【暑假高中预备】人教版物理初三（升高一）暑假预习-第16讲 牛顿第一定律 讲学案

第16讲 牛顿第一定律

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.理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度。

一、对力与运动关系的认识

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；减小第二个斜面的倾角，小球仍将达到原来的高度，但它要运动得远些；由此推断，若将第二个斜面放平，小球将永远运动下去。如图所示。

伽利略理想实验的魅力不仅体现在实验本身，更体现在实验的独特方法：在实验事实的基础上，进行合理的假设、外推。

(2)结论：力不是维持物体运动的原因。

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。

二、牛顿第一定律

1.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，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。

2.意义：揭示了运动与力的关系，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.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。

4.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。

三、惯性与质量

1.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。

2.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。说明惯性大小只由质量大小决定，与其他因素无关。

3.惯性的“三性”

4.惯性的具体表现形式

(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。

考点一：伽利略理想斜面实验

【例1】如图为伽利略著名的理想斜面实验示意图。让小球沿光滑斜面从左侧某一高度滚下时，无论右侧斜面坡度如何，它都会沿斜面上升到与出发点几乎等高的地方。斜面倾角越小，小球运动到同一高度所经历的路程越远。当斜面倾角逐渐减小到零，右侧变为水平面时，小球将为了达到那个永远无法达到的高度而一直运动下去。针对这一实验以下说法正确的是（　　）

A．该实验揭示了小球具有惯性

B．说明物体的运动需要力维持

C．该实验无真实实验基础，是单纯靠逻辑推理进行的

D．该实验体现了实验研究和逻辑推理相结合探索自然规律的科学方法

【答案】AD

【详解】A B．该实验中小球一直具有维持原有运动状态的特性，揭示了小球具有惯性，说明物体的运动不需要力维持，故A正确，B错误；

C D．该实验是在真实实验的基础上，通过逻辑推理得到的，是一种实验研究和逻辑推理相结合探索自然规律的科学方法，故C错误，D正确。故选AD。

考点二：牛顿第一定律

【例2】如图所示，楔形物体的各表面光滑，上表面水平，放在固定的斜面上。在的水平上表面放一光滑小球，后释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是（　　）

A．沿斜面向下的直线 B．竖直向下的直线

C．无规则的曲线 D．抛物线

【答案】B

【详解】楔形物体释放前，小球受到重力和支持力，两力平衡；楔形物体释放后，由于小球是光滑的，则小球水平方向不受力，根据牛顿第一定律知道，小球在水平方向的状态不改变，即仍保持静止状态，水平方向不发生位移。而竖直方向：楔形物体的支持力将小于小球的重力，小球将沿竖直方向做加速运动，所以其运动轨迹为竖直向下的直线。故选B。

考点三：惯性与质量

【例3】关于惯性，下列说法正确的是（　　）

A．汽车运动的速度越大越不容易停下来，是因为汽车运动的速度越大惯性越大

B．运动员投掷标枪时，用力越大，标枪飞行越远，说明力越大惯性越大

C．把手中的球由静止释放，球受重力而竖直下落，说明球没有惯性

D．物体惯性的大小仅与物体的质量有关，质量大的惯性大

【答案】D

【详解】ABD．质量是惯性大小的唯一量度，与速度无关，质量越大，惯性越大，故AB错误，D正确；

C．任何物体在任何情况下都有惯性，球由于重力的作用而自由下落时，惯性依然存在，故C错误。

故选D。

1．如图所示，理想实验有时更能深刻地反映自然规律，伽利略设想的理想实验中的几个主要步骤如下：

①两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面

②如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度

③减小第二个斜面的倾角，小球在这斜面上仍然要达到原来的高度

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

在上述的步骤中，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】A

【详解】伽利略的观点是在实验事实的基础上，经过推理概括得出结论，第一步是实验事实，即①；小球滚到右侧斜面的高度与小球自由放手的位置接近，摩擦越小越接近，得出推理，如果无摩擦，小球上升的高度与自由放手位置相同，即第二步是②；继续推理，在无摩擦的情况下如果改变右侧斜面的倾斜程度，减小倾角，仍能使小球上升的高度与自由放手的位置相同，即第三步是③；继续大胆推理，在无摩擦的情况下，右侧斜面继续减小倾角为0，即水平，则小球永远运动，即第四步是④。也表明①是事实，②③④是推论，直接观察到的现象是可靠的实验事实，按照实验条件变化的趋势进行的极端化猜想是理想化推论。

