2024屆高考物理大一輪復習模擬題：第1節(jié)　牛頓第一定律

第1節(jié)牛頓第一定律學習目標要求核心素養(yǎng)和關鍵能力1.知道伽利略的理想實驗及其主要推理過程和推論，知道理想實驗是科學研究的重要方法。2.理解牛頓第一定律的內(nèi)容及意義。3.理解力和運動的關系，知道物體的運動不需要力來維持。4.理解慣性的概念，知道質量是慣性大小的量度。1.科學思維能領悟科學實驗的科學推理方法及其意義；能從不同的角度解決動力學問題。2.關鍵能力科學推理能力一、理想實驗的魅力1.亞里士多德：必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體就要靜止在某個地方。2.伽利略(1)理想實驗：讓小球沿斜面從靜止狀態(tài)開始運動，小球將“沖”上另一斜面。如果沒有摩擦，小球將到達原來的高度；如果第二個斜面傾角減小，小球仍將達到原來的高度，但是運動的距離更長；由此可以推斷，當斜面最終變?yōu)樗矫鏁r，小球要達到原有高度將永遠運動下去。(2)結論：力不是維持物體運動的原因。(3)意義：伽利略理想實驗的本質是想象著把實際中存在影響物體運動的摩擦力去掉，抓住事物的本質。這種依據(jù)邏輯推理把實際實驗理想化的思想也是研究物理問題的重要方法之一。3.笛卡兒：如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運動，既不會停下來，也不會偏離原來的方向。【判一判】(1)伽利略認為力是改變物體運動狀態(tài)的原因。(√)(2)亞里士多德做了著名的斜面實驗，研究了運動和力的關系。(×)(3)物體受推力沒動，是由于摩擦力的存在。(√)二、牛頓第一定律慣性與質量1.內(nèi)容：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。2.意義：揭示了運動和力的關系，即力不是維持物體運動狀態(tài)的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因。3.慣性：物體保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質叫作慣性。牛頓第一定律也被叫作慣性定律。4.慣性與質量：決定物體慣性大小的物理量是它的質量，質量大的物體慣性大?！九幸慌小?1)物體運動快不易停下，說明速度大，慣性大。(×)(2)慣性大小只與物體質量有關，質量大，慣性大。(√)(3)將物體從地球上搬到月球上，慣性將減小。(×)探究1伽利略的理想斜面實驗■情境導入在伽利略的斜面實驗的各個過程中(如圖所示)，哪些可以通過實驗完成？哪些是推理得出的？答案小球由靜止狀態(tài)從斜面上滾下，可以滾上另一斜面，是實驗事實，可以通過實驗完成，其余各個結論是由推理得出的，不可以用實驗完成?！鰵w納拓展1.理想實驗是一種思維活動，雖然它是抽象思維中設想出來的，在實驗室無法驗證，但它建立在可靠的事實基礎上，以物理事實為依據(jù)，經(jīng)過科學抽象和邏輯推理，從而深刻揭示了物理現(xiàn)象的本質，理想斜面實驗反映了一種重要的物理思想。2.理想實驗的意義：伽利略理想實驗是以可靠的實驗事實為基礎，經(jīng)過抽象思維，抓住主要因素，忽略次要因素，從而更深刻地揭示了自然規(guī)律。伽利略的研究方法的核心是把實驗和邏輯推理相結合?！纠?】伽利略對“運動和力的關系”和“自由落體運動”的研究，開創(chuàng)了科學實驗和邏輯推理相結合的重要科學研究方法。圖1、圖2分別表示這兩項研究中實驗和邏輯推理的過程，對這兩項研究，下列說法正確的是()A.圖1中完全沒有摩擦阻力的斜面是實際存在的，實驗可實際完成B.圖1的實驗為“理想實驗”，通過邏輯推理得出物體的運動需要力來維持C.圖2通過對自由落體運動的研究，合理外推得出小球在斜面上做勻變速運動D.圖2中先在傾角較小的斜面上進行實驗，可“沖淡”重力，使時間測量更容易答案D解析完全沒有摩擦阻力的斜面是實際不存在的，故實驗不可能實際完成，故A錯誤；圖2的實驗為“理想實驗”，通過邏輯推理得出物體的運動不需要力來維持，故B錯誤；伽利略設想物體下落的速度與時間成正比，因為當時無法測量物體的瞬時速度，所以伽利略通過數(shù)學推導證明如果速度與時間成正比，那么位移與時間的平方成正比；由于當時用滴水法計算，無法記錄自由落體的較短時間，伽利略設計了讓銅球沿阻力很小的斜面滾下，來“沖淡”重力的作用效果，而小球在斜面上運動的加速度要比它豎直下落的加速度小得多，所用時間長的多，所以容易測量。