第四章 牛顿运动定律
第一节 牛顿第一定律
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一、概念判断
1.一切物体都具有惯性。( )
2.惯性指的是物体处于匀速直线运动或者静止时的一种状态。( )
3.力是物体运动状态发生改变的原因,即产生加速度的原因。( )
4.定律中的“除非”二字,意味着如果物体不受到力的作用,或者说某一瞬间力的作用突然为零,那么物体将保持原有的速度做匀速直线运动或者静止不动。(
)
5.物体质量越大,想改变其运动状态就越难。( )
二、选择题
·题组一 惯性的理解
1.关于物体的惯性,下列说法正确的是( )
A.只有处于静止状态或匀速直线运动状态的物体才具有惯性
B.物体做变速运动时,其惯性也不断变化
C.惯性的大小和物体的速度有关,速度大的物体惯性大
D.质量是物体惯性大小的唯一量度
2.(多选)下列关于惯性及有关现象的说法中正确的是( )
A.人在走路时没有惯性,被绊倒时才有惯性
B.物体在不受外力作用时有惯性,受到外力作用后惯性就改变了
C.参加百米赛跑的运动员到达终点时不能立即停下来,是由于惯性
D.向上抛出的球,受的重力向下,但还向上运动,也是由于惯性
·题组二 牛顿第一定律
3.教科书中这样表述牛顿第一定律:一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止。其中“改变这种状态”指的是改变物体的( )
A.速度
B.加速度
C.位置
D.受力
·题组三 伽利略理想斜面实验
4.伽利略对“运动和力的关系”和“自由落体运动”的研究,开创了科学实验和逻辑推理相结合的重要科学研究方法。图1、图2分别表示这两项研究中实验和逻辑推理的过程,对这两项研究,下列说法正确的是( )
A.图1中完全没有摩擦阻力的斜面是实际存在的,实验可实际完成
B.图1的实验为“理想实验”,通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持
C.图2通过对自由落体运动的研究,合理外推得出小球在斜面上做匀变速运动
D.图2中先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
5.(多选)下面是摘自上个世纪美国报纸上的一篇小文章:阿波罗登月火箭在脱离地球飞向月球的过程中,飞船内宇航员通过无线电与在家中上小学的儿子汤姆通话。宇航员:“汤姆,我们现在已关闭火箭上所有发动机,正向月球飞去。”汤姆:“你们关闭了所有发动机,那么靠什么力量推动火箭向前运动?”宇航员犹豫了半天,说:“我想大概是伽利略在推动火箭向前运动吧。”若不计星球对火箭的作用力,由上述材料可知下列说法正确的是( )
A.汤姆问话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因”
B.宇航员答话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因”
C.宇航员答话所体现的物理思想是“物体运动不需要力来维持”
D.宇航员答话的真实意思是火箭正在依靠惯性飞行
三、非选择题
6.
(利用牛顿第一定律分析问题)如图所示,一木块和小车一起做匀速直线运动,当小车遇到一障碍物的瞬间(设小车不反弹),则:
(1)如果小车上表面粗糙,木块将如何运动?
(2)如果小车上表面光滑,木块将如何运动?
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一、选择题
1.春秋时期齐国人的著作《考工记·辀(zhou)人篇》中有“劝登马力,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
2.2019年6月4日,“鼎丰杯”端午龙舟赛精彩上演,数万市民翘首观看龙舟竞渡,共度端午佳节。下列说法错误的是( )
A.龙舟船体做成流线型是为了减小阻力
B.运动员向后划桨时,水对桨产生向前的推力
C.龙舟在加速过程中,桨对水的作用力和水对桨的作用力大小相等
D.停止划桨后,龙舟仍继续前进,说明此时龙舟受到水向前的推力
3.
