第一节 牛顿第一定律

第四章牛顿运动定律第一节牛顿第一定律核心素养导学物理观念(1)了解伽利略关于运动和力的关系的认识。(2)了解亚里士多德的观点和笛卡尔的贡献。(3)能准确叙述牛顿第一定律的内容。(4)知道质量是物体惯性大小的量度。科学思维(1)能领悟理想实验的科学推理方法及其意义。(2)能对牛顿第一定律所揭示的运动和力的关系有较深刻理解。(3)能通过实例说明质量是物体惯性大小的量度，会解释有关的惯性现象。科学态度与责任(1)了解牛顿第一定律的发现过程，体会人类认识事物本质的曲折过程，培养严谨的科学态度。(2)通过具体实例，体会生活中惯性的应用与防止，乐于将所学知识应用于日常生活实际。续表一、力与运动的关系探索1．亚里士多德的观点：______作用在物体上，物体才能运动；撤掉力，运动就______。2．伽利略的探索(1)理想斜面实验：

①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_______，小球将上升到原来释放时的______；

②减小第二个斜面的倾角，小球经过的路程增长，但最终仍能达到同样的高度；

③当第二个斜面放平，小球将以恒定的速度一直______下去。有力停止摩擦力高度运动(2)伽利略的观点：物体的运动________力来维持。3．笛卡尔的补充：如果没有其他原因，运动的物体将继续以___________沿着一条______运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。理想实验是一种思维活动，是人们在抽象思维中设想出来而无法做到的“实验”，是建立在可靠事实的基础之上的。不需要同一速度直线二、牛顿的总结1．牛顿第一定律

一切物体总保持______________状态或______状态，直到有外力迫使它______这种状态为止。2．惯性：物体具有保持原来______________状态或______状态的性质，牛顿第一定律又叫作_______定律。3．惯性的大小：______是物体惯性大小的量度。惯性是物体的固有属性，任何物体无论处于什么状态，都具有惯性。惯性的大小只与物体的质量有关。匀速直线运动静止改变匀速直线运动静止惯性质量1．如图所示，为冰壶比赛的场景。请对以下结论作出判断：(1)静止在地面上的冰壶，当用力推它时，冰壶开始运动，说明力是使冰壶运动的原因。

()(2)当冰壶脱离运动员的作用时，冰壶没有立即停下，而是继续向前运动，说明冰壶具有惯性。

()(3)撤去推力后，冰壶最终能停下来，是冰壶受摩擦力作用的结果。

()(4)如果没有摩擦力，冰壶会一直运动下去。

()×√√√2．如图甲所示，公交车上站着的乘客身体突然向后倾倒；如图乙所示，公交车内乘客身体突然向前倾倒。思考：(1)什么情况下会出现图甲的情景？(2)什么情况下会出现图乙的情景？提示：(1)公交车快速启动或突然加速时，乘客会向后倾倒。(2)公交车急刹车或突然减速时，乘客会向前倾倒。新知学习(一)|对伽利略理想实验的理解[任务驱动]为了阐明自己的观点，伽利略设计了如图所示的实验：让一个小球沿斜面从静止状态开始运动，小球将“冲”上另一个斜面。如果没有摩擦，小球将到达原来的高度。如果第二个斜面倾角减小，小球仍将到达原来的高度，但是运动的距离更长。由此可以推断，当第二个斜面最终变为水平面时，小球要到达原有高度将永远运动下去。仔细观察图中照片，当右侧斜面变为水平时，小球做什么运动？由这一现象你能得出什么结论？提示：频闪照片显示，当右侧斜面变为水平时，小球在相等的时间内运动相等的位移，即小球做匀速直线运动，这一现象说明物体的运动并不需要力来维持。

[重点释解]1．理想实验推论

一切运动着的物体在没有受到外力的时候，它的速度将保持不变，并且一直沿直线运动下去。2．理想实验的意义(1)伽利略理想实验是以可靠的实验事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，从而更深刻地揭示自然规律。(2)伽利略的理想实验是把实验和逻辑推理相结合的一种科学研究方法。[针对训练]1．(多选)科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用。下列说法符合历史事实的是

(

)A．亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体的运动状态才会改变B．伽利略通过“理想实验”得出结论：一旦物体具有一定的速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去C．笛卡儿指出：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，既不停下来也不偏离原来的方向D．牛顿认为，物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质解析：亚里士多德认为物体的运动需要力来维持，A错误；伽利略通过“理想实验”得出：一旦物体具有某一速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去，B正确；笛卡儿指出：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，既不停下来也不偏离原来的方向，C正确；由牛顿第一定律知，D正确。答案：BCD