故选A。

2．春秋末年，齐国著作《考工记》记载：“马力既竭，犹能一取焉”。意思是马对车不施加拉力了，车还能继续向前运动，这是关于惯性的最早记述。下列说法正确的是（　　）

A．“马力既竭”时，车没有惯性

B．“马力既竭”时，车的惯性减少

C．“马力既竭”时，车还能继续向前运动，说明力不是维持物体运动的原因

D．“马力既竭”时，车最终能停下来，说明力不是改变物体运动状态的原因

【答案】C

【详解】AB．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，惯性大小仅与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，AB错误；

CD．“马力既竭”时，车还能继续向前运动，说明力不是维持物体运动的原因，车最终能停下来是受到摩擦阻力的原因，说明力是改变物体运动状态的原因，C正确、D错误。

故选C。

3．牛顿第一定律揭示了物体的运动状态与所受外力的关系，下列说法中正确的是（　　）

A．物体受到恒定的合力作用时，它的运动状态不发生改变

B．物体受到不为零的合力作用时，它的运动状态要发生改变

C．物体受到的合力为零时，它一定处于静止状态

D．物体受到不为零的合力作用时，运动状态不一定改变

【答案】B

【详解】ABD．只要物体受到的合力不为零，不论合力是否是恒力，物体的运动状态一定发生变化，故AD错误，B正确；

C．合力为零时，物体处于平衡状态，可能静止，也可能做匀速直线运动，故C错误。

故选B。

4．关于牛顿定律，下列说法正确的是（　　）

A．牛顿通过理想斜面实验得出力是维持物体运动状态的原因

B．伽利略和笛卡尔的思想观点对牛顿第一定律的建立做出了基础性的贡献

C．牛顿第一定律又被称为惯性定律，它指出物体的速度越大，惯性越大

D．牛顿第三定律指出先有作用力，后有反作用力

【答案】B

【详解】A．伽利略通过理想斜面实验得出力不是维持物体运动状态的原因，A错误；

B．牛顿在伽利略和笛卡尔等人的研究基础上，总结出了牛顿第一定律，伽利略和笛卡尔的思想观点对牛顿第一定律的建立做出了基础性的贡献，B正确；

C．牛顿第一定律又被称为惯性定律，物体的质量越大，惯性越大，与速度无关，C错误；

D．牛顿第三定律指的是作用力与反作用力，这两个力具有同时性，即同时产生，同时消失，没有先后之分，D错误。故选B。

5．2019年12月27号，被称为“胖五”的中国“最强火箭”长征五号圆满完成发射任务。下列有关说法正确的是（　　）

A．火箭点火后，速度变化越大，则加速度越大

B．火箭发射瞬间，速度为零，加速度不为零

C．火箭进入太空后，惯性消失

D．火箭升空后，加速越来越大，惯性也越来越大

【答案】B

【详解】A．加速度的大小体现了速度变化的快慢，速度变化越快，加速度越大；速度变化大，不一定变化快，故A错误；

B．火箭发射瞬间，其速度为零，但所受合力不为零，故其加速度不为零，故B正确；

CD．惯性是物体的一种属性，只与物体的质量有关，与其他因素无关，故C、D错误。故选B。

6．《道路交通安全法》规定，电动车不得违法载人，其原因是（　　）

A．电动车载人后，整体质量增大，速度变大

B．电动车载人后，整体质量增大，加速度变大

C．电动车载人后，整体质量增大，惯性变大

D．电动车载人后，整体质量增大，惯性变小

【答案】C

【详解】A．电动车载人后，整体质量增大，速度大小与质量大小无关，A错误；

B．在电动车受合外力不是零且不变的情况下，当电动车载人后，整体质量增大，由牛顿第二定律可知，加速度变小，B错误；

CD．质量是惯性的唯一量度，电动车载人后，整体质量增大，惯性变大，C正确，D错误。

故选C。

7．2000年国际乒联将乒乓球由小球改为大球，改变前直径是0.038m，质量是2.50g；改变后直径是0.040m，质量是2.70g。对此，下列说法正确的是（　　）

