第5章 牛顿运动定律
第1节 牛顿第一运动定律
基础过关练
题组一 对运动和力的理解
1.下列说法符合史实的是 ( )
A.伽利略提出力是维持物体运动的原因
B.亚里士多德猜想自由落体运动的速度与下落时间成正比,并直接用实验进行了验证
C.笛卡儿通过“理想斜面实验”发现了物体的运动不需要力来维持
D.牛顿认为力的真正效应是改变物体的速度,而不仅仅是使之运动
2.中国古代科技取得了辉煌的成就,在很多方面走在世界前列。例如春秋战国时期的《墨经》中,就已对力做了比较科学的阐述:“力,刑(形)之所以奋也”。这句话的意思是:力能使物体由静止开始运动,或使运动的物体运动得越来越快。下列说法中,与《墨经》中对力的阐述最接近的是 ( )
A.力是维持物体运动的原因
B.力是物体位移变化的原因
C.力是物体位置变化的原因
D.力是物体运动状态改变的原因
题组二 伽利略理想实验
3.在探究物体运动的原因时,伽利略利用两个对接的斜面,一个斜面固定,让小球从固定斜面上滚下,又滚上另一个倾角可以改变的斜面,斜面倾角逐渐变小至零,如图所示。伽利略设计这个实验是为了说明 ( )
A.如果没有摩擦,小球将运动到与释放时相同的高度
B.即使没有摩擦,小球最终也一定会停下来
C.力不是维持物体运动的原因
D.如果物体不受力的作用就不会运动
4.如图所示为伽利略研究自由落体运动规律时设计的斜面实验,他让小球沿阻力很小的斜面由静止滚下,利用滴水计时记录小球运动的时间。关于伽利略的“斜面实验”,下列说法错误的是 ( )
A.实验中斜面起到了“冲淡”重力的作用,便于利用滴水计时记录小球运动的时间
B.若斜面长度一定,小球由静止从顶端运动到底端时的速度大小与倾角无关
C.伽利略探究物体下落规律的过程使用的科学方法是:问题→猜想→数学推理→实验验证→合理外推→得出结论
D.若斜面倾角一定,小球沿斜面运动的位移与时间的平方成正比
题组三 对牛顿第一定律的理解
5.关于牛顿第一定律,下列说法正确的是 ( )
A.物体运动不停止,因为受到动力作用
B.要改变物体运动状态,必有外力作用
C.撤去外力,运动物体会逐渐停下
D.牛顿第一定律只是反映惯性大小,因此也叫惯性定律
6.下列说法中正确的是 ( )
A.由牛顿第一定律可知,物体在任何情况下始终处于静止状态或匀速直线运动状态
B.静止或匀速直线运动的物体,一定不受任何外力作用
C.伽利略理想实验说明了力不是维持物体运动状态的原因,同时也说明了力是改变物体运动状态的原因
D.牛顿第一定律既揭示了物体保持原有运动状态的原因,又揭示了运动状态改变的原因
7.根据牛顿第一定律分析可知 ( )
A.物体运动状态发生变化时,物体不一定受到外力的作用
B.不受外力时,物体的运动状态也会发生改变,说明物体不一定有惯性
C.水平地面上滑动的木块最终停下来,是由于没有外力维持木块的运动
D.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
题组四 对惯性的理解
8.汽车甲与汽车乙质量相同,汽车甲以120 km/h的速度在高速公路上飞奔,汽车乙以5 km/h的速度在小区道路上缓行。则关于汽车甲与汽车乙的惯性,正确的是 ( )
A.汽车甲惯性大
B.汽车乙惯性大
C.无法比较惯性大小
D.汽车甲与汽车乙惯性一样大
9.随着汽车数量不断增加,交管部门出于安全性的考虑也加大了管理力度,比如汽车驾驶员与乘客都要系上安全带。下列说法中正确的是 ( )
A.系好安全带可以减小人的惯性
B.系好安全带可以减小车的惯性
C.系好安全带可以有效避免和减轻因惯性对人造成的伤害
D.系好安全带对人和车的惯性都有影响
10.下列关于惯性的说法正确的是 ( )
A.物体不受外力作用时才有惯性
B.只有静止或做匀速直线运动的物体才具有惯性
C.宇航员在太空舱中能飘来飘去是因为惯性非常小
D.匀速行驶中的客车刹车时乘客向前倾,这是由于惯性所引起的
11.某人乘坐列车时观察车厢里水平桌面上一个装水玻璃容器。列车在水平直线运动过程中,当他观察到的水面形状如图中所示时,可以判断 ( )
A.列车向前加速行驶
B.列车向前减速行驶
C.列车向前匀速行驶
D.条件不足,无法判断