2．(多选)关于伽利略的理想实验的叙述正确的是

(

)A．这个实验是凭空想象的B．这个实验虽然是想象的，但它得出的结论是可靠的C．理想实验是一种科学方法D．理想实验是一个纯思维实验，其正确性应接受实践的检验解析：伽利略的理想实验是在实验事实的基础上，经过合理的想象得到的，所以实验方法是科学的，结论也是可靠的，故B、C正确，A、D错误。答案：BC3．伽利略的理想实验证明了

(

)A．物体运动必须有力作用，没有力的作用物体将要静止B．物体运动速度越大，其惯性越大C．物体不受力作用时，一定处于静止状态D．物体不受力作用时，总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态解析：根据牛顿第一定律可知，物体保持匀速直线运动或静止不需要力的作用，惯性的大小由质量决定，与速度无关，故A、B项错误；伽利略的斜面实验证明物体不受外力作用时，将保持静止状态或匀速直线运动状态，故C项错误，D项正确。答案：D新知学习(二)|牛顿第一定律的应用[重点释解]1．提出了惯性概念

定律的前半部分内容“一切物体总保持匀速直线运动或静止状态”，揭示了所有物体普遍具有的一种属性——惯性，即物体保持匀速直线运动或静止状态，是本质属性，不需要条件。一切物体在任何情况下都具有保持匀速直线运动或静止状态的性质。因此，牛顿第一定律又叫作惯性定律。2．明确了力的作用效果

定律的后半部分内容“除非有外力迫使它改变这种状态”，说明了力的作用效果可以改变物体的运动状态。定律中明确指出力可以改变物体的运动状态。3．揭示了力和运动的关系牛顿第一定律指出物体不受外力时的运动规律，定律描述的只是一种理想状态，而实际中物体不受外力的作用的情况是不存在的，当物体所受到的合外力为零时，其效果跟不受外力的作用效果相同。力与运动的关系：运动不需要力维持，但运动状态的改变离不开力的作用。[典例体验][典例]

(多选)关于牛顿第一定律的理解正确的是

(

)A．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律B．不受外力作用时，物体的运动状态保持不变C．在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于没有外力维持木块运动的结果D．飞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[解析]牛顿第一定律描述了物体不受外力作用时的状态，即总保持匀速直线运动或静止状态不变，A、B正确；牛顿第一定律还揭示了力和运动的关系，力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因，在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于木块受到摩擦力的作用改变了运动状态，飞跑的运动员遇到障碍而被绊倒，是因为他受到外力作用而改变了运动状态，C错误，D正确。[答案]

ABD/方法技巧/关于牛顿第一定律的三点注意(1)牛顿第一定律不是实验定律，它是在理想实验的基础上总结出来的。(2)牛顿第一定律所描述的是物体不受外力作用时的状态，与物体所受合外力为零是等效的。(3)牛顿第一定律只适用于惯性参考系中的运动，在非惯性参考系中不适用。(惯性参考系是指以相对地面静止或匀速直线运动的物体作为参考，简称惯性系)

[针对训练]1．(多选)物体的运动状态改变了，不可能发生的是

(

)A．速率不变 B．速度不变C．物体未受任何力

D．运动方向不变解析：物体的运动状态发生了变化，即速度发生了变化，可能是速度大小(即速率)变化，也可能是方向变化，还可能是大小和方向同时变化。物体的运动状态发生了变化，一定是因为物体受到了力的作用。故B、C符合题意，A、D不符合题意。答案：BC

2．如图所示，在一辆表面光滑的小车上，有质量分别为m1和m2

的两个小球(m1>m2，空气阻力不计)随车一起做匀速直线运动。

当车突然停止时，如不考虑其他阻力，设车无限长，则两个小球

(

)A．一定相碰 B．一定不相碰C．不一定相碰

D．难以确定解析：因为小车表面光滑，因此，不论小车如何运动，两小球在水平方向均不受力，根据牛顿第一定律可知两小球将保持匀速直线运动状态，又两小球速度相等，故两小球一定不会相碰，B正确。答案：B

新知学习(三)|对惯性的认识[典例体验][典例]关于物体的惯性，下列说法中正确的是

(

)A．射出枪膛的子弹在运动一段距离后连一件棉衣也穿不透，这表明它的惯性减小了B．战斗机在空战时，甩掉副油箱是为了减小惯性，提高飞行的灵活性C．用力推一个处在地面上的物体，没有推动，原因是物体的惯性太大了D．高速公路上要限速，是因为车速越大惯性越大[解析]

物体惯性大小是由质量决定的，与速度大小无关，A、D错误；战斗机甩掉副油箱后减小了质量，减小了惯性，运动状态易改变，提高了灵活性，B正确；推物体而物体不动是因为存在摩擦力，只要推力小于最大静摩擦力，物体就不动，与物体的惯性大小无关，C错误。[答案]

