第四章牛顿运动定律测试.docx

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第四章牛顿运动定律测试

第四章第1节牛顿第一定律

一、学习目标

（1）能大致叙述发现牛顿第一定律的历史过程，并能作出初步评述。

（2）能清楚地描述伽利略关于力与运动的思想观念，以及对应设计出的理想实验和相应的推理结论。

（3）能准确表述牛顿第一定律，并能对定律有较为深入地理解，体会定律深刻的思想性和认识问题的本质性。

（1）能举例说明：

物体的质量是其惯性大小的量度。

二、自学教材

1.牛顿第一定律：

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，牛顿第一定律又叫惯性定律．

2.惯性：

物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质。

3.理想实验的魅力

（1）亚里士多德观点：

必须有力作用在物体上．物体才能；没有力的作用，物体就要在某个地方，即力是物体运动的原因。

（2）伽利略理想斜面实验

小球沿斜面由滑下，再滚上另一个斜面，如果不计摩擦将滚到处．放低后一斜面，小球仍达到同一高度．但要滚得；若放平后一斜面，球将滚下去。

（3）伽利略观点：

不是维持物体运动的原因，而恰恰是物体运动状态的原因．

（4）笛卡儿观点：

除非物体的作用，物体将永远保持其或运动状态，永远不会使自己沿运动，而只保持在直线上运动．

4．牛顿物理学的基础——惯性定律

一切物体总保持状态或状态，除非作用在它上面的迫使它改变这种状态．

5．惯性与质量

（1）惯性的概念：

物体保持状态或状态的性质叫惯性，任何物体都有惯性．

（2）惯性的量度：

是物体惯性大小的惟一量度．质量只有大小，没有方向，是量．在国际单位制中，质量单位是千克，符号为kg.

探究讨论

有人认为，只有静止或做匀速直线运动的物体才具有惯性，做变速运动的物体不具有惯性，这种看法对吗？

不对．任何物体在任何情况都具有惯性，惯性是物体的固有属性，质量是惯性的惟一量度．惯性的大小与物体所处的运动状态无关．

三、重点与难点

（一）、牛顿第一定律

1．牛顿第一定律正确揭示了力和运动的关系，明确了力是改变物体运状态的原因。

2．描述了物体不受外力作用时的状态是匀速直线运动状态或静止状态，这是一种理想化的状态.

3．揭示了物体都有惯性，所以又叫惯性定律．

4．牛顿第一定律无法用实验加以验证，它是在“理想实验”的基础上加以“科学推理”得出的，所导航学校物理必修一111

谓“理想实验”是由在实际实验的基础上，根据实验现象，抓住问题的主要方面，忽影响实验的次要因素，对实验进行合理外推得到结论的实验方法．

【典型例题1】

关于牛顿第一定律，下列说法中正确的（）

A.伽利略的斜面实验是牛顿第一定律的实验基础

B.笛卡儿在牛顿总结出第一定律之前，已经正确地表述了牛顿第一定律的内容

C.牛顿第一定律在任何条件下都成立

D.牛顿第一定律已孕育着牛顿第二定律产生的因素

解析

（1）伽利略的理想斜面实验揭示了物体如果不受外力，将保持原来的运动状态不变这一基本属性，为牛顿第一定律的建立奠定了坚实的实验基础．

（2）笛卡儿进一步补充和完善了伽利略的观点，他指出：

如果没有其他原因，运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向，牛顿在伽利略、笛卡儿等人的研究基础上，系统地总结了力学的知识，得出了牛顿第一定律．（3）牛顿第一定律适用于任何物体，具有定律的普遍性，但也是有条件的，只有在惯性系中才成立．（4）牛顿第一定律已经孕育着牛顿第二定律产生的因素，如果物体受到的合力不为零，其运动状态必然会改变，也就是说必然会产生加速度．正确选项为：

A、B、D，

点评在掌握知识的同时，也应对相关的物理学史有所了解，

反馈练习1

以下各说法中正确的是

A.牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时物体的运动

B.不受外力作用时，物体运动状态保持不变，是由于物体具有惯性

C.在水平面上滑动的木块最终停下来，是由于没有外力维持它运动的结果

D.物体运动状态变化时，物体必定受到外力作用

反馈练习2.

