专题17 惯性 牛顿第一定律【解析版】

专题17惯性牛顿第一定律 一、知识精讲一、知识精讲1.古希腊哲学家亚里士多德根据当时人们对运动和力的关系的认识，提出一个观点“物体的运动需要力来维持”（选填“需要”或“不需要”）。意大利科学家伽利略通过斜面实验，探究“阻力对物体运动的影响”，运用逻辑推理，推翻亚里士多德的观点，认为物体的运动不需要（选填“需要”或“不需要”）力来维持，运动的物体之所以停下来，是因为受到了阻力的作用，如果物体不受力可以作匀速直线运动。2.英国著名物理学家牛顿在大量实验的基础上，通过进一步推理概括出来一条重要的规律：一切物体在不受力时总保持_静止或_匀速直线运动状态，叫做牛顿第一运动定律。这个定律揭示了物体运动不需要(填“需要”或“不需要”）力来维持。3.惯性：一切物体都有保持静止状态或匀速直线运动状态的性质，这种性质叫做惯性。因此牛顿第一运动定律也叫惯性定律。惯性是物体本身的一种属性，任何物体任何时候都有惯性。二、题型先知二、题型先知TOC\o"1-1"\h\u一．牛顿第一定律的概念（共5小题） 2二．物体运动状态变化的判断（共6小题） 4三．探究阻力对物体运动的影响（共3小题） 7四．惯性与惯性现象（共9小题） 10五．惯性在实际生活中的应用（共5小题） 14三、实战演练三、实战演练一．牛顿第一定律的概念（共5小题）1．关于牛顿第一定律，下列说法中正确的是（）A．从实验直接得到的结论 B．建立在实验基础上，经过合理分析、推理得到的结论 C．由理论分析得到的结论 D．建立在生活经验基础上的结论【解答】解：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，是在可靠事实的基础上，通过科学推理概括出来的理想运动规律。故选：B。2．“后羿射日”是大家熟悉的我国上古时期的神话故事。后羿射出去的箭离地而起后，假设突然不受任何力的作用，射出去的箭会（）A．落回地面 B．飞向太阳 C．停在空中 D．绕地球转动【解答】解：根据牛顿第一定律可知，当物体不受任何外力的情况下，总保持静止状态或匀速直线运动状态。射出的箭是运动的，所以当突然不受任何力的作用时，箭将保持原来的速度和方向不变，做匀速直线运动，一直飞向太阳。故只有选项B符合题意。故选：B。3．用绳子拉小车在光滑水平面上运动，当绳子突然断裂后，小车的运动速度将（）A．变小 B．变大 C．不发生变化 D．立即变为零【解答】解：水平面是光滑的，故绳子断裂后，小车水平方向所受合力为零，加速度为零，故小车做匀速直线运动，故速度不变，故C正确。故选：C。4．正在匀速向右直行的车厢光滑地板上，放着质量不同的甲，乙两个球，并且m甲˃m乙，如图所示，车厢足够长。当车突然加速时（）A．两个球相对于车都向右运动，两球间距离不变 B．两个球相对于车都向右运动，两球间距离减小 C．两个球相对于车都向左运动，两球间距离增大 D．两个球相对于车都向左运动，两球间距离不变【解答】解：当小车匀速直线运动时，两个小球和小车以相同的速度随车一起运动；当小车突然加速时，两个小球由于惯性要保持原来的运动状态，由于地板是光滑的，水平方向上两个小球都没有受到力的作用，运动状态都不会改变，都保持原来的运动状态，但是运动速度小于加速后小车的运动速度，相对于小车向左运动，所以质量不同的两个小球，都相对于小车向左运动，距离保持不变。ABC错误，D正确。故选：D。5．物理学家牛顿总结了伽利略等人的研究成果，概括出重要的物理定律：一切物体总保持原来的静止状态或匀速直线运动状态，直到有力迫使它改变这种状态为止。为了纪念他的杰出贡献，人们以他的名字命名了物理量力的单位。【解答】解：对于运动和力的关系，牛顿在总结实验现象和前人经验的基础上，得到了牛顿第一定律。牛顿第一定律是一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有力迫使它改变这种状态为止。后人为了纪念牛顿对力学研究的突出贡献，将力的单位以“牛顿”来命名。故答案为：牛顿；静止；力；力。二．物体运动状态变化的判断（共6小题）6．下列现象中，物体运动状态没有发生变化的是（）A．