第6章 力与运动
第1节 牛顿第一定律
【二维选题表】
物理观念
科学思维
科学探究
科学态度与责任
力与运动的
关系
1(易),2(易)
10(中),11(中)
10(中)
10(中)
牛顿第一定律的理解及应用
3(易),4(易)
5(易)
惯性的理解及应用
6(易)
7(中),8(中),
9(中),12(难)
7(中),
8(中),
12(难)
基础训练
1.伽利略用实验和推理,推翻了亚里士多德关于力和运动的理论,开启了物理学发展的新纪元.在以下说法中,与亚里士多德观点相反的是( D )
A.四匹马拉的车比两匹马拉的车跑得快,这说明,物体受的力越大,速度就越大
B.一个运动的物体,如果不再受力了,它总会逐渐停下来;这说明,静止状态才是物体长时间不受力时的“自然状态”
C.两物体从同一高度自由下落,较重的物体下落较快
D.一个物体维持匀速直线运动,不需要受力
解析:亚里士多德的多数结论来自观察.当时并没有考虑到摩擦力的作用,所以许多结论都是错误的.根据牛顿第一定律,惯性是维持物体运动状态的原因,物体维持匀速直线运动不需要力.所以A,B,C都是他的观点,而D不是.
2.(2017·绍兴一中检测)下列关于力和运动关系的说法正确的是( D )
A.没有外力作用时,物体不会运动
B.物体受力越大,运动得越快
C.物体所受合外力为零,则速度一定为零;物体所受合外力不为零,则其速度也一定不为零
D.物体所受的合外力很大时,速度可以为零;物体所受的合外力很小时,速度可以很大
解析:合外力为零时,物体可以以很大速度做匀速运动,A错误.物体运动速度的大小与外力大小无关,D正确,B,C错误.
3.(2017·洛阳高一期末)关于牛顿第一定律,以下说法错误的是( B )
A.伽利略的理想斜面实验是牛顿第一定律的“实验”基础
B.牛顿第一定律可以用真实的实验进行验证
C.牛顿第一定律表明一切物体都具有惯性
D.牛顿第一定律是牛顿物理学的基石
解析:牛顿第一定律是在伽利略的理想斜面实验的基础上进一步的推理概括出来的科学理论,故伽利略的理想斜面实验是牛顿第一定律的“实验”基础,故选项A正确;牛顿第一定律无法用实验直接进行验证,故选项B错误;牛顿第一定律又称惯性定律,它表明一切物体都具有惯性,故选项C正确;牛顿第一定律揭示了力和运动的关系,是牛顿物理学的基石,故选项D正确.
4.(多选)以下说法中正确的是( AB )
A.牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律
B.不受外力作用时,物体的运动状态保持不变
C.在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运动的结果
D.飞跑的运动员,由于碰到障碍物而被绊倒,这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态
解析:一切物体不受外力作用时总保持静止或匀速直线运动状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态,故A,B正确;水平地面上滑动的木块最终停下来,是由于摩擦力使它的运动状态改变,故C错误;飞跑的运动员被绊倒是由于他具有惯性,故D错误.
5.做自由落体运动的物体,如果下落过程中某时刻重力突然消失,物体的运动情况将是( C )
A.悬浮在空中不动
B.速度逐渐减小
C.保持一定速度向下做匀速直线运动
D.无法判断
解析:物体自由下落时,仅受重力作用,重力消失以后,物体将不受力,根据牛顿第一定律的描述,物体将以重力消失瞬间的速度向下做匀速直线运动,故选项C正确.
6.(2017·济南一中高一检测)关于物体的惯性,下列说法中正确的是( D )
A.力是改变物体惯性的原因
B.物体的运动速度越大,其惯性也越大
C.物体只有静止或匀速直线运动时才有惯性
D.一切物体都具有惯性,质量是物体惯性大小的量度
解析:力是改变物体运动状态的原因,选项A错误;物体的惯性只与物体的质量有关,而与物体的运动速度以及物体所处的状态无关,选项B,C错误;一切物体都具有惯性,质量是物体惯性大小的量度,选项D正确.
