高考物理必修知識點(diǎn)知識講解 牛頓第一定律

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1、 牛頓第一定律 編稿：周軍 審稿：吳楠楠 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1.理解牛頓第一定律的內(nèi)容和意義，知道亞里士多德的觀點(diǎn)． 2.知道伽利略理想實(shí)驗(yàn)及推理方法． 3.明確慣性概念，知道慣性是物體的固有屬性． 【要點(diǎn)梳理】 要點(diǎn)一、伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn) 要點(diǎn)詮釋： 如圖甲所示，讓小球沿一個斜面從靜止?jié)L下，小球?qū)L上另一個斜面．如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉淼母叨龋? 如果第二個斜面傾斜角度較小如圖乙，小球在這個斜面上達(dá)到原來的高度就要通過更長的路程，繼續(xù)減小第二個斜面的傾斜角度，如圖丙，使它最終成為水平面，小球就再也達(dá)不到原來的高度，而沿水平面以恒定的速度持續(xù)運(yùn)

2、動下去． 伽利略的思想方法: 伽利略用“實(shí)驗(yàn)+科學(xué)推理”的方法推翻了亞里士多德的觀點(diǎn)． 伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)雖然是想象中的實(shí)驗(yàn)，但這個實(shí)驗(yàn)反映了一種物理思想，它是建立在可靠的事實(shí)基礎(chǔ)之上的．以事實(shí)為依據(jù)，以抽象為指導(dǎo)，抓住主要因素，忽略次要因素，從而深刻地揭示了自然規(guī)律． 要點(diǎn)二、牛頓第一定律的理解 要點(diǎn)詮釋： 牛頓總結(jié)了伽利略等人的工作，并提出了三條運(yùn)動定律，統(tǒng)稱為牛頓運(yùn)動定律. 牛頓第一定律： (1)內(nèi)容：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止． (2)對牛頓第一定律應(yīng)從以下幾個方面來理解

3、： ①明確了慣性的概念 定律的前半句話“一切物體總保持勻速直線運(yùn)動或靜止?fàn)顟B(tài)”，揭示了物體所具有的一個重要的屬性——慣性，即物體保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，牛頓第一定律指出一切物體在任何情況下都具有慣性．因此牛頓第一定律又叫慣性定律． ②確定了力的含義 定律的后半句話“直到有外力迫使它改變這種運(yùn)動狀態(tài)為止”，實(shí)際上是對力的定義，即力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因，并不是維持物體運(yùn)動的原因，這一點(diǎn)要切實(shí)理解． ③定性揭示了力和運(yùn)動的關(guān)系 牛頓第一定律指出物體不受外力作用時的運(yùn)動規(guī)律，它描述的只是一種理想狀態(tài)，而實(shí)際中不受外力作用的物

4、體是不存在的，當(dāng)物體所受合外力為零時，其效果跟不受外力的作用相同．但是，我們不能把“不受外力”理解為“合外力為零”． 要點(diǎn)三、慣性與質(zhì)量 要點(diǎn)詮釋： （1）慣性現(xiàn)象 慣性現(xiàn)象到處可以見到，例如：如圖所示，一個玻璃杯內(nèi)盛半杯水，上面蓋一塊塑料板，板上放一只雞蛋，用小棒猛擊塑料板，塑料板離杯飛出，雞蛋卻穩(wěn)穩(wěn)地落入杯中． 這個實(shí)驗(yàn)說明了什么問題? 再如：如圖甲，小車上放置一個帶輪的木塊，使帶輪木塊與小車一起向右運(yùn)動．當(dāng)小車被擋板制動時，觀察會出現(xiàn)什么現(xiàn)象? 又如：如圖乙，小車上豎直放置一個木塊，讓木塊隨小車沿著桌面向右運(yùn)動，當(dāng)小車被擋板制動時，車上的木塊向右傾倒．