(多选)同学们到中国科技馆参观,看到了一个有趣的科学实验:如图所示,一辆小火车在平直轨道上匀速行驶,当火车将要从“∩”形框架的下方通过时,突然从火车顶部的小孔中向上弹出一小球,该小球越过框架后,又与通过框架的火车相遇,并恰好落回原来的孔中。下列说法中正确的是( )
A.相对于地面,小球运动的轨迹是曲线
B.相对于地面,小球运动的轨迹是直线
C.小球能落回小孔是因为小球在空中运动的过程中受到水平向前的力
D.小球能落回小孔是因为小球具有惯性,在水平方向保持与火车相同的速度
4.(原创题)打水漂是人类最古老的游戏之一(如图)。仅需要一块小瓦片,在手上水平放置后,用力水平抛出,瓦片擦水面飞行,瓦片不断地在水面上向前弹跳,直至下沉。下列判断正确的是( )
A.抛出时的初速度越大,瓦片的惯性一定越大
B.飞行时所用时间越长,瓦片的惯性一定越大
C.飞出去的距离越长,瓦片的惯性一定越大
D.瓦片的质量越大,惯性一定越大
5.(多选)如图所示,重球系于绳DC下端,重球下再系一根同样的绳BA,下列说法正确的是( )
A.在绳的A端缓慢增加拉力,结果CD绳先断
B.在绳的A端缓慢增加拉力,结果AB绳先断
C.在绳的A端突然猛拉,结果AB绳先断
D.在绳的A端突然猛拉,结果CD绳先断
6.在一次交通事故中,一辆载有30吨“工”字形钢材的载重汽车由于避让横穿马路的摩托车而紧急制动,结果车厢上的钢材向前冲出,压扁驾驶室。关于这起事故原因的物理分析正确的是( )
A.由于车厢上的钢材有惯性,在汽车制动时,钢材继续向前运动,压扁驾驶室
B.由于汽车紧急制动,使其惯性减小,而钢材惯性较大,所以继续向前运动
C.由于车厢上的钢材所受阻力太小,不足以克服其惯性,所以继续向前运动
D.由于汽车制动前的速度太大,汽车的惯性比钢材的惯性大,在汽车制动后,钢材继续向前运动
二、非选择题
7.找两个相同的瓶子,内盛清水,用细绳分别系一铁球、一塑料球置于水中,使铁球悬挂、塑料球悬浮,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?
8.请根据图中的情景,说明汽车所处的状态,并对这种情景作出解释。
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第一节 牛顿第一定律
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一、概念判断
1.一切物体都具有惯性。( √ )
2.惯性指的是物体处于匀速直线运动或者静止时的一种状态。( × )
提示:惯性指的是物体保持匀速直线运动或者静止状态的性质,而不是处于匀速直线运动或者静止状态,物体在任何运动状态下都具有惯性,惯性是物体的自然属性,与运动状态无关。3.力是物体运动状态发生改变的原因,即产生加速度的原因。( √ )
4.定律中的“除非”二字,意味着如果物体不受到力的作用,或者说某一瞬间力的作用突然为零,那么物体将保持原有的速度做匀速直线运动或者静止不动。( √ )
5.物体质量越大,想改变其运动状态就越难。( √ )
二、选择题
·题组一 惯性的理解
1.关于物体的惯性,下列说法正确的是( )
A.只有处于静止状态或匀速直线运动状态的物体才具有惯性
B.物体做变速运动时,其惯性也不断变化
C.惯性的大小和物体的速度有关,速度大的物体惯性大
D.质量是物体惯性大小的唯一量度
【解析】选D。惯性是指物体保持原来的静止状态或匀速直线运动状态的性质,一切物体都有惯性,物体的惯性和物体的运动状态、受力情况无关,质量是物体惯性大小的唯一量度,选项D正确。
2.(多选)下列关于惯性及有关现象的说法中正确的是( )
A.人在走路时没有惯性,被绊倒时才有惯性
B.物体在不受外力作用时有惯性,受到外力作用后惯性就改变了
C.参加百米赛跑的运动员到达终点时不能立即停下来,是由于惯性
D.向上抛出的球,受的重力向下,但还向上运动,也是由于惯性
【解析】选C、D。惯性是物体的根本属性,惯性的大小只与物体的质量有关,与物体所处的状态、运动情况、受力情况都无关,故A、B错误;C、D选项所述的现象都是惯性的缘故,故C、D正确。
·题组二 牛顿第一定律
3.教科书中这样表述牛顿第一定律:一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止。其中“改变这种状态”指的是改变物体的( )
A.速度
B.加速度
C.位置
D.受力
