人教版高中物理新教材同步讲义 必修第一册第4章　1　牛顿第一定律（含解析）

1牛顿第一定律[学习目标]1.了解科学家对“运动和力”认识的发展历程。2.理解牛顿第一定律的内容和意义(重难点)。3.明确惯性的概念，会用惯性解释有关现象，知道质量是惯性大小的唯一量度(重点)。一、伽利略实验1．亚里士多德的研究亚里士多德从日常生活经验出发：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在某个地方，他得出结论，力是维持物体运动的原因。2．伽利略的研究(1)伽利略认为，运动的物体之所以会停下来是因为摩擦力的作用。(2)理想斜面实验：如图所示，让静止的小球从第一个斜面滚下，冲上第二个斜面，如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度。减小第二个斜面的倾角，小球运动的距离增大，但所到达的高度相同。当第二个斜面放平，小球将永远运动下去。(3)推理结论：力不是(填“是”或“不是”)维持物体运动的原因。(4)意义：伽利略的理想实验是想象着把实际存在影响物体运动的摩擦力去掉，抓住事物的本质，这种依据逻辑推理把实际实验理想化的思想是研究物理问题的重要方法之一。伽利略第一次确定了物理实验在物理研究中的基础地位。3．笛卡儿的观点：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。4．牛顿在伽利略等人工作的基础上得出牛顿第一定律。伽利略理想斜面实验为牛顿第一定律提供了实验依据。(1)伽利略的理想实验是无法实现的。(√)(2)伽利略的理想实验说明了力是维持物体运动的原因。(×)(3)理想化的思想也是研究物理问题的重要方法。(√)例1如图所示为现代人在实验室所做的伽利略斜面实验的频闪照片的组合图，实验中把小球从左侧斜面的某个位置由静止释放，它将冲上右侧斜面，频闪照片显示小球在右侧斜面运动过程中相邻的两个小球间的距离依次减小；如果右侧斜面变成水平，频闪照片显示小球在右侧斜面运动过程中相邻的两小球间的距离几乎相等。对于这个实验，以下叙述正确的是()A．小球冲上右侧斜面后做减速运动，表明“力是维持物体运动的原因”的结论是正确的B．小球最终也会在右侧水平面上停下来，表明“力是维持物体运动的原因”的结论是正确的C．因为没有绝对光滑的斜面或者平面，所以伽利略提出的“如果没有摩擦力，小球将在水平面上永远运动下去”的结论是荒谬可笑的D．上述实验表明“如果没有摩擦力，小球将在水平面上永远运动下去”的结论是正确的答案D解析小球冲上右侧斜面后做减速运动，表明“力是维持物体运动的原因”的结论是错误的，故A错误；小球最终也会在右侧水平面上停下来，是由于受到摩擦力的作用，故B错误；因为没有绝对光滑的斜面或者平面，所以伽利略提出的“如果没有摩擦力，小球将在水平面上永远运动下去”的结论是一种理想的推论，但是却有着非常重要的现实意义，它开创了研究物理问题的新的方法，该结论是正确的，故C错误，D正确。二、牛顿第一定律1．牛顿第一定律的内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。说明：运动状态改变即速度发生变化，有三种情况：(1)速度的方向不变，大小改变。(2)速度的大小不变，方向改变。(3)速度的大小和方向同时改变。2．对牛顿第一定律的理解(1)定性揭示了力和运动的关系：①力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因。②物体不受外力时的运动状态：匀速直线运动状态或静止状态。(2)牛顿第一定律无法用实验直接验证，它所描述的是一种理想状态，即不受外力的状态，但其得到的一切结论经过实践证明都是正确的。(3)揭示了一切物体都具有的一种固有属性——惯性。