新教材高中物理人教版学案4-1牛顿第一定律

第四章运动和力的关系1牛顿第一定律知识点一理想实验的魅力(1)亚里士多德的观点：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．即力是维持物体运动的原因．(2)伽利略的观点：①理想实验：让小球沿一个斜面从静止开始向下运动，再让小球冲上第二个斜面，如果没有摩擦，第二个斜面的倾角不同时，小球所达到的高度相同，若将第二个斜面放平，小球将永远运动下去．②结论：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．(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，既不停下来也不偏离原来的方向．(多选)围绕“力与运动”的关系的认识与研究，人类经历了漫长的历史时期，下列叙述符合历史事实的是(AB)A．亚里士多德根据“用力推车，车子前进，停止用力，车子就停下来”这一现象，提出了力是维持运动的原因B．亚里士多德在分析“推车问题”时，只强调了推力，而忽视了摩擦力的作用，因而得到了错误的结论C．伽利略用自己设计的理想实验，观察到了没有摩擦力的作用时小球就可以以恒定的速度运动下去，从而推翻了力是维持物体运动的原因的错误结论D．伽利略的理想实验是假想实验，无法完成，因而得到的结论是不可靠的知识点二牛顿第一定律与惯性(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，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态．该定律也叫作惯性定律．(2)惯性：物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性．惯性是物体的固有属性，与物体的受力情况或所处的运动状态无关．物体的惯性有大小，惯性的大小由质量来量度．载重货车启动时，由静止到高速需要较长一段时间；百米冲刺到终点后，体重大的运动员较难停下来．为什么？提示：运动状态变化的难易程度与质量有关，即惯性大小与质量有关，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小．考点一理想实验的魅力1．亚里士多德的观点必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就将静止在一个地方．2．伽利略的理想实验(1)理想实验如图甲所示，让小球沿一个斜面从静止状态开始向下运动，小球将“冲”上另一个斜面．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，如图乙所示，小球在这个斜面上达到原来的高度就要通过更长的路程；继续减小第二个斜面的倾角，如图丙所示，使它最终成为水平面，小球就再也达不到原来的高度，而沿水平面以恒定的速度持续运动下去．(2)实验推理理论水平面上的物体，一旦具有某一速度，假设没有摩擦，物体将保持这个速度永远运动下去，即物体的运动不需要力来维持．(3)伽利略的思想方法伽利略的理想斜面实验虽然是想象中的实验，但这个实验反映了一种物理思想，它是建立在可靠的事实基础之上的．以事实为依据，以抽象为指导，抓住主要因素，忽略次要因素，从而深刻地揭示了自然规律．(4)伽利略理想实验的物理意义①第一次确立了物理实验在物理研究中的基础地位．②揭示了力不是维持物体运动的原因．③理想实验在自然科学的理论研究中有着重要的作用，但也有其局限性．(5)理想实验的特点所谓“理想实验”，又叫做“假想实验”“抽象的实验”或“思想上的实验”，它是人们在思想上塑造的实验过程，是一种逻辑推理的思维过程和理论研究的重要方法．“理想实验”虽然叫做“实验”，但它同真实的科学实验是有原则上的区别的．真实的科学实验是一种实践活动，而“理想实验”则是一种思维的活动，前者是可以将猜想通过物理过程实现的实验，后者则是由人们在抽象思维中设想出来而实际上无法做到的“实验”．“理想实验”在自然科学的理论研究中有着重要的作用．但是“理想实验”的方法也有其一定的局限性．“理想实验”只不过是一种逻辑推理的思维过程，它的作用只限于逻辑上的证明与反驳，而不能用来作为检验认识正确与否的标准．相反，由“理想实验”所得出的任何推论，都必须由观察或实验的结果来检验．