第13讲 　牛顿第一定律-【暑假自学课】2022年新高一物理暑假精品课（人教版）

第13讲   牛顿第一定律

       【学习目标】

1.知道伽利略的理想实验及其推理过程，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．明确惯性的概念，会解释有关的惯性现象．

        【基础知识】

一  理想实验的魅力

1．亚里士多德的观点：必须有力作用在物体上，物体才能           ；没有力的作用，物体就要           ．即力是维持物体            的原因．

2．伽利略的观点

(1)理想实验：让小球沿第一个斜面从静止状态开始向下运动，然后冲上第二个斜面，如果没有摩擦，小球上升的高度与释放时的高度              ．减小第二个斜面的倾角，小球滚动的距离       ．

科学推论：当将第二个斜面放平时，小球将会                    ．

(2)结论：力不是          物体运动的原因．

3．笛卡尔的观点：如果运动中的物体没有受到     的作用，它将继续以     沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向．

二  牛顿第一定律

一切物体总保持               状态或        状态，除非作用在它上面的力_______这种状态．牛顿第一定律又叫           ．

三  惯性与质量

1．惯性：物体保持原来                   状态或        状态的性质．

2．惯性的量度：             是物体惯性大小的唯一量度．

答案：

一  1.运动   静止   运动 

2.(1)相同   增大  永远运动下去  (2)维持  3.力   同一速度

二  1.匀速直线运动  静止  迫使它改变  惯性定律

三  1.匀速直线运动     静止  2.质量

   【考点剖析】

考点一：对伽利略理想实验的理解

例1．理想实验有时能更深刻地反映自然规律．伽利略设想了一个理想实验，如图所示的斜面实验，其中有一个是实验事实，其余是推论．

①减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度．

②两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面．

③如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度．

④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成一水平面，小球要沿水平面永远运动下去．

请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列______________________________

(只要填写序号即可)．

在上述的设想步骤中，有的属于可靠的事实，有的则是理想化的推论．下列关于事实和推论的分类正确的是(　　)

A．①是事实，②③④是推论

B．②是事实，①③④是推论

C．③是事实，①②④是推论

D．④是事实，①②③是推论

[答案]　②③①④　B

【解析】体会伽利略的理想实验，可知排列顺序为②③①④，分类正确的是选项B.

考点二：对牛顿第一定律的理解

例2．关于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，是由于没有外力维持木块运动

D．飞跑的运动员遇到障碍而被绊倒，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】牛顿第一定律描述了物体不受外力作用时的状态，即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，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，是由于受到摩擦阻力的作用而改变了运动状态，飞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原来的运动状态，C错误，D正确．

考点三：对惯性的理解和应用

例3．（下列各图所示现象中，利用了惯性的是

A．自行车滑行 B．使锤子套紧 C．系好安全带 D．跳远助跑

【答案】ABD

【解析】自行车原来处于运动状态，当不再蹬自行车时，由于惯性，自行车仍然能滑行一段距离，该现象是利用惯性，故A正确；锤头和锤柄一起向下运动，当锤柄撞在地上静止时，锤头由于惯性继续向下运动，可以紧套在锤柄上，该现象利用了锤头的惯性，故B正确；汽车高速行驶时，如果遇到紧急情况刹车，人由于惯性还要保持原来的高速运动，会撞到前面物体造成损伤，所以驾驶员要使用安全带，这是防止惯性带来的伤害，故C错误；跳远运动员助跑是为了起跳前使自己处于运动状态，起跳后，人由于惯性会跳的更远，该现象是利用惯性，故D正确。

        【真题演练】

1．伽利略创造的把实验、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．利用如图所示的装置做如下实验：小球从左侧斜面上的O点由静止释放后沿斜面向下运动，并沿右侧斜面上升．斜面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材料时，小球沿右侧斜面上升到的最高位置依次为1、2、3.根据三次实验结果的对比，可以得到的最直接的结论是(　　)

 A．如果斜面光滑，小球将上升到与O点等高的位置

 B．如果小球不受力，它将一直保持匀速运动或静止状态

 C．如果小球受到力的作用，它的运动状态将发生改变

 D．小球受到的力一定时，质量越大，它的加速度越小

【答案】A

【解析】根据题意，铺垫材料粗糙程度降低时，小球上升的最高位置升高，当斜面绝对光滑时，小球在斜面上没有能量损失，因此可以上升到与O点等高的位置，而B、C、D三个选项从题目不能直接得出，所以选项A正确.

