第1课牛顿第一定律（教师版）-高一物理讲义（人教2019）

第1节牛顿第一定律目标导航目标导航课程标准课标解读1．知道伽利略的理想实验及其推理过程，知道理想实验是科学研究的重要方法。2．理解牛顿第一定律的内容及意义。3．理解惯性的概念，会解释惯性的有关现象。4．能够应用牛顿第一定律分析求解问题。1、通过阅读或者查阅资料等途径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，培养学生严谨的科学态度。2、能准确叙述牛顿第一定律的内容，并能对该定律所揭示的运动和力的关系问题有较深刻的理解。3、了解伽利略关于运动和力的关系的认识，了解他的理想实验和相应的推理过程，领会实验加推理的科学研究方法，培养学生科学推理和想象能力。4、能通过实例说明质量是物体惯性大小的量度。知识精讲知识精讲知识点01“运动与力的关系”的历史认知1.亚里士多德认为：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在一个地方.2.伽利略的理想实验(1)斜面实验：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，小球将上升到原来释放时的高度.减小第二个斜面的倾角，小球滚动的距离增大，但所达到的高度相同.当第二个斜面放平，小球将永远运动下去.(2)推理结论：力不是(填“是”或“不是”)维持物体运动的原因.实验事实让小球沿一个斜面从静止滚下，小球将滚上另一个对接的斜面推理1如果没有摩擦力，小球将上升到原来的高度.推理2如果减小第二个斜面的倾斜度，小球会通过更长的路程，仍然可以达到原来的高度.推理3继续减小第二个斜面的倾斜度，使它最终成为水平面，小球就再也达不到原来的高度，而将沿水平面持续运动下去.实验结论力不是维持物体运动的原因.实验的意义①伽利略用“实验+科学推理”的方法推翻了亚里士多德的观点；②第一次确立了物理实验在物理研究中的基层地位；③揭示了力不是维持物体运动的原因.3.笛卡尔的观点：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.【即学即练1】中国古代科技取得了辉煌的成就，在很多方面走在世界前列．例如春秋战国时期，墨家的代表人物墨翟在《墨经》中，就已对力做了比较科学的阐述：“力，刑(形)之所以奋也”．这句话的意思是：力能使物体由静止开始运动，或使运动的物体运动得越来越快．下列说法中，与墨翟对力的阐述最接近的是()A．力是维持物体运动的原因B．力是物体位移变化的原因C．力是物体位置变化的原因D．力是物体运动状态改变的原因【答案】D.【解析】：由题意可知：“力，刑(形)之所以奋也”这句话的意思是：力能使物体由静止开始运动，或使运动的物体运动得越来越快，即力起到了改变物体运动状态的作用，与力是改变物体运动状态的原因相接近，故D正确，A、B、C错误．【即学即练2】伽利略斜面实验的“合理外推”示意图如图所示，伽利略的成功，不仅在于找出了落体运动的规律，更重要的是开辟了一条物理学的研究之路，下列说法正确的是（）A．让小球在倾角较小的斜面上运动，目的是延长物体的运动时间，加快物体的下落速度B．让小球在斜面上运动来研究自由落体运动，其实质是“放大重力”，减小位移延长时间C．伽利略对落体的研究思路概括如下：发现问题→提出猜想→数学推理→实验验证→合理外推→得出结论D．伽利略把竖直实验的结果推广到斜面情况，是思维方法的一种“升华”，这种方法被称为“放大法”【答案】C【解析】A．让小球在倾角较小的斜面上运动，目的是延长物体的运动时间，减小物体下落的速度，故A错误；B．让小球在斜面上运动来研究自由落体运动，其实质是“冲淡重力”，故B错误；C．伽利略对落体的研究思路概括如下，发现问题→提出猜想→数学推理→实验验证→合理外推→得出结论，故C正确；D．伽利略把斜面实验的结果推广到竖直情况，是思维方法的一种“升华”，这种方法被称为“合理外推”，故D错误。故选C。知识点02牛顿第一定律1.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.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发生改变.(2)意义：①揭示了物体的固有属性：一切物体都具有惯性，因此牛顿第一定律又被叫作惯性定律；②揭示了运动和力的关系：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，即力是产生加速度的原因.=3\*GB3③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.