【解析】选A。牛顿第一定律:一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态。其中“改变这种状态”指的是速度。所以A正确,B、C、D错误。
·题组三 伽利略理想斜面实验
4.伽利略对“运动和力的关系”和“自由落体运动”的研究,开创了科学实验和逻辑推理相结合的重要科学研究方法。图1、图2分别表示这两项研究中实验和逻辑推理的过程,对这两项研究,下列说法正确的是( )
A.图1中完全没有摩擦阻力的斜面是实际存在的,实验可实际完成
B.图1的实验为“理想实验”,通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持
C.图2通过对自由落体运动的研究,合理外推得出小球在斜面上做匀变速运动
D.图2中先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
【解析】选D。完全没有摩擦阻力的斜面是实际不存在的,故实验不可能实际完成,故A错误;图2的实验为“理想实验”,通过逻辑推理得出物体的运动不需要力来维持,故B错误;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,伽利略设计了让小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,所用时间长得多,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C错误,D正确。
5.(多选)下面是摘自上个世纪美国报纸上的一篇小文章:阿波罗登月火箭在脱离地球飞向月球的过程中,飞船内宇航员通过无线电与在家中上小学的儿子汤姆通话。宇航员:“汤姆,我们现在已关闭火箭上所有发动机,正向月球飞去。”汤姆:“你们关闭了所有发动机,那么靠什么力量推动火箭向前运动?”宇航员犹豫了半天,说:“我想大概是伽利略在推动火箭向前运动吧。”若不计星球对火箭的作用力,由上述材料可知下列说法正确的是( )
A.汤姆问话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因”
B.宇航员答话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因”
C.宇航员答话所体现的物理思想是“物体运动不需要力来维持”
D.宇航员答话的真实意思是火箭正在依靠惯性飞行
【解析】选A、C、D。由于汤姆对物理知识了解的不全面,只能依据生活经验认为物体的运动要靠力来维持,而宇航员的回答体现了物体靠惯性向前运动,不需要外力维持。选项A、C、D正确。
三、非选择题
6.
(利用牛顿第一定律分析问题)如图所示,一木块和小车一起做匀速直线运动,当小车遇到一障碍物的瞬间(设小车不反弹),则:
(1)如果小车上表面粗糙,木块将如何运动?
(2)如果小车上表面光滑,木块将如何运动?
【解析】(1)小车遇到障碍物前,木块和小车一起向右做匀速直线运动,并且木块和小车具有共同的速度;当小车遇到障碍物突然停下来时,木块的底部由于受阻力而随即减速,上部由于惯性仍要保持原来的运动状态,因此木块要向右倾倒。
(2)如果小车上表面光滑,当小车遇到障碍物突然停下来时,木块由于惯性仍要保持原来的运动状态,因此木块继续做匀速直线运动。
答案:见解析
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一、选择题
1.春秋时期齐国人的著作《考工记·辀(zhou)人篇》中有“劝登马力,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
【解析】选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。
2.2019年6月4日,“鼎丰杯”端午龙舟赛精彩上演,数万市民翘首观看龙舟竞渡,共度端午佳节。下列说法错误的是( )
A.龙舟船体做成流线型是为了减小阻力
B.运动员向后划桨时,水对桨产生向前的推力
C.龙舟在加速过程中,桨对水的作用力和水对桨的作用力大小相等
D.停止划桨后,龙舟仍继续前进,说明此时龙舟受到水向前的推力
【解析】选D。龙舟船体做成流线型是为了减小水对龙舟的阻力,故A正确;运动员向后划桨时,桨对水的作用力的方向向后,根据牛顿第三定律可知,水对桨产生向前的推力,故B正确;桨对水的作用力和水对桨的作用力是一对作用力与反作用力,大小总是相等,故C正确;停止划桨后,龙舟仍继续前进是由于惯性,此时龙舟受到水向后的阻力,故D错误。
3.
