物理粤教版必修一讲义第四章 力与运动 第一节 Word版含答案.docx
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物理粤教版必修一讲义第四章力与运动第一节Word版含答案
第一节 伽利略的理想实验与牛顿第一定律
[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.
一、伽利略的理想实验
1.亚里士多德认为:
力是维持物体运动的原因.
2.伽利略的理想实验
(1)斜面实验:
让静止的小球从第一个斜面滚下,冲上第二个斜面,如果没有摩擦,小球将上升到原来释放时的高度.减小第二个斜面的倾角,小球滚动的距离增大,但所达到的高度相同.当第二个斜面放平,小球将永远运动下去.
(2)推理结论:
力不是(填“是”或“不是”)维持物体运动的原因.
(3)意义:
伽利略构想的理想实验以可靠的事实为基础,把实验与逻辑推理和谐地结合在一起,其科学研究的方法有力地推动了科学发展.
二、牛顿第一定律
1.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,直到有外力迫使它改变这种状态为止,这就是牛顿第一定律.
(2)意义:
说明了力不是维持(填“改变”或“维持”)物体运动的原因,而是改变(填“改变”或“维持”)物体运动的原因.
2.惯性
(1)定义:
物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性.牛顿第一定律又叫做惯性定律.
(2)惯性是物体的固有属性,一切物体都具有惯性.
判断下列说法的正误.
(1)伽利略的理想实验是永远无法做到的.(√)
(2)伽利略的理想实验说明了力是维持物体运动的原因.(×)
(3)牛顿第一定律是由实验直接归纳总结得出的.(×)
(4)由牛顿第一定律可知,当一个做匀加速直线运动的物体所受外力全部消失时,物体将立刻停止运动.(×)
(5)速度越大,物体的惯性越大.(×)
(6)受力越大,物体的惯性越大.(×)
一、对伽利略理想实验的理解
伽利略的斜面实验的各个过程,哪些可以通过实验完成?
哪些是推理得出的?
答案 小球从斜面上滚下,可以滚上另一斜面,是实验事实,可以通过实验完成,其余各个结论是由推理得出的,不可以用实验完成.
1.伽利略的理想实验推论:
一切运动着的物体在没有受到外力的时候,它的速度将保持不变,并且一直运动下去.
2.理想实验的意义:
伽利略理想实验是以可靠的实验事实为基础,经过抽象思维,抓住主要因素,忽略次要因素,从而更深刻地揭示了自然规律.伽利略的研究方法的核心是把实验和逻辑推理相结合.
例1
理想实验有时更能深刻地反映自然规律.如图1所示,伽利略设想了一个理想实验,其中有一个是实验事实,其余是推论.
图1
①减小第二个斜面的倾角,小球在这一斜面上仍然要达到原来的高度;
②两个斜面对接,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
(1)②③①④
(2)B
解析 步骤②是理想实验的实验基础,属于可靠的事实,在此基础上利用推理,先得到小球不受阻力作用将上升到原来释放时的高度的推论,再设想减小第二个斜面的倾角直至第二个斜面成为水平面时,得到小球将匀速运动的推论.所以正确的排列顺序是②③①④,正确的分类是②是事实,①③④是推论.
【考点】伽利略的理想实验
【题点】伽利略的理想实验
二、对牛顿第一定律的理解
(1)日常生活中,我们有这样的经验:
马拉车,车就前进,停止用力,车就停下来,是否有力作用在物体上物体才能运动呢?
马不拉车时,车为什么会停下来呢?
(2)如果没有摩擦阻力,也不受其他任何力的作用,水平面上运动的物体的运动状态会改变吗?
答案
(1)不是.因为车受到阻力的作用.
(2)如果没有摩擦阻力,也不受其他任何力的作用,水平面上运动的物体将保持这个速度沿直线永远运动下去.
1.运动状态改变即速度发生变化,有三种情况:
(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发生改变.
