专题13 探究牛顿第一定律的实验题(解析版)

专题13 探究牛顿第一定律的实验题
抓住考点学
探究力与运动关系（牛顿第一定律）实验需要学通的基础知识
1.此实验让应让下车怎么滑下来？目的是什么？答：让小车从斜面同一高度由静止滑下来；目的是使小车到达水平面时的速度相同。

2.通过什么知道阻力越小，物体运动减小的越慢？答：小车运动的距离，阻力越少，小车运动的距离越远，说明物体运动减小的越慢。

3.这个实验斜面有何作用？答：使小车滑下的速度相同。

4.实验结论：物体受到的阻力越小，物体运动的距离越远，如果物体不受阻力，他将保持运动直线运动，并一直运动下去。

5.此实验采用的方法是？答：控制变量法转换法
6.牛顿第一定律能否通过实验探究出来？答：不能，只能在实验基础上推理出来，因为不受力的物体是不存在的。

7.将此实验略加修改还能做哪个实验？答：（1）将斜面长一些，增加刻度尺和秒表可以探究速度变化的实验（2）保证平面的材料相同，增加一个木块可以探究动能大小与哪些因素有关的实验。

8.对牛顿第一定律的理解
（1）牛顿第一定律是在大量经验事实的基础上，通过进一步推理而概括 出来的，因此不可能用实验来直接证明牛顿第一定律。

（2）牛顿第一定律的内涵：物体不受力，原来静止的物体将保持静止状态,原来运动的物体,不管原来做什么运动,物体都将做匀速直线运动.
（3）牛顿第一定律告诉我们:物体做匀速直线运动可以不需要力，即力与运动无关，所以力不是产生或维持物体运动的原因。

（4）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。

【例题1】（2019湖北孝感）小明利用如图所示的装置，探究在水平面上阻力对物体运动的影响，进行如下操作：
A ．如图甲，将毛巾铺在水平木板上，让小车从斜面顶端由静止滑下，观察小车在水平面上通过的距离．
B ．如图乙，取下毛巾，将棉布铺在斜面和木板上，让小车从斜面顶端由静止滑下，观察小车在水平面上通过的距离．
C ．如图丙，取下棉布，让小车从斜面顶端由静止滑下，观察小车在水平面上通过的距离．
请针对以上操作回答下列问题：
（1）以上操作中错误的一次是_______（选填“A ”、“B ”或“C ”）．
（2）对比两次正确实验操作能说明：小车受到的阻力越小，通过的距离越________．
毛巾
甲 棉布 乙 木板 丙
根据考点考
（3）纠正错误后，多次实验进行分析，并进一步推测：在水平面上滑行的小车，如果受到的阻力为零，它将做_________运动．
【答案】（1）B （2）远（3）匀速直线运动
【解析】（1）取下毛巾，将棉布铺在木板上，让小车从斜面顶端由静止滑下，观察小车在水平面上通过的距离．棉布不铺在斜面上，目的是几次实验要控制斜面光滑程度一致，保证几次实验小车到达底端速度一致。

（2）通过几次实验知道，水平面粗糙程度不同，小车运动路程不一致，水平面越粗糙，小车运动的路程近，越光滑，小车运动的越远。

（3）在水平面上滑行的小车，如果受到的阻力为零，它将永远运动下去，并且做匀速直线运动。

【例题2】（2020牡丹江鸡西）如图是研究牛顿第一定律的实验。

请回答：
(1)三次实验中让小车从斜面同一高度由静止开始滑下，是为了使它在平面上开始运动的速度______；
(2)实验为了让小车受到不同的阻力，采用的做法是______；
(3)实验结论是：平面越光滑，小车受到的摩擦力越______，速度减小得越______；
(4)根据实验结论，可推理得出：运动的小车如果所受的阻力为零，小车将做______运动；
(5)可见力不是使物体运动的原因，而是改变物体______的原因；
(6)牛顿第一定律是建立在______（填序号）。

