3.6 惯性 牛顿第一定律
一、多选题
1.如图甲所示,水平面上的物体受到水平向右拉力F的作用,从t=0开始,物体运动的距离随时间变化情况如图乙所示,对于这个过程中,下列判断正确的( )
A.0~10s物体的平均速度为1m/s
B.在第6~10s内,力F的大小不变
C.t=1s时,若F=2N,则物体受到的摩擦力为0
D.若10s后撤去拉力F,则物体将立刻静止
二、单选题
2.对于赛场上的这些运动,用物理学的知识解释正确的是( )
A.百米赛跑终点,运动员不能立即停下来,是因为受到惯性的作用
B.乒乓球运动员拉起的弧圈球,利用了流体中流速大的位置压强小的原理
C.踢球会感到脚疼说明力能改变物体的运动状态
D.举重运动员将杠铃举起在空中静止时,运动员双手对杠铃的支持力与杠铃对双手的压力是一对平衡力
3.周末,小明骑自行车去书法广场感受书法的笔精墨妙,下列说法错误的是( )
A.停止蹬车后车会停下来,说明运动需要力来维持
B.紧急刹车时,小明由于惯性会向前倾
C.车把手上凹凸不平的花纹可以增大摩擦
D.站在水平广场上的小明,所受重力和支持力是一对平衡力
4.如图,用尺子快速击打下方的棋子,被击打的棋子飞出,而上方的棋子稳稳下落,有关该实验的分析正确的是( )
A.选择较光滑的棋子,可减小棋子间的摩擦
B.选择粗糙桌面,可增大桌面对棋子的支持力
C.被击打的棋子飞出后,它的惯性不断增大
D.上方的棋子加速下落时,受到平衡力作用
5.下列现象中,与物理所说的“惯性”有关的是( )
A.地面上的石头总保持静止状态
B.地球一直围绕太阳做圆周运动
C.脱离树枝的苹果总是落向地面
D.载货汽车上坡前通常降低车速
三、简答题
6.设想在遥远太空(不受力的环境)的A点处,有一个与你相对静止的巨石,你轻轻推一下它,试描述你推巨石后,你和巨石相对A点在太空中的运动情况。
四、作图题
7.如图甲所示是雨伞顶面的俯视图,伞面A点有一滴雨水,逆时针旋转伞面,雨水离开伞面后的运动轨迹如图中虚线所示,其对应的主视图如图乙所示。请画出:
(1)雨水在A点所受重力G的示意图;
(2)这滴雨水从A点到地面的运动轨迹(用实线表示)。
8.如图,轻拉弹簧,使物体A和B在水平面上一起做匀速直线运动,请画出物体A的受力示意图。
五、计算题
9.某人推一质量为25kg的木箱在水平面上做匀速直线运动,所受的阻力是木箱重力的0.5倍,求推力的大小?(g取10N/kg)
10.随着共享单车在全国各大城市迅速铺开,“共享经济”的概念迅速普及,“共享汽车”也随之悄然进入了人们的视野.如图所示是某品牌“共享汽车”,其空车质量1.2t,该车在行驶过程中受到的阻力为总重的0.1倍,求:
(1)汽车所受的重力;
(2)该车以54km/h的速度匀速行驶20min通过的路程;
(3)总质量为200kg的人员乘坐该车,汽车行驶过程中受到的阻力.