钟摆来回摆动 B．熟透的苹果从树上竖直下落 C．嫦娥一号围绕月球运动 D．小孩沿直滑梯上匀速滑下【解答】解：A、钟摆来回摆动，其运动方向和快慢时刻在变，运动状态改变，故A不合题意；B、熟透的苹果从树上竖直下落，是自由落体运动，其速度变大，运动状态改变，故B不合题意；C、嫦娥一号围绕月球运动，其运动方向不断变化，运动状态改变，故C不合题意；D、小孩沿直滑梯上匀速滑下，运动的快慢和方向均不变，做匀速直线运动，运动状态不变，故D符合题意。故选：D。7．在以下所给出的现象中，运动状态发生改变的物体是（）A．在平直轨道上匀速行驶的火车 B．挂在墙上的国画 C．乘住宅电梯匀速下降的学生 D．绕地球运动的月亮【解答】解：A、在平直轨道上匀速行驶的火车，速度的大小和方向均不变，运动状态不变，不合题意；B、挂在墙上的国画，处于静止状态，运动状态不变，不合题意；C、乘住宅电梯匀速下降的学生，速度的大小和方向均不变，运动状态不变，不合题意；D、绕地球运动的月亮，其运动轨迹是曲线，运动方向改变了，所以其运动状态发生改变，符合题意。故选：D。8．某同学站在圆心O处用细绳拉着小球，使球跟着身体在水平面内做逆时针运动，俯视图如图所示，当小球运动中经过某点时，该同学释放细绳，小球恰击中P处竖直硬杆，则释放时小球位于图中的（）A．A点 B．B点 C．C点 D．D点【解答】解：据图可知，小球做逆时针旋转，若小球运动中经过某点时，该同学释放细绳，小球由于惯性，会沿着该圆的切线方向向前运动，故分析四点可知，小球在B点时释放绳子是最右可能击中P处竖直硬杆。故选：B。9．以下所给出的现象中，物体运动状态不发生改变的是（）A．在弯曲的路上汽车匀速转弯 B．熟透的苹果从树上下落 C．行驶的火车开始进站 D．小孩沿笔直的滑梯匀速下滑【解答】解：A、在弯曲的路上汽车匀速转弯，速度的方向时刻在变，即运动状态发生改变，故A不符合题意；B、熟透的苹果从树上下落，速度的大小时刻在变，即运动状态发生改变，故B不符合题意；C、行驶的火车开始进站时，速度要变小，即运动状态发生改变，故C不符合题意；D、小孩沿笔直的滑梯匀速下滑，速度的大小和方向都不变，即运动状态不变，故D符合题意。故选：D。10．下列各种情况中，物体的运动状态不发生变化的是②、④（选填序号）。①扔出去在空中运动的铅球；②匀速下落的跳伞运动员；③关闭发动机后在地面上向前滑行的汽车；④放在桌上的钢笔；⑤做匀速圆周运动的小车。【解答】解：①扔出去在空中运动的铅球，速度和方向都在改变，运动状态发生改变；②匀速下落的跳伞运动员，速度大小和方向均不变，运动状态不发生变化；③关闭发动机后在地面上向前滑行的汽车，运动速度逐渐变小，运动状态发生改变；④放在桌上的钢笔保持静止状态，运动状态不发生改变；⑤做匀速圆周运动的小车，运动方向在改变，运动状态发生改变。所以物体的运动状态不发生变化的是②、④。故答案为：②、④。11．如图（a）所示，木块与小车一起做匀速直线运动，当小车的运动状态发生变化时，木块的状态如图（b）所示。把木块换成盛有水的烧杯，重复上述过程，烧杯中水面的状态分别如图（c）和（d）所示。由图（a）、（b）或图（c）、（d）可知：小车运动状态变化的可能情况是一是向右减速运动，二是向左加速运动。（请将两种可能的情况填写完整）。木块和水具有保持原来运动状态不变的性质。【解答】解：（a）最初木块与小车一起做匀速直线运动；（b）当小车向右减速运动时，下端受摩擦力随车减速，木块上端仍保持原来的运动状态，使得木块向右倾倒；当小车向左加速运动时，下端受摩擦力随车加速，木块上端仍保持原来的运动状态，使得木块向右倾倒；如b图所示。（c）最初烧杯与小车一起做匀速直线运动；（d）当小车向右减速运动时，烧杯受摩擦力随车减速，烧杯内的水仍保持原来的运动状态，使得水向右倾；当小车向左加速运动时，烧杯受摩擦力随车加速，烧杯内的水仍保持原来的运动状态，使得水向右倾，如d图所示。由上述实验可知，木块和水都具有保持原来运动状态不变的性质，叫惯性。故答案为：一是向右减速运动，二是向左加速运动；保持原来运动状态不变。三．探究阻力对物体运动的影响（共3小题）12．“牛顿第一定律”的形成，经历了伽利略、笛卡尔和牛顿等科学家不断完善的过程。