4.1 牛顿第一定律 （解析版）

4.1牛顿第一定律——划重点之初升高暑假预习强化精细讲义知识点1：理想实验的魅力1.历史上关于力与运动的关系的认识代表人物对力和运动关系的看法研究方法局限性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基于生活经验得来亚里士多徳没有对观察到的物理现象进行深入的分析.只看到对物体施加的推力，而未考虑到运动的物体之所以会停下，是因为受到摩擦阻力等作用如果没有摩擦阻力，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+逻辑推理伽利略理想斜面实验的实验事实、设计思路、科学推论这一思维过程，虽不同于科学实脸.但仍能解释力与运动的关系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法笛卡儿强调了伽利略没有明确表述的惯性运动的直线性维持运动需要力吗？你一定有过这样的生活经验：在平地上骑自行车的时候,即使不踩踏板，车也会前进一段距离，但因为没有继续用力，它最终还是要停下来.但物体的运动并不需要力来维持，运动之所以会停下来，是因为受到了摩擦阻力。2.伽利略的理想斜面实验(1)事实:AB、BC是两个对接的斜面，让小球从M斜面上某高度处由静止滚下。小球将滚上BC斜面，所达到的高度略低于在AB上释放时的高度。（2）推理1：如果斜面光滑，小球将上升到原来择放时的高度.推理2：减小右侧斜面的倾角(如BD、BE)，小球在这个斜面上仍将达到同一高度，但这时它要运动得远些。推理3：继续减小右侧斜面的倾角，最后变成水平面(如BF)，小球无法到达释放时的高度，将以恒定的速率永远运动下去。（3）结论:物体的运动不需要力来维持。3.伽利略的思想方法与意义伽利略用“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，确立了物理实验在研究中的基础地位，在自然科学的理论研究中的重要地位，但也有局限性。理想实验的魅力（1）谈“理想”：①接触面不可能绝对光滑；②水平面不可能做得无限长.（2）谈“实验"：理论实验,非真实的科学实验。（3）谈“魅力”：伽利略"理想实验”的卓越之处不是实验本身，而是实验所使用的独特方法，在实验事实的基础上，进行合理外推。【典例1】伽利略对自由落体运动及运动和力的关系的研究，开创了科学实验和逻辑推理相结合的研究方法。图（a）、（b）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（a）通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持B．图（a）中的斜面是完全光滑的C．图（b）实验中因为不存在没有摩擦阻力的斜面，所以该实验结论与实际不符D．图（b）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的结论【答案】D【详解】A．图（a）通过对小球在斜面上运动的研究，合理外推得自由落体运动为匀变速直线运动的结论，故A错误；B．图（a）中的斜面不可能是完全光滑的，选项B错误；C．图（b）实验中因为不存在没有摩擦阻力的斜面，小球不可能上升到等高的位置，但是通过合理外推得出的实验结论同样与实际相符，选项C错误；D．图（b）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的结论，选项D正确。故选D。【典例2】（多选）图（a）、（b）是伽利略的两个斜面实验，开创了科学实验和逻辑推理相结合的科学研究方法。下列说法符合物理史实的是（