六、实验题
11.在探究“阻力对物体运动的影响”实验中,在水平木板上先后铺上粗糙程度不同的毛巾和棉布;让小车从斜面顶端由静止滑下,如图所示,观察和比较小车在毛巾表面、棉布表面和木板表面滑行的距离。
(1)实验中为了让小车到达水平面的初速度一致,应该如何操作?______;
(2)实验中是通过改变______来改变小车所受阻力大小的;
(3)实验中发现:小车在毛巾表面上滑行的距离最短,在木板上滑行的距离最远,说明小车受到的阻力越小,速度减小得越______(选填“快”或“慢”);
(4)推理:本实验中如果小车在水平面上滑行时受到的阻力为零,它将做 ______。
12.探究阻力大小对物体运动的影响时,设计了如图所示的实验过程,让同一辆小车从同一斜面的相同高度由静止开始滑下,并标出了小车所停的位置。
(1)实验中每次让同一辆小车从同一斜面的同一高度由静止开始滑下,目的是使小车刚到达水平面时具有相同的________;
(2)实验中同一辆小车在木板表面上运动的距离最长,表明它在该表面上受到的阻力最小,其速度变化的最________(选填“快”或“慢”);
(3)若想根据实验现象和规律推理抽象概括出牛顿第一定律,需要补充的理想化的条件是_________。
13.如图所示的是研究牛顿第一定律的实验。
(1)实验时要让同一辆小车从斜面的同一高度滑下,目的是为了使小车在三种不同表面上运动的初始速度___________;
(2)在相同的实验条件下,小车在___________表面上前进的距离最远,但最后会停下来,这是因为___________力改变了它的运动状态;
(3)牛顿第一定律是建立在___________。
A.日常生活经验的基础上 B.科学家猜想的基础上
C.直接实验结果的基础上 D.实验和科学推理相结合的基础上
14.在研究“阻力对物体运动的影响”实验中,可供使用的器材有斜面、木板、棉布、毛巾、天平和小车。
(1)在上述器材中,不需要用到的器材有______。
(2)固定斜面,分别将小车从斜面上______(填“同一”或“不同”)高度由静止释放。
(3)如图描述了先后两次实验中所呈现的现象,根据实验现象可作出如下科学推理:若没有阻力,则运动的小车将在水平面上______(填“静止”或“匀速直线运动”)。伽利略运用“实验+科学推理”的方法,揭示了一切物体都具有保持原来运动状态不变的性质。
(4)设实验中运动的小车在棉布上克服阻力做功为W1,在木板上克服阻力做功为W2,则W1______W2(填“大于”“等于”或“小于”)。
15.如图所示,在探究“阻力对物体运动的影响”实验中,同一小车从斜面上滑下后,接着在材料不同的水平面上运动直到静止,用测速仪测出小车到达水平面上的初速度v0,用秒表测出小车在水平面上运动的时间t,记录在表中。
表面材料 到达水平面时初速度v0 末速度v1 减速所用时间t
毛巾 1m/s 0m/s 1.5s
棉布 1m/s 0m/s 2.5s
木板 1m/s 0m/s 4.0s
(1)由表格可知,小车到达水平面时的速度是______(选填“相等”或“不等”)的。为达到这一效果,小车在斜面上应该如何放置?______
(2)小车在三种不同材料表面上由运动变为静止,其速度的改变量是______(填“相等”或“不等”)的;
(3)小车在木板面上减速所用时间最长,速度减小得最______(填“快”或“慢”),说明小车在木板面上受到的阻力______(选填“最大”或“最小”);
(4)小明根据实验现象,猜想如果小车在水平面上不受任何阻力,则它的速度就不减小,会在水平面上做 ______运动。说明物体的运动______(选填“需要”或“不需要”)力来维持;
(5)一架在空中水平向右匀速直线飞行的飞机上,自由落下了一颗炸弹,下列给出了几种炸弹落地前与飞机关系的情形,如图所示,请你认真分析后做出正确的选择;
①不计空气对炸弹的阻力,炸弹与飞机的位置关系为图______(选填“甲”、“乙”或“丙”);
②实际上,由于空气阻力的存在,炸弹与飞机的位置关系为图______(选填“甲”、“乙”或“丙”)。
七、填空题
16.人站在行驶的汽车上,如果汽车突然加速,身体会向______倒; 如果汽车急刹车,身体会向______倒; 如果汽车向右急转弯,身体会向______倒。 (选填“前”、“后”、“左”、“右”)
17.阅读短文,回答文后的问题。
2020年12月17日凌晨2点,嫦娥五号月球探测器带着“月球土特产”顺利着陆于内蒙古中部草原的四子王旗航天着陆场。