2．关于牛顿第一定律，下列说法中正确的是(　　)

A．牛顿第一定律是利用逻辑思维对事物进行分析的产物，不可能用实验直接证明

B．不受力作用的物体是不存在的，故牛顿第一定律的建立毫无意义

C．牛顿第一定律表明，物体只有在不受外力作用时才具有惯性

D．牛顿第一定律表明，物体只有在静止或做匀速直线运动时才具有惯性

【答案】A

【解析】牛顿第一定律是牛顿在伽利略等前人实验的基础上，根据逻辑推理得出的，是以实验为基础，但又不是完全通过实验得出，故A正确；虽然在地球上不受力作用的物体是不存在的，但牛顿第一定律给出了物体不受力作用时的运动规律，是牛顿第二定律的基础，也为科学的发展奠定了基础，故B错误；牛顿第一定律表明物体具有保持原来运动状态的性质，即惯性，惯性的大小与物体的受力情况和运动情况均无关，故C、D错误．

3．如图所示，一个盛水的容器固定在一个小车上，在容器中分别用绳悬挂和拴住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，两球的运动状况是(以小车为参考系)(　　)

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

【答案】A

【解析】静止的小车突然向右运动，即向右加速运动，由于与同体积的“水球”相比，铁球质量大、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加速运动，所以当小车突然向右运动时，铁球相对于小车向左运动．同理，由于乒乓球与同体积的“水球”相比，质量小、惯性小，故乒乓球相对于小车向右运动．

4.关于惯性，下列说法正确的是（　 　）

A．在渣土车上加装限速器，其目的是速度越小，惯性也越小

B．宇航员在航天器中因失重而处于漂浮状态，所以没有惯性

C．公交车急刹车时站在车内的乘客摔倒是因为没有控制住惯性

D．战斗机战斗前抛弃副油箱，是为了减小战斗机的惯性，提高作战性能

【答案】D

【解析】惯性大小与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，与速度无关，故A错误；物体的惯性只与物体的质量有关，与所在位置无关，故B错误；公交车急刹车时站在车内的乘客摔倒是由于惯性，乘客有保持原来运动状态的性质，故C错误；物体的惯性只与物体的质量有关，质量越小，惯性越小，所以战斗机战斗前抛弃副油箱，是为了减小战斗机的惯性，提高作战的灵活性能，故D正确。

5.如图为我国女子冰壶队的比赛画面,冰壶惯性的大小取决于冰壶的（     ）

A.位置 B.速度

C.受力 D.质量

【答案】D 

【解析】惯性是物体的固有属性，它指的是物体能够保持原来的运动状态的一种性质，惯性大小只与物体的质量有关，与运动状态无关;物体质量越大，惯性越大，故A、B、C，三项错误,D项正确．

6. 在列车的车厢内，有一个自来水龙头C.第一段时间内，水滴落在水龙头的正下方B点，第二段时间内，水滴落在B点的右方A点，如图所示．那么列车可能的运动是(　　)

A．先静止，后向右做加速运动

B．先做匀速运动，后做加速运动

C．先做匀速运动，后做减速运动

D．上述三种情况都有可能

【答案】BC

【解析】水滴下落时，水平方向保持原来的速度，若车匀速运动，车的水平位移与水滴的水平位移相同，则落在B点；若车向左加速运动，则水滴仍保持下落时的水平速度，而车的水平位移增大，故水滴可落在A处；同理，车向右减速运动，水滴也会落在A处，故选项B、C正确．

7．我国已成为世界上高铁商业运营速度最快的国家．一乘客在一列匀加速直线行驶的“复兴号”车厢里相对车厢以一定的速度竖直向上抛出一个小球，则小球(　　)

A．在最高点对地速度最大

B．在最高点对地速度为零

C．抛出时车厢速度越大，落点位置离乘客越远

D．落点位置与抛出时车厢的速度大小无关

【答案】D

【解析】小球在空中运动时，其水平方向上的速度大小是不变的，而竖直方向上其运动速度是变化的，最高点竖直方向的速度为零，此时相对地速度最小，但不为零，故A、B错误；小球在空中运动时，其水平方向上的速度大小是不变的，列车做加速运动，相对位移为x＝v0t＋at2－v0t＝at2，与初速度无关，故D正确，C错误．