5、 這是怎么回事呢? 這些都是慣性現(xiàn)象． (2)慣性：物體的這種保持原來的勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)叫做慣性． 【說明】①慣性與是否受力無關(guān)，與速度大小無關(guān)． ②慣性的具體表現(xiàn)形式有兩種： a．當(dāng)物體不受外力或所受合外力為零時，慣性表現(xiàn)為保持原來的運(yùn)動狀態(tài)不變．原來靜止的物體保持靜止，原來運(yùn)動的物體保持原來的速度繼續(xù)運(yùn)動． b．當(dāng)物體受到外力作用時，慣性表現(xiàn)為改變運(yùn)動狀態(tài)的難易程度，物體的慣性越大，它的運(yùn)動狀態(tài)越難改變． (3)慣性與質(zhì)量 慣性的大小由什么決定呢?慣性的大小又意味著什么呢? 我們知道，

6、推動一輛自行車要比推動一輛汽車容易得多．這表明質(zhì)量越大的物體，運(yùn)動狀態(tài)越難改變，也就是說該物體的慣性越大；而質(zhì)量較小的物體，運(yùn)動狀態(tài)較容易改變，也就是該物體的慣性較小．即：質(zhì)量是物體慣性大小的量度，而一個物體慣性的大小，則意味著改變物體運(yùn)動狀態(tài)的難易程度． 對質(zhì)量的理解： 從物質(zhì)角度理解：質(zhì)量為物體所含物質(zhì)的多少 從慣性角度理解：質(zhì)量是決定物體慣性大小的唯一因素． 【注意】慣性是一個重要的概念，在學(xué)習(xí)時，許多同學(xué)對慣性存在著一些錯誤認(rèn)識：如認(rèn)為做勻速直線運(yùn)動的物體，才有慣性，做變速運(yùn)動的物體沒有慣性；物體在勻速直線運(yùn)動或靜止時有慣性，一旦速度改變了就沒有

7、慣性；或把慣性看成一種力，認(rèn)為物體保持原來運(yùn)動狀態(tài)是因?yàn)槭艿綉T性力；認(rèn)為物體的速度越大，物體的慣性就越大等等其實(shí)慣性是一切物體的固有屬性，與物體的運(yùn)動狀態(tài)以及是否受力沒有關(guān)系，僅由物體的質(zhì)量決定． 要點(diǎn)四、理解慣性和慣性定律 要點(diǎn)詮釋： (1)對慣性定律的理解 牛頓第一定律揭示了一切物體都具有保持原來運(yùn)動狀態(tài)不變的性質(zhì)，即一切物體都具有慣性．同時，牛頓第一定律還定性地指出了力的動力學(xué)意義：力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因，即改變速度的原因．物體在速度發(fā)生改變時，就有加速度．因此也可以說：力是使物體產(chǎn)生加速度的原因．不能認(rèn)為力是維持物體運(yùn)動(勻速直線運(yùn)動)的原因，也不能認(rèn)為有力就有

8、運(yùn)動，沒有力就沒有運(yùn)動，更不能認(rèn)為物體向哪個方向運(yùn)動一定受到那個方向的力的作用． (2)對慣性的理解 ①慣性是物體的固有屬性：一切物體都具有慣性． ②慣性與運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)：不論物體處于怎樣的運(yùn)動狀態(tài)，慣性總是存在的，當(dāng)物體原來靜止時，它一直“想”保持這種靜止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)物體運(yùn)動時，它一直“想”以那一時刻的速度做勻速直線運(yùn)動． ③慣性與物體是否受力無關(guān)，與物體速度大小無關(guān)，僅由物體的質(zhì)量決定． 要點(diǎn)五、理解物體運(yùn)動狀態(tài)改變的表現(xiàn)形式 要點(diǎn)詮釋： “速度”是描述物體運(yùn)動快慢程度的物理量，即是描述物體“運(yùn)動狀態(tài)”的物理量．因此，“物體運(yùn)動狀態(tài)改變”即是“物體