(多选)同学们到中国科技馆参观,看到了一个有趣的科学实验:如图所示,一辆小火车在平直轨道上匀速行驶,当火车将要从“∩”形框架的下方通过时,突然从火车顶部的小孔中向上弹出一小球,该小球越过框架后,又与通过框架的火车相遇,并恰好落回原来的孔中。下列说法中正确的是( )
A.相对于地面,小球运动的轨迹是曲线
B.相对于地面,小球运动的轨迹是直线
C.小球能落回小孔是因为小球在空中运动的过程中受到水平向前的力
D.小球能落回小孔是因为小球具有惯性,在水平方向保持与火车相同的速度
【解析】选A、D。相对于地面,小球运动的轨迹是曲线,故B错误、A正确;小球能落回小孔是因为小球具有惯性,在水平方向保持与火车相同的速度,故C错误、D正确。
4.(原创题)打水漂是人类最古老的游戏之一(如图)。仅需要一块小瓦片,在手上水平放置后,用力水平抛出,瓦片擦水面飞行,瓦片不断地在水面上向前弹跳,直至下沉。下列判断正确的是( )
A.抛出时的初速度越大,瓦片的惯性一定越大
B.飞行时所用时间越长,瓦片的惯性一定越大
C.飞出去的距离越长,瓦片的惯性一定越大
D.瓦片的质量越大,惯性一定越大
【解析】选D。惯性是物体本身具有的一种性质,惯性的大小只与物体的质量有关,所以瓦片的质量越大,惯性一定越大,与初速度、时间、飞行距离等因素无关,故A、B、C错误,D正确。
5.(多选)如图所示,重球系于绳DC下端,重球下再系一根同样的绳BA,下列说法正确的是( )
A.在绳的A端缓慢增加拉力,结果CD绳先断
B.在绳的A端缓慢增加拉力,结果AB绳先断
C.在绳的A端突然猛拉,结果AB绳先断
D.在绳的A端突然猛拉,结果CD绳先断
【解析】选A、C。在绳的A端缓慢增加拉力,重球受力如图所示:
使得重球在足够的时间发生了微小的位移,以致CD绳的拉力FT2逐渐增大,这个过程进行缓慢,可以认为重球始终处于平衡状态,即FT2=FT1+mg,随着FT1增大,FT2也增大,且FT2总是大于FT1,所以CD绳先被拉断,故A正确,B错误;若在A端突然猛拉,因为重球质量很大,力的作用时间极短,由于惯性,重球向下的位移极小(可以看成运动状态未来得及改变),以致CD绳的拉力几乎未增加,故AB绳先断。
6.在一次交通事故中,一辆载有30吨“工”字形钢材的载重汽车由于避让横穿马路的摩托车而紧急制动,结果车厢上的钢材向前冲出,压扁驾驶室。关于这起事故原因的物理分析正确的是( )
A.由于车厢上的钢材有惯性,在汽车制动时,钢材继续向前运动,压扁驾驶室
B.由于汽车紧急制动,使其惯性减小,而钢材惯性较大,所以继续向前运动
C.由于车厢上的钢材所受阻力太小,不足以克服其惯性,所以继续向前运动
D.由于汽车制动前的速度太大,汽车的惯性比钢材的惯性大,在汽车制动后,钢材继续向前运动
【解析】选A。由于车厢上的钢材有惯性,在汽车制动时,钢材继续向前运动,压扁了驾驶室,惯性只与质量有关,与运动状态、受力情况无关,A正确。
二、非选择题
7.找两个相同的瓶子,内盛清水,用细绳分别系一铁球、一塑料球置于水中,使铁球悬挂、塑料球悬浮,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?
【解析】因为相同体积的水的质量与球的质量不相同,质量越大,运动状态越难改变,故铁球运动状态的改变比瓶子中同体积的水慢,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中同体积的水快,所以塑料球会相对瓶子向右偏。
答案:见解析
8.请根据图中的情景,说明汽车所处的状态,并对这种情景作出解释。
【解析】从图(1)可以看出,乘客向前倾,说明乘客相对车厢有向前运动的速度,所以汽车在减速。从图(2)可看出,乘客向后倾,说明乘客有相对车厢向后运动的速度,说明汽车在加速。
答案:见解析
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