8.如图所示，一个劈形物体A放在斜面上，A的各个表面光滑且上表面水平，在A的上表面上放置一个小球B，由静止释放A，则小球B在碰到斜面之前的运动轨迹是(　　)

A．沿斜面向下的直线　 B．竖直向下的直线

C．抛物线 D．双曲线

【答案】B

【解析】小球原来静止时受重力和支持力作用，其合力为零．当劈形物体由静止释放，A应沿斜面下滑，故B也将运动，运动状态就要发生改变，但由于惯性，小球原来速度为零，没有水平或其他方向上的速度，而A的上表面又光滑，除竖直方向可以有合力外，其他方向上没有合力，加之力是使物体运动状态改变的原因，小球只能在竖直方向上有运动，在碰到斜面之前，运动轨迹应为一条直线，即竖直向下的直线．

       【过关检测】

1．战斗机以一定的水平初速度着陆甲板时，若飞机勾住阻拦索减速，飞机在甲板上滑行的距离将大大减小。着舰使用阻拦索时，下列说法正确的是（　　）

A．战斗机的动能变化量变大

B．战斗机的惯性减少得快

C．战斗机的加速度变大

D．战斗机的速度减少得多

【答案】C

【解析】两种情况下，战斗机的初末动能相同，动能的变化量相同，速度减小的一样多，故A项错误，D错误；惯性只与物体的质量有关，惯性不变，故B项错误；根据速度位移公式可知，舰使用阻拦索时滑行距离减小，战斗机的加速度变大，故C项正确。

2．下列关于惯性的说法正确的是（   ）

A．物体受外力作用时有惯性，不受外力作用时没有惯性

B．物体的质量越大，其惯性就越大

C．战斗机战斗前抛弃副油箱，是为了减小质量，增大战斗机的惯性

D．静止的物体没有惯性，运动的物体才有惯性

【答案】B

【解析】惯性是物体的固有属性，任何物体都有惯性，与物体是否受力无关，故A项错误；

B. 质量是物体惯性大小的量度，质量越大，物体的惯性越大。故B项正确；战斗机战斗前抛弃副油箱，是为了减小战斗机的惯性，增加机动性，故C项错误；惯性是物体的固有属性，任何物体都有惯性，与物体是否运动无关，故D项错误。

3．伽利略创造的把实验、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。利用如图所示的装置做如下实验：小球从左侧斜面的O点由静止释放后沿斜面向下运动，并沿右侧斜面上升。斜面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材料时，小球沿右侧斜面上升到的最高位置依次为1、2、3，根据三次实验结果的对比，可以得到的最直接的结论是

A．如果斜面光滑，小球将上升到与O点等高的位置

B．如果小球不受力，它将一直保持匀速运动或静止状态

C．如果小球受到力的作用，它的运动状态将发生改变

D．小球受到的力一定时，质量越大，它的加速度越小

【答案】A

【解析】从实验中小球的三种运动情况可以得到，斜面的阻力越小，小球上升的位置越高，根据三次实验结果的对比，可以得到的最直接的结论是：如果不受阻力，就会升到与O点相等的高度，A正确；而其他选项都不是由该实验直接得到的，需要进一步推理或其它实验验证，BCD三项不符合题意。

4．如图所示是月球车示意图。月球车能完成月球探测、考察、采集样品等任务，当它在月球表面行驶时

A．仍有惯性 B．不受阻力

C．不受支持力 D．不遵循牛顿运动定律

【答案】A

【解析】月球车在月球表面运动的过程中受到月球的对它的引力，故A错误；月球车运动的过程中受到月球的支持力，由于月球的表面不光滑，所以月球车会受到阻力，故B错误；惯性与物体所处的位置无关，月球车在月球上仍然有惯性，故C正确；月球车运动的过程中仍然遵循牛顿运动定律，故D错误。

5．爱因斯坦说：“伽利略（Galileo galilei，1564﹣1642）的发现以及他所应用的科学推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端．”在科学史上，伽利略享有“近代科学方法论的奠基人”的美誉．根据你对物理学的学习和对伽利略的了解，他的物理思想方法的研究顺序是（ ）