9、速度改變”，有以下幾種表現(xiàn)形式： (1)速度v的大小改變而方向不變； (2)速度v的大小不變而方向改變； (3)速度v的大小和方向都發(fā)生改變； (4)物體運(yùn)動的位移非均勻地增加(或減少)； (5)物體運(yùn)動的軌跡發(fā)生彎曲． 要點(diǎn)六、利用慣性解釋有關(guān)現(xiàn)象 要點(diǎn)詮釋： 運(yùn)用慣性解釋有關(guān)現(xiàn)象時，通?？砂聪旅娴牟襟E思考解析： (1)明確研究的物體原來處在怎樣的運(yùn)動狀態(tài)． (2)當(dāng)外力作用在該物體的某一部分(或外力作用在與該物體有關(guān)聯(lián)的其他物體上)時，這一部分的運(yùn)動狀態(tài)的變化情況． (3)該物體由于慣性將保持怎樣的運(yùn)動狀

10、態(tài)，判斷最后會出現(xiàn)什么現(xiàn)象． 【例】2005年1月在南京舉行的全國運(yùn)動會上，山東選手刑慧娜與金牌失之交臂，據(jù)報(bào)道原因是刑慧娜在奔跑的過程中和別人發(fā)生了絆腳現(xiàn)象．從生活的經(jīng)驗(yàn)我們知道，在路上跑的人被絆倒時，和慢走的人滑倒時，會發(fā)生不同現(xiàn)象．試根據(jù)所學(xué)知識完成下表． 跑的人 慢走的人 絆倒時的現(xiàn)象 上身向前趴著倒下 上身向后仰著倒下 原因分析 【解析】跑的人被絆倒時，腳因受力停止了運(yùn)動，而身體上半部分由于慣性繼續(xù)向前運(yùn)動，上身快而下身慢，故向前趴著倒下；慢走人的前腳落地前同時參與隨身體向前的勻速運(yùn)動和繞關(guān)節(jié)向前的圓周運(yùn)動，速度的水平分量大于身體的速度．正常行走時

11、，前腳落地后受摩擦阻力作用速度馬上減為零，隨即后腳撤去支撐，后腳抬起且節(jié)奏均勻．滑倒時，多是前腳落地受摩擦力不足，速度未能迅速減小為零，但后腳按節(jié)奏抬起撤去支撐，前腳向前滑動的速度大于上半身因慣性保持的速度，而造成向后仰著摔下． 【典型例題】 類型一、理想實(shí)驗(yàn) 例1、關(guān)于伽利略理想實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是（　 ） 　　A．完全是理想的，沒有事實(shí)為基礎(chǔ) 　　B．是以可靠事實(shí)為基礎(chǔ)的，經(jīng)科學(xué)抽象，深刻反映自然規(guī)律的 　　C．沒有事實(shí)為基礎(chǔ)，只是理想推理 　　D．以上說法都不對 【答案】B 【解析】伽利略的理想實(shí)驗(yàn)是經(jīng)過科學(xué)抽象，能深刻反映自然規(guī)律。 【總結(jié)升華】理想實(shí)驗(yàn)只是不能通

12、過實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，但只要是建立在可靠事實(shí)基礎(chǔ)上，就能揭示自然規(guī)律。 舉一反三 【變式】科學(xué)思維和科學(xué)方法是我們認(rèn)識世界的基本手段，在研究和解決問題過程中，不僅需要相應(yīng)的知識，還要注意運(yùn)用科學(xué)的方法。理想實(shí)驗(yàn)有時更能深刻地反映自然規(guī)律，伽利略設(shè)想了一個理想實(shí)驗(yàn)如圖所示，其中有一個是經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，其余是推論。 　　①減小第二個斜面的傾角，小球在這斜面上仍然要達(dá)到原來的高度； 　?、趦蓚€對接的斜面，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球?qū)L上另一個斜面； 　?、廴绻麤]有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫诺母叨龋? 　?、芾^續(xù)減小第二個斜面的傾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面做持續(xù)的勻速運(yùn)動. 　 　　　　