B[系统归纳]1．惯性的大小(1)质量是惯性大小的唯一量度。质量越大，惯性越大；反之则越小。(2)惯性大小与物体运动状态(速度)、受力情况以及所处地理位置均无关。2．惯性的表现(1)不受力时，惯性表现为保持原来的匀速直线运动状态或静止状态。(2)受力时，惯性表现为运动状态改变的难易程度。质量越大，惯性越大，运动状态越难以改变。[针对训练]1．下列关于惯性的说法正确的是

(

)A．人走路时没有惯性，被绊倒时有惯性B．百米赛跑到达终点时不能立即停下来是由于惯性，停下来时就没有惯性了C．物体没有受外力作用时有惯性，受外力作用后惯性被克服了D．物体的惯性与物体的运动状态及受力情况均无关解析：惯性是物体的固有属性，物体在任何情况下都有惯性，且惯性的大小与物体的运动状态及受力情况均无关，它仅取决于物体的质量大小，A、B、C错误，D正确。答案：D2．(2022·中山高一检测)春秋末年齐国人的著作《考工记》中有

“马力既竭，辀犹能一取焉”，意思是马对车不施加拉力了，

车还能继续向前运动，这是关于惯性的最早记述。下列说法

正确的是

(

)A．“马力既竭”时马的惯性为0B．“马力既竭”时车的惯性不变C．马的拉力越大，车的惯性越大D．马车速度越大，车的惯性越大解析：惯性大小只与质量有关，跟其他因素无关，车的质量不变，惯性不变，马有质量所以惯性不能为0，B正确。答案：B

一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养

科学思维——惯性参考系1．(选自人教版新教材“拓展学习”)在桌面上放置一张纸和一个

小钢球，小钢球静止在纸面上(如图)。如果突然迅速拉动纸的

一边，虽然小钢球相对桌面的位置几乎不变，但是如果只关注

纸面及其上的小钢球时，你会发现小钢球相对于纸面向相反的方向运动。

当纸相对于桌面加速运动时，如果以这张纸为参考系来观察，小钢球相对于纸面的运动状态在改变。按照牛顿第一定律，小钢球的运动状态发生改变，说明小钢球在水平方向上应该受到力的作用。但实际上，小钢球只受到竖直方向的重力和支持力，水平方向几乎不受力，这不是和牛顿第一定律相矛盾吗？若以地面为参考系，上述矛盾则不会存在。因为，在纸加速运动的过程中，尽管小钢球相对于纸面的运动状态在改变，但它相对于地面的位置并没有变化，因而仍然保持静止状态。这与用牛顿第一定律分析得到的结论是一致的。对于同一个物体的运动，为何会得到两种不同的分析结果呢？提示：这是由于我们观察物体的运动时所选择的参考系不同。牛顿第一定律是否成立与选择什么参考系有关。如果在一个参考系中，一个不受力的物体会保持匀速直线运动状态或静止状态，这样的参考系叫做惯性参考系，简称惯性系。以加速运动的纸为参考系，牛顿第一定律并不成立，这样的参考系叫作非惯性系。

科学态度与责任——生产生活中的惯性2.(选自教科版新教材)生产中常用的柴油机、电动机等机器配有沉重的底座，参加作战任务的战斗机却要抛掉副油箱(如图)以减小质量，都是通过改变质量来改变自身的惯性的。在许多体育运动项目中，也有选择性地通过改变质量来利用或克服惯性。体操运动员要求有灵活的动作表现，而相扑运动员则不希望被别人摔倒，所以体操运动员的质量比相扑运动员要小得多。从第46届世乒赛开始，乒乓球改用“大球”，即直径由之前的38mm改为40mm。大球“笨重”的球体，将使得球速变慢、旋转减缓，增多了比赛的回合，带来了更丰富的技术展现，增添了比赛的观赏性。二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值1．如图所示为月球车示意图，当该月球车分别在地面以较小的速

率和在月面以较大的速率行驶时，下列判断正确的是

(

)A．在地面运动时的惯性较大B．在月面运动时的惯性较大C．在地面和月面惯性一样大D．在地面运动时的质量较大解析：惯性的大小仅与物体的质量有关，与物体的运动状态无关，所以当该月球车分别在地面和月面行驶时惯性是一样大的，A、B错误，C正确；质量是物体的固有属性，是不变的，D错误。答案：C

2．(2022·阳江高一检测)“复兴号”高铁在某段水平轨道上匀速行驶，假设高铁上固定着盛满水的水杯。若突然发现水杯中的水向右洒出，如图所示，则关于高铁在此种情况下的运动，下列描述正确的是

(