因此牛顿第一定律也叫惯性定律。3．惯性：物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性。(1)牛顿第一定律是在伽利略和笛卡儿工作的基础上总结出来的。(√)(2)牛顿第一定律是从实验中直接得出的结论。(×)(3)不受力作用的物体是不存在的，故牛顿第一定律的建立毫无意义。(×)例2(2022·哈尔滨市第三十二中学高二期末)一个做匀加速直线运动的物体，在运动过程中，若所受的一切外力都突然消失，则由牛顿第一定律可知，该物体将()A．立即静止B．改做匀速直线运动C．继续做匀加速直线运动D．改做变加速直线运动答案B解析根据牛顿第一定律可知，一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非有力来改变这种状态，所以当物体所受的一切外力都突然消失时，物体之后的运动状态将保持不变，将以该时刻的瞬时速度做匀速直线运动，故B正确。三、惯性与质量1．如图所示，公交车在运行时突然急刹车，车内乘客身体为什么会向前倾倒？答案乘客随车一起运动，当急刹车时，车停止运动，乘客的下半部分受到车的摩擦力作用也随车停止运动，而上半部分由于要保持原来的运动状态，故向前倾倒。2．如图，一个弹簧压缩后用细线拴住，两边紧靠两辆质量不同的小车(m甲>m乙)，剪断细线后，弹簧同时弹射两小车，我们发现质量小的乙车加速度大，运动状态容易改变，质量大的甲车加速度小，运动状态不容易改变，这说明什么？答案说明车的惯性与质量有关，质量大惯性大，质量小惯性小。物体惯性大小仅与质量有关，质量是物体惯性大小的唯一量度，惯性大小与物体是否运动、运动快慢等因素均无关。(1)速度越大，物体的惯性越大。(×)(2)受力越大，物体的惯性越大。(×)(3)物体从竖直向上运动的气球上掉落后，立即向下运动。(×)例3(2022·无锡市高一期末)关于惯性，下列说法正确的是()A．汽车的速度越大，它的惯性就越大B．同一物体运动时的惯性大于静止时的惯性C．各种机床的底座做得很笨重，目的是增大惯性D．“嫦娥五号”卫星在地球上的惯性与它绕月球飞行时的惯性不同(燃料消耗忽略不计)答案C解析物体的惯性大小与物体的质量有关，质量不变，则惯性不变，与物体的运动状态无关，与所处的地理位置无关，A、B、D错误；各种机床的底座做得很笨重，目的是增大惯性，使其静止的状态不易改变，C正确。例4下列选项是四位同学根据图中驾驶员和乘客的身体姿势，分别对向前(向左)运动的汽车运动情况做出的判断，其中正确的是()A．汽车一定做匀加速直线运动B．汽车一定做匀速直线运动C．汽车可能是突然减速D．汽车可能是突然加速答案C解析当汽车突然向前加速时，人会向后倾，反之人会向前倾，由题图可知，汽车此时可能突然减速，故选项C正确，A、B、D错误。例5(2022·玉林市高一期末)如图所示，在水平且足够长的上表面光滑的小车上，质量分别为2m、m的A、B两个物块随车一起以2m/s的速度在水平地面上向右做匀速运动。若某时刻车突然停下，空气阻力不计，则下列说法正确的是()A．A与B可能会相碰B．A与B不可能会相碰，因为B的质量较小，惯性较小，B比A的速度更大C．由于A的质量较大，惯性较大，A、B间的距离逐渐减小，直至A与B相碰D．由于惯性，A、B均保持2m/s的速度做匀速运动，A与B不会相碰答案D解析因为小车上表面光滑，所以两个物块在水平方向上没有受到外力作用，当车突然停下时，由于惯性，两物块将保持2m/s的速度不变而继续做匀速运动，不会相碰，故D正确。课时对点练考点一对牛顿第一定律的理解1．(多选)(2022·沁源县第一中学高一期末)许多科学家在物理学发展过程中做出了重要贡献，下列表述正确的是()A．伽利略的理想斜面实验说明力不是维持物体运动状态的原因B．伽利略对牛顿第一定律的建立做出了一定的贡献C．牛顿最早指出力不是维持物体运动的原因D．