A．日常生活经验的基础上 B．科学家猜想的基础上
C．直接实验结果的基础上 D．实验和科学推理相结合的基础上
【答案】 (1)相同 (2)改变水平地面的粗糙程度 (3)小慢 (4) 匀速直线 (5) 运动状态 (6) D 【解析】(1)采用控制变量法开展实验，在三次实验中让小车从斜面同一高度由静止开始滑下，是为了使它在平面上开始运动的速度相同。

(2)如图所示，实验为了让小车受到不同的阻力，采用的做法是改变水平地面的粗糙程度。

(3)滑动摩擦力与压力、接触面粗糙度有关，实验结论是：平面越光滑，小车受到的摩擦力越小，速度减小得越慢。

(4)根据实验结论，根据牛顿第一定律可推理得出：运动的小车如果所受的阻力为零，小车将做匀速直线运动。

(5)由实验可知，力不是使物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。

(6)牛顿第一定律是在实验的基础上进一步的推理概括出来的科学理论，而不是直接通过日常生活经验或实验得出的，更不是科学家猜想出来的，故D符合题意。

结合考点练
1.（2019广西桂林）小蓉和同学们用如图14所示实验装置来探究阻力对运动小车的影响。

（1）实验开始前，小蓉让小车从斜面不同高度由静止下滑，大家发现，小车在斜面上的高度越高，小车到达水平木板时的越大，小车在水平木板上运动距离越远。

从而让大家更加明确了，本实验要使用法。

（2）实验中，大家将可调节倾斜角度的斜面与木板平面组合，然后依次将毛巾、棉布铺在木板上，开始探究小车在三种平面上的运动情况，结果发现小车直接冲出棉布末端，在仅有目前已搭建好的实验器材基础上，他们采取的方法完成了整个实验探究过程。

（3）通过实验分析可知，水平面越光滑，同一运动小车受到的阻力_____，速度减小得越_____。

推理可知，同一运动小车如果不受阻力作用，它将______。

【答案】（1）初速度，控制变量：（2）减小斜面倾斜角度：（3）越小，慢，做匀速直线运动
【解析】本题考查牛顿第一定律、控制变量法。

小车到达水平面的速度与高度有关，小车直接冲出棉布未端说明速度过大，因此需要控制速度变小，调节斜面倾角即可。

2. 在探究“阻力对物体运动的影响”实验中，观察将毛巾、棉布分别铺在水平木板上和只有木板的三种情况下，让小车分别从斜面顶端由静止下滑，研究小车在水平面上滑行的距离。

（1）实验中每次均让小车从斜面顶端由静止下滑的目的是：使小车每次在水平面上开始滑行时速度大小（填“相等”或“不相等”）。

（2）实验中改变小车所受阻力大小，是通过改变来实现的。

（3）实验中发现小车在毛巾表面滑行的距离最近；在棉布表面滑行的距离较远；在木板表面滑行的距离最远。

说明小车受到的阻力越小，速度减小得越（填“快”或“慢”）。

（4）推理：如果小车在水平面上滑行，受到的阻力越来越小，直到变为零，它将做。

（5）在大量经验事实的基础上，牛顿总结了伽利略等人的研究成果概括出了牛顿第一定律，所以牛顿第一定律虽然不是直接由实验得出的，但是通过符合逻辑的得出的正确结论。

（6）牛顿第一定律告诉了我们物体的运动（填“需要”或“不需要”）力来维持，一切物体都有保持原
来不变的性质。

【答案】（1）相等；（2）水平面的粗糙程度；（3）慢；（4）匀速直线运动；（5）推理；（6）不需要；运动状态。

【解析】（1）每次都从斜面上同一位置释放，使小车运动到斜面底端时的速度相等；
（2）在做“斜面小车实验”时，给水平桌面铺上粗糙程度不同的物体，目的是探究阻力对物体运动的影响，由毛巾表面到棉布再到木板，接触面的粗糙程度减小，小车受到的阻力也减小；
（3）表面越光滑，阻力就越小，小车运动的距离就越远，这说明小车受到的阻力越小，速度减小得越慢；（4）假如小车受到的阻力为零，即小车不受力，小车的运动状态将不会改变，做匀速直线运动；
（5）由上分析可知，牛顿第一定律是在实验的基础上，通过推理得出的，不是用实验直接得出的；
（6）牛顿第一定律的内容为：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；这反映了力和运动的关系，表明了物体的运动不需要力来维持，而力是改变物体运动状态的根本原因。