伽利略做了上百次實驗，并通過抽象思維在實驗結果上做了合理外推，故C錯誤，D正確。探究2對牛頓第一定律的理解■情境導入如圖所示，讓一個小車從同一斜面上滑下，水平面上分別放置毛巾、木板和玻璃板，水平面與斜面平滑連接。仔細觀察實驗現(xiàn)象。(1)實驗觀察到什么現(xiàn)象，說明了什么問題？(2)如果沒有摩擦力的作用，小車將會怎樣運動呢？(3)以上實驗揭示了力和運動之間是什么關系？答案(1)水平面越光滑，小車滑動的距離越遠。說明摩擦力是阻礙物體運動的原因。(2)如果沒有摩擦力的作用，小車將永遠運動下去。(3)力不是維持物體運動狀態(tài)的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因。■歸納拓展1.物體運動狀態(tài)改變的三種情況(1)速度的方向不變，大小改變。(2)速度的大小不變，方向改變。(3)速度的大小和方向同時改變。注意：物體做勻變速直線運動時運動狀態(tài)時刻在變，關鍵看速度是否變化，而不是看加速度，實際上只要有加速度，物體的運動狀態(tài)就改變。2.對牛頓第一定律的理解(1)力是改變物體運動狀態(tài)的原因，物體受到力的作用它的運動狀態(tài)就一定改變，故力是改變物體運動狀態(tài)的原因。(2)牛頓第一定律描述的狀態(tài)是一種理想狀態(tài)，它是在伽利略理想實驗的基礎上加以科學推理和抽象得到的，不可能用實驗直接驗證，因此牛頓第一定律不是實驗定律。(3)牛頓第一定律的適用范圍為慣性參考系。【例2】(多選)下列對牛頓第一定律的理解正確的是()A.牛頓第一定律反映了物體不受外力作用時的運動規(guī)律B.不受外力作用時，物體的運動狀態(tài)保持不變C.在水平地面上滑動的木塊最終停下來，是沒有外力維持木塊運動的結果D.奔跑的運動員，由于遇到障礙而被絆倒，這是因為他受到外力作用迫使他改變原來的運動狀態(tài)答案ABD解析牛頓第一定律描述的是物體不受外力作用時的運動規(guī)律，總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，A、B正確；牛頓第一定律還揭示了力和運動的關系，力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而不是維持物體運動狀態(tài)的原因。在水平地面上滑動的木塊最終停下來，是由于摩擦力的作用改變了其運動狀態(tài)；奔跑的運動員，遇到障礙而被絆倒，是因為他受到外力作用而改變了運動狀態(tài)，C錯誤，D正確。探究3慣性與質量■情境導入(1)如圖甲所示，公交車突然快速啟動時，車上站著的乘客身體為什么會向后傾倒？(2)如圖乙所示，公交車在運行時突然急剎車，車內(nèi)乘客身體為什么會向前傾倒？答案(1)當公交車突然快速啟動時，乘客的鞋底受到車的摩擦力作用也隨車運動，而身體由于要保持原來的靜止狀態(tài)，故向后傾倒。(2)乘客隨車一起運動，當急剎車時，車停止運動，乘客的鞋底受到車的摩擦力作用也隨車停止運動，而身體由于要保持原來的運動狀態(tài)，故向前傾倒?！鰵w納拓展1.慣性的“三性”普遍性一切物體皆有慣性，慣性是物體的固有屬性相關性慣性僅與物體的質量有關，與物體的受力或運動情況等無關唯一性質量是慣性大小的唯一量度2.慣性的表現(xiàn)形式(1)當物體不受外力或所受合外力為零時，慣性表現(xiàn)為保持原來的運動狀態(tài)不變。原來靜止的物體保持靜止，原來運動的物體保持原來的速度繼續(xù)運動。(2)當物體受到外力作用時，慣性表現(xiàn)為改變運動狀態(tài)的難易程度，物體的慣性越大，它的運動狀態(tài)越難改變。【例3】(2020·云南大理期末)關于慣性的大小，下列說法正確的是()A.物體的速度越大，其慣性就越大B.物體的質量越大，其慣性就越大C.物體的加速度越大，其慣性就越大D.物體所受的合力越大，其慣性就越大答案B解析慣性是物體保持原來運動狀態(tài)不變的性質，是物體的固有屬性，慣性大小只與質量有關，質量越大慣性越大，與其他因素無關?！