2024届高考物理大一轮复习模拟题：第1节　牛顿第一定律

第1节牛顿第一定律学习目标要求核心素养和关键能力1.知道伽利略的理想实验及其主要推理过程和推论，知道理想实验是科学研究的重要方法。2.理解牛顿第一定律的内容及意义。3.理解力和运动的关系，知道物体的运动不需要力来维持。4.理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度。1.科学思维能领悟科学实验的科学推理方法及其意义；能从不同的角度解决动力学问题。2.关键能力科学推理能力一、理想实验的魅力1.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，物体就要静止在某个地方。2.伽利略(1)理想实验：让小球沿斜面从静止状态开始运动，小球将“冲”上另一斜面。如果没有摩擦，小球将到达原来的高度；如果第二个斜面倾角减小，小球仍将达到原来的高度，但是运动的距离更长；由此可以推断，当斜面最终变为水平面时，小球要达到原有高度将永远运动下去。(2)结论：力不是维持物体运动的原因。(3)意义：伽利略理想实验的本质是想象着把实际中存在影响物体运动的摩擦力去掉，抓住事物的本质。这种依据逻辑推理把实际实验理想化的思想也是研究物理问题的重要方法之一。3.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，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。【判一判】(1)伽利略认为力是改变物体运动状态的原因。(√)(2)亚里士多德做了著名的斜面实验，研究了运动和力的关系。(×)(3)物体受推力没动，是由于摩擦力的存在。(√)二、牛顿第一定律惯性与质量1.内容：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。2.意义：揭示了运动和力的关系，即力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。3.惯性：物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性。牛顿第一定律也被叫作惯性定律。4.惯性与质量：决定物体惯性大小的物理量是它的质量，质量大的物体惯性大。【判一判】(1)物体运动快不易停下，说明速度大，惯性大。(×)(2)惯性大小只与物体质量有关，质量大，惯性大。(√)(3)将物体从地球上搬到月球上，惯性将减小。(×)探究1伽利略的理想斜面实验■情境导入在伽利略的斜面实验的各个过程中(如图所示)，哪些可以通过实验完成？哪些是推理得出的？答案小球由静止状态从斜面上滚下，可以滚上另一斜面，是实验事实，可以通过实验完成，其余各个结论是由推理得出的，不可以用实验完成。■归纳拓展1.理想实验是一种思维活动，虽然它是抽象思维中设想出来的，在实验室无法验证，但它建立在可靠的事实基础上，以物理事实为依据，经过科学抽象和逻辑推理，从而深刻揭示了物理现象的本质，理想斜面实验反映了一种重要的物理思想。2.理想实验的意义：伽利略理想实验是以可靠的实验事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，从而更深刻地揭示了自然规律。伽利略的研究方法的核心是把实验和逻辑推理相结合。【例1】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，使时间测量更容易答案D解析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，伽利略设计了让铜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，所用时间长的多，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。探究2对牛顿第一定律的理解■情境导入如图所示，让一个小车从同一斜面上滑下，水平面上分别放置毛巾、木板和玻璃板，水平面与斜面平滑连接。仔细观察实验现象。(1)实验观察到什么现象，说明了什么问题？(2)如果没有摩擦力的作用，小车将会怎样运动呢？(3)以上实验揭示了力和运动之间是什么关系？答案(1)水平面越光滑，小车滑动的距离越远。说明摩擦力是阻碍物体运动的原因。(2)如果没有摩擦力的作用，小车将永远运动下去。(3)力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。■归纳拓展1.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改变。注意：物体做匀变速直线运动时运动状态时刻在变，关键看速度是否变化，而不是看加速度，实际上只要有加速度，物体的运动状态就改变。2.对牛顿第一定律的理解(1)力是改变物体运动状态的原因，物体受到力的作用它的运动状态就一定改变，故力是改变物体运动状态的原因。(2)牛顿第一定律描述的状态是一种理想状态，它是在伽利略理想实验的基础上加以科学推理和抽象得到的，不可能用实验直接验证，因此牛顿第一定律不是实验定律。(3)牛顿第一定律的适用范围为惯性参考系。