第五讲 牛顿第一定律
思 维 导 图
知 识 梳 理
1.牛顿第一定律的定义及其理解
(1)定义：一切物体在没有受到力的作用的时候，总保持静止状态或匀速直线运动状态.
概念理解：①“一切”表明定律对所有物体普遍适用；②“没有受到力的作用”是指定律成立的条件，包含两层含义；
③“总”指的是没有例外，合外力为零；
④“或”即物体可以处于两种状态中的一种，不能同时.
(2)牛顿第一定律揭示了力不是维持物体原运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因.物体不受力时，会保持原运动状态不变化.而当物体的运动状态改变时，物体必定受到力的作用.
(3)牛顿第一定律不是实验定律，不能用实验直接验证，是在大量分析实验、经验事实基础上，通过进一步的推理而概括出的..
2.惯性定义及其理解
(1)定义：我们把物体保持运动状态不变的性质叫做惯性.从牛顿第一定律可以看出，物体有一种保持原运动状态的特性，这种特性的表现是不愿意改变原运动状态.
※物体的运动状态是保持静止还是运动完全取决于初始状态.
(2)惯性是物体固有的性质：
①一切物体在任何情况下都具有惯性.一切物体包括气体、液体、固体；静止的、运动的物体；运动状态改变或不改变的物体；受力或不受力的物体.
②惯性的大小由自身因素决定，与其他外界因素无关.惯性由物体的质量决定，质量越大，惯性越大.
(3)惯性不是力.惯性是物体具有的一种性质，力是物体对物体的作用，它们的本质不同.不能把惯性说成惯性力，不能认为能用力克服惯性，或比较惯性和力的大小.
(4)惯性现象及其解释：任何物体都有惯性，因惯性现象普遍存在于自然界和日常生活中，所以我们应当正确认识与惯性有关的现象及其产生的物理过程.
3.牛顿第一定律与惯性的区别
(1)牛顿第一定律(惯性定律)是描述物体不受外力时所遵循的运动规律，是有条件的，即只有物体在不受外力时才遵守；
(2)惯性是物体的一种属性，与物体是否受力、运动状态等一切外在因素无关，任何时候都存在.
物体受非平衡力作用时，惯性表现为“阻碍”运动状态的变化.
4.惯性在生活中的应用与防止
惯性现象在生活中既有有益的一面，也有有害的一面.有益的要加以利用，有害的要加以防止.
例 题 精 讲
一、牛顿第一定律
【例题1】看足球比赛的某同学突发奇想，如果在空中飞行的足球所受一切外力突然消失，关于足球的运动情况，下列判断正确的是 ( )
A.做匀速直线运动 B.停在空中静止不动
C.飞行路径不受影响 D.竖直下落
【例题2】把一只熟鸡蛋和一只生鸡蛋都放在水平桌面上，用同样大小的力分别使它们在桌面上绕竖直轴水平旋转，然后用手按住并立即释放，则 ( )
两鸡蛋都立即停止转动
B.熟鸡蛋停止转动，生鸡蛋仍转动几圈后再停止
C.两鸡蛋都再转动几圈后再停止转动
D.熟鸡蛋仍转动几圈后再停止，生鸡蛋停止转动
【例题3】伽利略用两个对接的斜面，一个斜面固定，让小球从固定斜面上滚下，又滚上另一个倾角可以改变的斜面，斜面倾角逐渐改变至0，如图所示.伽利略设计这个实验的目的是说明 ( )
A.如果没有摩擦，小球将运动到与释放时相同的高度
B.如果没有摩擦，物体运动时机械能守恒
C.维持物体做匀速直线运动并不需要力
D.如果物体不受到力，就不会运动
【变式训练1】关于牛顿第一定律，下列说法正确的是( )
A.该定律是通过斜面小车实验直接得到的
B.该定律不能用实验证明，只是一种猜想
C.该定律可以用实验来证明，因为它是力学的一个基本定律
D.该定律是在可靠的事实基础上，通过科学推理概括出来的，虽然不能用实验来证明，但能接受住实践的检验
【变式训练2】根据牛顿第一定律可知 ( )
A.物体运动状态改变时，一定受到外力的作用
B.物体若不受外力的作用，一定处于静止状态
C.运动的物体若去掉外力作用，物体一定慢慢停下来
D.物体的运动是依靠力来维持的
【变式训练3】根据牛顿第一定律，下列说法不正确的是( )
A.运动员冲刺到终点后，不能马上停下来，还要向前跑一段距离
B.自行车紧急刹车，轮子不转了，车子还会向前滑动
C.地球由西向东转，我们向上跳起后，还落到原地
D.气球吊着物体上升，某时刻绳子突然断了，物体立刻相对于地面向下运动
【变式训练4】在匀速行驶列车车厢的天花板上悬吊一个小球A，在A 的正下方地板上有一点B，如图所示，当用剪刀剪断细线，小球 A 将（ ）
A.落在 B 点上 B.落在 B 点的前面
C.落在 B 点的后面 D.无法确定
【变式训练5】小吴、小王和小杨在一艘速度为ν的做匀速直线运动的海轮上玩抛球游戏.小吴以速度ν将球竖直上抛，小王以速度v将球竖直下抛，小杨以速度v将球平行于海轮航行方向水平抛出.若球落地时，落地点均在船上，且不计任何阻力.则下列说法正确的是 ( )
A.小吴抛出的球落地点距离抛出点的正下方最远
B.小杨抛出的球落地点距离抛出点的正下方最远
C.他们三个抛出的球落地点均在抛出点的正下方
D.只有小杨抛出的球落地点在抛出点的正下方
二、惯性
1.惯性现象的“一只”“二有”“三区别”
①“一只”：惯性的大小只跟物体的质量有关.