伽利略理想斜面实验将可靠的事实和理论思维结合起来，能更深刻地反映自然规律，伽利略的斜面实验程序如下：

1减小第二个斜面的倾角，小球在这斜面上仍然要达到原来的高度；

2两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一斜面；

3如果没有摩擦，小球将上升到释放的高度；

4继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球沿水平面做持续匀速运动，

请按实验先后次序排列，并指出它究竟属于可靠的事实，还是通过思维过程的推论，下列选项中正确的是（）

A.事实②—>推论③—>事实①—>推论④B.事实②—>推论③—>推论①—>推论④

C.事实②—>推论①—>推论③—>推论④D.事实②—>推论①—>事实③—>推论④

（二）、惯性

1.惯性不是力，是物体的一种固有属性，是保持原来运动状态不变的性质．

2.惯性大小由物体的质量惟一决定，而与物体的运动状态及物体受力与否均无关．

3.惯性的表现形式：

物体不受力时，惯性表现为保持匀速直线运动或静止状态这种原来的状态．在受力时，惯性表现物体运动状态改变的难易程度，质量越大，惯性越大，物体运动状态越难以改变．

【典型例题2】将一玻璃瓶装水后密闭放在水平桌面上，在瓶的中部有一个气泡处于静止状态，如图所示，现突然用力将瓶子向前推动一下，则可以看到气泡相对于瓶子的运动情况是

A.不动B.向前C.向后D.无法确定

解析:

物体受外力时，惯性表现为物体运动状态改变的难易程度．由于惯性大小与质量有关，而同等体积的水的质量大于气泡的质量．因此水的惯性远大于气泡的惯性，突然用力推瓶，水的惯性比气泡的惯性大，水保持静止状态的趋势远大于气泡保持静止状态的趋势，所以，气泡导航学校物理必修一112

相对于瓶子向前运动，B项正确．同理当玻璃瓶由运动突然停止时，气泡将相对于瓶子向后运动，本题正确答案为B

点评物体惯性的大小由质量决定，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小.

反馈练习3、

下面关于惯性的说法中，正确的是

A运动速度大的物体比速度小的物体难以停下来，所以运动速度大的物体具有较大的惯性

B物体受的力越大，要它停下来就越困难，所以物体受的推力越大，则惯性越大

C．物体的体积越大，惯性越大

D物体含的物质越多，惯性越大

反馈练习4、

如图所示，在水平平直公路上匀遠行驶的小车顶上，用绳子悬挂着一个小球．

（1）若剪断绳子，小球将落至A、B、C中的点；

（2）若小车速度突然减小，小球将偏向方；

（3）若小车速度突然增大，小球将偏向方．

误区警示在分析力学问题时，误认为运动的物体就一定受到力的作用，且运动物体的运动方向必与其受力方向相同，速度越大，则物体受力越大．因此，必须深刻认识到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，物体的惯性只与物体的质量有关，质量是物体惯性大小的量度．惯性与物体的运动状态、速度大小、所处位置无关．

【典型例题3】关于力和运动的关系，下列说法中正确的是

A.物体的速度不断增大，表示物体必受力的作用

B.物体的位移不断增大，表示物体必受力的作用

C.物体朝什么方向运动，则这个方向上物体必受力的作用

D.物体的速度大小不变，则其所受的合力必为零

错解．ABCD

剖析该题错选的主要原因就是对基本概念理解不深刻，且日常错误观念影响．误以为只有有力作用在物体上，物体才会运动，撤去外力，物体就要停下来，实际上，力是改变物体运动状态的原因，不是维持物体运动的原因．运动状态的改变即速度的改变，而速度的改变包括大小和方向两个要素，速度的大小不变而方向改变，也是运动状态改变了，说明一定有外力作用，

正解A

《第1节牛顿第一定律》同步检测

基础巩固

1、下列说法中正确的是

A.物体不受力的作用就一定静止B.物体不受力的作用就一定做匀速直线运动

C.物体受力才能运动D.以上说法都是错误的

2、关于运动和力的关系，下列说法中正确的是

A.力是物体速度不断变化的原因B.力是产生加速度的原因

C.力是物体的位移不断增大的原因D.力是物体运动状态发生变化的原因

3、以下几种情况中，不需要对物体施加力的是

A.物体从静止变为运动B.物体从运动变为静止

C.物体的运动方向不断改变D.物体的速度大小和运动方向都不改变

4、火车在长直的轨道上匀速行驶，门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起，发现仍落回到原处，这是因为