2.对牛顿第一定律的理解
(1)定性说明了力和运动的关系:
①力是改变物体运动状态的原因,或者说力是产生加速度的原因,而不是维持物体运动状态的原因.
②物体不受外力时的运动状态:
匀速直线运动状态或静止状态.
(2)揭示了一切物体都具有的一种固有属性——惯性.因此牛顿第一定律也叫惯性定律.
例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:
不受力时物体将保持静止状态或匀速直线运动状态,这是由于一切物体都具有惯性;受到力的作用物体的运动状态就要发生变化,从而揭示出力是改变物体运动状态的原因;指出了物体在不受力时的运动状态,故选项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,选项B错误.
【考点】牛顿第一定律
【题点】牛顿第一定律的理解
牛顿第一定律描述了物体不受外力作用时的状态——总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态,同时揭示了力和运动的关系——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.分析此类问题时要注意牛顿第一定律与惯性的区别.
例3
如图2所示,小球A静止放在小车的光滑底板上(设小车底板足够长),当小车受到水平向右的力F作用时,小车从静止开始在水平面上做加速直线运动,则小球A相对于地的运动情况( )
图2
A.做匀速直线运动
B.处于静止状态
C.做与小车同方向速度越来越大的直线运动
D.做与小车反方向速度越来越大的直线运动
答案 B
解析 对小球受力分析可知,车内的小球只受竖直方向的重力和支持力,这两个力是一对平衡力,小球所受合外力为零,所以无论小车如何运动,小球相对于地面都处于静止状态,B正确.
三、惯性的理解和应用
(1)自行车比赛中,高速行进的自行车受到障碍物阻碍,人会向哪倒地?
这是什么原因造成的?
(2)“同一物体在地球上的重力比在月球上大,所以物体在地球上的惯性比在月球上的大”,这种说法对吗?
为什么?
答案
(1)向前.这是因为人具有惯性.
(2)不对.惯性只与质量大小有关,与地理位置无关.虽然物体在地球上的重力比在月球上大,但物体的质量不变,即惯性不变.
1.惯性是物体的固有属性,一切物体都具有惯性.
2.物体惯性的大小由质量决定,与物体的运动状态无关,与是否受力无关,与物体的速度大小无关.
3.惯性的表现
(1)在不受力的条件下,惯性表现出“保持”原来的运动状态,有“惰性”的意思.
(2)在受力的条件下,惯性表现为运动状态改变的难易程度.质量越大,惯性越大,运动状态越难以改变.
例4
关于物体的惯性,以下说法中正确的是( )
A.物体的运动速度越大,物体越难停下来,说明运动速度大的物体惯性大
B.汽车突然减速时,车上的人向前倾,拐弯时人会往外甩,而汽车匀速前进时,车上的人感觉平稳,说明突然减速和拐弯时人有惯性,匀速运动时没有惯性
C.在同样大小的力的作用下,运动状态越难改变的物体,其惯性一定越大
D.在长直水平轨道上匀速运动的火车上,门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起后,发现落回原处,这是因为人跳起后,车继续向前运动,人落下后必定向后偏些,但因时间太短,偏后距离太小,不明显而已
答案 C
解析 物体的惯性大小只由质量决定,与物体的速度大小无关,A错误;一切物体均有惯性,不论物体处于加速、减速还是匀速状态,B错误;同样大小的力作用于物体上,运动状态越难改变,说明物体保持原来运动状态的本领越大,惯性也越大,所以C正确;人向上跳起后,人在水平方向不受外力作用,由于惯性,人在水平方向的速度不变,与车速相同,因此仍落在车厢原处,D错误.故正确答案为C.