=4\*GB3④牛顿第一定律是经过科学抽象、归纳推理总结出来的.【即学即练3】我国古代典籍中记录了很多物理现象和规律，体现了古人对自然的思考探索。根据所学知识分析，下列说法正确的是（）A．“力，刑（形）之所以奋也”，力使物体的运动状态发生了改变，说明力是改变物体运动状态的原因B．“强努之末，势不能穿鲁缟也”，说明弓箭的惯性随速度减小而减小C．“劝登马力，马力既竭，辀犹能一取焉”，说明力是维持物体运动的原因，没有力物体就会停止运动D．“有乌获之劲而不得人助，不能自举”，意思是力气很大的人也不能把自己举起来，说明一对相互作用力的效果可以相互抵消【答案】A【解析】A．力是改变物体运动状态的原因，故A正确；B．物体的惯性只与质量有关，与速度无关，故B错误；C．力不是维持物体运动的原因，故C错误；D．相互作用力不是作用在同一个物体上的，作用效果不会抵消，故D错误。故选A。【即学即练4】2021年8月8日，东京奥运会闭幕，中国运动健儿们取得了优异的成绩，如图是他们在运动赛场上的一些运动场景。下列有关说法正确的是（）A．甲图中举重运动员比赛时手上会抹些镁粉，这是为了减小手和杆之间的摩擦B．乙图中乒乓球运动员把乒乓球用力击出，球的速度改变，说明力可以改变物体的运动状态C．丙图中运动员赛跑冲过终点后，还会继续前行，这是因为运动员受到了惯性的作用D．丁图中运动员游泳过程中，运动员手对水的作用力和水对手的作用力是一对平衡力【答案】B【解析】A．甲图中举重运动员比赛时手上会抹些镁粉，这是为了增大手和杆之间的摩擦，A错误；B．乙图中乒乓球运动员把乒乓球用力击出，球的速度改变，说明力可以改变物体的运动状态，B正确；C．丙图中运动员赛跑冲过终点后，还会继续前行，这是因为运动员受到了惯性的作用，表述错误，应该为运动员具有惯性，C错误；D．丁图中运动员游泳过程中，运动员手对水的作用力和水对手的作用力是一对作用力与反作用力，D错误。故选B。知识点03惯性与质量1.惯性(1)定义：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质.(2)量度：质量是惯性大小的唯一量度，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小.(3)普遍性：惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性，与物体的运动情况和受力情况无关.2.惯性的两种表现形式(1)物体在不受外力或所受的合外力为零时，惯性表现为使物体保持原来的运动状态不变(静止或匀速直线运动).(2)物体受到外力时，惯性表现为抗拒运动状态的改变，惯性大，物体的运动状态较难改变；惯性小，物体的运动状态较易改变.【即学即练5】如图所示，在一辆表面光滑的小车上，有质量分别为m1、m2的两个小球随车一起匀速运动，当车突然停止时，如不考虑其他阻力，设车足够长，则()A.若m1<m2，则两个小球一定相碰B.若m1＝m2，则两个小球一定相碰C.若m1>m2，则两个小球一定相碰D.两个小球一定不相碰【答案】D【解析】小车表面光滑，因此两小球在水平方向上没有受到外力的作用.原来两个小球与小车具有相同的速度，当车突然停止运动时，由于惯性，两个小球的速度不变，所以不会相碰(与质量大小无关)，故D正确.能力拓展能力拓展考法01惯性的决定因素及其具体表现【典例1】如图所示，一个劈形物体A，各面均光滑，放在固定的斜面上，A的上表面水平，在A的上表面上放一光滑的小球B，劈形物体A从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是()A.沿斜面向下的直线B.竖直向下的直线C.无规则曲线D.抛物线【答案】B【解析】小球原来静止时受重力和支持力作用，其合力为零.当劈形物体A由静止释放，A应沿斜面下滑，故B也将运动，运动状态就要发生改变，但由于惯性，小球原来速度为零，而小球又光滑，除竖直方向可以有力外，其他方向上不受力，因为力是使物体运动状态改变的原因，故小球只能在竖直方向上运动，在碰到斜面之前，运动轨迹应为一条直线，即竖直向下的直线，故选B.考法02应用牛顿第一定律分析问题【典例2】在列车的车厢内，有一个自来水龙头C.第一段时间内，水滴落在水龙头的正下方B点，第二段时间内，水滴落在B点的右方A点，如图所示．那么列车可能的运动是()A．先静止，后向右做加速运动B．先做匀速运动，后做加速运动C．先做匀速运动，后做减速运动D．上述三种情况都有可能【答案】BC.【解析】：水滴下落时，水平方向保持原来的速度，若车匀速运动，车的水平位移与水滴的水平位移相同，则落在B点；若车向左加速运动，则水滴仍保持下落时的水平速度，而车的水平位移增大，故水滴可落在A处；同理，车向右减速运动，水滴也会落在A处，故选项B、C正确．