暑假新高一985培優(yōu)講義：第16講 牛頓第一定律（解析版）

第16講牛頓第一定律1.知道伽利略的理想實驗及其主要推理過程和推論，知道理想實驗是科學(xué)研究的重要方法。2.理解牛頓第一定律的內(nèi)容及意義。3.理解慣性的概念，知道質(zhì)量是慣性大小的量度。一、對力與運動關(guān)系的認(rèn)識1.亞里士多德：必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體就要靜止在某個地方。2.伽利略(1)理想實驗：讓小球沿斜面從靜止?fàn)顟B(tài)開始運動，小球?qū)ⅰ皼_”上另一斜面。如果沒有摩擦，小球?qū)⒌竭_(dá)原來的高度；減小第二個斜面的傾角，小球仍將達(dá)到原來的高度，但它要運動得遠(yuǎn)些；由此推斷，若將第二個斜面放平，小球?qū)⒂肋h(yuǎn)運動下去。如圖所示。伽利略理想實驗的魅力不僅體現(xiàn)在實驗本身，更體現(xiàn)在實驗的獨特方法：在實驗事實的基礎(chǔ)上，進(jìn)行合理的假設(shè)、外推。(2)結(jié)論：力不是維持物體運動的原因。3.笛卡兒：如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運動，既不會停下來，也不會偏離原來的方向。二、牛頓第一定律1.牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。2.意義：揭示了運動與力的關(guān)系，即力不是維持物體運動狀態(tài)的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因。3.物體運動狀態(tài)改變的三種情況：(1)速度的方向不變，大小改變；(2)速度的大小不變，方向改變；(3)速度的大小和方向同時改變。注意：物體做勻變速直線運動時運動狀態(tài)時刻在變，關(guān)鍵看速度是否變化，而不是看加速度，實際上只要有加速度，物體的運動狀態(tài)就改變。4.對牛頓第一定律的理解：(1)力是改變物體運動狀態(tài)的原因，物體受到力的作用它的運動狀態(tài)就一定改變，故力是改變物體運動狀態(tài)的原因。(2)牛頓第一定律描述的狀態(tài)是一種理想狀態(tài)，它是在伽利略理想實驗的基礎(chǔ)上加以科學(xué)推理和抽象得到的，不可能用實驗直接驗證，因此牛頓第一定律不是實驗定律。(3)牛頓第一定律的適用范圍為慣性參考系。三、慣性與質(zhì)量1.慣性：物體保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)叫作慣性。牛頓第一定律也被叫作慣性定律。2.慣性與質(zhì)量：決定物體慣性大小的物理量是它的質(zhì)量，質(zhì)量大的物體慣性大。說明慣性大小只由質(zhì)量大小決定，與其他因素?zé)o關(guān)。3.慣性的“三性”普遍性一切物體皆有慣性，慣性是物體的固有屬性相關(guān)性慣性僅與物體的質(zhì)量有關(guān)，與物體的受力或運動情況等無關(guān)唯一性質(zhì)量是慣性大小的唯一量度4.慣性的具體表現(xiàn)形式(1)當(dāng)物體不受外力或所受合外力為零時，慣性表現(xiàn)為保持原來的運動狀態(tài)不變。原來靜止的物體保持靜止，原來運動的物體保持原來的速度繼續(xù)運動。(2)當(dāng)物體受到外力作用時，慣性表現(xiàn)為改變運動狀態(tài)的難易程度，物體的慣性越大，它的運動狀態(tài)越難改變?？键c一：伽利略理想斜面實驗【例1】如圖為伽利略著名的理想斜面實驗示意圖。讓小球沿光滑斜面從左側(cè)某一高度滾下時，無論右側(cè)斜面坡度如何，它都會沿斜面上升到與出發(fā)點幾乎等高的地方。