）A．图（a）中通过研究小球在斜面上的运动，推理出自由落体运动规律B．图（a）中让小球从斜面滚下，可“冲淡”重力，使速度测量更容易C．图（b）中斜面没有摩擦，小球上升到等高的位置是真实的实验结果D．图（b）中伽利略通过逻辑推理得出力不是维持物体运动的原因【答案】AD【详解】A．图（a）中通过研究小球在斜面上的运动，推理出自由落体运动是一种匀变速直线运动规律，故A正确；B．图（a）中先在倾角较小的斜面上进行实验，来“冲淡”重力的作用效果，主要是使时间测量更容易，故B错误；C．图（b）中没有摩擦阻力的斜面实际并不存在，故实验不能直接观察到小球达到等高处，小球上升到等高的位置不是真实的实验结果，是建立在实验基础和逻辑推理之上的合理推论。故C错误；D．图（b）中伽俐略通过逻辑推理得出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。故D正确。故选AD。知识点2：牛顿第一定律(惯性定律)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。牛顿第一定律表明，物体具有保持原来静止状态或匀速直线运动状态的性质,我们把这个性质称为惯性.牛顿第一定律也叫惯性定律。（1）对牛顿第一定律中“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”的理解，这句话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，进而说明了力是产生加速度的原因。（2）物体的运动状态改变，即物体的速度发生改变.运动状态变化有以下三种情况：①速度方向不变，大小改变;②速度大小不变，方向改变;③速度大小和方向均改变。2.成立条件牛顿第一定律只适用于惯性系。在有些参考系中，不受力的物体会保持静止状态或匀速直线运动的状态，这样的参考系叫作惯性参考系，简称惯性系。例如，研究地面上的物体时，一般把地面看成惯性系，相对地面静止或做匀速直线运动的参考系，也可以看成惯性系。惯性系与非惯性系火车沿平直轨道匀速运动时，可将火车看成惯性系来研究火车内其他物体的运动。以加速运动的火车为参考系，原来静止在火车内光滑水平桌面上的物体会相对火车向后做加速运动，但物体在水平方向上并没有受力，因此牛顿第一定律并不成立，这样的参考系称为非惯性系。知识点3：惯性与质量 1.惯性物体这种保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性。惯性是牛顿第一定律的表现方式，“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”揭示了物体的一个固有属性--惯性，即物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质。牛顿第一定律指出一切物体在任何情况下都具有惯性。2.惯性的具体表现形式物体的惯性总是以保持“原状”或反抗“改变”两种形式表现出来。(1)当物体不受外力或者所受合外力为零时，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。例如，冰壶在冰面运动时，可以在较长时间内保持运动速度的大小和方向不变。(2)当物体受到外力作用时，惯性表现为改变物体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。例如，静止的篮球比静止的汽车更容易运动起来。3.惯性的量度(1)质量是物体惯性大小的唯一量度，等价于改变物体运动状态的难易程度。质量越大，惯性越大;惯性越大，运动状态越难改变。(2)惯性与物体的运动状态、受力情况、所处位置等其他因素均无关。例如，同样一辆汽车,停在车库时与在高速公路上行驶时，运动状态、受力情况及所处位置均发生了变化，但质量不变，惯性就不变。对惯性的理解（1）惯性与力无关:惯性不是力，不能说“物体受到惯性作用”“产生了惯性”“受到惯性力”“克服惯性”等.（2）惯性与速度无关:惯性的大小只由物体的质量决定，与其他因素无关.切勿认为物体的速度越大，惯性越大，也不要认为运动的物体有惯性，静止的物体没有惯性。（3）惯性不同于惯性定律:惯性是物体本身具有的属性，无条件;惯性定律是一条规律，揭示了物体不受外力时的运动状态，“不受外力”是先决条件。（4）“力”与“惯性”的不同力是改变物体运动状态的原因，即力越大,运动状态越易改变；惯性是维持物体运动状态的原因，即惯性越大,运动状态越难改变。【典例3】对于惯性概念的理解，下列说法中正确的是（）A．判断物体有无惯性，要看物体是否静止或做匀速直线运动B．惯性是物体本身的固有属性，与其是否受力、是否运动等外部因素无关C．只有速度不易改变的物体才有惯性D．物体所受外力的大小影响着物体惯性是否发生变化【答案】B【详解】惯性是物体本身的固有属性，物体的惯性只由其质量决定，与其是否受力、是否运动等外部因素无关。