嫦娥五号探测器由上升器、着陆器、返回器和轨道器4部分组成,总质量达8200kg。探测器被发射到目标位置后,着陆器和上升器的组合体从距月面15km处开始,经15min降落至月球表面。安全降落的着陆器和上升器组合体进行月球采样,然后将携带的国旗在月面展开后成功解锁分离。此后,着陆器留在月面,上升器携带月球样品从月球表面加速起飞,进入环月轨道后与轨道器和返回器的组合体进行对接,并将月球样品转移到返回器,随后,上升器再次分离,成为环月飞行的“卫星”,轨道器将会再护送返回器一程。最终,独自携带1731g月球样品的返回器先以高速进入地球大气层,然后借助大气层提供的升力“打水漂”后跳起来,之后再重新进入大气层才安全返回地球(如图)。
(1)总质量为8200kg的探测器在地球上时,它的重力为________N(g=10N/kg);
(2)1731g的月球样品到达地球后,质量将_______,惯性将_______。(均选填“变大”“变小”或“不变”);
(3)上升器离开月球时,相对于月球表面,发动机喷气的方向是向________(选填“上方”、“下方”或“水平方向”)喷出。此过程,上升器受到的是_________(选填“平衡力”或非平衡力)。
18.一辆运输液体货物的车,液体中有气泡,当车向右突然开动时,气泡将向___________运动。(填“左”、“右”)
19.奥运滑雪冠军苏翊鸣滑离跳台后由于具有_______(选填“惯性”或“内能”)在空中继续向前运动,以他所戴的头盔为参照物苏翊鸣是_______(选填“运动”或“静止”)的。
20.如图所示,物体甲的质量为0.25kg,物体乙恰好水平向右做匀速直线运动,则物体乙受到的摩擦力为__________N,方向__________;若要使物体乙水平向左做匀速直线运动,需给乙施加一个__________N水平向左的力。(不计绳重、绳与滑轮间的摩擦,g=10N/kg)
参考答案:
1.AB
【解析】
【详解】
A.由图像可知,0~10s物体的平均速度为
故A正确;
B.由图像可知,第6~10s内物体做匀速直线运动,水平方向上,物体受到滑动摩擦力和拉力是一对平衡力,滑动摩擦力大小没变,F的大小也不变,故B正确;
C.由图像可知,t=1s时物体为静止状态,水平方向上,物体受到静摩擦力和拉力的作用,这两个力是一对平衡力,大小相等,所以摩擦力为2N,故C错误;
D.撤去拉力F,物体具有惯性而向前运动,滑动摩擦力不变,物体将会做减速运动,故D错误。
故选AB。
2.B
【解析】
【详解】
A.百米赛跑终点,运动员不能立即停下来,是因为受到惯性的作用,是由于惯性,要保持原有速度继续运动,惯性是物质的一种性质,不是力,不能说受到惯性的作用,故A错误;
B.根据流体压强和流速的关系可知,乒乓球运动员拉起的弧圈球,利用了流体中流速大的位置压强小的原理,故B正确;
C.脚踢球时,给球一个力的同时,球给脚一个力的作用,所以,脚感到疼,说明力的作用是相互的,故C错误;
D.举重运动员将杠铃举起在空中静止时,运动员双手对杠铃的支持力与杠铃对双手的压力,二者分别作用在人和杠铃上,大小相等、方向相反、作用在同一直线上,是一对相互作用力,故D错误。
故选B。
3.A
【解析】
【详解】
A.停止蹬车后车会停下来,是因为车子受到了摩擦力的作用,这说明力是改变物体运动状态的原因,物体的运动不需要力来维持,故A错误,A符合题意;
B.紧急刹车时,小明的下半身随车停止运动,而上半身由于惯性仍保持原来的运动状态继续向前运动,所以小明会向前倾,故B正确,B不符合题意;
C.自行车把手上刻有花纹是在压力一定时,通过增大接触面的粗糙程度增大摩擦力,故C正确,C不符合题意;
D.站在水平广场上的小明,处于静止状态,受到的合力为0,所以受到的竖直向下的重力和竖直向上支持力是一对平衡力,故D正确,D不符合题意。
故选A。
4.A
【解析】
【详解】
A.选择较光滑的棋子,是在压力一定时,通过减小接触面的粗糙程度,来减小棋子间的摩擦,故A正确;
B.选择粗糙桌面,可增大摩擦力不能增加支持力,故B错误;
C.物体保持运动状态不变的性质叫惯性,惯性是物体的一种属性,一切物体都有惯性,惯性只与物体的质量有关,所以被击打的棋子飞出后,质量不变,故惯性不变,故C错误;
D.处于平衡状态的物体,受到的力是平衡力,但棋子加速下落时,速度的大小不断变化,不处于平衡状态,受非平衡力的作用,故D错误。
故选A。
5.A
【解析】
【详解】
A.地面上的石头由于惯性要保持原来的运动状态,即总保持静止状态,故A符合题意;
B.地球在力的作用下一直围绕太阳做圆周运动,运动状态不断发生改变,与惯性无关,故B不符合题意;
C.苹果从枝头掉落,是由于受到重力的作用,与惯性无关,故C不符合题意;
D.载货汽车的功率一定,上坡前通常降低车速,来获得更大的牵引力,与惯性无关,故D不符合题意。
故选A。
6.见详解
【解析】
【详解】
处在遥远的太空,人和巨石处于完全失重状态,人轻轻推一下巨石,两者分别受到相互作用力而改变运动状态,都由静止变为运动;两者分开后,根据牛顿第一定律,两者相对于A点分别向相反方向一直做匀速直线运动。
7.
