，开创了近代科学的研究方法，被称为“现代科学之父”。关于伽利略的做法与贡献，下列说法正确的是（    ） A．通过实验直接证明，自由落体运动速度的变化对时间是均匀的 B．通过实验直接证明，当斜面变为水平面时小球将做匀速直线运动 C．推断重的物体不会比轻的物体下落得快，运用了逻辑推理 D．创造了一套将科学实验和逻辑推理相结合的研究方法 三、实验题 16．以下问题关于伽利略对落体运动的研究 （1）选择比较石头和羽毛的下落的快慢，并不科学，原因在于影响运动的因素有重力和空气阻力，在研究受多个因素影响的问题时，应采用 （填写科学方法），因此我们可以选择比较质量相同的纸片和纸团的下落快慢。 （2）自然界的落体运动要能被近似的视为自由落体运动，物体受到的空气阻力f要满足什么条件？ ，所以，要研究自由落体运动规律时，我们 选择乒乓球。（填“能”或“不能”） （3）伽利略通过逻辑推理得到自由落体运动的快慢相同。自由落体过程中，物体的速度是逐渐增大的，先下落的物体速度总是比后下落的物体运动快。所以如果比较先后下落的物体时，这里的快慢可以理解为 的快慢。 （4）关于伽利略斜面实验的分析，下列说法正确的是( ) （A）其中的丁图是实验现象，甲图是经过合理的外推得到的结论； （B）通过甲图中的实验现象发现，物体的位移和时间成正比； （C）运用甲图的实验，可“冲淡”重力的作用，使实验现象更易观察和测量； （D）运用丁图的实验，可“放大”重力的作用，使实验现象更易观察和测量。 （5）请你用学校能够提供的实验仪器，设计一个实验方案证明质量不同的物体，从倾角固定的斜面下滑，位移和时间平方的比值是定值 。（说明需要哪些器材，需要测量哪些物理量，用什么仪器测量，实施的步骤是怎样的，得到数据怎么处理分析，从而证明观点） （6）一个小球沿着图（a）所示的光滑轨道从P点滑动至Q点，轨道转角处平滑连接。请根据伽利略的理想斜面实验，来判断在图（b）中最能反映小球的速度大小v与时间t之间关系的图像是( ) 四、解答题 17．如图所示，较重的书系在细线CD的下端，书下再系一根同样的线BA。 （1） 若在线的A端慢慢增加拉力，则哪根线先断？请简述理由。 （2） 若在线的A端突然用力一拉，则哪根线先断？请简述理由。 18．在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，气泡相对于瓶子怎样运动？ 19．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？ ( 14 )原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$