伽利略认为物体的自然状态是静止的，只有当它受到力的作用才会运动答案AB解析伽利略的理想斜面实验说明力不是维持物体运动状态的原因，故A正确；笛卡儿和伽利略对牛顿第一定律的建立做出了贡献，故B正确；伽利略最早指出力不是维持物体运动的原因，故C错误；亚里士多德认为物体的自然状态是静止的，只有当它受到力的作用才会运动，故D错误。2．(2022·北京市延庆区高一期末)教科书中这样表述牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。其中“改变这种状态”指的是改变物体的()A．时间 B．速度C．位置 D．质量答案B解析状态与时刻对应，过程与时间间隔对应，故描述运动状态的物理量可以是瞬时速度，与质量、位置、时间以及受力无关，故A、C、D错误，B正确。3．下列说法正确的是()A．牛顿第一定律是科学家凭空想象出来的，没有实验依据B．牛顿第一定律无法用实验直接验证，因此是不成立的C．理想实验的思维方法与质点概念的建立一样，都是一种科学抽象的思维方法D．由牛顿第一定律可知，物体的运动需要力来维持答案C解析牛顿第一定律是在实验的基础上经过合理归纳总结出来的，无法用实验来直接验证，但其结论是正确的，故选项A、B错误；理想实验的思维方法与质点概念的建立相同，都是突出主要因素、忽略次要因素的科学抽象的思维方法，故选项C正确；物体的运动不需要力来维持，故选项D错误。4．(2022·沧州市高一期末)伽利略通过理想斜面实验推翻了亚里士多德的观点。如图，实验时，水平面上铺上不同的材料，将小车由斜面体的同一高度静止释放，经过一段时间小车停止时距离斜面体底端的距离不同。则下列说法正确的是()A．通过该实验直接得出了牛顿第一定律B．该实验说明力是维持物体运动的原因C．如果小车与水平面间没有摩擦力，则小车最终会停止D．实验时，将小车由同一高度释放是为了使小车到斜面体底端的速度相等答案D解析牛顿第一定律不是实验定律，A错误；该实验说明力不是维持物体运动状态的原因，B错误；摩擦力越小，则小车运动得越远，由此得出的结论是如果水平面光滑，则小车将沿着水平面一直运动下去，C错误；控制小车从斜面同一高度滑下是为了让小车滑到水平面时的初速度相同，D正确。考点二惯性的理解与应用5．《中华人民共和国道路交通安全法》规定，机动车行驶时，驾驶人、乘坐人员应当按规定使用安全带，这是因为使用安全带可以()A．减小人的惯性B．减小车的惯性C．增大人的惯性D．减小因惯性造成的伤害答案D解析惯性只与质量有关，故使用安全带不能改变惯性的大小，但可以减小因惯性造成的伤害，故D正确，A、B、C错误。6．(2023·南京市高一期末)下列说法中正确的是()A．小球由于受重力的作用而自由下落时，它的惯性就不存在了B．一个小球被竖直上抛，抛出后能继续上升，是因为小球受到向上的推力C．运动越快的汽车越不容易停下来，是因为汽车运动得越快，惯性越大D．超载卡车不容易停下来，是因为卡车质量越大，惯性越大答案D解析物体的惯性与物体的运动状态无关，其大小取决于物体质量，小球自由下落时，质量不变，惯性不变，故A错误；小球抛出后能继续上升，是因为惯性，而不是还受到向上的推力，故B错误；汽车惯性大小取决于其质量大小，与汽车的运动状态无关，故C错误；质量大的物体惯性大，运动状态难以改变，所以超载卡车不容易停下来，故D正确。7．(2022·天津和平区高二学业考试)足球运动中蕴含着丰富的物理知识，关于惯性下列说法正确的是()A．足球在空中静止释放后能竖直下落，是因为惯性的缘故B．踢出去的足球能继续飞行，是因为惯性的缘故C．踢出去的足球速度在不断变化，惯性也在不断变化D．足球若被带到太空，惯性将会消失答案B解析足球在空中静止释放后能竖直下落，是因为重力的缘故，故A错误；惯性是物体维持原有运动状态的固有属性，所以踢出去的足球能继续飞行，是因为惯性的缘故，故B正确；惯性只与物体质量有关，与运动状态无关，故C错误；惯性与物体所在位置无关，故D错误。