13、　　　　　　　　　　　　　 　　請將上述理想實(shí)驗(yàn)的設(shè)想步驟按照正確的順序排列____________（只要填寫序號即可）。 　　在上述的設(shè)想步驟中，有的屬于可靠的事實(shí)，有的則是理想化的推論，下列關(guān)于事實(shí)和推論的分類正確的是____________。 　　A.①是事實(shí)，②③④是推論　　　　　　　 B.②是事實(shí)，①③④是推論 　　C.③是事實(shí)，①②④是推論　　　　　　　 D.④是事實(shí)，①②③是推論 【答案】②③①④　 B 【解析】該實(shí)驗(yàn)是讓一個靜止的小球從一個斜面滾下，滾上另一個對接的斜面。如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉頋L下時的高度，在這個實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的推論：逐步減小傾角，直至

14、水平，小球?qū)⒀厮矫嬉院愣ǖ乃俣冗\(yùn)動下去。所以理想實(shí)驗(yàn)設(shè)想的步驟順序應(yīng)該是：②③①④。其中②是事實(shí)，③①④是推論。 類型二、對牛頓第一定律的理解 例2、如圖所示，在一輛表面光滑且足夠長的小車上，有質(zhì)量為m1和m2的兩個小球(m1＞m2)，兩小球原來隨車一起運(yùn)動．當(dāng)車突然停止時，若不考慮其他阻力，則兩個小球( ) A．一定相碰 B．一定不相碰 C．不一定相碰 D．無法確定 【答案】B 【解析】小車表面光滑，因此球在水平方向上沒有受到外力作用．原來兩球與小車有相同速度，當(dāng)車突然停止時，因?yàn)閼T性，兩小球的速度不變，所以不會相碰． 【總結(jié)升華】當(dāng)物體不受

15、外力，或所受合外力為零時，物體都將保持原來的速度運(yùn)動．這是物體具有慣性的原因． 舉一反三 【變式】下列說法正確的是（　 ） 　　A．如果物體在運(yùn)動，那么它一定受到力的作用　　 B．力是使物體做變速運(yùn)動的原因 　　C．撤去作用力，運(yùn)動的物體最終總要停下來　　　 D．力只能改變物體運(yùn)動速度的大小 【答案】B 【解析】運(yùn)動的物體不一定受到力的作用，可能物體具有速度，由于慣性，物體可以一直運(yùn)動。撤去力，物體有可能保持原來的速度勻速直線運(yùn)動。力不僅可以改變速度的大小還可以改變速度的方向。力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。 類型三、慣性與質(zhì)量 例3、（2015 安徽百校聯(lián)考）關(guān)于慣性和牛頓第一

16、定律，下列說法中正確的是（ ） A． 靜止的物體可能沒有慣性 B． 速度越大的物體慣性越大 C． 同一物體在地球上和月球上慣性不同 D． 伽利略的斜槽實(shí)驗(yàn)以可靠的事實(shí)為基礎(chǔ)并把實(shí)驗(yàn)探究和邏輯推理和諧地結(jié)合在一起 【答案】D 【解析】A、慣性是物體的固有屬性，與運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)，故A錯誤； B、質(zhì)量是慣性大小的唯一量度，與速度、環(huán)境等因素?zé)o關(guān)，故BC錯誤； D、伽利略的斜槽實(shí)驗(yàn)以可靠的事實(shí)為基礎(chǔ)并把實(shí)驗(yàn)探究和邏輯推理和諧地結(jié)合在一起，故D正確； 【點(diǎn)評】此題是一道有關(guān)牛頓第一定律的基礎(chǔ)性的試題，解答時把握好：牛頓第一定律是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的推理概括出來的科學(xué)理論，