斜面傾角越小，小球運動到同一高度所經(jīng)歷的路程越遠(yuǎn)。當(dāng)斜面傾角逐漸減小到零，右側(cè)變?yōu)樗矫鏁r，小球?qū)榱诉_(dá)到那個永遠(yuǎn)無法達(dá)到的高度而一直運動下去。針對這一實驗以下說法正確的是（）A．該實驗揭示了小球具有慣性B．說明物體的運動需要力維持C．該實驗無真實實驗基礎(chǔ)，是單純靠邏輯推理進(jìn)行的D．該實驗體現(xiàn)了實驗研究和邏輯推理相結(jié)合探索自然規(guī)律的科學(xué)方法【答案】AD【詳解】AB．該實驗中小球一直具有維持原有運動狀態(tài)的特性，揭示了小球具有慣性，說明物體的運動不需要力維持，故A正確，B錯誤；CD．該實驗是在真實實驗的基礎(chǔ)上，通過邏輯推理得到的，是一種實驗研究和邏輯推理相結(jié)合探索自然規(guī)律的科學(xué)方法，故C錯誤，D正確。故選AD。考點二：牛頓第一定律【例2】如圖所示，楔形物體的各表面光滑，上表面水平，放在固定的斜面上。在的水平上表面放一光滑小球，后釋放，則小球在碰到斜面前的運動軌跡是（）A．沿斜面向下的直線 B．豎直向下的直線C．無規(guī)則的曲線 D．拋物線【答案】B【詳解】楔形物體釋放前，小球受到重力和支持力，兩力平衡；楔形物體釋放后，由于小球是光滑的，則小球水平方向不受力，根據(jù)牛頓第一定律知道，小球在水平方向的狀態(tài)不改變，即仍保持靜止?fàn)顟B(tài)，水平方向不發(fā)生位移。而豎直方向：楔形物體的支持力將小于小球的重力，小球?qū)⒀刎Q直方向做加速運動，所以其運動軌跡為豎直向下的直線。故選B?？键c三：慣性與質(zhì)量【例3】關(guān)于慣性，下列說法正確的是（）A．汽車運動的速度越大越不容易停下來，是因為汽車運動的速度越大慣性越大B．運動員投擲標(biāo)槍時，用力越大，標(biāo)槍飛行越遠(yuǎn)，說明力越大慣性越大C．把手中的球由靜止釋放，球受重力而豎直下落，說明球沒有慣性D．物體慣性的大小僅與物體的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量大的慣性大【答案】D【詳解】ABD．質(zhì)量是慣性大小的唯一量度，與速度無關(guān)，質(zhì)量越大，慣性越大，故AB錯誤，D正確；C．任何物體在任何情況下都有慣性，球由于重力的作用而自由下落時，慣性依然存在，故C錯誤。故選D。1．如圖所示，理想實驗有時更能深刻地反映自然規(guī)律，伽利略設(shè)想的理想實驗中的幾個主要步驟如下：①兩個對接的斜面，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球?qū)L上另一個斜面②如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫艜r的高度③減小第二個斜面的傾角，小球在這斜面上仍然要達(dá)到原來的高度④繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，最后使它成水平面，小球?qū)⒀厮矫孀龀掷m(xù)的勻速運動在上述的步驟中，有的屬于可靠的事實，有的則是理想化的推論，下列關(guān)于事實和推論的分類正確的是（）