12.各个面都光滑的斜面体A放在光滑的斜面上时,恰好使上表面水平,如图所示,将一个小球置于A的上表面上,然后将A由静止释放,则小球在碰到斜面之前的运动轨迹是 ( )
A.平行斜面向下的直线
B.竖直向下的直线
C.无规则曲线
D.垂直斜面的直线
能力提升练
题组一 对牛顿第一定律的理解
1.如图所示,在一足够长的木板C上有两个物体A和B,两个物体随木板一起以速度v向右运动。若两物体与木板间的摩擦不计,且mA>mB,则当用外力使木板突然停止后 ( )
A.A物体的惯性大,速度变化快,A、B两物体间的距离将减小
B.A物体的惯性大,速度变化慢,A、B两物体间的距离将增大
C.A、B两物体均做匀速直线运动,它们间的距离不变
D.A、B两物体均做减速直线运动,它们间的距离减小
2.在匀速行驶的火车车厢内,有一人从B点正上方相对车厢静止释放一个小球,不计空气阻力,则小球 ( )
A.可能落在A处 B.一定落在B处
C.可能落在C处 D.以上都有可能
题组二 对惯性的理解
3.(多选题)下列关于惯性的说法中正确的是 ( )
A.同一物体在地球上和在月球上的惯性一样大
B.乒乓球运动状态容易改变,是因为乒乓球的惯性小
C.人走路时没有惯性,被绊倒时有惯性
D.标枪运动员通过助跑提高成绩,说明助跑增大了标枪的惯性
4.春秋时期齐国人的著作《考工记》中有“马力既竭,辀犹能一取焉”,意思是马拉车的时候,马虽然对车不再施力了,但车还能继续向前运动一段距离,这一现象说明了车具有惯性,下列关于惯性的说法正确的是 ( )
A.马对车的力越大,车的惯性越大
B.车的速度越大,惯性越大
C.车的质量越大,惯性越大
D.车的惯性与质量无关
5.(多选题)如图,圆柱形玻璃容器内装满液体静置于水平面上,容器中有a、b、c三个不同材质的物块,物块a、c均对容器壁有压力,物块b悬浮于容器内的液体中,忽略a、c与容器壁间的摩擦。现给容器施加一水平向右的恒力,使容器向右做匀加速直线运动。下列说法正确的是 ( )
A.三个物块将保持图中位置不变,与容器一起向右加速运动
B.物块a将相对于容器向右运动,最终与容器右侧壁相互挤压
C.物块b将相对于容器保持静止,与容器一起做匀加速运动
D.物块c将相对于容器向右运动,最终与容器右侧壁相互挤压
答案与分层梯度式解析
第5章 牛顿运动定律
第1节 牛顿第一运动定律
基础过关练
1.D 亚里士多德提出力是维持物体运动的原因,故A错误;伽利略用数学和逻辑推理得出了自由落体运动的速度与下落时间成正比,故B错误;伽利略利用“理想斜面实验”发现了物体的运动不需要力来维持,推翻了“力是维持物体运动的原因”的观点,故C错误;牛顿认为力的真正效应是改变物体的速度,产生加速度,而不仅仅是使之运动,故D正确。
2.D 由题意可知,“力,刑(形)之所以奋也”这句话的意思是力能使物体由静止开始运动,或使运动的物体运动得越来越快,即力起到了改变物体运动状态的作用,故与力是改变物体运动状态的原因相接近,故D正确,A、B、C错误。
3.C 伽利略理想斜面实验说明了力不是维持物体运动的原因,即物体的运动不需要力来维持,故C正确。
4.B 小球做自由落体运动时下落很快,不容易计时,伽利略让小球沿阻力很小的斜面由静止滚下,此方法“冲淡”了重力的作用,便于利用滴水计时记录小球运动的时间,故A正确;因为小球在斜面上运动时的加速度为a=g sin θ-μg cos θ,所以若斜面长度一定,斜面的倾角越大,则小球的加速度越大,因为小球由静止从顶端运动到底端时的速度大小满足v2=2ax,所以小球由静止从顶端运动到底端时的速度大小与倾角有关,故B错误;伽利略探究物体下落规律的过程使用的科学方法是实验加数学推理,即经历了问题→猜想→数学推理→实验验证→合理外推→得出结论的过程,故C正确;若斜面倾角一定,则小球的加速度一定,根据小球沿斜面运动的特点x=at2可知,小球沿斜面运动的位移与时间的平方成正比,故D正确。本题选错误的,故选B。
5.B 运动不需要力来维持,故A错误;力是改变物体运动状态的原因,即要改变物体运动状态,必有外力作用,故B正确;运动时撤去所有外力,物体将会做匀速直线运动,故C错误;牛顿第一定律表明物体具有惯性,但没有反映惯性大小,故D错误。