针对训练 对于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:
可以通过科学进步使小质量的物体获得大惯性
B.“强弩之末势不能穿鲁缟”,这表明强弩的惯性减小了
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,这是为了通过调控人和车的惯性达到转弯的目的
答案 C
解析 惯性是物体的固有属性,大小只与物体的质量有关,质量越大,惯性越大,与其他任何因素均无关,故A、B、D错误;摘下或加挂一些车厢,改变了列车质量,从而改变了它的惯性,故C正确.
1.(伽利略的理想实验)理想实验是科学研究中的一种重要方法,它把可靠的事实和合理的推论结合起来,可以深刻地揭示自然规律.关于伽利略的理想实验,下列说法正确的是( )
A.只要接触面“相当光滑”,物体在水平面上就能匀速运动下去
B.这个实验实际上是永远无法做到的
C.利用气垫导轨,就能使实验成功
D.要使物体运动就必须有力的作用,没有力的作用物体就静止
答案 B
解析 理想实验在实际情况下是永远不能实现的,其条件永远是理想化的,选项B正确;即使接触面“相当光滑”,也不会达到没有摩擦力的程度,选项A错误;利用气垫导轨当然也不能实现“理想”的条件,仍然存在一定的阻力,只不过阻力很小而已,选项C错误;力是改变物体运动状态的原因,并不是维持物体运动状态的原因,选项D错误.
【考点】伽利略的理想实验
【题点】伽利略的理想实验
2.(牛顿第一定律的理解)关于牛顿第一定律,下列说法正确的是( )
A.力是维持物体运动的原因,不受力的物体将保持静止,比如自行车
B.物体的速度不断增大,表示物体必受力的作用
C.物体如果向正北方向运动,其受外力方向必须指向正北
D.不受力的物体将保持静止或匀速直线运动状态,而受力的物体运动状态一定改变
答案 B
解析 根据牛顿第一定律的内容可以判断力是改变物体运动状态的原因,不受力的物体将保持静止或匀速直线运动状态,故A错误,B正确;若物体向正北方向做匀速直线运动,则物体不受力或所受合外力为零,C错误;物体受到力的作用,若合外力为0,则物体也可以保持运动状态不变,故D错误.
3.(牛顿第一定律的应用)如果正在做自由落体运动的物体的重力忽然消失,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 由题意可知,正在做自由落体运动的物体一定具有速度,而且仅受重力作用.如果重力忽然消失,则物体就不再受外力的作用,根据牛顿第一定律,撤去外力作用的物体应该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.
4.(对惯性的理解)物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质称为惯性.下列有关惯性的说法中,正确的是( )
A.乘坐汽车时系好安全带可减小惯性
B.运动员跑得越快惯性越大
C.宇宙飞船在太空中也有惯性
D.汽车在刹车时才有惯性
答案 C
解析 乘坐汽车时系好安全带,不是可以减小惯性,而是在紧急刹车时可以防止人由于惯性飞离座椅,所以A错误;质量是物体惯性大小的惟一量度,与物体的速度的大小无关,所以B、D错误;一切物体都有惯性,在太空中宇宙飞船的质量是不变的,所以其惯性也不变,所以C正确.
【考点】惯性
【题点】对惯性的理解
理想实验及其在科学研究中的作用
所谓“理想实验”,又叫做“假想实验”、“抽象的实验”或“思想上的实验”,它是人们在思想中塑造的实验过程,是一种逻辑推理的思维过程和理论研究的重要方法.
“理想实验”虽然也叫做“实验”,但它同真实的科学实验是有原则区别的.真实的科学实验是一种实践活动,而“理想实验”则是一种思维的活动;前者是可以将设计通过物化过程实现的实验,后者则是由人们的抽象思维中设想出来而实际上无法做到的“实验”.
但是,“理想实验”并不是脱离实际的主观臆想.首先,“理想实验”是以实践为基础的.所谓的“理想实验”就是在真实的科学实验的基础上的抽象分析,其次“理想实验”的推理过程是以一定的逻辑法则为根据的.而这些逻辑法则,都是从长期的社会实验中总结出来的,并为实践所证实了的.