②“二有”：惯性是一切物体固有的属性；物体在任何情况下都有惯性.
③“三区别”：惯性与牛顿第一定律的区别；惯性与力的区别；惯性与速度的区别.
2.惯性的“两种表现”
①不受外力的条件下，惯性表现出“保持”“原来的”运动状态.
②在受力条件下，惯性表现出运动状态改变的难易程度，质量越大，惯性越大，运动状态越难改变.
【例题1】桌上放一个装满水的瓶子，中间有一个气泡，如图所示，用手向右推一下瓶子，气泡将向 运动，如果使瓶子在桌面上匀速向右运动时，气泡将 .
【例题2】下列事例中，属于避免惯性带来危害的是( )
A.跳远时，助跑能使运动员跳得更远
B.锤头松了，将锤柄在地面上撞击几下，锤头就紧套在锤柄上
C.拍打刚晒过的被子，灰尘脱落
D.汽车在行驶时要保持一定的车距
【例题3】下列关于惯性的说法正确的是 ( )
A.火箭升空时速度增大，惯性增大
B.宇航员从地球到达太空，惯性减小
C.战斗机战斗前抛掉副油箱，惯性增大
D.给空卡车装满货物，卡车的惯性增大
【例题4】(1)空气中的铁球和乒乓球如图所示，一只容器固定在一个小车上，在容器中分别悬挂一只铁球和一只乒乓球，容器中铁球和乒乓球都处于静止状态，当容器随小车突然向右运动时，两球的运动情况是(以小车为参考系) ( )
A.铁球向左，乒乓球向右 B.铁球向右，乒乓球向左
C.铁球和乒乓球都向左 D.铁球和乒乓球都向右
(2)水中的铁球和乒乓球如图所示，一只盛水的容器固定在一个小车上，在容器中分别悬挂和拴住一只铁球和一只乒乓球.容器中的水和铁球、乒乓球都处于静止状态.当容器随小车突然向右运动时，两球的运动状况是(以小车为参考系) ( )
A.铁球向左，乒乓球向右
B.铁球向右，乒乓球向左
C.铁球和乒乓球都向左
D.铁球和乒乓球都向右
【变式训练1】伽利略根据小球在斜面上运动的实验和理想实验，提出了惯性的概念，从而奠定了牛顿力学的基础.早期物理学家关于惯性有下列说法，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，将不能以同一速度沿同一直线运动
【变式训练2】如图所示，小车上的木块突然向左倾倒，发生这一现象的原因可能是 ( )
A.小车突然向左运动
B.小车突然向右运动
C.向右运动的小车突然停下
D.以上原因都有可能
【变式训练3】如图所示，用尺快速击打最下面的棋子，最下面的棋子被击后飞出去，说明力可以改变物体的 ；上面的棋子仍然留在原处(且在重力的作用下下落)，是因为棋子具有 .
三、探究实验
【例题1】如图，小球从斜面自由滑下，运动到O点时，所有外力都消失，小球的运动路径是 ( )
A.沿OA 运动 B.沿OB 运动
C.沿OC 运动 D.沿OD 运动
【例题2】“在水平木板上铺上粗糙程度不同的材料，小车自斜面顶端由静止开始滑下，比较小车在水平面运动的距离”，如图所示.伽利略、牛顿等科学家曾多次做过类似实验，并在此基础上分析推理得出著名的牛顿第一定律.请回答下列问题：
(1)为了得出科学结论，三次实验中小车每次都从斜面上同一高度处由静止自由下滑，这样做的目的是
(2)三次实验中，小车在 表面上停止得最慢，是因为小车在该表面受到的阻力 .
(3)进一步推理可知，若水平面绝对光滑(小车不受阻力)，则小车会在水平面上做 运动.
【变式训练1】如图是小明自创的“大炮”的示意图.当瓶内产生的气体增多时，瓶塞会水平向右冲出，若此时所有外力全部消失，瓶塞将 ( )
A.立即沿竖直方向下落到地面上
B.向上运动
C.水平向右做匀速直线运动
D.立即静止
【变式训练2】在探究“阻力对物体运动的影响”实验中，在水平木板上先后铺上粗糙程度不同的毛巾和棉布，让小车从斜面顶端由静止滑下，如图1所示，观察和比较小车在毛巾表面、棉布表面和木板表面滑行的距离.
(1)实验中每次均让小车从斜面顶端由静止滑下的目的是： —— ·
(2)实验中是通过改变 来改变小车所受阻力大小的.
