高中物理人教版 (2019)必修 第一册1 牛顿第一定律同步训练题

第四章　运动和力的关系

第1节　牛顿第一定律

1．人类对运动与力的关系的认识历程

2．伽利略的理想实验

(1)斜面实验：让一个小球沿斜面从静止状态开始运动，小球将“冲”上另一个斜面。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，小球仍将到达原来的高度，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，小球要到达原有高度将永远运动下去。

(2)结论：力不是(填“是”或“不是”)维持物体运动的原因。

3．牛顿第一定律

(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。

(2)意义

①揭示了物体的一个固有属性，即物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质——惯性。牛顿第一定律也被叫作惯性定律。

②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。

(3)牛顿第一定律所描述的状态是一种理想状态，它是利用逻辑思维进行分析的产物，不可能用实验直接验证。

4．惯性与质量

(1)描述物体惯性的物理量是它的质量。质量大的物体惯性大。

(2)质量只有大小，没有方向，是标量。在国际单位制中，质量的单位是千克，符号为kg。

5．惯性参考系

如果在一个参考系中，一个不受力的物体会保持匀速直线运动状态或静止状态，这样的参考系叫作惯性参考系，简称惯性系。

典型考点一　对理想实验的理解

1．(多选)关于伽利略的理想实验的叙述中正确的是(　　)

A．这个实验是凭空想象的

B．这个实验虽然是想象的，但它得出的结论是可靠的

C．理想实验是一种科学方法

D．理想实验是一个纯思维实验，其正确性应接受实践的检验

答案　BC

解析　伽利略的理想实验并不是脱离实际的主观臆想，而是以实践为基础，经过严密的逻辑推理得到科学的结论。所以伽利略的理想实验是科学的，结论是可靠的，故B、C正确，A、D错误。

2.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。下面是关于该实验被打乱的步骤：

①减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然要到达原来的高度。

②如图为两个对接的斜面，让小球沿一个斜面从静止滚下，小球将滚上另一个斜面。

③如果没有摩擦，小球将到达原来的高度。

④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成为水平面，小球将沿水平面做持续的匀速运动。

(1)请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列________(填写序号即可)。

(2)在上述的设想实验步骤中，有的属于可靠的实验事实，有的则是理想化的推论，请问步骤②属于________________。

答案　(1)②③①④　(2)可靠的实验事实

解析　本题向我们展示了科学史上著名的理想实验的思想方法，即在实验事实的基础上，经过合理的推理、想象，获取结论。针对题目所述的实验步骤，正确的排列顺序是②③①④，步骤②属于可靠的实验事实。

典型考点二　对牛顿第一定律的理解

3．(多选)关于牛顿第一定律有下列说法，其中正确的是(　　)

A．牛顿第一定律可用实验来验证

B．牛顿第一定律说明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　牛顿第一定律不是实验定律，不受力的物体是不存在的，故不能用实验来验证，A错误；牛顿第一定律说明物体的运动不需要力来维持，力是改变物体运动状态的原因，B、D正确；惯性定律是物体遵循的规律，而惯性是物体的性质，其实质是不相同的，C错误。

4．(多选)物体的运动状态改变了，不可能发生的是(　　)

A．速率不变  B．速度不变

C．物体未受任何力  D．运动方向不变

答案　BC

解析　物体的运动状态发生了变化，即速度发生了变化，可能是速度大小(即速率)变化，也可能是速度方向变化，还可能是速度大小和方向同时变化。物体的运动状态发生了变化，一定是因为物体受到了力的作用。故B、C符合题意。

典型考点三　对惯性的理解

5．火车在长直水平轨道上匀速行驶，门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起，发现仍落回到火车上原处。这是因为(　　)

A．人跳起后，车厢内空气给他一向前的力，带着他随同火车一起向前运动

B．人跳起的瞬间，车厢的地板给他一个向前的力，推动他随同火车一起向前运动

C．人跳起后，火车在继续向前运动，所以人落下后必定偏后一些，只是由于时间很短，偏后距离太小，不明显而已

D．人跳起后直到落地，在水平方向上和火车始终具有相同的速度

答案　D

解析　人跳起后，由于在水平方向不受外力的作用，根据惯性和惯性定律可知，人跳起后直到落地，在水平方向上和火车始终具有相同的速度，故D正确。

6.如图所示，一个劈形物体N放在固定的斜面M上，物体N上表面水平，其上放一光滑小球P。若劈形物体各面均光滑，从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是(　　)

A．沿斜面的直线  B．竖直的直线

C．无规则曲线  D．抛物线

答案　B

解析　小球仅竖直方向受力，水平方向上并未受到力的作用，由于惯性，水平方向运动状态不发生改变，故小球做竖直向下的直线运动，小球在碰到斜面前的运动轨迹是竖直的直线。故选B。

7.如图所示，某同学面向行车方向坐在沿平直轨道匀速行驶的列车车厢里。这位同学发现面前的水平桌面上一个原来静止的小球突然向他滚来，则可判断(　　)