7.(2017·杭州高一期末)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( C )
A.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,这表明可以通过科学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”,这表明强弩的惯性减小了
C.货运列车运行到不同的车站时,经常要摘下或加挂一些车厢,这会改变它的惯性
D.自行车转弯时,车手一方面要适当的控制速度,另一方面要将身体稍微向里倾斜,这是为了通过调控人和车的惯性达到安全行驶的目的
解析:惯性是物体的固有属性,大小与物体的质量有关,质量越大,惯性越大,与其他任何因素无关,故选项A,B错误;摘下或加挂一些车厢,改变了质量,从而改变惯性,故选项C正确;人和车的质量不变,则其惯性不变,故选项D错误.
8.(2017·广西柳州月考)为提醒乘客注意,公交公司征集到几条友情提示语,其中对惯性的理解正确的是( B )
A.站稳扶好,克服惯性 B.惯性恒在,谨防意外
C.当心急刹,失去惯性 D.稳步慢行,避免惯性
解析:惯性是由物体的质量来确定的,质量一定的物体惯性是一定的,故惯性不能克服、不能失去,也不能避免,即惯性恒在,故选B.
9. 如图所示,在一辆表面光滑且足够长的小车上,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( B )
A.一定相碰 B.一定不相碰
C.不一定相碰 D.无法确定
解析:因小车表面光滑,因此小球在水平方向上没有受到外力作用.原来两小球与小车有相同速度,当车突然停止时,由于惯性,两小球的速度不变,所以不会相碰.
10. (2017·河南十校高一测试)伽利略用两个对接的斜面进行实验,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,斜面倾角逐渐改变至零,如图所示.伽利略设计这个实验的目的是为了说明( C )
A.如果没有摩擦,小球将运动到与释放时相同的高度
B.如果没有摩擦,小球运动时速度会增大
C.维持物体做匀速直线运动并不需要力
D.如果物体不受到力,就不会运动
解析:题图是伽利略著名的斜面实验,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,可以发现如果没有摩擦,小球可以运动到与释放相同的高度,这是现象,不是目的,选项A错误;伽利略斜面实验的设计是为了说明小球到第2个斜面总要升到原来高度,则倾角变小使运动变远,倾角变为零会一直运动下去,目的并非验证速度变大,选项B错误;按照上升到同样高度的结论,如果把斜面放置为水平,小球要上升到同样高度就一直运动无法停下来,就是说光滑水平面没有力的作用小球将一直运动下去,说明匀速直线运动不需要力,选项C正确,D错误.
素养提升
11. (2017·咸宁高一期末)如图所示,一个劈形物体M,各面均光滑,放在固定的斜面上,上表面成水平,在上表面上放一光滑小球m,劈形物体从静止开始释放,则小球在碰到斜面前的运动轨迹是( B )
A.沿斜面向下的直线
B.竖直向下的直线
C.无规则曲线
D.抛物线
解析:据题意,小球是光滑的,竖直方向上小球受到重力和M的支持力,当劈形物体从静止开始释放后,小球除竖直方向可以有力外,其他方向上不受力,因为力是使物体运动状态改变的原因,则小球沿竖直向下方向运动,直到碰到斜面前,故其运动轨迹是竖直向下的直线.
12. (2017·福建南安一中高一月考)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,两球相对小车的运动状况是( A )
A.铁球向左,乒乓球向右
B.铁球向右,乒乓球向左
C.铁球和乒乓球都向左
D.铁球和乒乓球都向右
解析:因为小车突然向右运动时,由于惯性,铁球和乒乓球都有向左运动的趋势,但由于与同体积的“水球”相比铁球的质量大,惯性大,铁球的运动状态难改变,即速度变化慢,而同体积的水球的运动状态容易改变,即速度变化快,而且水和车一起向右运动,所以小车向右运动时,铁球相对于小车向左运动,同理由于与同体积的“水球”相比乒乓球的质量小,惯性小,乒乓球向右运动.故选A.