故选B。【典例4】关于惯性的下列说法中正确的是（）A．物体不受外力作用时才有惯性B．物体能够保持原有运动状态的性质叫惯性C．物体只有在匀速直线运动时才有惯性 D．物体速度越大其惯性越大【答案】B【详解】B．物体能够保持原有运动状态的性质叫惯性，故B正确；ACD．任何物体在任何情况下都有惯性，惯性只与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，与物体的运动状态、是否受力、运动速度大小都无关，故ACD错误。故选B。【典例5】下列关于牛顿第一定律的叙述正确的是（）A．牛顿第一定律揭示了运动和力的关系，力是维持物体运动状态的原因B．牛顿第一定律是利用逻辑思维进行分析的产物，可以用实验直接验证C．牛顿第一定律是否成立与选择什么参考系有关D．牛顿第一定律是否成立与选择什么参考系无关【答案】C【详解】A．牛顿第一定律揭示了运动和力的关系，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，故A错误；B．牛顿第一定律是在实验的基础上利用逻辑思维对事实进行分析的产物，不可以用实验直接验证，故B错误；CD．牛顿第一定律只有在惯性参考系中才成立，故牛顿第一定律是否成立与选择什么参考系有关，故C正确，D错误。故选C。【典例6】人在处于一定运动状态的车厢内竖直向上跳起，下列分析人的运动情况的选项中正确的是（）A．只有当车厢处于静止状态，人才会落回跳起点B．若车厢沿直线水平匀速前进，人将落在跳起点的后方C．若车厢沿直线水平加速前进，人将落在跳起点的后方D．若车厢沿直线水平减速前进，人将落在跳起点的后方【答案】C【详解】AB．人在跳起前与车厢的运动状态相同，跳起后向上做竖直上抛运动，由于惯性，同时在车厢运动方向保持离开车厢时的运动状态不变，如果车厢运动状态一直不变，（静止或匀速）人都会落回跳起点；如果车厢的运动状态产生变化，则不会落回跳起点，AB错误；C．若车厢沿直线水平加速前进，人跳起后在水平方向受力平衡，将做匀速直线运动，人相对车厢滞后，向上做竖直上抛运动，人将落在跳起点的后方，C正确；D．若车厢沿直线水平减速前进，人跳起后在水平方向受力平衡，将做匀速直线运动，向上做竖直上抛运动，车厢沿直线水平速度减小，人相对车厢超前，人将落在跳起点的前方，D错误。故选C。一、单选题1．闽江河口龙舟竞渡历史可追溯到秦汉，那时河口居有一支闽越王无诸氏族，他们擅长划舟，喜赛龙舟，留下了龙舟竞渡传统。《福州地方志》记载：“福州龙舟竞渡，台江、西湖皆有之。”图为龙舟比赛的照片，下列说法正确的是（）A．龙舟的速度越大，惯性也越大B．获得冠军的龙舟，其平均速度一定最大C．龙舟齐头并进时，相对于河岸是静止的D．龙舟能前进是因为水对船桨的作用力大于船桨对水的作用力【答案】B【详解】A．物体的惯性只与质量有关，故龙舟的速度越大，惯性不变，故A错误；B．龙舟比赛位移相同，获得冠军的龙舟，所用时间最短，故获得冠军的龙舟，其平均速度一定最大，故B正确；C．龙舟齐头并进时，相对于河岸是运动的，故C错误；D．根据牛顿第三定律，水对船桨的作用力等于船桨对水的作用力，故D错误。故选B。2．在向右行驶的汽车车厢的天花板上悬挂有一个小球A，在A的正下方地板上有一点B，如图所示。下列说法正确的是（）A．若汽车匀速行驶的过程中细线突然断裂，小球A将落在B点的左侧B．若汽车匀速行驶的过程中细线突然断裂，小球A将落在B点的右侧C．若汽车加速行驶的过程中细线突然断裂，小球A将落在B点的左侧D．若汽车加速行驶的过程中细线突然断裂，小球A将落在B点的右侧【答案】C【详解】AB．若汽车匀速行驶，绳子断裂后，小球A由于惯性，在水平方向继续向前运动，水平速度和汽车的速度相同，故小球A将落在其正下方的B点，故A，B错误；CD．若汽车加速行驶，绳子断裂后，小球A由于惯性，水平方向上小球继续保持原来的速度匀速运动，汽车加速行驶，其速度大于小球的速度，得小球A将落在B点的左侧，故C正确，D错误。故选C。3．有关运动与力的关系，下列说法正确的是（）A．离地球越远的物体所受的重力越小，所以物体惯性也越小B．力是改变物体的运动状态即产生加速度的原因C．只有物体所受的合力发生改变，物体的运动状态才会发生改变D．作用力和反作用力作用在同一个物体上【答案】B【详解】A.