踞槍τ柧殹?2020·黑龍江大慶實驗中學月考)在勻速行駛的火車車廂內(nèi)，有一人從B點正上方相對車廂靜止釋放一個小球，不計空氣阻力，則小球()A.可能落在A處 B.一定落在B處C.可能落在C處 D.以上都有可能答案B解析火車勻速行駛，在小球未釋放前小球隨車一起運動，小球的速度等于車的速度v0；在小球由靜止釋放后，由于慣性小球在水平方向的速度保持不變，即vx＝v0，即小球下落的過程中小球在水平方向的速度始終等于車的速度，小球一定落到B處，故B正確，A、C、D錯誤。1.(伽利略的理想實驗)圖甲、乙分別表示伽利略對自由落體運動及運動和力的關系的研究過程，他開創(chuàng)了科學實驗和邏輯推理相結合的重要科學研究方法。下列說法正確的是()A.圖甲中通過對小球在斜面上運動的研究，得出小球的自由落體運動是勻變速運動B.圖甲中先在傾角較小的斜面上進行實驗，可以減小小球重力，使時間測量更容易C.圖乙中實驗為“理想實驗”，通過邏輯推理得出物體的運動需要力來維持D.圖乙中，在左側斜面上由靜止釋放小球，小球可運動到比釋放點更高的位置答案A解析伽利略設想物體下落的速度與時間成正比，因為當時無法測量物體的瞬時速度，所以伽利略通過數(shù)學推導證明如果速度與時間成正比，那么位移與時間的二次方成正比；由于當時用滴水法測量，無法記錄自由落體那么短的時間，伽利略讓銅球沿阻力很小的斜面滾下，來“沖淡”重力的作用效果，而小球在斜面上運動的加速度要比它豎直下落的加速度小得多，所用時間長得多，所以容易測量；伽利略做了上百次實驗，并通過抽象思維在實驗結果上做了合理外推，得出小球的自由落體運動是勻變速運動的結論，故A正確，B錯誤；伽利略用抽象思維、數(shù)學推導和科學實驗相結合的方法得出物體的運動不需要力來維持，故C錯誤；題圖乙中在左側斜面上由靜止釋放小球，小球不可能運動到比釋放點更高的位置，故D錯誤。2.(牛頓第一定律的理解)(多選)下列說法中正確的是()A.牛頓第一定律是一條實驗定律B.牛頓第一定律說明了力是改變物體運動狀態(tài)的原因C.慣性定律與慣性的實質是相同的D.物體的運動不需要力來維持答案BD解析牛頓第一定律反映了物體在不受力的理想條件下所遵循的運動規(guī)律，不能通過實驗驗證，并非實驗定律，選項A錯誤；牛頓第一定律說明物體的運動不需要力來維持，但要改變物體的運動狀態(tài)則必須有力的作用，選項B、D正確；慣性是物體保持原來運動狀態(tài)不變的一種性質，慣性定律則反映了物體在一定條件下的運動規(guī)律，選項C錯誤。3.(慣性與質量)(2020·天津高二學業(yè)考試)《中華人民共和國道路交通安全法》規(guī)定，機動車行駛時，駕駛人、乘坐人員應當按規(guī)定使用安全帶，這是因為使用安全帶可以()A.減小人的慣性 B.減小車的慣性C.增大人的慣性 D.減小因慣性造成的傷害答案D解析慣性只與質量有關，故使用安全帶不能改變慣性，但可以延長作用時間，減小作用力，即減小因慣性造成的傷害，故D正確，A、B、C錯誤。4.(慣性與質量)圖示情景中，小球相對于水平桌面向后運動的原因是()A.小球突然失去慣性B.動車突然向前加速C.動車突然向前減速D.動車做勻速直線運動的速度很大答案B解析小球突然向后運動，是因為火車突然向前加速運動，小球由于具有慣性，小球會保持原來的運動狀態(tài)，所以會相對桌面向后運動，故B正確。課時定時訓練(限時20分鐘)題組一伽利略理想斜面實驗1.下列說法正確的是()A.伽利略理想斜面實驗的結論是完全基于實驗事實得出的B.伽利略理想斜面實驗證明了力不是物體維持運動的原因C.牛頓第一定律(慣性定律)反映了物體不受外力作用時的運動規(guī)律，因此物體只在不受外力時才有慣性D.由牛頓第一定律可知，物體在任何情況下始終處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)答案B解析伽利略理想斜面實驗的結論是在基于實驗事實基礎上經(jīng)過科學的推理得出的，選項A錯誤；伽利略理想斜面實驗證明了力不是物體維持運動的原因，選項B正確；牛頓第一定律(慣性定律)反映了物體不受外力作用時的運動規(guī)律，物體在任何情況下都有慣性，與是否受力無關，選項C錯誤；由牛頓第一定律可知，物體在不受力或合力為0時處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)，選項D錯誤。