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4.1牛顿第一定律 知识点练习
一、知识点一 伽利略理想实验
1．在物理学的重大发现中科学家们创造了许多物理思想与研究方法，高一上学期同学们学习了理想实验法、控制变量法、极限思想法、建立物理模型法、类比法和科学假说法等等，以下关于所用物理学研究方法的叙述正确的是（　　）
A．根据速度定义式，当非常小时，就可以用表示物体在时刻的瞬时速度，这是应用了平均值法
B．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，忽略物体的大小和形状，用质点代替物体的方法，采用了等效替代的思想
C．伽利略的理想实验是一个纯思维实验，其正确性应接受实践的检验
D．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看做匀速直线运动，然后把各小段的位移相加。这里采用了微元法
2．（多选）伽利略理想斜面实验创造性的把实验、假设和逻辑推理相结合的科学方法，有力地促进了人类科学认识的发展。关于伽利略的斜面实验，下列说法正确的是（　　）
A．该实验虽然是理想实验，是在思维中进行的，但仍以真实的实验为基础
B．如果斜面粗糙，不论右侧斜面倾角如何，小球也将上升到与释放点等高的位置
C．该实验说明了物体的运动不需要力来维持
D．该实验证明了力是维持物体运动的原因
二、知识点二 牛顿第一定律
3．下列说法正确的是(　　)
A．物体受到力的作用，运动状态一定改变
B．竖直向上抛出的物体，物体竖直上升，是因为受到一个竖直向上的升力
C．物体只有相互接触才会产生力的作用
D．同一个物体既可以是施力物体也可以是受力物体
4．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
5．（多选）同学们到中国科技馆参观，看到了一个有趣的科学实验：如图所示，一辆小火车在平直轨道上匀速行驶，当火车将要从“∩”形框架的下方通过时，突然从火车顶部的小孔中向上弹出一小球，该小球越过框架后，又与通过框架的火车相遇，并恰好落回原来的孔中。下列说法中正确的是（　　）
A．相对于地面，小球运动的轨迹是直线
B．相对于地面，小球运动的轨迹是曲线
C．小球能落回小孔是因为小球在空中运动的过程中受到水平向前的力
D．小球能落回小孔是因为小球具有惯性，在水平方向保持与火车相同的速度
三、知识点三 惯性与质量
6．《论衡》是中国思想史上的一部重要著作，是东汉时期杰出的唯物主义思想家王充的智慧结晶。其《效力篇》中有如下描述：“是故车行于陆，船行于沟，其满而重者行迟，空而轻者行疾”“任重，其进取疾速，难矣”。结合以上叙述，下列说法正确的是（　　）
A．力是维持运动的原因 B．力是改变运动状态的原因
C．质量越小，物体的惯性越大 D．速度越小，物体的惯性越大
7．北京时间2024年8月5日，在巴黎奥运会游泳男子米混合泳接力决赛中，由徐嘉余、覃海洋、孙佳俊、潘展乐组成的中国队以3分27秒46的成绩夺得金牌，打破了美国队在该项目长达40年的垄断。下列说法中正确的是（　　）
A．3分27秒46表示时刻
B．各队中中国队的平均速率最大
C．潘展乐在加速冲刺过程中惯性增大
D．研究潘展乐的入水动作时可以将其看成质点
8．（多选）“天宫课堂”第四课于年月日时分开课，神舟十六号航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮在中国空间站梦天实验舱面向全国青少年进行太空科普授课。在奇妙“乒乓球”实验中，航天员朱杨柱用水袋做了一颗水球，桂海潮用白毛巾包好的球拍击球，水球被弹开。对于该实验说法正确的是（　　）
A．击球过程中，水球所受弹力是由于“球拍”发生形变产生的
B．击球过程中，水球所受弹力是由于水球发生形变产生的
C．梦天实验舱内，水球质量越大其惯性越大
D．梦天实验舱内可进行牛顿第一定律的实验验证
9．别小看这么一台风车，可以说古人的智慧是满满的。当农民转动把柄，风扇叶向左吹风，顶槽漏下的谷子就被分为三类：A出口得到实谷，B出口得到半实的谷，C出口得到瘪谷。这样选谷利用的原理是什么？具体解释一下。
四、提高练习
10．2024年6月23日，中国重复使用运载火箭首次10公里级垂直起降飞行试验圆满成功，火箭由中国航天科技集团有限公司第八研究院总研制。火箭开始降落时发动机不工作，降至一定高度发动机点火火箭减速，如图为回收火箭减速降落时所拍摄的照片，下列说法正确的是（　　）