【解析】
【详解】
(1)雨水受到的重力的方向是竖直向下的,重力的作用点在雨水的重心上;力的示意图如图所示;
(2)逆时针旋转伞面,雨水离开伞面后由于具有惯性仍然要保持原来的运动状态,雨水由于受到竖直向下的重力的作用,会斜向下做加速运动,运动轨迹如图所示
8.
【解析】
【详解】
物体A在水平方向上和B一起做匀速直线运动,物体A没有受拉力,也没有滑动趋势,故不受摩擦力,因此物体A在水平方向上没有受力;在竖直方向上,物体A受到竖直向下的重力和竖直向上的支持力,如下图所示:
9.125N
【解析】
【分析】
【详解】
解:木箱受到的重力为
G=mg=25kg×10N/kg=250N
因为木箱做匀速直线运动,所以推力
F=f=0.5G=0.5×250N=125N
答:箱子受到的水平推力为125N。
10.(1) 1.2×104N (2 ) 18km (3) 1.4×103N
【解析】
【详解】
(1).汽车所受的重力:
G=mg=1200kg×10N/kg=12000N;
(2).由 可得,匀速行驶20min通过的路程:
(3).汽车在行驶过程中的总质量:
m总=1200kg+200kg=1400kg,
此时的总重力:
G总=m总g=1400kg×10N/kg=14000N;
由题意可得,汽车受到的阻力:
f=0.1G总=0.1×14000N=1400N.
11. 控制小车每次都从斜面上同一位置释放 接触面的粗糙程度 慢 匀速直线运动
【解析】
【详解】
(1)[1]每次小车都从斜面上同一位置由静止释放,即可使小车运动到斜面底端时的速度相等。
(2)[2]在做“阻力对物体运动的影响”实验时,给水平木板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,接触面的粗糙程度变化,来改变小车受到阻力的大小。
(3)[3]由实验知接触面越光滑,阻力就越小,小车运动的距离就越远,这说明小车受到的阻力越小,速度减小得越慢。
(4)[4]假如小车受到的阻力为零,即水平方向上小车不受力,可推理小车的运动状态将不会改变,做匀速直线运动。
12. 速度 慢 物体没有受到外力的作用
【解析】
【详解】
(1)[1]让同一辆小车从同一斜面的同一高度由静止开始滑下,为了让小车到达水平面时的速度相同。
(2)[2]小车在木板表面上运动的距离最长,则它受到的阻力最小,其速度变化的最慢。
(3)[3]根据实验现象和规律推理抽象概括出牛顿第一定律,需要补充的理想化的条件是物体在不受任何力的作用。
13. 相同 木板 摩擦 D
【解析】
【详解】
(1)[1]根据控制变量法,为保证摩擦力对小车运动距离的影响,小车应从斜面同一高度上由静止滑下,使其到达斜面的初始速度相等。
(2)[2][3]小车速度减小的原因是受到摩擦力的作用,木板的摩擦力最小,小车速度改变得最慢,滑行距离最远。
(3)[4]在上述实验的基础上,推理得到:若水平面光滑,没有摩擦力,物体将沿平面永远运动下去;牛顿就是在上述实验的基础上经过科学推理得到了牛顿第一定律。
故选D。
14. 天平 同一 匀速直线运动 等于
【解析】
【详解】
(1)[1]本实验通过比较小车在水平面上运动的距离的大小来比较阻力对物体运动的影响,不需要测量物体的质量,所以天平不需要。
(2)[2]要研究小车在水平面上滑行的距离,必须控制小车的初速度相同,即让小车从斜面的同一高度滑下。
(3)[3]由图可知,小车在棉布表面上滑行的距离较近,在水平木板表面滑行的距离较远,说明小车受到的阻力越小,运动的距离越远,进一步推理可得:若没有阻力,运动小车的运动状态不变,即做匀速直线运动。