(3)实验中发现：小车在毛巾表面上滑行的距离最短，在木板上滑行的距离最长，说明小车受到的阻力越小，速度减小得越 (选填“快”或“慢”).
(4)推理：本实验中，如果小车在水平面上滑行时受到的阻力为零，它将做 .
(5)在此基础上，牛顿总结了伽利略等人的研究成果概括出牛顿第一定律，请问：牛顿第一定律 (选填“能”或“不能”)直接由实验得出.
(6)通过上面的探究后，小明再思考如下的问题：如图2所示，摆球从 A 点由静止释放摆到右侧最高点C时，如果摆球所受的力忽然全部消失，则摆球将 (选填“往回摆”“静止”或“做匀速直线运动”).
【例题精讲】
一、牛顿第一定律
【例题1】【解析】根据牛顿第一定律我们知道，物体不受外力作用时，原来静止的物体将永远保持静止状态；原来运动的物体将永远做匀速直线运动，速度的大小和方向都不改变.因为足球原来是运动状态，当外力突然消失，足球仍然保持原来的运动状态，所以足球将保持原来的速度做匀速直线运动.
【答案】A
【例题2】【解析】熟鸡蛋蛋壳内的物质变成整体与鸡蛋壳连在一起，用手按住立即静止，而生鸡蛋的蛋黄与蛋壳间有蛋清，用手按住转动的生鸡蛋，蛋内的蛋黄还要保持原来的运动状态而继续转动，所以手松开后，整个生鸡蛋又继续转几圈.
【答案】B
【例题3】【解析】在伽利略理想斜面实验中，“小球从两个对接的斜面中的固定斜面滚下后将滚上另一个斜面”是经验事实；“如果没有摩擦小球将运动到与释放时相同的高度”是推论；“减小第二个斜面的倾角，小球在斜面上滑行的距离更长”也是推论；“当第二个斜面的倾角为0时，小球将沿水平面做匀速直线运动而不需要力来维持”是外推的结果.本实验是为了否定亚里士多德的观点，揭示物体的运动不需要力来维持，所以C正确，A、B、D均错误.
【答案】C
【变式训练1】D
【变式训练2】A
【变式训练3】D
【变式训练4】A
【变式训练5】B
二、惯性
【例题1】【解析】原来瓶子和水都保持静止，后来瓶子由于受推力由静止变运动，而瓶里的水由于具有惯性，仍保持静止，所以水相对于瓶子向后运动，把气泡挤到前方.如果使瓶子在桌面上匀速向右运动，此时处于平衡状态，故气泡将不动.
【答案】前(或右) 不动
【例题2】【解析】一切物体都具有惯性，惯性是物体本身的一种属性，人们在实际生活中利用惯性为我们服务，也能更好地防止它带来的危害. A.跳远助跑使自己具有一定的速度是利用惯性跳得更远；B.锤柄虽然停止了运动，但锤头由于惯性会继续运动，从而套在锤柄上，这是典型的利用惯性；C.手虽然停止拍打，但灰尘由于惯性会继续运动，从而脱落，这是利用惯性；D.汽车行驶中如遇刹车，汽车由于惯性不会立即停止而滑行一段距离，如果不保持车距，会发生车祸，这是典型的防止惯性带来危害的例子.
【答案】D
【例题3】【解析】A.物体的惯性只与物体的质量有关，故A错误；
B.物体的惯性只与物体的质量有关，与位置无关，宇航员从地球到达太空，惯性不变，故B错；
C.战斗机战斗前抛掉副油箱，质量减小，惯性减小，故C错误；
D.给空卡车装满货物，质量增大，卡车的惯性增大，故D正确.
【答案】D
【例题4】(1)【解析】由于惯性，当容器随小车突然向右运动时，铁球和乒乓球都相对容器向左偏，C正确.
(2)【解析】因小车突然向右运动，铁球和乒乓球都有向左运动的趋势，但由于与同体积的“水球”相比，铁球质量大、惯性大，铁球的运动状态难改变，即速度变化慢，而同体积的“水球”的运动状态容易改变，即速度变化快，而且水和车一起加速运动，所以小车加速运动时，铁球相对于小车向左运动，同理，由于与同体积的“水球”相比，乒乓球的质量小，惯性小，乒乓球向右运动，A对.
【答案】(1)C (2)A
【变式训练1】A
【变式训练2】B
【变式训练3】运动状态 惯性
三、探究实验
【例题1】【解析】根据牛顿第一定律可知，一切物体在没有受外力作用时，静止的将保持静止，运动的将保持匀速直线运动，当小球受到的一切外力同时消失时，它将保持原来的运动状态，继续向前做匀速直线运动.
【答案】D
【例题2】【答案】(1)使小车运动到水平面上的初速度相同
(2)木板 最小
(3)匀速直线
【变式训练1】C
【变式训练2】(1)使小车在水平面上开始滑行时的速度相等 (2)接触面的粗糙程度 (3)慢 (4)匀速直线运动 (5)不能 (6)静止