A．火箭速度的变化率越大，其加速度就越大
B．火箭加速到一定高度后关闭发动机，火箭立即开始下落
C．火箭降落过程中，其加速度的方向与速度变化量的方向开始相同后相反
D．火箭在最高点时，其速度为零加速度也一定为零
11．下列说法中正确的是（　　）
A．飞机投弹时，如果当目标在飞机的正下方时投下炸弹，恰好能击中目标
B．地球由西向东自转，你向上跳起来以后，还会落在原地，而不落到原地的西边
C．我国道路交通安全法规定，在各种小型车辆里乘坐的人必须系好安全带，是为了减小惯性
D．向上抛出的物体，在空中向上运动时，肯定受到了向上的作用力，否则它不可能向上运动
12．（多选）关于惯性，以下描述正确的是（　　）
A．图甲，从地面带到太空中，冰墩墩的惯性变小
B．图乙，急转弯时，行李箱向汽车转弯轨迹内侧运动
C．图丙，迅速向右抽拉白纸，小钢球相对白纸向左运动
D．图丁，匀速运动的小车上装有弹射管，弹出的钢球将会落回弹射管
13．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
14．（多选）伽利略在研究自由落体运动时，遇到了两个问题：①无精确的计时仪器；②无测瞬时速度的工具.他采用了一个很巧妙的方法，用来“冲淡”重力.如下图所示，让铜球沿阻力很小的斜面滚下，经过实验证明小球沿斜面的运动是匀加速直线运动，且只要斜面的倾角一定，小球的加速度都是相同的.由此他推断：自由落体运动也是匀变速直线运动.伽利略对自由落体运动的研究，是科学实验和逻辑思维的完美结合，对这一过程的分析，下列叙述正确的是
A．丁实验可“冲淡”重力的作用，更容易测时间，解决了问题①
B．伽利略利用替代解决了问题②
C．甲是实验现象，丁是经过合理的逻辑推理得到的猜想结论
D．丁是实验现象，甲是经过合理的逻辑推理得到的猜想结论
15．研究力和运动的关系
历史上对于动力学的研究经历了漫长的过程，牛顿在伽利略、笛卡尔等科学家的研究基础上，最终确立了力和运动之间的关系。
（1）如图所示为伽利略在研究力和运动关系时做的斜面实验，伽利略设计该实验是为了说明（　　）
A．运动不需要力来维持
B．如果物体不受到力，就不会运动
C．运动的小球具有惯性
D．如果没有摩擦，小球将运动到释放时相同的高度
（2）伽利略的斜面实验采用的科学方法是（　　）
A．等效替代 B．理想实验
C．微小量放大 D．无限分割与逼近
（3）牛顿在伽利略等人研究的基础上提出牛顿第一定律，表明力是使物体　 　发生变化的原因，同时还揭示了任何物体都具有　 　。
（4）如图所示为用DIS验证“加速度与力的关系”的实验装置。请完成下列问题：
（1）本实验使用的是　 　传感器。每次释放小车B时，　 　（选填“必须”或“不必”）从同一位置释放。
（2）为了研究加速度与力的关系，在实验中，要保持　 　的质量不变，改变　 　的质量，来达到改变拉力的目的。
（3）某同学记录多组数据，得到加速度与外力的关系如图所示，图像不过原点的原因是　 　，根据图像求得运动物体的质量m=　 　kg。
16．热气球下系一小球，以加速度a从地面由静止开始匀加速上升，经时间t1=3s小球与气球分离，分离后，小球以大小为g的加速度做匀减速运动，上升到最高点后做自由落体运动，从分离到落到地面经过时间t2=6s．（g=10m/s2）求：
（1）小球匀加速上升的加速度a；
（2）小球落地时的速度．
17．如图，质量为1.0Kg的物体，受到沿斜面向上的力F=8.0N的力作用，沿斜面以4m/s的速度向上作匀速运动。已知θ＝37°，求；
（1）物体与斜面间的动摩擦因数 。
（2）若将力F增大为10N，物体的加速度为多大？方向如何？
（3）力增大后，经时间0.5s，速度将变为多大？（sin37°=0.6， cos37°=0.8，g=10m/s2）
18． 伽利略观察原先处于静止状态的一块石头从高处下落，并不断获得新的速率增量时，就相信这样的增加是以极其简单的对任何人都很明显的方式进行的。这一信念促使伽利略按匀加速运动的规律来处理落体运动。
（1）但是在定义匀加速运动时，他似乎走了一段弯路。起初，他也跟别人一样，假设下落过程中物体的速度与下落距离成正比，即，他又是通过理想实验做出了正确的判断。他假设物体在落下第一段距离后已得到某一速度，于是在落下的距离加倍时，速度也应加倍。果真如此的话，会推出什么荒谬的结论呢？