8．(多选)(2022·宜宾市高一期末)对下列有关现象的分析正确的是()A．奔跑的运动员遇到障碍而被绊倒，这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态B．在水平匀速直线行驶的高铁上，小明竖直向上跳起，由于惯性，小明将落回起跳位置C．踢出的足球最终要停下来，是由于没有外力来维持足球的运动D．航天员在绕地球飞行的宇宙飞船中，可以“飘来飘去”，是因为他的惯性消失了答案AB解析奔跑的运动员遇到障碍而被绊倒，踢出的足球最终要停下来，都是因为他(它)受到外力作用迫使他(它)改变原来的运动状态，故选项A正确，C错误；在水平匀速直线行驶的高铁上，由于惯性，小明竖直向上跳起后与高铁具有相同的水平速度，则小明将落回起跳位置，选项B正确；惯性是物体的固有属性，不会消失，选项D错误。9．(2022·北京人大附中高一期末)下列对牛顿第一定律的理解正确的是()A．地球上不存在不受力的物体，所以牛顿第一定律没有实际意义B．不受力的物体运动状态有可能改变C．公共汽车紧急刹车时乘客站着比坐着容易摔倒是因为站着比坐着惯性大D．惯性是指物体有保持原来运动状态的性质，与物体的运动状态是否改变无关答案D解析牛顿第一定律是在实验的基础上进一步逻辑推理概括出来的科学理论，是不能直接通过实验得出的，但能经受住实践的检验，故A错误；不受力的物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，运动状态不可能改变，故B错误；物体惯性大小仅与质量有关，与其他因素无关，故C错误；惯性是指物体有保持原来运动状态的性质，是物体的固有属性，与物体的运动状态是否改变无关，故D正确。10．很多城市公交车内的横杆上挂着多只“手环”。一乘客面向行车方向坐在车上观察前方的“手环”，下列说法正确的是()A．车突然加速时，“手环”仍然自然下垂B．车突然减速时，“手环”仍然自然下垂C．若“手环”偏向右侧，则说明车在右转弯D．若“手环”偏向右侧，则说明车在左转弯答案D解析车突然加速时，由于惯性作用，“手环”要保持原来的运动状态，所以要向后偏，故A错误；车突然减速时，由于惯性作用，“手环”要保持原来的运动状态，所以要向前偏，故B错误；车转弯时，由于惯性的作用，“手环”要保持原来的运动状态，此时车转弯方向和“手环”偏转的情况相反，若“手环”偏向右侧，则车向左转变，故C错误，D正确。11.(2022·上海市浦东新区高一期末)科学技术的不断发展，给我们的工作和生活带来了方便。如图为手机拍摄竖直放置的水瓶在向左水平直线运动时，形成的水面形状。其中(a)图反映水瓶在______运动，(b)图反映水瓶在______运动。(均选填“匀速”“加速”或“减速”)答案匀速减速解析题图(a)水面是水平的，表明水在水平方向并未受到其他力的影响，即水瓶做的是匀速运动；题图(b)中大部分的水聚集在瓶子的左侧，因为水瓶原本是向左运动的，当瓶子水平向左做减速运动时，瓶中的水由于惯性保持向左的运动，但在瓶壁阻碍作用下聚集到左侧。12.理想实验有时更能深刻地反映自然规律。如图所示，伽利略设想了一个理想实验，其中有一个是实验事实，其余是推论。①减小第二个斜面的倾角，小球在这一斜面上仍然要达到原来的高度；②两个斜面对接，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面；③如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度；④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成为水平面，小球将沿水平面做持续的匀速运动。(1)