伽利略的“理想斜面实验”打破了亚里士多德关于“受力运动的物体,当外力停止作用时物体静止”这类陈旧观念,为近代力学的建立奠定了基础.爱因斯坦在建立相对论、海森堡在建立量子论时都用过“理想实验”.我们在学习过程中常用的假设法、极限法等也是这种方法的迁移.
“理想实验”在自然科学的理论研究中有着重要的作用.但是,“理想实验”的方法也有其一定的局限性,“理想实验”只不过是一种逻辑推理的思维过程,它的作用只限于逻辑上的证明与反驳,而不能用来作为检验认识正确与否的标谁.相反,由“理想实验”所得出的任何推论,都必须由观察或实验的结果来检验.
选择题
考点一 伽利略的理想实验及物理学史
1.(多选)科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用.下列说法符合历史事实的是( )
A.亚里士多德认为,必须有力作用在物体上,物体的运动状态才会改变
B.伽利略通过“理想实验”得出结论:
一旦物体具有一定的速度,如果它不受力,它将以这一速度永远运动下去
C.笛卡儿指出:
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,既不停下来也不偏离原来的方向
D.牛顿认为,物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质
答案 BCD
解析 亚里士多德认为物体的运动需要力来维持,A错误;伽利略通过“理想实验”得出:
一旦物体具有某一速度,如果它不受力,它将以这一速度永远运动下去,B正确;笛卡儿指出:
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,既不停下来也不偏离原来的方向,C正确;由牛顿第一定律知,D正确.
【考点】对运动与力的关系认识的物理学史
【题点】对运动与力的关系认识的物理学史
2.(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 伽利略的理想实验虽然是假想的,但是实验方法却是科学的,结果也是可靠的,故选B、C.
【考点】伽利略的理想实验
【题点】伽利略的理想实验
考点二 对牛顿第一定律的理解
3.(多选)下列关于牛顿第一定律的说法中正确的是( )
A.物体保持静止状态,它所受合外力一定为零
B.物体所受合外力为零时,它一定处于静止状态
C.物体处于匀速直线运动状态时,它所受的合外力可能是零,也可能不是零
D.物体所受合外力为零时,它可能做匀速直线运动,也可能是静止的
答案 AD
解析 物体处于静止状态或匀速直线运动状态时,它受到的合外力一定为零,A正确,C错误;所受合外力为零时,物体可能处于静止状态或匀速直线运动状态,B错误,D正确.
【考点】牛顿第一定律
【题点】牛顿第一定律的理解
4.火车在平直轨道上做匀速直线运动,若在密封的、没有空气流动的车厢内点燃一支卫生香,则车里乘客看到卫生香所冒出的烟的运动情况应是( )
A.一边上升一边向前飘
B.一边上升一边向后飘
C.只是上升不向任何一边飘
D.无法确定
答案 C
解析 卫生香所冒出的烟由于惯性而保持与车相同的水平速度,故C正确.
5.如图1所示,在一辆表面光滑的小车上,有质量分别为m1、m2的两个小球随车一起匀速运动,当车突然停止时,如不考虑其他阻力,假设车足够长,则( )
图1
A.若m1<m2,则两个小球一定相碰
B.若m1=m2,则两个小球一定相碰
C.若m1>m2,则两个小球一定相碰
D.两个小球一定不相碰
答案 D
解析 小车表面光滑,因此两小球在水平方向上没有受到外力的作用.当匀速运动时,两个小球与小车具有相同的速度,当车突然停止运动时,由于惯性,两个小球的速度不变,所以不会相碰(与质量大小无关).
6.如图2所示,一个劈形物体A,各面均光滑,放在固定的斜面上,A的上表面水平,在A的上表面上放一光滑的小球B,劈形物体A从静止开始释放,则小球在碰到斜面前的运动轨迹是( )
图2
A.沿斜面向下的直线
B.竖直向下的直线
C.无规则曲线
D.抛物线
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A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,而小球又光滑,除竖直方向可以有力外,其他方向上不受力,因为力是使物体运动状态改变的原因,故小球只能在竖直方向上运动,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,故选B.