A．球的直径大了，所以惯性大了，球的运动状态更难改变

B．球的质量大了，所以惯性大了，球的运动状态更难改变

C．球的直径大了，所以惯性大了，球的运动状态更容易改变

D．球的质量大了，所以惯性大了，球的运动状态更容易改变

【答案】B

【详解】惯性的大小只跟质量有关，与其它任何因素无关，则球的质量大了，惯性大了，球的运动状态的改变就增大了难度。故ACD错误，B正确。故选B。

8．大型油罐车内的油在运输过程中极易发生涌动（如图1），为了防止油涌动导致车体重心急剧变化的危害，在油罐车内部设置了一些固定挡板（如图2）。则下列说法正确的是（　　）

A．油罐车向前启动时，由于惯性，油罐内的油将向前涌动

B．油罐车内设置挡板，减小了油罐内的油的惯性

C．油罐车在变速行驶过程中容易涌动，是油罐内的油惯性不断变化引起的

D．油罐车在平直道路上匀速前进时，即使没有挡板油也几乎不会涌动

【答案】D

【详解】A．油罐车向前启动时，由于惯性，油要保持原来的运动状态将向后涌动，故A错误；

BC．惯性取决于物体的质量，质量不变惯性不变，与其他无关，故BC错误；

D．油罐车在平直道路上匀速前进时，由牛顿第一定律可知，即使没有挡油板油也几乎不会涌动，故D正确。故选D。

1．关于牛顿第一定律，下列说法正确的是（　　）

A．牛顿第一定律是通过伽利略“理想实验”的验证后建立起来的

B．牛顿第一定律表明，力是维持物体运动状态的原因

C．牛顿第一定律表明，惯性是维持物体运动状态的原因

D．牛顿第一定律表明，物体只有在静止时才具有惯性，物体做匀变速直线运动不具有惯性

【答案】C

【详解】A．牛顿第一定律是在伽利略“理想实验”之后通过归纳演绎推理建立起来的，选项A错误；

B．牛顿第一运动定律表明，力不是维持物体运动状态的原因，是改变物体运动状态的原因，选项B错误；

C 。牛顿第一运动定律表明，惯性是维持物体运动状态的原因，选项C正确；

D．牛顿第一运动定律表明，物体不是只有在静止或做匀速直线运动时才具有惯性，在任何状态下都具有惯性，选项D错误。故选C。

2．如图所示，冰壶比赛是冬奥会的正式比赛项目，冰壶在冰面上运动时受到的阻力较小，以下关于比赛中冰壶运动的说法正确的是（　　）

A．离手后，水平方向上冰壶受到摩擦力和运动员对冰壶的推力

B．竖直方向上冰壶受到的重力和支持力是一对相互作用力

C．冰壶在冰面上的运动直接验证了牛顿第一定律

D．冰壶在运动过程中抵抗运动状态变化的“本领”是不变的

【答案】D

【详解】A．离手后，水平方向上冰壶只受到摩擦力。故A错误；

B．竖直方向上冰壶受到的重力和支持力是一对平衡力。故B错误；

C．力是改变物体运动状态的根本原因，冰壶在冰面上做匀减速直线运动。所以冰壶在冰面上的运动不能验证了牛顿第一定律。故C错误；

D．冰壶在运动过程中抵抗运动状态变化的“本领”即惯性是不变的。故D正确。故选D。

3．在物理学发展史上，伽利略、牛顿等许多科学家为物理学的发展做出了巨大贡献。下列关于力和运动的说法正确的是（　　）

A．人在沿直线匀速前进的车厢内竖直向上跳起后，将落在车厢内的起跳点

B．两匹马拉车比一匹马拉车跑得快，这说明物体受的力越大，运动速度越大

C．汽车刹车时，速度大难以刹停，速度小容易刹停，这说明物体的速度越大，惯性越大

D．一个运动的物体，如果不再受力了，它总会逐渐停下来，这说明运动需要力来维持

【答案】A

【详解】A．人在沿直线匀速前进的车厢内竖直向上跳起后，由于惯性，在水平方向上人保持原来的速度，车的速度不变，故人落在车厢内的起跳点，故A正确；

B．两匹马拉车比一匹马拉车跑得快，说明物体受的力越大，加速度越大，速度变化得越快，故B错误；

C．惯性大小只与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，故C错误；

D．一个运动的物体，如果不再受力了，它将会永远运动下去，故D错误。故选A。

4．如图所示，在光滑水平面上有一密闭水箱，其中水的密度为ρ0，A、B、C三个小球的密度分别为ρ0，ρ0，ρ0，均用细线系在水箱中，开始时水箱静止，细线竖直，现用力向右突然拉动水箱的瞬间，则（　　）