A．提出假说，数学推理，实验验证，合理外推

B．数学推理，实验验证，合理外推，提出假说

C．实验验证，合理外推，提出假说，数学推理

D．合理外推，提出假说，数学推理，实验验证

【答案】A

【解析】伽利略的物理思想方法的研究顺序是提出假说，数学推理，实验验证，合理外推，典型的就是牛顿第一定律的最初研究。

6．一天下着倾盆大雨，某人乘坐列车时发现，车厢的双层玻璃窗内积水了．列车进站过程中(箭头表示列车进站的方向)，他发现水面的形状如选项图中的(　　)

【答案】C

【解析】列车进站时刹车，速度减小，而水由于惯性仍要保持原来较大的速度，所以水向前涌，水面形状和选项C中一致．

7．如图，在车厢中的A是用绳拴在底部上的氢气球，B是用绳挂在车厢顶的金属球，开始时它们和车顶一起向右做匀速直线运动，若忽然刹车使车向右做匀减速运动．则下列哪个图能正确表示刹车期间车内的情况(　　)

【答案】D

【解析】开始时金属球、车厢及氢气球有向右的相同速度，突然刹车使车厢做减速运动时，由于金属球比车厢内同体积的空气质量大，惯性大，运动状态不易改变，相对车厢还是向右运动，因此B向右偏，故B、C错误；氢气球虽然有惯性因为氢气密度小，空气的密度大(惯性比气球大)，所以向前会撞到空气，力的作用是相互的，被空气向后推开，相对车厢向左运动，故A错误，D正确．

8．关于牛顿第一定律，以下说法中正确的有(　　)

A．牛顿第一定律是依靠实验事实，直接归纳总结得出的

B．牛顿第一定律是以可靠实验为基础，通过抽象出理想化实验而得出的结论

C．根据牛顿第一定律可知，力是维持物体运动的原因

D．根据牛顿第一定律可知，力是改变物体速度的原因

【答案】BD

【解析】牛顿第一定律不是实验定律，但它是以可靠实验为基础，通过抽象出理想化实验而得出的结论，A错，B对；牛顿第一定律揭示了力与运动的关系，指出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，C错，D对．

9．下列关于惯性的分析，正确的是(　　)

A．战斗机在空战时，甩掉副油箱是为了减小惯性，提高飞行的灵活性

B．高速公路上要限速，是因为车速越大惯性越大

C．机床安装在笨重的底座上，是为了增大惯性，提高稳定性

D．坦克车制造很重，是为了增大惯性，提高行驶的平稳度

【答案】AC

【解析】战斗机甩掉副油箱，减小了质量，惯性减小，提高了飞行的灵活性，A对；惯性大小与速度无关，B错；机床与底座连成一体，质量大，惯性大，更稳定，C对；坦克车装甲厚重，是为了提高抗炮击能力

10．第55届世界乒乓球锦标赛单项赛在匈牙利结束，中国乒乓球队时隔八年再度包揽单项赛全部五枚金牌。如图是运动员在比赛中的场景，下列说法正确的是

A．乒乓球速度越大，惯性越大

B．击球时，球和拍都会发生弹性形变

C．球在空中运动时，运动状态不变

D．球被水平击出后，若所受外力全部消失，球将立即竖直下落

【答案】B

【解析】惯性只与质量有关，与速度无关，故A错误；击球时，球和球拍相互接触且相互作用，属于弹力，都是由于弹性形变产生，故B正确；球在空中运动，速度大小和方向都在发生变化，故C错误；球被水平击出后，若所受外力全部消失，球将沿原来的速度大小和方向做匀速直线运动，故D错误。

11. 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端突然猛一拉，结果AB绳先断

【答案】AC

【解析】在绳的A端缓慢增加拉力，重球受力如图所示，使得重球有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，A项正确，B项错误；若在A端猛拉，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，C项正确，D项错误．

12.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，则：(设小车不反弹)

(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】当小车遇到障碍物时，小车将停止．

(1)如果小车上表面粗糙，则木块上部由于惯性将继续向右运动；木块下部受到一个向左的摩擦力，运动状态发生改变，很快停止，故此时木块将向右倾倒．

(2)如果小车上表面光滑，则木块下部不受摩擦力，此时整个木块都将由于惯性而保持向右的匀速直线运动状态．