如图是意大利物理学家伽利略提出的“斜面实验”，实验设想的步骤如下：（1）两个对接的斜面A、B，小球由斜面A静止释放后，在斜面B上所达到的高度与原释放时的高度几乎相等。（2）如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度。（3）减小斜面B的倾角，小球若要到达原来的高度将通过更长的路程。（4）若斜面B变成水平面，小球再也达不到原来的高度，物体将在水平面上永远运动下去。①请将上述步骤进行分类，属于可靠事实的是（1）（3），属于理想化推论的是（2）（4）（填序号）。伽利略通过此实验揭示了力与运动的关系：力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。②笛卡尔在伽利略观点之上进一步完善：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直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向。牛顿在他们研究的基础上提出了“牛顿第一定律”。相对于“牛顿第一定律”，你认为笛卡尔的观点有什么不足？没有涉及静止物体的运动规律。【解答】解：①伽利略的理想实验中，假如斜面没有摩擦，小球将上升到原来释放的高度；当变成水平放置，小球将为了达到那个永远无法达到的高度而一直滚动下去，属于理想化的推理。故属于可靠事实的是（1）（3）；属于理想化的推论的是（2）（4）；通过本次实验，可进一步推导：一切物体在不受外力时，总保持静止状态或匀速直线运动状态，若水平木板表面完全光滑，且水平木板足够长，小车将一直做匀速直线运动，可见，力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因；②牛顿第一定律明确指出一切物体在没有受到外力时，总保持原来的静止状态或匀速直线运动状态，笛卡尔只是说明运动的物体不受力，将做匀速直线运动，没有涉及到静止物体的运动规律，所以不够全面。故答案为：①（1）（3）；（2）（4）；改变物体运动状态；②没有涉及静止物体的运动规律。13．在水平桌面上铺上粗糙程度不同的材料（如毛巾、棉布、木板等），让小车自斜面顶端从静止开始滑下，三次实验现象如图所示，比较小车沿水平面运动的距离。请你观察实验现象思考后回答：​（1）为了得出科学结论，三次实验中让小车自斜面顶端从静止开始滑下的目的是使小车运动到斜面底端时的速度相等（选填“相等”或“不等”）；（2）三次实验中，小车在水平面上受到摩擦力最大的是第一次，这说明小车受到摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关；（3）进一步推理可知，若水平面绝对光滑（即小车不受摩擦力），则小车会在水平面上做匀速直线运动。【解答】解：（1）为了比较小车运行的距离与阻力的关系，因此使小车在斜面的低端具有相同的（水平初）速度，即使小车从斜面的同一高度滑下；（2）在这三次实验中，小车在毛巾表面上运动的距离最短，这表明小车在毛巾表面上受到的摩擦力最大，三次实验中压力大小都等于重力大小，压力大小相等，毛巾表面要比棉布表面和木板表面粗糙，所以这就说明小车受到摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关；（3）三次实验中，小车在木板表面运动的距离最远，这是因为木板表面比较光滑，小车所受摩擦力较小的缘故。由此我们可以推理得出：若水平面绝对光滑（即小车不受摩擦力），则小车会在水平面上做匀速直线运动。故答案为：（1）相等；（2）一；粗糙程度；（3）匀速直线。14．沿草地踢出去的足球最终会停下来；马路上行驶的汽车，关闭发动机后会慢慢停下来。古希腊哲学家亚里士多德很早就注意到类似现象，他认为只有不断用力才能维持物体的运动。到了17世纪，有一位科学家通过如图所示的理想斜面实验，推理后否定了亚里士多德的观点。以下是他的实验设想步骤，不过顺序有点乱：①逐渐减小右侧B斜面的倾角θ，小球将在右侧斜面上仍然要达到原来的高度。