分层提分分层提分题组A基础过关练1.伽利略对自由落体运动及运动和力的关系的研究，开创了科学实验和逻辑推理相结合的重要科学研究方法.图(a)、(b)分别表示这两项研究中实验和逻辑推理的过程，对这两项研究，下列说法正确的是()A.图(a)通过对自由落体运动的研究，合理外推得出小球在斜面上做匀变速运动B.图(a)中先在倾角较小的斜面上进行实验，可“冲淡”重力，使时间测量更容易C.图(b)中完全没有摩擦阻力的斜面是实际存在的，实验可实际完成D.图(b)的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持答案B解析伽利略设想物体下落的速度与时间成正比，因为当时无法测量物体的瞬时速度，所以伽利略通过数学推导证明，如果速度与时间成正比，那么位移与时间的二次方就成正比.由于当时用滴水法计时，无法记录自由落体的较短时间，伽利略设计了让铜球沿阻力很小的斜面滚下，来“冲淡”重力的作用效果，而小球在斜面上运动的加速度要比它竖直下落的加速度小得多，运动相同位移所用时间长得多，所以容易测量.伽利略做了上百次实验，并通过抽象思维在实验结果上进行了合理外推，得出了正确结论，故A错误，B正确；完全没有摩擦阻力的斜面是不存在的，故C错误；伽利略用抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法得到物体的运动不需要力来维持的结论，故D错误.2.[多选]在水平的路面上有一辆匀速行驶的小车，车上固定一盛满水的碗。现突然发现碗中的水洒出，水洒出的情况如图所示，则关于小车在此种情况下的运动，下列叙述正确的是()A．小车匀速向左运动 B．小车可能突然向左加速C．小车可能突然向左减速 D．小车可能突然向右减速答案BD解析：原来水和小车相对静止以共同速度运动，水突然向右洒出有两种可能：①原来小车向左运动，突然加速，碗中水由于惯性保持原速度不变，故相对碗向右洒出。②原来小车向右运动，突然减速，碗中水由于惯性保持原速度不变，相对于碗向右洒出，故B、D正确。3.一汽车在路面情况相同的公路上沿直线行驶，下面关于车速、惯性、质量和滑行路程的讨论正确的是()A.车速越大，它的惯性越大B.质量越大，它的惯性越大C.车速越大，刹车后滑行的路程越长D.车速越大，刹车后滑行的路程越长，所以惯性越大答案BC解析惯性是物体的固有属性，它与物体的质量有关，与物体的速度无关，故A错误，B正确；根据x＝eq\f(v2,2a)可知，车速越大，刹车后滑行的路程越长，与惯性的大小无关，故C正确，D错误.4.(多选)小轩很喜欢爸爸新买的数码照相机，在旅途中拍下了直线行驶的火车内桌面上塑料杯不同瞬间的状态，如图中的甲、乙、丙所示.则下列关于火车运动状态的判断可能正确的是()A.甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向左加速，丙图中火车突然向左减速B.甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向右加速，丙图中火车突然向左加速C.甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向右减速，丙图中火车突然向右加速D.甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向左加速，丙图中火车突然向右减速【答案】AC【解析】题图甲中，塑料杯相对于桌面的位置没有发生改变，因此它们的运动状态是相同的，说明此时在匀速运动，题图乙中，塑料杯向右倾倒，说明火车突然向左加速(或向右减速)，因为，火车突然向左加速时，塑料杯的下部由于摩擦也随着加速，而上部由于惯性仍保持原来的运动状态，所以才会向右倾倒，火车向右减速时的情形也可用类似的方法解释；题图丙中，塑料杯向左倾倒，说明火车突然向左减速(或向右加速)，因为，火车突然向左减速时，塑料杯的下部由于摩擦也随着减速，而上部由于惯性仍保持原来的运动状态，所以才会向左倾倒，火车向右加速时的情形也可用类似的方法解释.所以，题图甲中火车在匀速运动，题图乙中火车突然向左加速(或向右减速)，题图丙中火车突然向左减速(或向右加速)，选项A、C正确.5.关于物体的惯性，下列说法中正确的是()A．骑自行车的人，上坡前要紧蹬几下，是为了增大惯性冲上坡B．子弹从枪膛中射出后在空中飞行，速度逐渐减小，因此惯性也减小C．物体惯性的大小，由物体质量的大小决定D．物体由静止开始运动的瞬间，它的惯性最大答案C解析：质量是物体惯性大小的唯一量度，惯性与物体的运动状态无关。