（2）于是伽利略转而假设物体的速度与时间成正比。后来他设计了如图所示的“斜面实验”，当时只能靠滴水计时。伽利略在《关于两门新科学的对话》中写道：“我们将木板的一头抬高，使之略呈倾斜，再让铜球由静止滚下……为了测量时间，我们把一只盛水的大容器置于高处，在容器底部焊上一根口径很细的管子，用小杯子收集每次下降时由细管流出的水，然后用极精密的天平称水的重量……”。若将小球由静止滚下的距离记为L，对应时间内收集的水的质量记为m，请你分析说明如何证明小球的运动为匀变速直线运动。
参考答案
1．D
2．A,C
A．小球从左侧斜面上某点由静止释放后沿斜面向下运动，并沿右侧斜面上升，阻力越小则上升的高度越大，伽利略通过上述实验推理得出运动物体如果不受其他物体的作用，将会一直运动下去。该实验完全是理想实验，是在思维中进行的，同时是以斜面实验真实的实验为基础，故A正确；
B．如果斜面粗糙，小球会有能量损失，将不能上升到与O点等高的位置，故B错误；
CD．该实验说明了物体的运动不需要力来维持，故C正确，D错误。
3．D
4．B
5．B,D
相对于地面，小球竖直方向做竖直上抛运动，水平方向做匀速运动，轨迹是曲线，故A错误，B正确；能落回小孔是因为小球具有惯性，在水平方向保持与火车相同的速度，因此C错误，D正确。
6．B
7．B
8．A,C
AB.弹力是由施力物体的形变产生的，水球所受弹力的施力物体是“球拍”所以该力弹力是由于“球拍”发生形变产生的，A符合题意，B不符合题意；
C.惯性大小的唯一量度是质量，质量越大，惯性越大，所以梦天实验舱内，水球质量越大其惯性越大，C符合题意；
D.牛顿第一定律是理想定律，不能通过实验进行验证，D不符合题意。
9．解：利用的原理是惯性。实谷由于质量大，惯性大，难于被风吹远；瘪谷由于质量小，惯性小，很容易就被吹远了。
10．A
11．B
12．C,D
13．A
14．B,C
A、在伽利略时代，没有精确的计时仪器，因此伽利略让小球从斜面上滚下来用来“冲淡”重力，即利用斜面上小球的运动替代自由落体运动解决了问题①，丁是自由落体运动，故A错误；
B、在伽利略时代，技术不够发达，无法直接测定瞬时速度﹐所以不可能直接得到速度的变化规律，但是伽利略通过数学运算得出结论：如果物体的初速度为零，而且x∝t2 ，就可以检验这个物体的速度是否随时间均匀变化，小球是否做匀变速运动，即利用x∝t2替代v∝t解决了问题②，故B正确；
CD、甲乙丙是实验现象，丁是经过合理外推得到的结论，故C正确，D错误。
15．（1）A
（2）B
（3）运动状态；保持原来静止或匀速直线运动状态的性质
（4）位移；不必；小车；钩码；没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力时木板倾角太小；0.6
16．（1）解：一以向上为正方向，设小球随气球上升时间为t1，此过程上升距离为h1，则有；
…①
速度v1=at1=3a…②
小球在A点离开热气球后在重力作用下经过A﹣B﹣O，设时间为t2，则此过程小球的加速度为g，有：
﹣h1= =18a﹣180…③
由①②③可得：﹣
小球匀加速上升时的加速度：a=8m/s2，方向竖直向上
答：小球匀加速上升的加速度为8m/s2；
（2）解：小球经过A﹣B﹣0，落地时：
v2=v1﹣gt2=3×8﹣10×6m/s=﹣36m/s
即小球落地时速度大小为36m/s，方向竖直向下．
答：小球落地时的速度为36m/s，分析竖直向下
17．（1）对物体进行受力分析，如图所示：
，
物体沿斜面向上匀速运动，垂直斜面有： ，沿斜面方向有： ，摩擦力为： ，代入数据解得：
（2）当F增大为10N时，垂直斜面有： ，沿斜面方向根据牛顿第二定律有： ，代入数据解得： ，方向沿斜面向上
（3）根据速度时间公式： ，解得：
18．（1）解：他假设物体落下某距离s得到速度v，于是在落下的距离加倍时，速度也应加倍。此时通过两段距离的时间和通过第一段距离时间相等。也就是说，通过第二段距离不必花时间，可见这是荒谬的。
（2）解：由细管流出的水速可以看作是恒定的，则对应时间内收集的水的质量应该与时间成正比，即
如果下落距离与收集到的水质量的平方成正比，即
则下落距离与下落时间的平方成正比，即
若小球的运动为匀变速直线运动，则速度与时间成正比，则
则
故只要能证明，则，则，即小球的运动为匀变速直线运动。
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