A．①是事實，②③④是推論B．②是事實，①③④是推論C．③是事實，①②④是推論D．④是事實，①②③是推論【答案】A【詳解】伽利略的觀點是在實驗事實的基礎(chǔ)上，經(jīng)過推理概括得出結(jié)論，第一步是實驗事實，即①；小球滾到右側(cè)斜面的高度與小球自由放手的位置接近，摩擦越小越接近，得出推理，如果無摩擦，小球上升的高度與自由放手位置相同，即第二步是②；繼續(xù)推理，在無摩擦的情況下如果改變右側(cè)斜面的傾斜程度，減小傾角，仍能使小球上升的高度與自由放手的位置相同，即第三步是③；繼續(xù)大膽推理，在無摩擦的情況下，右側(cè)斜面繼續(xù)減小傾角為0，即水平，則小球永遠(yuǎn)運動，即第四步是④。也表明①是事實，②③④是推論，直接觀察到的現(xiàn)象是可靠的實驗事實，按照實驗條件變化的趨勢進(jìn)行的極端化猜想是理想化推論。故選A。2．春秋末年，齊國著作《考工記》記載：“馬力既竭，猶能一取焉”。意思是馬對車不施加拉力了，車還能繼續(xù)向前運動，這是關(guān)于慣性的最早記述。下列說法正確的是（）A．“馬力既竭”時，車沒有慣性B．“馬力既竭”時，車的慣性減少C．“馬力既竭”時，車還能繼續(xù)向前運動，說明力不是維持物體運動的原因D．“馬力既竭”時，車最終能停下來，說明力不是改變物體運動狀態(tài)的原因【答案】C【詳解】AB．慣性是物體的固有屬性，它指的是物體能夠保持原來的運動狀態(tài)的一種性質(zhì)，慣性大小僅與物體的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，慣性越大，AB錯誤；CD．“馬力既竭”時，車還能繼續(xù)向前運動，說明力不是維持物體運動的原因，車最終能停下來是受到摩擦阻力的原因，說明力是改變物體運動狀態(tài)的原因，C正確、D錯誤。故選C。3．牛頓第一定律揭示了物體的運動狀態(tài)與所受外力的關(guān)系，下列說法中正確的是（）A．物體受到恒定的合力作用時，它的運動狀態(tài)不發(fā)生改變B．物體受到不為零的合力作用時，它的運動狀態(tài)要發(fā)生改變C．物體受到的合力為零時，它一定處于靜止?fàn)顟B(tài)D．物體受到不為零的合力作用時，運動狀態(tài)不一定改變【答案】B【詳解】ABD．只要物體受到的合力不為零，不論合力是否是恒力，物體的運動狀態(tài)一定發(fā)生變化，故AD錯誤，B正確；C．合力為零時，物體處于平衡狀態(tài)，可能靜止，也可能做勻速直線運動，故C錯誤。故選B。4．關(guān)于牛頓定律，下列說法正確的是（）A．牛頓通過理想斜面實驗得出力是維持物體運動狀態(tài)的原因B．伽利略和笛卡爾的思想觀點對牛頓第一定律的建立做出了基礎(chǔ)性的貢獻(xiàn)C．牛頓第一定律又被稱為慣性定律，它指出物體的速度越大，慣性越大D．牛頓第三定律指出先有作用力，后有反作用力【答案】B【詳解】A．伽利略通過理想斜面實驗得出力不是維持物體運動狀態(tài)的原因，A錯誤；B．牛頓在伽利略和笛卡爾等人的研究基礎(chǔ)上，總結(jié)出了牛頓第一定律，伽利略和笛卡爾的思想觀點對牛頓第一定律的建立做出了基礎(chǔ)性的貢獻(xiàn)，B正確；C．牛頓第一定律又被稱為慣性定律，物體的質(zhì)量越大，慣性越大，與速度無關(guān)，C錯誤；D．牛頓第三定律指的是作用力與反作用力，這兩個力具有同時性，即同時產(chǎn)生，同時消失，沒有先后之分，D錯誤。故選B。5．2019年12月27號，被稱為“胖五”的中國“最強火箭”長征五號圓滿完成發(fā)射任務(wù)。下列有關(guān)說法正確的是（）A．火箭點火后，速度變化越大，則加速度越大B．火箭發(fā)射瞬間，速度為零，加速度不為零C．火箭進(jìn)入太空后，慣性消失D．火箭升空后，加速越來越大，慣性也越來越大【答案】B【詳解】A．加速度的大小體現(xiàn)了速度變化的快慢，速度變化越快，加速度越大；速度變化大，不一定變化快，故A錯誤；B．火箭發(fā)射瞬間，其速度為零，但所受合力不為零，故其加速度不為零，故B正確；CD．慣性是物體的一種屬性，只與物體的質(zhì)量有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)，故C、D錯誤。故選B。6．