故C正确。题组B能力提升练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.下列说法中符合历史事实的是()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：运动必具有一定的速度，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，物体都具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质答案BCD解析亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体才能运动，故A错误；伽利略通过“理想实验”得出结论：力不是维持运动的原因，即运动必具有一定的速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去，故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，故C正确；牛顿认为物体都具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，故D正确.2.下列对运动的认识不正确的是()A.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B.伽利略认为力不是维持物体速度的原因C.牛顿认为力的真正效果总是改变物体的运动状态D.伽利略根据理想实验推出，如果没有摩擦，在水平面上的物体，一旦具有某一个速度，将保持这个速度继续运动下去答案A解析亚里士多德认为力是维持物体速度的原因，故A错误；伽利略认为力不是维持物体运动的原因，力是改变物体运动状态的原因，故B正确；牛顿认为力的真正效果总是改变物体的速度，即产生加速度，故C正确；伽利略根据理想实验推出，如果没有摩擦，在水平面上的物体，一旦具有某一个速度，将保持这个速度继续运动下去，故D正确.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，说明突然减速和拐弯时人有惯性，匀速运动时没有惯性C.在同样大小的力的作用下，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【答案】C【解析】物体的惯性大小只由质量决定，与物体的速度大小无关，A错误；一切物体均有惯性，不论物体处于加速、减速还是匀速运动状态，B错误；同样大小的力作用于物体上，运动状态越难改变，说明物体保持原来运动状态的本领越大，惯性也越大，所以C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，因此仍落在车厢内原处，D错误.4..关于牛顿第一定律，下列说法中错误的是()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【答案】B【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.题组C培优拔尖练1.理想实验有时更能深刻地反映自然规律.如图1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)请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列：____________(填写序号即可).(2)在上述的设想步骤中，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【答案】(1)②③①④(2)B【解析】步骤②是理想实验的实验基础，属于可靠的事实，在此基础上利用推理，先得到小球不受阻力作用将上升到原来释放时的高度的推论，再设想减小第二个斜面的倾角直至第二个斜面成为水平面时，得到小球将匀速运动的推论.所以正确的排列顺序是②③①④，正确的分类是②是事实，①③④是推论.2．如图所示，在光滑水平面上有一密闭水箱，其中水的密度为ρ0，A、B、C三个小球的密度分别为ρA>ρ0，ρB=ρ0，ρC<ρ0，均用细线系在水箱中，开始时水箱静止，细线竖直，现用力向右突然拉动水箱的瞬间，则（）A．细线均竖直B．A线左倾，C线右倾，B线竖直C．细线均左倾D．A线右倾，C线左倾，B线竖直【答案】B【解析】当用力向右突然拉动水箱，由于ρA>ρ0，ρB=ρ0，ρC<ρ0，A球的惯性大于相同体积的水的惯性，线向左倾斜；B球的惯性与相同体积的水的惯性相同，线不倾斜，仍竖直；而C球的惯性小于相同体积的水的惯性，线向右倾斜。故选B。3