②两个对接的斜面，让静止的小球沿左侧A斜面滚下，小球将滚上右侧的B斜面。③继续减小右侧斜面的倾角θ，最后，使它到达水平，让静止的小球从左侧A斜面上下滑至水平面E，小球将沿水平面持续做匀速直线运动，永远不会停止。④如果没有摩擦，小球将上升至原来释放时的高度。（1）请将上述步骤按正确的顺序排列序号②④①③；（2）上述设想的步骤中，有的属于可靠的事实，有的则是理想化的推论，下面关于这些事实和推论的分类正确的是B。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（3）提出上述实验设想并否定亚里士多德观点的科学家是伽利略。他根据上述实验设想提出的新观点是力是改变物体运动状态的原因。【解答】解：（1）在进行实验时，应在两个对接的斜面上，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面；此时，如果没有摩擦，小球将上升到原来释放的高度；再减小右边第二个斜面的倾角，小球在该斜面上仍然要达到原来的高度；最后继续减小右边第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球将沿水平面做持续的匀速直线运动，因此，实验步骤的正确顺序排列为：②④①③。（2）在实验过程中，当右侧斜面倾斜角度变化时，小球依然可以几乎达到原来的高度，可以得出结论：如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度。经过推理，得出最后使斜面成水平面，小球将沿水平面做持续的匀速直线运动，故②是事实，①③④是推论，故B正确；（3）提出上述实验设想并否定亚里士多德观点的科学家是伽利略，伽利略通过此实验揭示了力与运动的关系：力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。故答案为：（1）②④①③；（2）B；（3）伽利略；力是改变物体运动状态的原因。四．惯性与惯性现象（共9小题）15．“复兴号”高铁在启动离站的加速过程中，其惯性（）A．持续变大 B．先不变后变大 C．始终不变 D．先变大后不变【解答】解：惯性大小只跟物体的质量大小有关，跟物体是否受力、是否运动、运动速度等都没有关系，地铁启动离站的加速过程中，其质量不变，只是速度的变化，所以，列车的惯性一直不变，故C正确。故选：C。16．竖立在小车上的木块与小车静止在水平地面上。当小车突然启动时，木块向右倾倒，如图所示，下列判断正确的是（）A．小车可能向右运动 B．小车一定向左运动 C．小车的惯性变大 D．小车的惯性变小【解答】解：AB、由题图可知，竖立在小车上的木块与小车静止在水平地面上。当小车突然启动时，此时，木块向右倾倒，说明木块上端相对于下端向右运动了，说明木块下端随小车相对向左运动了，推知小车一定向左运动，故A错误，B正确；CD、惯性的大小是由物体的质量决定的，质量不变惯性不变，故CD错误。故选：B。17．对惯性和牛顿第一定律的认识，下列说法正确的是（）A．只有力才能维持物体运动 B．速度大的物体比速度小的物体惯性大 C．只有运动的物体才具有惯性 D．一切物体都具有保持原先运动状态的性质【解答】解：A、物体的运动不需要力来维持，故A错误；B、惯性的大小只与物体的质量有关，与运动速度大小无关，故B错误；C、一切物体都有惯性，无物体是否运动无关，故C错误；D、一切物体都具有保持原先运动状态的性质，叫惯性，故D正确。故选：D。18．如图所示，小狗不停地甩动身体，从而快速甩掉身上的水，以下说法错误的是（）A．小狗甩掉身上的水后，惯性变小 B．小狗快速甩动身体，利用惯性甩掉身上的水 C．小狗身上的水脱离狗后，便失去了惯性 D．水相对于小狗是运动的【解答】解：A、惯性的大小与物体的质量有关，小狗甩掉身上的水后，总质量变小，惯性变小，故A正确；B、小狗快速甩动身体，利用惯性甩掉身上的水，故B正确；C、小狗身上的水脱离狗后，其惯性不会失去，故C错误；D、小狗快速甩动身体，水相对于小狗的身体，位置发生了改变，所以水是运动的，故D正确。故选：C。19．