3.用如图1的实验装置，让静止的小车从斜面的同一高度滑下，观察并记录小车在三种不同木板水平面上运动的距离，探究阻力对物体运动的影响。

（1）图2是对在水平面上运动小车进行的受力分析，其中正确的是；
（2）小易按照“毛巾一棉布一木板”的顺序进行实验，实验记录如下表。

分析比较表中内容，可得出的初步结论是：小车受到的摩擦力越小，运动距离；
深入分析发现，小车受到的阻力越小，速度减小的越慢，由此进一步推理得出的结论是：；
（3）早在17世纪初期，意大利物理学家（填写科学家名字）就通过实验和科学推理的方法研究过力和运动的关系。

【答案】（1）B；（2）远；匀速直线运动；（3）伽利略。

【解析】（1）小车水平面上做减速运动的物体，受非平衡力的作用，在竖直方向上受重力和支持力，水平方向只受水平向左的摩擦力，故B正确；
（2）小车在三个水平面上运动时，水平面越光滑，说明水平面粗糙程度越小，小车受到的摩擦阻力越小，小车运动的距离越远。

由上述实验可推理得：如果运动的物体在没有受到力的作用时，将做匀速直线运动。

（3）意大利物理学家伽利略通过实验和科学推理的方法研究力和运动的关系。

4.（2020海南）如图所示，是“探究阻力对运动的影响”的实验情景｡
(1)让小车三次从同一斜面上的同一高度处，沿斜面从静止开始运动，目的是使小车到达水平面时的____
相同｡
(2)水平面越光滑，运动小车受到的阻力越___，运动的时间越长，运动的距离越远；
(3)进一步推理，如果水平面足够光滑，小车不受阻力，它将____运动下去｡
【答案】 (1) 速度 (2) 小 (3)匀速直线（或不停地）
【解析】(1)该实验用到了控制变量法，控制同一小车从同一斜面同一高度处由静止滑下，目是使小车到达水平面时的速度相同。

(2)小车与接触面间压力一定，毛巾、棉布、木板粗糙程度变小，则阻力变小，运动的时间越长，运动的距离越远。

(3)根据牛顿第一定律，如果水平面足够光滑，小车不受阻力，它将保持匀速直线运动状态。

5.（2020云南）在一次物理兴趣小组活动中，某组同学给大家展示了“探究阻力对物体运动的影响”实验，如图所示。

（1）实验中每次都使同一辆小车从斜面的____高度由静止自由滑下，目的是使小车到达水平面时具有相同的_______。

（2）按照图甲、乙、丙的顺序实验时记录的内容如下表∶
接触面材料 小车受摩擦力情况 小车在水平面运动的距离s/cm
毛巾 大 20.2
棉布 较大 40.0
木板 小 90.1
分析表中内容，得到的实验结论是∶在其他条件相同时，小车受到的摩擦力越小，运动的距离越___ ；进一步推理出的结论是∶运动的小车不受阻力作用时，将_____。

早在300多年前，意大利物理学家___就通过实验和科学推理的方法研究过“力和运动的关系”。

本实验所运用的实验方法和科学推理的方法还可用于研究_____（填写实验名称即可）。

（3）上述实验除用到实验推理的方法外，还用到了控制变量法和_________法。

（4）实验中若再添加一小木块，就可用图丙装置来探究“动能与速度的关系”。

具体的操作是让同一小车从斜面的___________由静止自由滑下，去撞击置于木板表面相同位置的木块并进行比较。

毛巾
甲 棉布 乙 木板 丙
【答案】 (1)同一速度 (2)远做匀速直线运动伽利略研究声音的传播需要介质 (3) 转换法(4)不同高度
【解析】(1)实验中为了保证变量唯一，要让小车从斜面的同一位置由静止释放，这样做可以使小车进入水平面后具有相同的速度。