A.人跳起后，车厢内空气给他以向前的力，带着他随火车一起向前运动

导航学校物理必修一113

B.人跳起的瞬间，车厢的地板给人一个向前的力，推动他随火车一起运动

C.人跳起后，车继续前进，所以人落下必然偏后一些，只是由于时间很短，偏后的距离不易观察出来

D.人跳起后直到落地，在水平方向上人和车具有相同的速度

5、建筑工地上吊车正吊着一小车建筑材料匀速上升，某时刻车子边缘掉落一小块石子，则它掉落后（不计空气阻力）

A.立即向下运动B.仍将向上运动一小段时间

C.它只受重力作用D.它除受重力作用外，还受向上的冲力作用

6关于惯性的大小，下列说法中正确的是

A.高速运动的物体不容易让它停下来，所以物体运动速度越大，惯性越大

B.用相同的水平力分别推放在地面上的两个材料不同的物体，则难以推动的物体惯性大

C.两个物体只要质量相同，那么惯性就一定相同

D.在月球上举重比在地球上容易，所以同一个物体在月球上比在地球上惯性小

7、在空中下落的雨滴，在落至地面附近时可以看成是匀速直线运动，下述说法中正确的是（）

A.雨滴开始下落阶段，运动状态不断改变，说明雨滴受到了力的作用

B.匀速下落时，不受任何力的作用

C.下落过程中，受到的各力大小不变

D.匀速下落时，受到了平衡力的作用

能力提升

8、如图所示，在一辆表面光滑的小车上，有质量分别为m1，m2的两个小球（m1）m2）随车一起匀速运动，当车突然停止时，如不考虑其他阻力，设车足够长，则两个小球（）

A.一定相碰B.一定不相碰

C.不一定相碰D.难以确定是否相碰，因为不知小车的运动方向

9、有一仪器中电路如图所示，其中M是质量较大的一个金属块，两端与弹簧相连接，将仪器固定在一辆汽车上，当汽车急刹车时，哪只灯会亮？

当汽车启动时，哪只灯会亮？

为什么？

10、如图所示，较重的书系于线CD的下端，书下再系根同样的线BA.

（1）若在线的A端慢慢增加拉力，则线先断．

（2）若在线的A端突然用力一拉，则线先断．

11、如图所示c俯视图，以速度v匀速行驶的列车车厢内有一水平桌面，桌面上的A处有一小球，若车厢中的旅客突然发现小车沿图中虚线由A向B运动．则由此可判断列车

A.减速行驶，向南转弯B.减速行驶，向北转弯

C.加速行驶，向南转弯D.加速行驶，向北转弯

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第2节《实验：

探究加速度与力、质量的关系》导学案

【学习目标】

（l）理解探究加速度与力、质量的关系的合理性和必要性。

（2）理解实验思路的合理性，以及用图象处理实验数据的有效性。

（3）经历实验的操作和测量过程，以及通过图象处理实验数据的过程，体验如何平衡摩擦阻力、减小系统误差（钩码所受的重力不等于小车所受的拉力等）的操作办法。

（4）体会整个探究过程的科学严谨和合理性。

【自学教材】

一、实验原理

保持物体的质量不变，测量物体在不同的力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系，保持物体所受力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系。

实验中取一个小车做研究物体，需要测量的物理量有三个：

小车的质量、小车所受的拉力、小车的加速度．小车的质量可以用天平测量，要改变小车的质量，可以在小车中增减砝码；用小盘和砝码牵引小车，使小车做匀加速运动的力与小盘和砝码的重力相等，增减小盘中的砝码就可以改变小车受到力；在小车上安装一条打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度。

分析以上所测数据，得出加速度与力、质量的关系。

二、实验器材一端带滑轮的光滑长木板，小车，纸带，细绳，小盘，砝码，打点计时器，导线，电源，天平，刻度尺。

三、实验步骤

1．用天平测出小盘的质量备用。

2．如图所示，把附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定于长木板上没有滑轮的一端，连接好电路，把纸带穿过打点计时器，一端固定在小车的后面；把细绳的一端拴在小车上，使细绳跨过滑轮．

3．利用斜面平衡小车所受的摩擦力：

先去掉钩码，用垫块垫起木板的后端，选择合适的角度，在车后拖上纸带。

打点计时器打点时，用手给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点子间隔基本均匀，就表明小车做匀速运动，即小车受到的阻力跟它的重力沿斜面方向的分力平衡。