如图所示，从水平匀速向右飞行的飞机上按相等的时间间隔，依次放出a、b、c三个球，不考虑空气阻力，站在地面上的人看到它在空中的排列情况是图中的（）A． B． C． D．【解答】解：小球落下前和飞机具有相同的速度，落下来时不计空气阻力，由于惯性保持原来的水平速度不变，相同时间内，在水平方向上和飞机前进的距离相等，所以小球始终在飞机的正下方。第二和第三个小球同理也始终在飞机的正下方。只有B图属于这种情况。故选：B。20．如图所示的游戏情境中，小朋友将毽子向上踢出后，毽子由于具有惯性会继续向上运动。毽子竖直下落的过程中，以地面为参照物，毽子是运动（选填“静止”或“运动”）的，重力势能变小（选填“变大”、“变小”或“不变”）。【解答】解：小朋友将毽子向上踢出后，毽子由于具有惯性会继续向上运动；毽子竖直下落的过程中，毽子和地面的位置发生变化，如果以地面为参照物，毽子是运动的；毽子竖直下落的过程中，高度变小，质量不变，故重力势能变小。故答案为：惯性；运动；变小。21．2022年11月30日，神舟十五号载人飞船成功对接空间站天和核心舱，至此中国空间站形成“三舱三船”构型，随后两个航天员乘组首次实现“太空会师”，如图所示。对接过程中，神舟十五号飞船相对于天和核心舱是运动（选填“静止”或“运动”）的，其惯性不变（选填“变大”“不变”或“变小”）；航天员在空间站里飘来飘去，站立时要用脚背勾住固定环固定位置，这是因为固定环对脚的力能改变物体的运动状态。【解答】解：（1）对接过程中，神舟十五号飞船和天和核心舱之间有位置的变化，所以神舟十五号飞船相对于天和核心舱是运动的；（2）对接过程中，神舟十五号飞船的质量不变，惯性不变；（3）固定环对脚的力能改变物体的运动状态。故答案为：运动；不变；运动状态。22．声乐中的高音和低音，说明声音的音调不同（选填“响度”、“音调”或“音色”）；乘客系安全带，主要为了降低刹车时由于惯性造成的伤害；赛龙舟时，船上的桨手用力向后划水，船就能前进，说明力的作用是相互的。【解答】解：（1）声乐中的高音和低音，说明声音的音调不同，是发声体振动频率不同造成的；（2）乘客系安全带，主要为了降低刹车时人由于惯性向前倾而可能造成的伤害；（3）赛龙舟时，船上的浆手用力向后划水，船就能前进，说明力的作用是相互的。故答案为：音调；惯性；相互。23．用吸管吸饮料，是利用大气压强的作用。足球运动员射点球，足球离脚后还能继续运动是由于足球具有惯性，守门员接住迎面飞来的足球，说明力可以改变物体的运动状态。【解答】解：吸管吸饮料时，吸气时，管内压强减小，饮料在外界大气压的作用下被压入嘴里；足球离脚后还能继续运动是由于足球具有惯性；当守门员接住飞来的足球时，改变了足球的运动状态。故答案为：大气压强；惯性；运动状态。五．惯性在实际生活中的应用（共5小题）24．下列交通规则，主要用于防止因惯性而造成事故的是（）A．严禁超速、超载 B．桥梁设有限重标志牌 C．红灯停，绿灯行 D．车辆靠右行驶【解答】解：A、超速或超载时，若遇到紧急情况，由于惯性的原因，汽车不容易刹住车，易造成交通事故，超速惯性虽不变，但因速度快，刹车距离长，而超载则会使惯性变大。故符合题意；B、车辆超载时，地面所受的压力和压强会随之增加，从而加快路面的损坏程度，与惯性无关，不合题意；C、D中的现象都和惯性没有联系；故选：A。25．如图所示现象中，属于利用惯性现象的是（）A．紧急刹车时，乘客向前倾倒 B．搬运重物时，在重物下面垫上滚木 C．将锤柄在物体上撞击几下，松动的锤头就紧套在锤柄上 D．苹果从树上掉下来，速度越来越快【解答】解：A、紧急刹车时，车辆停止运动，乘客由于惯性保持原来的运动状态，所以向前倾倒，这是惯性现象，但不是应用；B、搬运重物时，在重物下垫上滚木是为了变滑动为滚动以减小摩擦的；C、锤头和锤柄一起向下运动，锤柄碰到物体变为静止，锤头由于惯性保持原来向下的运动状态，所以锤头就紧套在锤柄上，这是利用惯性的；D、苹果从树上落下来，速度越来越大，是因为受到重力的作用，重力改变了苹果的运动状态。故选：C。26．下列几个例子中，利用惯性的是（）A．新交通法规规定，坐在出租车前排的乘客必须系好安全带 B．百米赛跑运动员到达终点不能马上停下来 C．