(2)根据表格可以看出，在其他条件相同时，小车受到的摩擦力越小，运动的距离越远。

如果小车不受阻力，那么小车在水平面上将会做匀速直线运动。

意大利物理学家伽利略就通过理想斜面实验和科学推理的方法证明力不是维持物体运动状态的原因。

本实验所运用的实验方法和科学推理的方法还可用于研究声音的传播需要介质。

(3)本实验小车在水平面上所受的阻力使通过小车在水平面上运动的距离间接知道的，我们把这种方法称为转换法。

(4)动能与速度的关系时要改变小车到达水平面时的速度，即通过改变下滑高度来改变，所以应该让同一小车从斜面的不同位置由静止下滑。

6.（2020宁夏）小明采用如图所示的实验装置，探究“阻力对物体运动的影响”，每次让同一小车从同一斜面的同一高度由静止滑下，观察小车在粗糙程度不同的水平面上滑行的距离∶
(1)每次让同一小车从同一斜面的同一高度由静止滑下，这样做的目的是∶______
(2)分析实验现象可知，小车在水平面上运动速度的减小是因为受到_____的作用；通过对实验现象的分析，推理可知∶如果运动的物体受到的阻力为零时，它的运动状态将会_____｡在初中物理学习中，运用科学推理法的实验还有∶_______｡
【答案】 (1)使小车到达水平面时的初速度相同 (2)阻力不变探究真空不能传声的实验。

【解析】(1)在三次实验中，让小车从同一斜面的同一高度由静止滑下，这样做的目的是使小车到达水平面时的初速度相同。

(2)由题知，实验中通过改变水平面的粗糙程度改变小车在水平面上受到的阻力大小，车在水平面上运动速度的减小。

根据实验现象知：木板上小车受到的阻力更小，则小车运动的距离更远，速度减小的更慢；推理可得：若小车运动中不受任何阻力，它将保持恒定的速度永远运动下去，即做匀速直线运动，它的运动状态将会不变；这用到了科学推理法，在研究真空不能传声的实验中也用到了此方法。

7.（2020湖北宜昌）利用如图所示的装置来研究阻力对运动的影响｡小车从斜面顶端由静止滑下，第一次在木板上铺上棉布，第二次去掉棉布｡实验发现小车在木板表面运动了更远的距离才停下来｡
(1)两次实验中小车受到阻力较小的是第____次｡实验表明小车受到的阻力越小，速度减小得越____｡
(2)从能量转化的角度看，小车在水平面上克服阻力所做的功____（选填“在棉布上更多”、“在木板上更多”或“两次一样多”），小车的动能转化为___能｡如果完全没有阻力时，小车的动能将不变，所以小车将做____运动｡
【答案】 (1) 二慢 (2)两次一样多内匀速直线
【解析】(1)摩擦力的大小压力和接触面的粗糙程度有关，压力一定时，由接触面的粗糙程度所决定，去掉棉布后，接触面的粗糙程度减小，小车受到的阻力变小，因此第二次小车受到的阻力较小。

通过实验可知，小车受到的阻力越小，速度减小得越慢，小车运动的越远。

(2)小车在下降的过程中将重力势能全部转化为动能，在水平面上时又将全部的动能转化为克服阻力所做的功，所以从能量转化的角度看，小车在水平面上克服阻力所做的功两次一样多。

小车在水平面上运动时将全部的动能转化为克服阻力所做的功即摩擦产生的内能。

通过实验进一步推论可知，如果完全没有阻力时，小车的动能将不变，所以小车将做匀速直线运动。