17、而不是直接通過實(shí)驗(yàn)得出的；再就是物體在不受力的作用時，總保持靜止?fàn)顟B(tài)或者是勻速直線運(yùn)動狀態(tài)． 舉一反三 【變式1】下列關(guān)于慣性及有關(guān)現(xiàn)象的說法中正確的是：（　 ） 　　A.人在走路時沒有慣性，被絆倒時才有慣性 　　B.物體在不受外力作用時有慣性，受到外力作用后慣性就改變了 　　C.參加百米賽跑的運(yùn)動員到達(dá)終點(diǎn)時不能立即停下來，是由于慣性 　　D.向上拋出的球，受的重力向下，但還向上運(yùn)動，也是由于慣性的緣故 【答案】CD 【解析】慣性是物體的根本屬性，慣性的大小只與物體的質(zhì)量有關(guān)，與物體所處的狀態(tài)、運(yùn)動情況、受力情況都無關(guān)，故A、B錯誤；C、D選項(xiàng)所述的現(xiàn)象都是慣性的緣故，故C、

18、D正確。 【變式2】下列說法正確的是( ) A．?dāng)S出的鉛球速度不大，所以其慣性很小，可以用手去接 B．用力打出乒乓球速度很大，因此其慣性很大，不能用手去接 C．相同的兩輛車，速度大的比速度小的難以停下，是因?yàn)樗俣却蟮能噾T性大 D．相同的兩輛車，速度大的比速度小的難以停下，是因?yàn)樗俣却蟮能嚑顟B(tài)變化大 【答案】D 【解析】因?yàn)閼T性的大小僅由質(zhì)量來決定，鉛球質(zhì)量很大，其慣性大，盡管速度不大，但是運(yùn)動狀態(tài)很難改變。故不能用手接而乒乓球則與其相反，運(yùn)動狀態(tài)容易改變，盡管速度大，也可以用手去接(這一點(diǎn)同學(xué)們都有經(jīng)驗(yàn))，所以A、B是錯誤的．對于C、D，相同

19、的兩輛車慣性相同，要讓速度大的車停下來，其運(yùn)動狀態(tài)變化大，因此較難，故D正確． 【高清課程：牛頓第一定律 例1】 【變式3】下列說法正確的是（ ） A．慣性是只有物體在勻速運(yùn)動或靜止時才表現(xiàn)出來的性質(zhì) B．物體的慣性是指物體不受外力作用時仍保持原來直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì) C．物體不受外力作用時保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，有慣性；受外力作用時，不能保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，因而就無慣性 D．慣性是物體的屬性，與運(yùn)動狀態(tài)和是否受力無關(guān) 【答案】D 類型四、物體運(yùn)動狀態(tài)改變的表現(xiàn)形式 例4、如果物體運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生了變化，說明該物體( )

20、A．速度方向一定發(fā)生了變化 B．速度大小一定發(fā)生了變化 C．加速度一定發(fā)生了變化 D．受到的合外力一定不為零 【答案】D 【解析】物體運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化一定是它的速度發(fā)生變化，可能是速度大小、也可能是速度方向、還有可能是二者一起發(fā)生變化，既然物體運(yùn)動速度發(fā)生變化，物體一定產(chǎn)生了加速度．由牛頓第一定律知，物體所受合外力一定不為零，使物體速度發(fā)生改變，但有可能是勻變速運(yùn)動，速度不斷變化，加速度不變，故選D． 【總結(jié)升華】弄清物體運(yùn)動狀態(tài)改變的表現(xiàn)形式是解決此題的關(guān)鍵． 舉一反三 【變式1】如圖所示(俯視圖)，以速度v勻速行駛的列車車廂內(nèi)有一光滑水平桌面，桌面上

21、的A處有一小球．若車廂中的旅客突然發(fā)現(xiàn)小球沿圖中虛線由A向B運(yùn)動．則由此可判斷列車( ) A．減速行駛，向南轉(zhuǎn)彎 B．減速行駛，向北轉(zhuǎn)彎 C．加速行駛，向南轉(zhuǎn)彎 D．加速行駛，向北轉(zhuǎn)彎 【答案】A 【解析】本題考查了慣性的概念．由牛頓第一定律可知，小球在水平桌面向前勻速運(yùn)動．小球的運(yùn)動以車為參考系，小球按圖示軌跡運(yùn)動．由于小球勻速運(yùn)動，判斷車的運(yùn)動時以小球?yàn)閰⒖枷担蓤D可知，列車相對小球向南運(yùn)動，同時車相對小球沿車運(yùn)動的反方向運(yùn)動，故知車做減速運(yùn)動．所以選項(xiàng)A正確． 【變式2】如圖所示，一個劈形物體A，各面均光滑，放在固定的斜面上，上表面