(4)[4]因小车达到水平面时初速度相同,则小车最初的动能相同,最终速度为,小车的动能全部转化为内能,减小的动能等于克服阻力做的功,所以,小车在棉布上克服阻力做功和在木板上克服阻力做功相等,即
15. 相等 小车应从斜面上的同一高度处由静止释放 相等 慢 最小 匀速直线 不需要 乙 甲
【解析】
【详解】
(1)[1][2]由表格可知,小车到达水平面时的速度都是1m/s,是相同的;为了达到这一效果小车应从斜面上的同一高度处由静止释放,小车的重力势能相等,小车运动到水平面的过程中将重力势能转化为动能,小车到水平面时动能相等,质量不变,所以速度相等。
(2)[3]小车到达水平面时的初速度相同,最终都减小为零,所以速度的改变量相同。
(3)[4][5]由图知小车在木板面上减速所用时间最长,是因为木板表面最光滑,阻力最小,小车运动的距离最远,速度减小得越慢,这说明小车受到的阻力越小。
(4)[6][7]小车在水平面上所受阻力越小,小车运动的距离越远,由上述实验可推理得出:如果水平面绝对光滑,小车不受任何阻力,它将一直运动下去,所以它会在水平面上做匀速直线运动,这说明力是改变物体运动状态的原因,物体的运动不需要力来维持。
(5)[8][9]不计空气对炸弹的阻力,在水平方向上,炸弹与飞机的速度相等,炸弹在飞机的正下方,它们相对静止,由图示可知,炸弹与飞机的位置关系为乙图;实际上,由于空气阻力的存在,在水平方向上,炸弹由于受到空气阻力的影响较大,速度小于飞机速度,炸弹在飞机的后方,由图示可知,炸弹与飞机的位置关系为甲图。
16. 后 前 左
【解析】
【详解】
[1]人站在行驶的汽车上,如果汽车突然加速,人的上身由于惯性保持原来运动状态,而人的脚由于受到车厢的摩擦力随车加速,人就会向后到。
[2]如果汽车急刹车,人的上身由于惯性保持原来运动状态,而人的脚由于受到车厢的摩擦力随车减速,人就会向前倒。
[3]人站在行驶的汽车上,如果汽车向右急转弯,人的上身由于惯性保持原来运动状态向前运动,而脚由于受到车厢的摩擦力随车向右转弯,人就会向左倒。
17. 8.2×104 不变 不变 下方 非平衡力
【解析】
【详解】
(1)[1]总质量为8200kg的探测器在地球上时,它的重力为
(2)[2][3]质量是物体的一种属性,不随形状、状态、温度、位置的改变而改变,所以月球样品到达地球后质量不变。
(3)[4]因力的作用是相互的,为得到竖直向上的力,所以火箭发动机的喷气方向应该是竖直向下的方向施加。
[5]上升器在上升过程中做加速运动,所以受到的力是非平衡力。
18.右
【解析】
【详解】
当车向右突然开动时,车上的液体由于惯性要保持原来的静止状态,所以相对车往左运动,将气泡向右挤,所以气泡向右运动。
19. 惯性 静止
【解析】
【详解】
[1]奥运滑雪冠军苏翊鸣滑离跳台后由于具有惯性,仍然会保持原来的运动状态,在空中继续向前运动。
[2]以他所戴的头盔为参照物,苏翊鸣与头盔之间没有发生位置的变化,是静止的。
20. 2.5 水平向左 5
【解析】
【详解】
[1][2]如图所示,物体乙所受水平向右拉力
物体乙恰好水平向右做匀速直线运动,处于平衡状态。即物体乙所受拉力与滑动摩擦力是一对平衡力,根据平衡力的特点得,物体乙受的摩擦力为2.5N,方向水平向左。
[3]当物体乙在水平向左做匀速直线运动时,处于平衡状态,水平方所受合力为零。摩擦力大小不变,但方向变为水平向右,水平向右的拉力不变,需给乙施加一个水平向左的力