（此处同学们可以在实验后再分析）

4．在细绳下面系上小盘，盘中放上一个小砝码，记下小-盘和砝码的总质量，填入表1中。

5．使小车靠近打点计时器，先接通电源，后放开小车，纸带随着小车运动，打点计时器就在纸带上打出一系列的小点。

6．取下纸带，选定某点，用刻度尺测量出出发点到该点的距离x，数出点的间隔得到时间t，根据a=△x/t2算出加速度a,填入表1中。

7．更换纸带，增加砝码个数，重复上述步骤五次，把所有数据均填人表l中。

8．用天平测出小车的质量，填入表2中。

9．如图所示，把附有定滑轮的长木板平放在实验桌上，并使滑轮伸出桌面，把打点计时器固定于长木板上没有滑轮的一端，连接好电路。

把纸带穿过打点计时器，一端固定在小车的后面；把细绳的一端拴在小车上，使细绳跨过滑轮，下边系上小盘，盘中放上一个砝码。

10．使小车靠近打点计时器，先接通电源，后放开小车，纸带随着小车运动，打点计时器就在纸带上打出一系列的小点。

11．取下纸带，选定某点，用刻度尺测量出出发点到该点的距离x，数出点的间隔得到时间t，根据a=△x/t2算出加速度a，填入表2中。

12．更换纸带，在小车中增加砝码个数，重复上述步骤7-9五次，把所有数据均填人表2中。

导航学校物理必修一115

表1

实验次数

1

2

3

4

5

6

小盘和砝码总质量（M/kg）

小车所受拉力F/N

小车加速度a/（m.s2）

表2

实验次数

1

2

3

4

5

6

小车总质量（M/kg）

小车加速度a/（m.s2）

四、实验结论

当小车质量不变时，加速度与拉力成正比关系；当拉力不变时，加速度与小车质量成反比关系．

五、注意事项

1．平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和砝码的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦。

，

2．实验中必须满足小车和砝码的质量远大于小盘和砝码总质量，只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等．

3．各纸带上的加速度a都应是该纸带上的平均加速度．

4．作图像时，要使劲尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点尽可能对称分布在所作直线两侧，离直线较远的点应舍去。

5．小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手。

【典型例题1】一汽车在路面情况相同的公路上直线行驶，下面关于车速、惯性、质量和滑行路程的说法中正确的是

A.车速越大，它的惯性越大B.质量越大，它的惯性

C.车速越大，刹车后滑行的路程越长D.车速越大，刹车后滑行的路程越长，所以惯性越大

析：

物体的惯性只决定于物体的质量，质量越大，惯性越大，刹车后滑行的路程与初速度和路面情况有关，初速度越大，滑行的路程越长，所以B、C是正确的．

【反馈练习1】在保持小车质量M不变，探究a与F的关系时，小车质量M和沙及沙桶质量m分别选取下列四组值，若其他操作都正确，那么在选用哪一组值测量时，所画出的a-F图线较准确？

A.M=500g,，m分别为50g、70g、l00g、125gB.M=500g，m分别为20g、30g、40g、50g

C.M=200g，m分别为50g、70g、100g、125gD.M=100g，m分别为30g、40g、50g、60g

【反馈练习2】“控制变量法”是物理中常用的探索问题和分析解决问题的科学方法之一．在探究加速度与力、质量的关系的实验中，我们就用到了“控制变量法”．下列说法中，你认为符合实际的是

A.通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系

B.通过保持小车质量不变，只改变小车拉力的研究，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系

C.通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系

D.先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系

误区警示

在利用打点计时器打出的纸带求运动物体的加速度时，错误地利用公式△x=

[（x2-x1）

导航学校物理必修一116

+（x3-x2）+…+（xn-xn-1）]=aT2来求，实际上，就成为△x=

（xn-xn-1）=aT2，这样就等于只用了两个数据，误差必然较大．

【典型例题2】实验装置如图甲所示，一木块放在水平长木板上，左侧拴有一细软线，跨过固定在木板边缘的滑轮与一重物相连，木块右侧与打点计时器的纸带相连，在重物牵引下，木块在木板上向左运动，重物落地后，木块继续向左做匀减速运动，图乙给出了重物落地后，打点计时器在纸带上打出的一些点，试根据给出的数据，求木块与木板间的动摩擦因数u，要求写出主要的运算过程，结果保留两位有效数字．（打点计时器所用交流电频率为50Hz，不计纸带与木块间的拉力，取重力加速度g=10m/s2）

错解有给出的数据可知，重物落地后，木块在连续相等的时间内的位移分别是：

x1=7.72cm,x2=7.21cm,x3=6.71cm,x4=6.25cm,.:

x5=5.76cm,x6=5.29cm,x7=4.81cm,x8=4.31cm

根据匀变速直线运动的规律知，（x2-x1）+（x3-x2）+…+（x8-x7）=7aT2,

a=（x8-x1）/7T2=-3.0m/s2.重物落地后木块只受滑动摩擦力的作用，以m表示木块的质量，根据牛顿第二定律，有-µmg=ma，解得µ=0.30.