【例2】(多选)下列对牛顿第一定律的理解正确的是()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.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，是没有外力维持木块运动的结果D.奔跑的运动员，由于遇到障碍而被绊倒，这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态答案ABD解析牛顿第一定律描述的是物体不受外力作用时的运动规律，总保持匀速直线运动状态或静止状态，A、B正确；牛顿第一定律还揭示了力和运动的关系，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。在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于摩擦力的作用改变了其运动状态；奔跑的运动员，遇到障碍而被绊倒，是因为他受到外力作用而改变了运动状态，C错误，D正确。探究3惯性与质量■情境导入(1)如图甲所示，公交车突然快速启动时，车上站着的乘客身体为什么会向后倾倒？(2)如图乙所示，公交车在运行时突然急刹车，车内乘客身体为什么会向前倾倒？答案(1)当公交车突然快速启动时，乘客的鞋底受到车的摩擦力作用也随车运动，而身体由于要保持原来的静止状态，故向后倾倒。(2)乘客随车一起运动，当急刹车时，车停止运动，乘客的鞋底受到车的摩擦力作用也随车停止运动，而身体由于要保持原来的运动状态，故向前倾倒。■归纳拓展1.惯性的“三性”普遍性一切物体皆有惯性，惯性是物体的固有属性相关性惯性仅与物体的质量有关，与物体的受力或运动情况等无关唯一性质量是惯性大小的唯一量度2.惯性的表现形式(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。原来静止的物体保持静止，原来运动的物体保持原来的速度继续运动。(2)当物体受到外力作用时，惯性表现为改变运动状态的难易程度，物体的惯性越大，它的运动状态越难改变。【例3】(2020·云南大理期末)关于惯性的大小，下列说法正确的是()A.物体的速度越大，其惯性就越大B.物体的质量越大，其惯性就越大C.物体的加速度越大，其惯性就越大D.物体所受的合力越大，其惯性就越大答案B解析惯性是物体保持原来运动状态不变的性质，是物体的固有属性，惯性大小只与质量有关，质量越大惯性越大，与其他因素无关。【针对训练】(2020·黑龙江大庆实验中学月考)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.以上都有可能答案B解析火车匀速行驶，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v0；在小球由静止释放后，由于惯性小球在水平方向的速度保持不变，即vx＝v0，即小球下落的过程中小球在水平方向的速度始终等于车的速度，小球一定落到B处，故B正确，A、C、D错误。1.(伽利略的理想实验)图甲、乙分别表示伽利略对自由落体运动及运动和力的关系的研究过程，他开创了科学实验和逻辑推理相结合的重要科学研究方法。下列说法正确的是()A.图甲中通过对小球在斜面上运动的研究，得出小球的自由落体运动是匀变速运动B.图甲中先在倾角较小的斜面上进行实验，可以减小小球重力，使时间测量更容易C.图乙中实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持D.图乙中，在左侧斜面上由静止释放小球，小球可运动到比释放点更高的位置答案A解析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，那么位移与时间的二次方成正比；由于当时用滴水法测量，无法记录自由落体那么短的时间，伽利略让铜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，得出小球的自由落体运动是匀变速运动的结论，故A正确，B错误；伽利略用抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法得出物体的运动不需要力来维持，故C错误；题图乙中在左侧斜面上由静止释放小球，小球不可能运动到比释放点更高的位置，故D错误。2.(牛顿第一定律的理解)(多选)下列说法中正确的是()A.牛顿第一定律是一条实验定律B.牛顿第一定律说明了力是改变物体运动状态的原因C.惯性定律与惯性的实质是相同的D.物体的运动不需要力来维持答案BD解析牛顿第一定律反映了物体在不受力的理想条件下所遵循的运动规律，不能通过实验验证，并非实验定律，选项A错误；牛顿第一定律说明物体的运动不需要力来维持，但要改变物体的运动状态则必须有力的作用，选项B、D正确；惯性是物体保持原来运动状态不变的一种性质，惯性定律则反映了物体在一定条件下的运动规律，选项C错误。3.(惯性与质量)(2020·天津高二学业考试)《中华人民共和国道路交通安全法》规定，机动车行驶时，驾驶人、乘坐人员应当按规定使用安全带，这是因为使用安全带可以()A.减小人的惯性 B.减小车的惯性C.增大人的惯性 D.减小因惯性造成的伤害答案D解析惯性只与质量有关，故使用安全带不能改变惯性，但可以延长作用时间，减小作用力，即减小因惯性造成的伤害，故D正确，A、B、C错误。