A．列车正在刹车

B．列车突然加速

C．列车突然减速

D．列车仍做匀速直线运动

答案　B

解析　惯性是物体具有的保持静止或匀速直线运动状态的性质，小球突然向后运动，说明列车突然向前加速，小球保持原来的速度不变，导致列车速度大于小球的速度而产生了相对运动，B正确。

8．就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(　　)

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，可以通过科技进步使小质量的物体获得大惯性

B．射出枪膛的子弹在运动相当长一段距离后连一件棉衣也穿不透，这表明它的惯性变小了

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．摩托车转弯时，车手一方面要控制适当的速度，另一方面要将身体稍微向里倾斜，通过调控人和车的惯性达到转弯的目的

答案　C

解析　质量是物体惯性大小的唯一量度，质量越大，惯性越大，故A、B、D错误，C正确。

1．以下说法不符合物理学史实的是(　　)

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．牛顿第一定律是利用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　亚里士多德认为力的作用是使物体运动的原因，A项说法符合物理学史；伽利略通过理想实验得出结论：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项说法符合物理学史；牛顿第一定律是利用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项说法符合物理学史。

2．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

答案　B

解析　牛顿第一定律有三层含义：指出了物体在不受力时的运动状态，即静止状态或匀速直线运动状态；保持这种状态是由于一切物体都具有惯性；物体的运动状态发生变化，则一定受到外力的作用，从而揭示出力是改变物体运动状态的原因，故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，B错误。

3．如果正在做自由落体运动的物体的重力突然消失，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仅受重力作用，如果重力突然消失，它就不受外力作用，撤去外力作用的物体应该是保持它撤去外力时的运动状态，所以该物体应该做竖直向下的匀速直线运动，C正确。

4．关于惯性，下列说法正确的是(　　)

A．人推不动汽车，是因为汽车的惯性大

B．用枪发射出去的子弹速度很大，因此其惯性很大，不能用手去接

C．某一物体的运动状态难以改变是因为该物体的惯性大

D．完全相同的两辆车，速度大的更难停下来，是因为速度大的车的惯性大

答案　C

解析　人推不动汽车，是因为推力小于最大静摩擦力，A错误；用枪发射出去的子弹速度很大，但是质量比较小，所以惯性很小，B错误；惯性是物体具有的保持静止或匀速直线运动状态的性质，某一物体的运动状态难以改变是因为该物体的惯性大，C正确；完全相同的两辆车，质量相同，它们的惯性也相同，速度大的更难停下来，是因为速度大的车要想停下来，速度变化量大，减速时间长，D错误。

5．关于惯性和理想实验，下列说法中正确的是(　　)

A．静止的物体可能没有惯性

B．速度越大的物体惯性越大

C．同一物体在地球上和月球上惯性不同

D．伽利略的斜面实验以可靠的事实为基础，并把实验探究和逻辑推理和谐地结合在一起

答案　D

解析　惯性是物体的固有属性，与运动状态无关，故A错误；质量是惯性大小的唯一量度，与速度、环境等因素无关，故B、C错误；伽利略的斜面实验以可靠的事实为基础，并把实验探究和逻辑推理和谐地结合在一起，故D正确。

6.(多选)如图所示，重球系于细绳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

D．在绳的A端突然猛一拉，结果CD绳先断

答案　AC

解析　重球受力情况如图所示，在绳的A端缓慢增加拉力，使得重球在足够的时间发生了微小的位移，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正确，B错误；若在绳的A端突然猛拉，由于重球质量很大，惯性很大，力的作用时间极短，故重球向下的位移极小(可以近似看成运动状态未来得及改变)，以致CD绳的拉力几乎未增加，FT1已达到极限程度，故AB绳先断，C正确，D错误。

7.有两个瓶子，瓶内盛水，一个铁球、一个与铁球体积相同的泡沫塑料球被两根细绳分别系到两个瓶盖上，铁球在水中下沉，瓶正放(如图甲所示)，泡沫塑料球在水中上浮，瓶倒放(如图乙所示)。当两瓶突然向前运动时，观察比较两小球的运动状态，说出观察到的现象并解释。

答案　见解析

解析　现象：小铁球相对瓶是向后运动的，如图1所示；而泡沫塑料球相对瓶是向前运动的，如图2所示。

原因：由于惯性的大小与质量有关，铁球质量大于同体积水的质量，泡沫塑料球的质量小于同体积水的质量，所以铁球的惯性大于同体积水的惯性，泡沫塑料球的惯性小于同体积水的惯性。当瓶突然向前运动时，铁球保持原来静止状态的能力大于同体积水保持原来静止状态的能力，所以铁球相对于水向后移动；同体积的水保持原来静止状态的能力大于泡沫塑料球保持原来静止状态的能力，所以泡沫塑料球相对于水向前移动，因此出现如图1、2所示的现象。