6.D 物体在不受外力作用或所受合外力为零时,总保持静止状态或匀速直线运动状态,故A错误;静止或匀速直线运动的物体,可能不受任何外力作用,也可能受到外力的作用,但合外力为零,故B错误;伽利略的理想斜面实验说明了力不是维持物体运动的原因,但没有说明力是改变物体运动状态的原因,故C错误;牛顿第一定律既揭示了物体保持原有运动状态的原因是不受外力或所受合外力为零,又揭示了物体运动状态改变的原因是所受合外力不为零,故D正确。故选D。
7.D 力是改变物体运动状态的原因,物体运动状态发生变化时,物体一定受到外力的作用,故A不符合题意;物体的惯性只和物体的质量有关,和物体的运动状态、是否受力无关,故B不符合题意;在水平地面上滑动的木块最终停下来,是受到阻力作用,力并不是维持物体运动的原因,故C不符合题意;根据牛顿第一定律可知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,故D符合题意。
8.D 惯性大小取决于物体的质量大小,而与速度大小无关。由题可知,汽车甲与汽车乙质量相同,则二者惯性一样大,故选D。
9.C 质量是惯性大小的量度,与安全带是否系好无关,故A、B、D错误;安全带可以有效避免和减轻因惯性对人造成的伤害,故C正确。
归纳总结 惯性是物体的固有属性,与物体是否受力无关,与物体的运动状态及所处的地理位置均无关。
10.D 惯性是物体固有属性,任何物体在任何情况下都具有惯性,与是否受力及运动状态无关,故A、B错误;宇航员在太空舱中能飘来飘去是因为处于“失重”状态,惯性仅与质量有关,与物体运动状态无关,质量越大,惯性越大,故C错误;匀速行驶中的客车突然刹车,乘客下半身随车减速,而上半身由于惯性仍保持原来的运动状态,从而向前倾,故D正确。
11.B 当列车向左减速时,容器内的水由于惯性仍然保持原来的运动状态,所以水向左运动,水向前涌,呈现题图所示状态,所以列车向前减速行驶,故B正确。
12.B 由题意知,当斜面体A在光滑的斜面上下滑时,小球只在竖直方向受力,故小球在碰到斜面之前的运动轨迹是竖直向下的直线。B选项正确。
能力提升练
1.C 当用外力使木板突然停止后,A物体和B物体受力不变,仍然受力平衡,均保持原来运动状态不变,即A、B两物体均做匀速直线运动,它们间的距离不变。
故选C。
2.B 火车匀速行驶,在小球未释放前小球随车一起运动,小球的速度等于车的速度;在小球释放后,由于惯性小球在水平方向的速度保持不变,即小球下落的过程中小球在水平方向的速度始终等于车速,则小球一定落在B处,故B项正确,A、C、D三项错误。
3.AB 惯性大小的唯一量度是物体的质量,与其他任何因素均无关,所以同一物体在地球上和在月球上的惯性一样大,故A正确;乒乓球运动状态容易改变,是因为乒乓球的惯性小,故B正确;一切物体任何情况下都有惯性,故C错误;标枪运动员通过助跑提高成绩,标枪的惯性不变,故D错误。
4.C 惯性大小的唯一量度是质量,与速度无关,与物体是否受力无关,质量越大惯性越大,故A、B、D错误,C正确。
5.CD 由题意可知,c浮在容器上面,对上壁有压力,可知c排开液体的质量大于本身的质量;同理可知b排开液体的质量等于本身的质量,a排开液体的质量小于本身的质量。当容器向右加速运动时,由牛顿第一定律可知,物块a将相对于容器向左运动,最终与容器左侧壁相互挤压;物块b将相对于容器保持静止,与容器一起做匀加速运动;对于物块c,因相等体积的液体将相对容器向左运动,导致c将相对于容器向右运动,最终与容器右侧壁相互挤压(可将c想象为一个小气泡),故选C、D。(共9张PPT)
第1节 牛顿第一运动定律
1.历史上关于力和运动的关系的认识
代表人物 对力和运动的关系的看法 研究方法
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,物体就会
停下来,即力是维持物体运动的原因 观察+直觉
伽利略 如果没有阻力,在平面上运动的物体将保持某个速度一直运动
下去,即力不是维持物体运动的原因 理想实验
(实验+逻辑推理)
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,既不停下来,也不偏离原来的方向 数学演绎