2.如圖所示，為現(xiàn)代人在實驗室所做的伽利略斜面實驗的頻閃照片的組合圖。實驗中把小球從左側斜面的某個位置由靜止釋放，它將沖上右側斜面，頻閃照片顯示小球在右側斜面運動過程中相鄰的兩個小球間的距離依次減??；如果右側斜面變成水平，頻閃照片顯示小球在右側斜面運動過程中相鄰的兩小球間的距離幾乎相等。對于這個實驗，以下敘述正確的是()A.小球沖上右側斜面后做減速運動，表明“力是維持物體運動的原因”的結論是正確的B.小球最終也會在右側水平面上停下來，表明“力是維持物體運動的原因”的結論是正確的C.因為沒有絕對光滑的斜面或者平面，所以伽利略提出的“如果沒有摩擦阻力，小球將在水平面上永遠運動下去”的結論是荒謬可笑的D.上述實驗表明“如果沒有摩擦阻力，小球將在水平面上永遠運動下去”的結論是正確的答案D解析小球沖上右側斜面后做減速運動，表明“力是維持物體運動的原因”的結論是錯誤的，故A錯誤；小球最終也會在右側水平面上停下來，是由于受到摩擦力的作用的原因，故B錯誤；因為沒有絕對光滑的斜面或者平面，所以伽利略提出的“如果沒有摩擦阻力，小球將在水平面上永遠運動下去”的結論是一種理想的推論，但是卻有著非常重要的現(xiàn)實意義，它開創(chuàng)了物理量研究的新的方法，故C錯誤；上述實驗表明“如果沒有摩擦阻力，小球將在水平面上永遠運動下去”的結論是正確的，故D正確。題組二牛頓第一定律的理解3.以下說法不符合物理學史的是()A.亞里士多德認為，必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體就要靜止在某一個地方B.伽利略通過理想實驗得出結論：力是維持物體運動的原因C.笛卡兒指出：如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將以同一速度沿同一直線運動，既不停下來也不偏離原來的方向D.牛頓第一定律是邏輯思維對事實進行分析的產(chǎn)物，不可能直接用實驗驗證答案B解析亞里士多德認為力是使物體運動的原因，A的說法符合物理學史；伽利略通過理想實驗得出運動不需要力來維持，故B項說法不符合物理學史；笛卡兒指出如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將以同一速度沿同一直線運動，既不停下來也不偏離原來的方向，C的說法符合物理學史；牛頓第一定律是邏輯思維對事實進行分析的產(chǎn)物，不可能直接用實驗驗證，D的說法符合物理學史。4.根據(jù)牛頓第一定律可知()A.力停止作用后，運動的物體就會慢慢停下來B.物體在做勻速直線運動時，它才顯示出慣性C.物體運動狀態(tài)改變時必定受到外力的作用D.速度大的物體不容易停下，所以慣性與物體的速度有關答案C解析力停止作用后，沒有受到力的作用，由于慣性，本來運動的物體要保持力撤銷時刻的速度做勻速直線運動，選項A錯誤；慣性是物體的固有屬性，一切物體在任何情況下都具有慣性，選項B錯誤；由于力是改變物體的運動狀態(tài)的原因，物體運動狀態(tài)發(fā)生改變時，必定受到外力的作用，選項C正確；慣性的大小僅與質量有關，與速度無關，選項D錯誤。5.從牛頓第一定律可直接演繹得出()A.質量是物體慣性的量度B.質量一定的物體加速度與合外力成正比C.物體的運動需要力來維持D.物體有保持原有運動狀態(tài)的特性答案D解析一切物體在不受外力時，總保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)是指原來靜止的將保持靜止狀態(tài)，原來運動的將保持勻速直線運動狀態(tài)。故牛頓第一定律說明了一切物體均有慣性，會保持原來的運動狀態(tài)；同時說明了力是改變物體運動狀態(tài)的原因；故只有D正確。題組三慣性和質量6.如果正在做自由落體運動的物體的重力忽然消失，那么它的運動狀態(tài)應該是()A.懸浮在空中不動B.運動速度逐漸減小C.做豎直向下的勻速直線運動D.以上三種情況都有可能答案C解析做自由落體運動的物體在運動過程中只受重力作用，如果重力消失，則物體不受任何