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，既不停下来也不偏离原来的方向．误区警示：物体的运动不需要力来维持，但运动状态变化的物体一定受到了力的作用．物体获得某一速度在粗糙水平面上运动，物体速度逐渐减小，运动状态发生了变化是由于摩擦力的阻碍作用．【例1】理想实验有时能深刻地反映自然规律．伽利略设想了一个理想斜面实验，如图所示．①减小第二个斜面的倾角，小球在这个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，小球要沿水平面做持续的匀速直线运动．请将上述理想实验的步骤按照正确的顺序排列：________.(只要填写序号即可)在上述步骤中，有的属于可靠的事实，有的则是理想化的推论．下列关于事实和推论的分类正确的是()A．①是事实，②③④是推论B．②是事实，①③④是推论C．③是事实，①②④是推论D．④是事实，①②③是推论【审题指导】本题可按以下思路进行分析【解析】根据伽利略理想斜面实验可知，②是可靠事实，应放在第一步；①③是在可靠事实基础上提出的设想(斜面没有摩擦)，④是进行合理外推得出的推论，因此，正确的顺序是②③①④，其中②是事实，其余的是推论．【答案】②③①④B总结提能对理想实验的理解，应注意以下几点：(1)真实实验是一种实践活动，是可以通过一定的实验器材和实验方案来实现的实验．(2)理想实验是一种思维活动，是以可靠的事实为基础，在抽象思维中设想出来的、无法做到的实验．(多选)理想实验是科学研究中的一种重要方法，它把可靠的事实和合理的推论结合起来，可以深刻地揭示自然规律．关于伽利略的理想实验，下列说法正确的是(BD)A．只要水平面相当光滑，物体在水平面上就能匀速运动下去B．这个实验实际上是永远无法做到的C．利用气垫导轨，就能使实验成功D．这个实验虽然是想象中的实验，但它是建立在可靠的实验基础上的解析：理想实验在实际中是永远不能实现的，其条件是理想化的，即使是水平面“相当光滑”，也不会达到没有摩擦力的程度，利用气垫导轨当然也不能实现“理想”的状态，仍会存在一定的摩擦，只不过摩擦力很小而已，选项A、C错误，B正确；理想实验是从实践中总结、提炼、加工出来的，是建立在可靠的实验基础之上的，它能够由观察或实验的结果来检验，选项D正确．考点二牛顿第一定律1．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．2．对牛顿第一定律的理解(1)明确了惯性的概念定律的前半句话“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”，揭示了物体所具有的一个重要的属性——惯性，即物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质，牛顿第一定律指出一切物体在任何情况下都具有惯性．因此牛顿第一定律又叫惯性定律．(2)确定了力的含义定律的后半句话“除非作用在它上面的力迫使它改变这种运动状态”，实际上是对力的含义的确定，即力是改变物体运动状态的原因，并不是维持物体运动状态的原因，这一点要切实理解．即物体由静止到运动和由运动到静止都是力作用的结果．(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作用时的运动规律，它描述的只是一种理想状态，而实际中不受外力作用的物体是不存在的．当物体所受合外力为0时，其效果跟不受外力的作用相同．但是，我们不能把“不受外力”理解为“合外力为0”3．定律成立的条件：惯性参考系在研究地面上物体的运动时，一般选取地面或相对地面静止或做匀速直线运动的物体为惯性系．例如，当火车沿直轨道匀速运动时，可将火车看做惯性系来研究火车内其他物体的运动．当火车由静止加速启动时，如果以火车为参考系，原来静止在火车内光滑水平桌面上的物体会相对火车向后加速运动，但物体在水平方向上并没有受力，此时牛顿第一定律不成立，因为此时火车为非惯性系．牛顿第一定律不是实验定律．因为牛顿第一定律反映的是物体在不受力的情况下的运动规律，而自然界中不受力的物体是不存在的，不可能由实验直接得到，也无法由实验验证．它是由“理想实验”加以科学推理得到的，是一个理想定律．【例2】(多选)关于牛顿第一定律，下列说法中正确的是()A．