知识点 1 理想实验的魅力
知识 清单破
2.伽利略的理想斜面实验
(1)实验事实
如图所示,AB、BC是两个对接的斜面,让小球从AB斜面上某高度由静止滚下,小球将滚上
BC斜面,所到达的高度略低于在AB上释放时的高度。
(2)推理1
若两个斜面均光滑,则小球在右侧的斜面上将上升到原来释放时的高度。
(3)推理2
若减小右侧斜面的倾角(例如BD或BE),则小球在右侧的斜面上仍将达到原来释放时的高
度,且在右侧斜面上将滚得更远。
(4)推理3
若继续减小右侧斜面的倾角,直至变成水平(例如BF),则小球将无法达到原来释放时的高
度,将以恒定的速度在无限长的水平面上永远运动下去。
(5)结论
物体的运动不需要力来维持,即力不是维持物体运动的原因。
(6)局限
a.接触面不可能绝对光滑;
b.水平面不可能无限长。
(7)意义
a.伽利略用“实验+逻辑推理”的方法推翻了亚里士多德的观点,揭示了力不是维持物体运
动的原因。
b.第一次确立了物理实验在物理研究中的基础地位。
c.理想实验在自然科学的理论研究中有着重要的作用,但也有局限性。
1.内容
一切物体总保持匀速直线运动或静止状态,除非有外力迫使它改变这种状态。
2.意义
(1)揭示了一切物体都具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质,因此又叫惯性定
律。
(2)揭示了一切物体在不受力(或所受合外力为零)时的运动状态:匀速直线运动状态或静止
状态。
(3)揭示了运动和力的关系,纠正了“力是维持物体运动的原因”的错误观点,明确指出了
力是改变物体运动状态的原因,进而说明了力是使物体产生加速度的原因。
知识点 2 牛顿第一运动定律
3.注意
(1)牛顿第一定律不是实验定律,是利用逻辑思维对事物进行分析的产物,不能用实验直接
验证,因为不受力作用的物体是不存在的。
(2)牛顿第一定律是自然界中的普遍规律,适用于惯性参考系(在有些参考系中,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。例
如:地面或相对地面做匀速直线运动或静止的物体均可以看作惯性系)
4.对牛顿第一运动定律的理解
(1)牛顿关于运动状态总结出了牛顿第一运动定律,牛顿第一运动定律的前半句“一切物体
总保持匀速直线运动或静止状态”揭示了一切物体在不受外力时的运动状态。
①“一切物体”:指宇宙中所有物体,不论是固体、液体,还是气体。
②“不受外力”:描述的只是一种理想状态,实际生活中不受外力作用的物体根本不存在,
当物体所受合外力为零时,其效果跟不受外力作用时效果相同。
(2)牛顿第一定律的后半句“除非有外力迫使它改变这种状态”揭示了:
①运动和力的本质关系: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。
②力和加速度的关系:外力不为零时,物体的运动状态发生变化,必然产生加速度,力的作用
效果是使物体产生加速度。
1.概念
任何物体都有保持静止或匀速直线运动状态不变的属性,物理学中将这种属性称为惯性。
2.表现形式
(1)当物体不受外力(或所受合外力为零)时,惯性表现为保持原来的运动状态不变,即原来运
动的物体保持原来的速度继续运动,原来静止的物体保持静止。
(2)当物体受外力作用时,惯性大小表示了物体运动状态改变的难易程度,即物体的惯性越
大运动状态越难改变,物体的惯性越小运动状态越容易改变。
3.量度
质量是物体惯性的唯一量度,质量大惯性大,质量小惯性小。
知识点 3 惯性与质量
1.力不仅可以改变物体的运动状态,还可以改变物体的惯性。 ( )
2.乒乓球可以快速抽杀是因为乒乓球的惯性小。 ( )
3.百米赛跑中的运动员,其速度越大,惯性就会越大。 ( )
4.公交车急刹车时,乘客身体会向前倾斜,是因为受到了惯性力的作用。 ( )
惯性是物体的固有属性,不是一种力,乘客身体向前倾斜,是由于乘客具有惯性。
5.牛顿第一定律是实验定律,可以通过实验验证。 ( )
知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ” 。
√