《道路交通安全法》規(guī)定，電動車不得違法載人，其原因是（）A．電動車載人后，整體質(zhì)量增大，速度變大B．電動車載人后，整體質(zhì)量增大，加速度變大C．電動車載人后，整體質(zhì)量增大，慣性變大D．電動車載人后，整體質(zhì)量增大，慣性變小【答案】C【詳解】A．電動車載人后，整體質(zhì)量增大，速度大小與質(zhì)量大小無關(guān)，A錯誤；B．在電動車受合外力不是零且不變的情況下，當(dāng)電動車載人后，整體質(zhì)量增大，由牛頓第二定律可知，加速度變小，B錯誤；CD．質(zhì)量是慣性的唯一量度，電動車載人后，整體質(zhì)量增大，慣性變大，C正確，D錯誤。故選C。7．2000年國際乒聯(lián)將乒乓球由小球改為大球，改變前直徑是0.038m，質(zhì)量是2.50g；改變后直徑是0.040m，質(zhì)量是2.70g。對此，下列說法正確的是（）A．球的直徑大了，所以慣性大了，球的運動狀態(tài)更難改變B．球的質(zhì)量大了，所以慣性大了，球的運動狀態(tài)更難改變C．球的直徑大了，所以慣性大了，球的運動狀態(tài)更容易改變D．球的質(zhì)量大了，所以慣性大了，球的運動狀態(tài)更容易改變【答案】B【詳解】慣性的大小只跟質(zhì)量有關(guān)，與其它任何因素?zé)o關(guān)，則球的質(zhì)量大了，慣性大了，球的運動狀態(tài)的改變就增大了難度。故ACD錯誤，B正確。故選B。8．大型油罐車內(nèi)的油在運輸過程中極易發(fā)生涌動（如圖1），為了防止油涌動導(dǎo)致車體重心急劇變化的危害，在油罐車內(nèi)部設(shè)置了一些固定擋板（如圖2）。則下列說法正確的是（）A．油罐車向前啟動時，由于慣性，油罐內(nèi)的油將向前涌動B．油罐車內(nèi)設(shè)置擋板，減小了油罐內(nèi)的油的慣性C．油罐車在變速行駛過程中容易涌動，是油罐內(nèi)的油慣性不斷變化引起的D．油罐車在平直道路上勻速前進(jìn)時，即使沒有擋板油也幾乎不會涌動【答案】D【詳解】A．油罐車向前啟動時，由于慣性，油要保持原來的運動狀態(tài)將向后涌動，故A錯誤；BC．慣性取決于物體的質(zhì)量，質(zhì)量不變慣性不變，與其他無關(guān)，故BC錯誤；D．油罐車在平直道路上勻速前進(jìn)時，由牛頓第一定律可知，即使沒有擋油板油也幾乎不會涌動，故D正確。故選D。1．關(guān)于牛頓第一定律，下列說法正確的是（）A．牛頓第一定律是通過伽利略“理想實驗”的驗證后建立起來的B．牛頓第一定律表明，力是維持物體運動狀態(tài)的原因C．牛頓第一定律表明，慣性是維持物體運動狀態(tài)的原因D．牛頓第一定律表明，物體只有在靜止時才具有慣性，物體做勻變速直線運動不具有慣性【答案】C【詳解】A．牛頓第一定律是在伽利略“理想實驗”之后通過歸納演繹推理建立起來的，選項A錯誤；B．牛頓第一運動定律表明，力不是維持物體運動狀態(tài)的原因，是改變物體運動狀態(tài)的原因，選項B錯誤；C。牛頓第一運動定律表明，慣性是維持物體運動狀態(tài)的原因，選項C正確；D．牛頓第一運動定律表明，物體不是只有在靜止或做勻速直線運動時才具有慣性，在任何狀態(tài)下都具有慣性，選項D錯誤。故選C。2．如圖所示，冰壺比賽是冬奧會的正式比賽項目，冰壺在冰面上運動時受到的阻力較小，以下關(guān)于比賽中冰壺運動的說法正確的是（）A．離手后，水平方向上冰壺受到摩擦力和運動員對冰壺的推力B．豎直方向上冰壺受到的重力和支持力是一對相互作用力C．冰壺在冰面上的運動直接驗證了牛頓第一定律D．冰壺在運動過程中抵抗運動狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”是不變的【答案】D【詳解】A．