第1节 牛顿第一定律
学习目标
核心提炼
1.知道伽利略理想实验及推理方法。
1个实验——伽利略理想实验
1个定律——牛顿第一定律
1种固有性质——惯性
2.理解惯性概念，知道惯性是物体的固有属性。
3.理解牛顿第一定律的内容和意义，知道亚里士多德的观点。
一、力与运动状态
阅读教材第101～102页，了解几位科学家关于力和运动问题的观点。
代表人物 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，物体就要静止在一个地方
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，既不停下来也不偏离原来的方向
思维判断
(1)亚里士多德认为力是维持物体运动的原因。(√)
(2)伽利略认为，没有力作用在物体上，它就不能运动。(×)
(3)笛卡儿认为若没有力作用，物体的运动状态就不会改变。(√)
二、牛顿第一定律、物体的惯性
阅读教材第102～104页“牛顿第一运动定律”和“物体的惯性”部分，了解牛顿第一定律的内容，体会惯性的含义。
1．牛顿第一定律：一切物体总保持静止状态或匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。
2．惯性：物体具有保持原来静止状态或匀速直线运动状态的性质。
3．惯性的量度：质量是惯性大小的唯一量度。
思维拓展
1．如图1所示是冰壶在冰面上的运动图片，如果摩擦阻力比较大，冰壶很快停下来；如果摩擦阻力很小。可以忽略，冰壶将永远运动下去。
图1
试结合上述现象讨论：
(1)牛顿第一定律中的“除非作用在它上面的力迫使它改变运动状态”说明运动与力有什么关系？
(2)根据牛顿第一定律思考，如果物体不受外力作用，物体将处于什么状态？
提示 (1)说明力是改变物体运动状态的原因。
(2)原来静止的物体，不受外力时，仍然静止；原来运动的物体，不受外力时，将永远做匀速直线运动
图2
2．高铁的列车最高时速可以达到400多千米，是世界上最快的火车。有的同学认为：火车变快了，其惯性变大了，所以难刹车。他的认识正确吗？
提示 他的认识是错误的，惯性是物体的固有属性，火车提速后，其质量不变，惯性也不变。
预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中
问题1
问题2
问题3
对牛顿第一定律的理解
[要点归纳]
1．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，它将做匀速直线运动或者保持静止状态。
(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。
2．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。
(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。
[精典示例]
[例1] 关于牛顿第一定律，下列说法中错误的是( )
A．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律
B．牛顿第一定律就是惯性
C．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，物体必定受到外力的作用
思路点拨 解答本题时应注意以下三点：
(1)牛顿第一定律和惯性的区别。
(2)力和运动的关系。
(3)力和运动状态变化的关系。
解析 牛顿第一定律有三层含义：不受力时物体将保持静止状态或匀速直线运动状态，这是由于一切物体都具有惯性；受到力的作用物体的运动状态就要发生变化，从而揭示出力是改变物体运动状态的原因；指出了物体在不受力时的运动状态，故选项A、C、D正确；牛顿第一定律并不是惯性，惯性是物体的一种性质，而牛顿第一定律是物体的运动规律，两者是不同的概念，不可混为一谈，选项B错误。
答案 B
牛顿第一定律描述了物体不受外力作用时的状态——总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，同时揭示了力和运动的关系——力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。分析此类问题时要注意牛顿第一定律与惯性的区别。
[针对训练1] 根据牛顿第一定律判断，以下说法正确的是 ( )
A．人只有在静止的车厢内，竖直向上高高跳起后，才会落在起跳时的位置
B．人在沿直线匀速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方
C．人在沿直线加速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方
D．人在沿直线减速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方
解析 人竖直跳起离开车厢瞬间，人与车在水平方向上的速度相同，由牛顿第一定律知如果车子静止或做匀速直线运动，人都将落回原地，故A、B项错误；如果车加速前进，则在相同时间内人的水平位移比车的水平位移小，故落在起跳点后方，C项正确；反之若车子减速前进，则在相同时间内人的水平位移比车子的水平位移大，故落在起跳点的前方，D项错误。