4.(惯性与质量)图示情景中，小球相对于水平桌面向后运动的原因是()A.小球突然失去惯性B.动车突然向前加速C.动车突然向前减速D.动车做匀速直线运动的速度很大答案B解析小球突然向后运动，是因为火车突然向前加速运动，小球由于具有惯性，小球会保持原来的运动状态，所以会相对桌面向后运动，故B正确。课时定时训练(限时20分钟)题组一伽利略理想斜面实验1.下列说法正确的是()A.伽利略理想斜面实验的结论是完全基于实验事实得出的B.伽利略理想斜面实验证明了力不是物体维持运动的原因C.牛顿第一定律(惯性定律)反映了物体不受外力作用时的运动规律，因此物体只在不受外力时才有惯性D.由牛顿第一定律可知，物体在任何情况下始终处于静止或匀速直线运动状态答案B解析伽利略理想斜面实验的结论是在基于实验事实基础上经过科学的推理得出的，选项A错误；伽利略理想斜面实验证明了力不是物体维持运动的原因，选项B正确；牛顿第一定律(惯性定律)反映了物体不受外力作用时的运动规律，物体在任何情况下都有惯性，与是否受力无关，选项C错误；由牛顿第一定律可知，物体在不受力或合力为0时处于静止或匀速直线运动状态，选项D错误。2.如图所示，为现代人在实验室所做的伽利略斜面实验的频闪照片的组合图。实验中把小球从左侧斜面的某个位置由静止释放，它将冲上右侧斜面，频闪照片显示小球在右侧斜面运动过程中相邻的两个小球间的距离依次减小；如果右侧斜面变成水平，频闪照片显示小球在右侧斜面运动过程中相邻的两小球间的距离几乎相等。对于这个实验，以下叙述正确的是()A.小球冲上右侧斜面后做减速运动，表明“力是维持物体运动的原因”的结论是正确的B.小球最终也会在右侧水平面上停下来，表明“力是维持物体运动的原因”的结论是正确的C.因为没有绝对光滑的斜面或者平面，所以伽利略提出的“如果没有摩擦阻力，小球将在水平面上永远运动下去”的结论是荒谬可笑的D.上述实验表明“如果没有摩擦阻力，小球将在水平面上永远运动下去”的结论是正确的答案D解析小球冲上右侧斜面后做减速运动，表明“力是维持物体运动的原因”的结论是错误的，故A错误；小球最终也会在右侧水平面上停下来，是由于受到摩擦力的作用的原因，故B错误；因为没有绝对光滑的斜面或者平面，所以伽利略提出的“如果没有摩擦阻力，小球将在水平面上永远运动下去”的结论是一种理想的推论，但是却有着非常重要的现实意义，它开创了物理量研究的新的方法，故C错误；上述实验表明“如果没有摩擦阻力，小球将在水平面上永远运动下去”的结论是正确的，故D正确。题组二牛顿第一定律的理解3.以下说法不符合物理学史的是()A.亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在某一个地方B.伽利略通过理想实验得出结论：力是维持物体运动的原因C.笛卡儿指出：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将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D.牛顿第一定律是逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能直接用实验验证答案B解析亚里士多德认为力是使物体运动的原因，A的说法符合物理学史；伽利略通过理想实验得出运动不需要力来维持，故B项说法不符合物理学史；笛卡儿指出如果运动中的物体没有受到力的作用，它将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，C的说法符合物理学史；牛顿第一定律是逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能直接用实验验证，D的说法符合物理学史。4.根据牛顿第一定律可知()A.力停止作用后，运动的物体就会慢慢停下来B.物体在做匀速直线运动时，它才显示出惯性C.物体运动状态改变时必定受到外力的作用D.速度大的物体不容易停下，所以惯性与物体的速度有关答案C解析力停止作用后，没有受到力的作用，由于惯性，本来运动的物体要保持力撤销时刻的速度做匀速直线运动，选项A错误；惯性是物体的固有属性，一切物体在任何情况下都具有惯性，选项B错误；由于力是改变物体的运动状态的原因，物体运动状态发生改变时，必定受到外力的作用，选项C正确；惯性的大小仅与质量有关，与速度无关，选项D错误。5.从牛顿第一定律可直接演绎得出()A.质量是物体惯性的量度B.质量一定的物体加速度与合外力成正比C.物体的运动需要力来维持D.物体有保持原有运动状态的特性答案D解析一切物体在不受外力时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。静止状态或匀速直线运动状态是指原来静止的将保持静止状态，原来运动的将保持匀速直线运动状态。故牛顿第一定律说明了一切物体均有惯性，会保持原来的运动状态；同时说明了力是改变物体运动状态的原因；故只有D正确。题组三惯性和质量6.如果正在做自由落体运动的物体的重力忽然消失，那么它的运动状态应该是()A.悬浮在空中不动B.运动速度逐渐减小C.做竖直向下的匀速直线运动D.以上三种情况都有可能答案C解析做自由落体运动的物体在运动过程中只受重力作用，如果重力消失，则物体不受任何