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律B．牛顿第一定律就是惯性C．不受外力作用时，物体的运动状态保持不变是由于物体具有惯性D．物体的运动状态发生变化时，物体必定受到外力的作用【审题指导】解答本题时应注意以下三点：(1)牛顿第一定律和惯性的区别．(2)力和运动的关系．(3)力和运动状态变化的关系．【解析】牛顿第一定律有三层含义：不受力时物体将保持静止状态或匀速直线运动状态，这是由于一切物体都具有惯性；受到力的作用物体的运动状态就要发生变化，从而揭示出力是改变物体运动状态的原因；指出了物体在不受力时的运动状态，故选项A、C、D正确．牛顿第一定律并不是惯性，惯性是物体的一种性质，而牛顿第一定律是物体的运动规律，两者是不同的概念，不可混为一谈，选项B错误．【答案】ACD总结提能牛顿第一定律描述了物体不受外力作用时的状态——总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，同时揭示了力和运动的关系——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．分析此类问题时要注意牛顿第一定律与惯性的区别．下列关于牛顿第一定律的说法中，正确的是(D)A．牛顿第一定律是实验定律B．牛顿第一定律只是提出了惯性的概念C．牛顿第一定律提出了当物体受到的合外力为零时，物体将处于静止状态D．牛顿第一定律既提出了物体不受外力作用时的运动规律，又提出了力是改变物体运动状态的原因解析：牛顿第一定律不是实验定律，选项A错误；牛顿第一定律提出了惯性的概念，同时又指出了物体运动状态改变的原因，选项B错误；牛顿第一定律提出了物体不受外力作用时，物体将处于静止状态或匀速直线运动状态，故选项C错误；综上分析可知，选项D正确．考点三惯性与质量1．惯性的概念物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质．观察下面的事例进一步认识惯性的存在．如图所示，一个玻璃杯内盛半杯水，上面盖一块塑料板，板上放一枚鸡蛋，用小棒猛击塑料板，塑料板飞出，鸡蛋却稳稳地落入杯中．如图所示，小车上竖直放置一个木块，让木块随小车沿着桌面向右运动，当小车被挡板制动时，车上的木块向右倾倒．以上两例说明静止物体或运动的物体都有惯性．2．对惯性的理解(1)惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性．(2)惯性与运动状态无关，不论物体处于怎样的运动状态，惯性总是存在的．当物体原来静止时，它一直“想”保持这种静止状态；当物体原来运动时，它一直“想”以那一时刻的速度做匀速直线运动．(3)惯性与是否受力无关，与速度大小无关，其大小由质量唯一确定．(4)物体不受力时惯性表现为保持匀速直线运动状态或静止状态，物体受力时惯性表现为改变运动状态的难易程度．3．惯性大小的决定因素我们知道，推动一辆自行车要比推动一辆汽车容易很多．这表明质量越大的物体，运动状态越难改变，也就是说物体的惯性越大；而质量越小的物体，运动状态越容易改变，也就是说物体的惯性越小．即质量是物体惯性大小的量度，而一个物体惯性的大小，则意味着改变物体运动状态的难易程度．4．惯性不是力(1)惯性是物体保持原来运动状态的性质，是物体本身的属性，而力是物体对物体的作用．(2)惯性的大小决定于物体本身质量的大小，力的大小决定于物体之间相互作用的强弱．(3)力是改变物体运动状态的原因，而惯性要保持原来的运动状态不变．(4)惯性不是力，“物体保持原来的运动状态是因为受到了惯性力”的说法是错误的．5．惯性与惯性定律是不同的(1)惯性是物体固有的、基本的属性，而惯性定律则是涉及物体运动的一条动力学规律．(2)惯性与物体是否受力及物体的运动状态无关，物体不受力时，惯性表现为物体保持匀速直线运动状态或静止状态，受力时，惯性表现为物体运动状态改变的难易程度；而惯性定律则是有条件的，其成立的条件是物体不受力的作用．(3)惯性的大小决定于物体质量的大小，而惯性定律所描述的物体的匀速直线运动状态或静止状态，则决定于物体是否受力，决定于是否有力迫使它改变这种状态．6．两个角度理解质量(1)从物质的角度：质量是物体所含物质的多少．(2)从惯性的角度：质量是决定物体惯性大小的唯一因素．7．