剖析：

在处理打点计时器打出的纸带，求解运动物体的加速度时，要利用逐差法，这样各个数据都被利用了，计算结果误差较小，而利用上面的解法，只是利用了第一个和最后—个数据，误差会较大。

正解由给出的数据可知，重物落地后，木块在连续相等的时间T内的位移分别是：

x1=7.72cm,x2=7.21cm,x3=6.71cm,x4=6.25cm,.:

x5=5.76cm,x6=5.29cm,x7=4.81cm,x8=4.31cm.

以a表示加速度，根据匀变速直线运动的规律，有

△x=

[（x5-x1）+（x6-x2）+（x7-x3）+（x8-x4）]=4aT2，又知T=0.04s，解得a=-3.0m/s2.

重物落地后木块只受滑动摩擦力的作用，以m表示木块的质量，根据牛顿第二定律，有-µmg=ma解得µ=0.30．

第2节《实验：

探究加速度与力、质量的关系》同步检测

【基础巩固】

1、探究“加速度与力和质量的关系”的实验中，下列说法中正确的是

A．为了减小实验误差，悬挂物的质量应远小于小车和砝码的总质量‘

B．为减小小车、纸带受到摩擦力对实验的影响，需把小车运动平板起始端略垫高

C．实验结果采用描点法画图象，是为了减小误差．

D．实验结果采用坐标作图，是为了根据图象直观地作出判断

2、实验台上备有下列器材：

A．电磁式打点计时器、纸带及复写纸片；B.附有定滑轮的长木板;C.小车;D.砝码;E.钩码；F．小桶、细绳、沙；G.两根导线；H.秒表；I.天平（附砝码）；J.刻度尺；K.弹簧秤；L.6V蓄电池;M.学生电源；N.小木板；Q．铁架台．为探究加速度与力和质量的关系，选用的器材是_____.

质量m/kg

受力F/N

加速度a/（m/s2）

1

0.5

0.25

2

0.50

3

1.00

4

1.0

5

1.5

3、右表是探究牛顿第二定律实验所得到的数据，若利用前三组数据探究加速度与受力的关系，则2、3组数据中物体的质量分别为________、__________；若利用后三组数据探究加速度与物体质量的

关系，则4、5组数据中物体所受的力分别为______,_______.

4、实验中保持滑块质量不变，改变滑块受力时，测出滑块在相等时间内由静止开始运动的位移x.以

小车的受力F为横坐标，以小车的位移x为纵坐标作图，得出的图象应是

导航学校物理必修一117

______________，得出的实验结论应是_______________.

5、用图甲所示的装置研究质量一定时加速度与作用力的关系，研究的对象是放在长木板上的小车，小车的质量为M，长木板是水平的．小车前端拴着细轻绳，跨过定滑轮，下面吊着沙桶，实验中认为细绳对小车的作用力F等于沙和桶的总重量mg.用改变沙的质量的办法来改变对小车的作用力F，用打点计时器测出小车的加速度a，得出若干组F和a的数据．然后根据测得的数据作出a-F图象.一学生作出如图乙所示的图线，发现横轴上的截距OA较大，明显地超出了偶然误差的范围，这是由于在实验中没有进行下面的步骤，即_______.

【能力提升】

6、在探究加速度与力、质量的关系实验中，某生将实验装置按如图所示进行安装，准备接通电源后开始做实验，但他的装置图中有几个明显的错误，请你给予纠正．_______________

7、某学生在探究加速度与力、质量的关系时，先保持小车的质量一定，测得小车的加速度a和所受拉力F的数据如下表所示：

F/N

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

a/（m/s2）

0.10

0.19

0.31

0.39

0.51

（1）根据表中的数据在图中作出a-F图线.

（2）假设物体的质量等于拉力与加速度的比，即m=

．其中力的单位取N，加速度的单位取m/s2，请你根据所作的图线，求出物体的质量．

（3）在探究加速度和质量的关系时，根据得到的数据作出a-

图线，其中加速度的单位是m/s2，质量的单位是kg。

如果作用力等于加速度与质量的乘积，那么利用a-

图线怎样求出作用力的大小？

第1节《牛顿第一定律》参考答案

自学教材1

（1）运动静止维持

（2）静止同一高度更远永远（3）力改变（4）受到外力静止状态曲线2.匀速直线运动静止力3.

（1）匀速直线运动静止

（2）质量标

反馈平台l.ABD2.B3.D4．

（1）B

（2）前（3）后

（1）小球落下时，由于具有惯性，保持原来的水平速度，即小球在水平方向上与车相对静止，所以落在悬挂点的正下方；

（2）小球落下时，由于惯性保持原来的水平速度，当小车速度减小时，小球在水平方向上相对小车向前运动，所以落在悬挂点前方；（3）小球落下时，由于惯性保持