答案 C
对惯性的理解和应用
[要点归纳]
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，而是物体本身固有的一种性质，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，物体的运动状态改变越快；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性质。
(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。
4．惯性与惯性定律的关系
(1)惯性是物体具有的一种固有属性。惯性定律是物体不受外力作用时所遵守的一条规律，属于不同于规律。
(2)惯性使物体保持原来运动状态，但能否保持取决于其受力情况。当物体不受外力(或所受合外力为零)时，物体将保持静止状态或匀速直线运动状态。惯性定律揭示了物体的惯性，正因为物体有惯性，故物体的运动不需要力来维持。
[精典示例]
[例2] 如图3所示是一种汽车安全带控制装置示意图。当汽车处于静止或匀速直线运动时，刹车摆锤竖直悬挂，锁棒水平，棘轮可以自由转动，安全带能被拉动。当汽车突然刹车时，摆锤由于惯性绕轴摆动，使得锁棒锁定棘轮的转动，安全带不能被拉动。若摆锤从图中实线位置摆到虚线位置，汽车的可能运动方向和运动状态是 ( )
图3
A．向右行驶、匀速直线运动
B．向左行驶、匀速直线运动
C．向右行驶、突然刹车
D．向左行驶、突然刹车
思路点拨
解析 若汽车做匀速直线运动，则摆锤不会从实线位置摆到虚线位置，故A、B均错误；由图可知摆锤向右摆动，根
据惯性知识可推知，汽车可能向左加速或向右减速，故C正确，D错误。
答案 C
利用惯性解释现象的方法
(1)明确研究的物体原来处于怎样的运动状态。
(2)当外力作用在该物体的某一部分(或外力作用在与该物体有关联的其他物体上)时，这一部分的运动状态的变化情况。
(3)该物体由于惯性保持怎样的运动状态，判断最后会出现什么现象。
[针对训练2] 下列事例中，利用了物体的惯性的是( )
图4
A．①② B．③④ C．①④ D．②③
答案 C
1．在物理学史上，正确认识运动与力的关系并且推翻“力是维持运动的原因”的物理学家和建立惯性定律的物理学家分别是 ( )
A．亚里士多德、伽利略 B．亚里士多德、牛顿
C．伽利略、牛顿 D．伽利略、爱因斯坦
解析 在物理学史上，正确认识运动与力的关系并且推翻“力是维持运动的原因”的物理学家和建立惯性定律的物理学家分别是伽利略和牛顿。故选C。
答案 C
2．伽利略的斜面实验证明了 ( )
A．要物体运动必须有力作用，没有力作用的物体将静止
B．要物体静止必须有力作用，没有力作用的物体就运动
C．物体不受外力作用时，一定处于静止状态
D．力不是维持物体运动的原因
解析 伽利略的斜面实验证明了：如果物体不受外力作用，运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动下去，所以只有D正确。
答案 D
3．如图5所示，某同学面朝列车行进方向坐在车厢中，水平桌面上放有一相对桌面静止的小球。列车在水平直轨道上运动时，突然，小球相对桌面向后滚动，则可判断( )
图5
A．列车在刹车
B．列车在做加速运动
C．列车一定在做匀减速直线运动
D．列车一定在做匀速直线运动
答案 B
4．下列关于惯性的说法，正确的是 ( )
A．高速行驶的公共汽车紧急刹车时，乘客都要向前倾倒，说明乘客都具有惯性
B．短跑运动员最后冲刺时，速度很大，很难停下来，说明速度越大，惯性越大
C．《道路交通安全法》中规定：各种小型车辆前排乘坐的人(包括司机)必须系好安全带，这是因为系好安全带可以防止因车的惯性而造成的伤害
D．把手中的球由静止释放后，球能竖直下落，是由于球具有惯性的缘故
解析 高速行驶的公共汽车紧急刹车时，乘客都要向前倾倒，说明乘客都具有保持原来运动状态的性质，即惯性，选项A正确；物体的惯性只与质量有关，与速度大小无关，选项B错误；系安全带的目的是防止由于人本身的惯性造成的伤害，选项C错误；把手中的球由静止释放后，球能竖直下落，是由于球受到竖直向下的重力的缘故，选项D错误。
答案 A
5．如图6所示，在瓶内装满水，将乒乓球用细线拴住并按入水中，线的另一端固定在瓶盖上。盖上瓶盖并将瓶子翻转，乒乓球将浮在水中。用手托着瓶子水平向右做加速直线运动，乒乓球在瓶中的位置会如何变化？解释你所观察到的现象。
图6
解析 因为水的质量大于同体积的乒乓球的质量，所以同体积的水的惯性大于乒乓球的惯性。当用手托着瓶子水平向右做加速直线运动时，同体积的水相对瓶子向左移动
时，将挤压乒乓球，使乒乓球相对瓶子向右移动。
答案 见解析
牛顿第一定律巧应用
(1)由“因”索“果”：在判断力与运动之间的关系时，一定要把握准牛顿第一定律的含义，即力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因。
(2)由“果”索“因”：如果物体的运动状态发生改变，则物体必然受到不为零的合外力的作用，所以判断物体的运动状态是否改变以及如何改变，应分析物体的受力情况。