惯性只和质量有关，选项A错误；B.由牛顿第一定律可知，力是改变物体运动状态的原因，选项B正确；C.只要物体所受的合力不为0，物体的运动状态就会发生改变，选项C错误；D.作用力和反作用力作用在相互作用的两个物体上，选项D错误。故选B。4．图甲是小李因踩到香蕉皮而摔倒的情景，图乙是小张因被石头绊到而摔倒的情景，则下列说法正确的是（）A．小李摔倒是因为下半身的速度大于上半身的速度B．小张摔倒是因为下半身仍保持原来的运动状态C．人行走越快越容易摔倒，因此速度越大，人的惯性越大D．小李摔倒是因为小李的惯性变小了【答案】A【详解】A．小李摔倒是因为小李的脚受到的摩擦力突然变小，脚不能立刻停下来，脚向前滑，由于惯性，上半身还要保持原来的运动状态，人下半身的速度大于上半身的速度，所以人会向后倾倒，故A正确；B．小张摔倒是因为小张的脚被石头绊到后立即静止，小张的上半身由于惯性仍保持原来的运动状态，小张向前摔倒，故B错误；CD．惯性只与物体的质量有关，与速度无关，故CD错误。故选A。5．关于物体的惯性，下列说法正确的是（）A．物体的质量越大，惯性越大B．物体的速度越大，惯性越大C．汽车静止时，没有惯性D．汽车刹车时，惯性增大【答案】A【详解】质量是惯性大小的量度，质量越大，惯性越大；惯性的大小与物体的速度、所处状态均无关。故选A。6．关于物理学史和物理学研究方法，下列说法错误的是（）A．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，然后把各小段的位移相加，这里采用了微元法B．伽利略在研究力和运动的关系时，依据逻辑推理，对实验进行了理想化处理，得出了力不是维持物体运动的原因，这里采用了理想实验法C．亚里士多德在研究物体下落过程的运动规律时，把实验和逻辑推理（包括数学演算）结合起来，拓展了人类的科学思维方式和研究方法D．根据速度定义式v=ΔxΔt，当△t非常小时，【答案】C【详解】A．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，然后把各小段的位移相加，这里采用了微元法，故A正确；B．伽利略在研究力和运动的关系时，依据逻辑推理把实际实验理想化的思想是研究物理问题的重要方法，即理想实验法，故B正确；C．伽利略在研究下落物体的运动时，把实验和逻辑推理（包括数学演算）结合起来，拓展了人类的科学思维方式和研究方法，故C错误；D．根据速度定义式v=ΔxΔt，当Δt本题选错误的，故选C。7．如图所示，一同学站在公交车内，公交车正沿着图中箭头方向行驶，当刹车时，她的身体会向前倾。造成该同学身体向前倾的主要原因是（）A．车对该同学施加向前的力B．车内空气对该同学施加向前的力C．车地板对该同学施加向后的摩擦力D．刹车时，车改变了该同学所受重力的方向【答案】C【详解】造成该同学身体向前倾的主要原因是，刹车时，车地板对该同学施加向后的摩擦力，该同学身体由于惯性继续向前运动而身体向前倾。故选C。8．在东汉王充所著的《论衡•状留篇》中提到“是故湍濑之流，沙石转而大石不移。何者？大石重而沙石轻也。”从物理学的角度对文中所描述现象的解释，下列说法正确的是（

）A．水冲沙石，沙石才能运动，因为力是产生运动的原因B．“沙石转而大石不移”是因为物体运动状态改变的难易程度与质量有关C．只有在水的持续冲力作用下沙石才能一直运动，是因为运动需要力来维持D．“大石不移”是因为大石受到的阻力大于水的冲力【答案】B【详解】A．水冲沙石，沙石才能运动，因为水的冲击力克服了阻力，故力是改变运动的原因，故A错误；B．物体总有保持原有运动状态的性质即为惯性，其大小只与质量有关，质量越大惯性越大，力是改变物体运动状态的原因，重的大石由于质量太大，惯性太大，所以运动状态不容易被水流改变，故B正确；C．物体的运动不需要力来维持，如沙石不受力的作用时，可以做匀速直线运动状态，故C错误；D．“大石不移”是因为水的冲力等于大石受到的阻力，大石所受的合外力为零，故D错误。故选B。二、多选题9．伽利略理想斜面实验创造性的把实验、假设和逻辑推理相结合的科学方法，有力地促进了人类科学认识的发展。关于伽利略的斜面实验，下列说法正确的是（）A．该实验虽然是理想实验，是在思维中进行的，但仍以真实的实验为基础B．如果斜面粗糙，不论右侧斜面倾角如何，小球