常见惯性现象的分析方法运用惯性解释有关现象时，通常可按下面的步骤思考分析：(1)明确研究的物体原来处在怎样的运动状态；(2)当外力作用在该物体的某一部分(或外力作用在与该物体有关联的其他物体上)时，这一部分的运动状态的变化情况；(3)该物体由于惯性将保持怎样的运动状态，最后会出现什么现象．【例3】关于物体的惯性以下说法中正确的是()A．物体的运动速度越大，物体越难停下来，说明运动速度大的物体惯性大B．汽车突然减速时，车上的人向前倾，拐弯时人会往外甩，而汽车匀速前进时，车上的人感觉平稳，说明突然减速和转弯时有惯性，匀速运动时没有惯性C．在同样大小的力作用下，运动状态越难改变的物体，其惯性一定越大D．在长直水平轨道上匀速运动的火车上，门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起后，发现落回原处，这是因为人跳起后，车继续向前运动，人落下后必定向后偏些，但因时间太短，偏后距离太小，不明显而已【解析】物体的惯性大小由质量唯一确定，与物体的速度无关，A项错误；一切物体均有惯性，不论物体处于加速，减速还是匀速状态，B项错误；同样大小的力作用于物体，状态越难改变，说明物体保持原来状态的本领越大，惯性也越大，所以C项正确；人向上跳起后，人在水平方向不受外力作用，由于惯性，人在水平方向的速度不变，与车速相同，因此仍落在车上原处，D项错误．【答案】C总结提能(1)物体惯性的大小正是反映了改变物体运动状态的难易程度，物体的质量越大，惯性就越大，要改变它的运动状态也就越困难．(2)惯性的记忆可用如下口诀：物体有惯性，惯性物属性，大小看质量，不论动与静．对于一些实际生活中的现象，某同学试图从惯性角度加以解释，其中正确的是(C)A．采用了大功率的发动机后，某些一级方程式赛车的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度，这表明：可以通过科学进步使小质量的物体获得大惯性B．“强弩之末势不能穿鲁缟”，这表明强弩的惯性减小了C．货运列车运行到不同的车站时，经常要摘下或加挂一些车厢，这会改变它的惯性D．自行车转弯时，车手一方面要适当地控制速度，另一方面要将身体稍微向里倾斜，这是通过调控人和车的惯性达到安全行驶的目的解析：惯性是物体的固有属性，大小与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，与其他任何因素无关，A、B错误；摘下或加挂一些车厢，改变了质量，从而改变惯性，C正确；人和车的质量不变，则其惯性不变，D错误．1．17世纪意大利科学家伽利略在研究运动和力的关系时，提出了著名的斜面实验，其中应用的物理思想方法属于(C)A．等效替代B．实验归纳C．科学推理D．控制变量2．关于牛顿第一定律的理解，下列说法正确的是(B)A．力是维持物体运动状态的原因B．力是改变物体运动状态的原因C．物体的质量较小，但运动的速度较大时，惯性也可以很大D．物体自由下落时比竖直上抛时的惯性小解析：力是改变物体运动状态的原因，选项A错误，B正确；惯性与质量有关，和物体的速度、运动情况无关，选项中C、D错误．3．(多选)17世纪，意大利物理学家伽利略根据“斜面实验”指出：在水平面上运动的物体之所以会停下来，是因为受到摩擦阻力的缘故．则下列说法正确的是(BD)A．该实验是一理想实验，是在思维中进行的，无真实的实验基础，故其结果是荒谬的B．该实验是以可靠的事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，从而更深刻地反映自然规律C．该实验证实了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的结论D．该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据解析：伽利略的斜面实验尽管是理想实验，但是以可靠的事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，反映了自然规律．推翻了“力是维持物体运动的原因”的观点，为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据．4．在某停车场，甲、乙两辆同型号的车发生了碰撞事故．甲车司机背部受伤，乙车司机胸部受伤．以下根据两位司机的伤情判定的说法中，可能正确的是(C)A．甲