【考点】牛顿第一定律
【题点】牛顿第一定律的应用
考点三 惯性的理解与应用
7.下列关于惯性的说法正确的是( )
A.质量越大,物体的惯性越大
B.物体的运动状态改变了,则惯性大小随之变化
C.惯性是物体在匀速直线运动或静止时才表现出来的性质
D.由于子弹的速度越大,其杀伤力就越大,所以子弹的惯性大小与其速度大小有关
答案 A
解析 物体在任何状态下均有惯性,并且物体的惯性大小只与质量有关,和物体的速度无关,A正确,B、C、D错误.
【考点】惯性
【题点】对惯性的理解
8.关于惯性,下列说法正确的是( )
A.球由静止释放后加速下落,说明力改变了惯性
B.物体随着“神舟十一号”飞船进入太空,其惯性将消失
C.投掷出去的标枪靠惯性向远处运动
D.物体沿水平面滑动,速度越大滑行的时间越长,说明速度越大惯性越大
答案 C
解析 惯性大小只与物体的质量有关,与运动的状态、受力情况无关,故A、B、D错误;投掷出去的标枪是靠惯性向远处运动的,故C正确.
9.(多选)关于惯性的下列说法,其中正确的是( )
A.物体抵抗运动状态变化的性质是惯性
B.没有力的作用,物体只能处于静止状态
C.行星在圆周轨道上保持匀速率运动的性质是惯性
D.运动物体如果没有受到力的作用,将继续以同一速度沿同一直线运动下去
答案 AD
解析 物体的惯性是指物体本身要保持原来运动状态不变的性质,或者说是指物体抵抗运动状态变化的性质,选项A正确;没有力的作用,物体将保持静止状态或匀速直线运动状态,选项B错误;行星在圆周轨道上做匀速圆周运动,而惯性是指物体保持静止或匀速直线运动的状态,选项C错误;运动物体如果没有受到力的作用,根据牛顿第一定律可知,物体将继续以同一速度沿同一直线一直运动下去,选项D正确.
10.(多选)小轩很喜欢爸爸新买的数码照相机,在旅途中拍下了火车内桌面上塑料杯瞬间的不同状态,如图6中的甲、乙、丙所示.则下列关于火车运动状态的判断可能正确的是( )
图6
A.甲图中火车在匀速运动,乙图中火车突然向左加速,丙图中火车突然向左减速
B.甲图中火车在匀速运动,乙图中火车突然向右加速,丙图中火车突然向左加速
C.甲图中火车在匀速运动,乙图中火车突然向右减速,丙图中火车突然向右加速
D.甲图中火车在匀速运动,乙图中火车突然向左加速,丙图中火车突然向右减速
答案 AC
解析 题图甲中,塑料杯相对于桌面的位置没有发生改变,因此它们的运动状态是相同的,说明此时火车在匀速运动或静止,题图乙中,塑料杯向右倾倒,说明火车突然向左加速(或向右减速),因为,火车突然向左加速时,塑料杯的下部由于摩擦也随着加速,而上部由于惯性仍保持原来的运动状态,所以才会向右倾倒,火车向右减速时的情形也可用类似的方法解释;题图丙中,塑料杯向左倾倒,说明火车突然向左减速(或向右加速),因为,火车突然向左减速时,塑料杯的下部由于摩擦也随着减速,而上部由于惯性仍保持原来的运动状态,所以才会向左倾倒,火车向右加速时的情形也可用类似的方法解释,所以,题图甲中火车在匀速运动或静止,题图乙中火车突然向左加速(或向右减速),题图丙中火车突然向左减速(或向右加速),选项A、C正确.
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