A．细线均竖直

B．A线左倾，C线右倾，B线竖直

C．细线均左倾

D．A线右倾，C线左倾，B线竖直

【答案】B

【详解】当用力向右突然拉动水箱，由于ρ0，ρ0，ρ0，A球的惯性大于相同体积的水的惯性，线向左倾斜；B球的惯性与相同体积的水的惯性相同，线不倾斜，仍竖直；而C球的惯性小于相同体积的水的惯性，线向右倾斜。故选B。

5．如图所示，大人和小孩拔河，大人保持静止却能轻松把小孩拉过来。不计绳子的质量，下列说法中正确的是（    ）

A．小孩被拉动后就失去了惯性

B．大人保持静止是因为惯性增大了

C．大人对绳子的拉力大于小孩对绳子的拉力

D．大人对绳子的拉力与小孩对绳子的拉力大小相等

【答案】D

【详解】AB．惯性是物体自身具有的属性，只与质量有关，与物体的运动状态、受力状态无关，AB错误；

CD．由于绳子质量不计，绳子受力平衡，大人对绳子的拉力与小孩对绳子的拉力是一对平衡力，两者大小相等，故C错误，D正确。故选D。

6．足球运动被称为“世界第一运动”，2022年卡塔尔世界杯得到全球球迷的关注。小小足球蕴含着无穷魅力，下列关于足球的物理知识说法正确的是（　　）

A．踢出去的足球仍能继续飞行，是因为足球受到惯性力的缘故

B．踢出去的足球速度在不断变化，其惯性不变

C．宇宙飞船中的足球处于完全失重状态，所以没有惯性

D．足球的惯性只有在足球速度改变时才表现出来

【答案】B

【详解】A．踢出去的足球在空中飞行是因为足球具有惯性，惯性不是力，所以不能说受到惯性力作用，故A错误；

BCD．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，质量不变，惯性不变，故B正确，CD错误。故选B。

7．关于惯性，下列说法正确的是（　　）

A．在货车上加装限速器，其目的是使速度减小，惯性也减小

B．宇航员在航天器中因失重而处于飘浮状态，所以没有惯性

C．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

D．公交车急刹车时站在车内的乘客摔倒是因为失去了惯性

【答案】C

【详解】ABD．物体质量大小是惯性大小的唯一衡量标准，选项中的物体质量都没有改变，所以惯性既没有消失也没有变化，故ABD错误；

C．战斗机抛弃了副油箱，质量减小，所以战斗机的惯性减小，故C正确。

故选C。

8．如图所示，伽利略设想了一个理想实验，来论证物体运动不需要外力去维持,关于伽利略理想实验，以下说法正确的是（  ）

A．伽利略理想实验是假想的，是没有科学依据的

B．伽利略理想实验是在可靠的事实的基础上进行的抽象思维而创造出来的一种科学推理方法，是科学研究中的一种重要方法

C．伽利略理想实验有利地否定了亚里士多德关于运动和力的关系的观点

D．伽利略理想实验不能在实验室条件下实现，所以用理想实验得出的结论没有意义

【答案】BC

【详解】AB．伽利略理想实验是在可靠的事实的基础上进行的抽象思维而创造出来的一种科学推理方法，抓住了事物的本质，是科学研究中的一种重要方法。故A错误。故B正确；

C．伽利略通过理想实验得出，力不是维持物体运动的原因。有利地否定了亚里士多德关于运动和力的关系的观点：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。故C正确；

D．虽然这个实验在实验室无法实现，但是伽利略在实验基础上进一步推理的方法，帮助我们找到了解决运动和力的关系问题的方法。故D错误。

故选BC。