離手后，水平方向上冰壺只受到摩擦力。故A錯誤；B．豎直方向上冰壺受到的重力和支持力是一對平衡力。故B錯誤；C．力是改變物體運動狀態(tài)的根本原因，冰壺在冰面上做勻減速直線運動。所以冰壺在冰面上的運動不能驗證了牛頓第一定律。故C錯誤；D．冰壺在運動過程中抵抗運動狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”即慣性是不變的。故D正確。故選D。3．在物理學(xué)發(fā)展史上，伽利略、牛頓等許多科學(xué)家為物理學(xué)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。下列關(guān)于力和運動的說法正確的是（）A．人在沿直線勻速前進(jìn)的車廂內(nèi)豎直向上跳起后，將落在車廂內(nèi)的起跳點B．兩匹馬拉車比一匹馬拉車跑得快，這說明物體受的力越大，運動速度越大C．汽車剎車時，速度大難以剎停，速度小容易剎停，這說明物體的速度越大，慣性越大D．一個運動的物體，如果不再受力了，它總會逐漸停下來，這說明運動需要力來維持【答案】A【詳解】A．人在沿直線勻速前進(jìn)的車廂內(nèi)豎直向上跳起后，由于慣性，在水平方向上人保持原來的速度，車的速度不變，故人落在車廂內(nèi)的起跳點，故A正確；B．兩匹馬拉車比一匹馬拉車跑得快，說明物體受的力越大，加速度越大，速度變化得越快，故B錯誤；C．慣性大小只與物體的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，慣性越大，故C錯誤；D．一個運動的物體，如果不再受力了，它將會永遠(yuǎn)運動下去，故D錯誤。故選A。4．如圖所示，在光滑水平面上有一密閉水箱，其中水的密度為ρ0，A、B、C三個小球的密度分別為ρ0，ρ0，ρ0，均用細(xì)線系在水箱中，開始時水箱靜止，細(xì)線豎直，現(xiàn)用力向右突然拉動水箱的瞬間，則（）A．細(xì)線均豎直B．A線左傾，C線右傾，B線豎直C．細(xì)線均左傾D．A線右傾，C線左傾，B線豎直【答案】B【詳解】當(dāng)用力向右突然拉動水箱，由于ρ0，ρ0，ρ0，A球的慣性大于相同體積的水的慣性，線向左傾斜；B球的慣性與相同體積的水的慣性相同，線不傾斜，仍豎直；而C球的慣性小于相同體積的水的慣性，線向右傾斜。故選B。5．如圖所示，大人和小孩拔河，大人保持靜止卻能輕松把小孩拉過來。不計繩子的質(zhì)量，下列說法中正確的是（

）A．小孩被拉動后就失去了慣性B．大人保持靜止是因為慣性增大了C．大人對繩子的拉力大于小孩對繩子的拉力D．大人對繩子的拉力與小孩對繩子的拉力大小相等【答案】D【詳解】AB．慣性是物體自身具有的屬性，只與質(zhì)量有關(guān)，與物體的運動狀態(tài)、受力狀態(tài)無關(guān)，AB錯誤；CD．由于繩子質(zhì)量不計，繩子受力平衡，大人對繩子的拉力與小孩對繩子的拉力是一對平衡力，兩者大小相等，故C錯誤，D正確。故選D。6．足球運動被稱為“世界第一運動”，2022年卡塔爾世界杯得到全球球迷的關(guān)注。小小足球蘊含著無窮魅力，下列關(guān)于足球的物理知識說法正確的是（）A．踢出去的足球仍能繼續(xù)飛行，是因為足球受到慣性力的緣故B．踢出去的足球速度在不斷變化，其慣性不變C．宇宙飛船中的足球處于完全失重狀態(tài)，所以沒有慣性D．足球的慣性只有在足球速度改變時才表現(xiàn)出來【答案】B【詳解】A．踢出去的足球在空中飛行是因為足球具有慣性，慣性不是力，所以不能說受到慣性力作用，故A錯誤；BCD．任何物體在任何情況下都有慣性，慣性只與物體的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，慣性越大。與物體的運動狀態(tài)，是否受力、運動速度