22、水平，在上表面上放一個光滑的小球B，劈形物體從靜止開始釋放，則小球在碰到斜面前的運(yùn)動軌跡是( ) A．沿斜面向下的直線 B．豎直向下的直線 C．無規(guī)則曲線 D．拋物線 【答案】B 【解析】本題考查力和物體運(yùn)動狀態(tài)變化的關(guān)系．力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因，物體不受力將保持原來的靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)．由于劈形物體A各面均光滑，所以小球B在水平方向上不受力作用，故小球B在水平方向上將保持“靜止”狀態(tài)，小球B由于在豎直方向上受到重力和物體A的支持力作用，運(yùn)動狀態(tài)改變做豎直方向的運(yùn)動． 【高清課程：牛頓第一定律 例4】 【變式3】做自由落體運(yùn)動

23、的物體，如果下落過程中某時刻重力突然消失，物體的運(yùn)動情況將是（ ） A．懸浮在空中不動 B．速度逐漸減小 C．保持一定速度向下勻速直線運(yùn)動 D．無法判斷 【答案】C 類型五、利用慣性解釋有關(guān)現(xiàn)象 例5、(2015 豐臺區(qū)二練)人在處于一定運(yùn)動狀態(tài)的車廂內(nèi)豎直向上跳起，下列分析人的運(yùn)動情況的選項(xiàng)中正確的是（ ） A. 只有當(dāng)車廂處于靜止?fàn)顟B(tài)，人才會落回跳起點(diǎn) B. 若車廂沿直線水平勻速前進(jìn)，人將落在跳起點(diǎn)的后方 C. 若車廂沿直線水平加速前進(jìn)，人將落在跳起點(diǎn)的后方 D. 若車廂沿直線水平減速前進(jìn)，人將落在跳起點(diǎn)的后方 【答案】C 【解析】牛頓第一定律

24、：任何物體都要保持勻速直線運(yùn)動或靜止?fàn)顟B(tài)，直到外力迫使它改變運(yùn)動狀態(tài)為止。由上述內(nèi)容可知：人在處于一定運(yùn)動狀態(tài)的車廂內(nèi)豎直向上跳起，廂處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速運(yùn)動，人都會落回跳起點(diǎn)，故A、B錯誤；若車廂沿直線水平加速前進(jìn)，人將在水平方向上保持起跳時的速度，而車廂沿直線水平加速，在人下落過程中速度始終大于人的速度，因此人將落在跳起點(diǎn)的后方，故選C，D錯誤。 舉一反三 【變式1】一天下著傾盆大雨，某人乘坐列車時發(fā)現(xiàn)，車廂的雙層玻璃窗內(nèi)積水了．列車進(jìn)站過程中(箭頭表示列車進(jìn)站的方向)，他發(fā)現(xiàn)水面的形狀如圖所示中的( ) 【答案】C 【解析】列車進(jìn)站時剎車，速度減小，而水由于慣性仍要保持原來較大的速度，所以水向前涌，液面形狀和選項(xiàng)C中一致． 【變式2】從水平勻速向右飛行的飛機(jī)上按相等的時間間隔，依次放出a、b、c三個球，不考慮空氣阻力，站在地面上的人看到它在空中的排列情況是圖中的( ) 【答案】B 【解析】飛機(jī)上釋放(非拋出)的球都具有與飛機(jī)相同的水平速度，在水平方向上，a、b、c三個球以相同的速度做勻速直線運(yùn)動，故三個球一定在飛機(jī)的正下方，三球連線是一條豎直線．