新人教版高中物理必修第一册学案4 .1牛顿第一定律

4.1牛顿第一定律

学习目标

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.（难点）

2.理解牛顿第一定律的内容及意义.（重点+难点）

3.明确惯性的概念，会解释有关的惯性现象.（重点+难点）

课前预习

一、理想实验的魅力

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，但所达到的高度.

当第二个斜面放平，小球将.

（2）推理结论：力（填“是”或“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，它将继续以沿同一直线运动，

既，也不会偏离原来的方向.

二、牛顿第一定律

1.牛顿第一定律：

内容：一切物体总保持状态或状态，除非作用在它上面的力迫使它这种状态.

2.惯性：物体具有保持原来状态或状态的性质叫惯性.牛顿第一定律也叫作定律.

三、惯性与质量

1.描述物体惯性的物理量是它的，是物体惯性大小的惟一量度.

2.质量是（填“标”或“矢”）量，在国际单位制中，质量的单位是，符号为.

［基础自测］

1.判断正误

（1）亚里士多德认为物体只有受到力的作用才会运动.（）

（2）伽利略的理想实验说明了力是维持物体运动的原因.（）

（3）当一个做匀加速直线运动的物体所受外力突然消失时，物体立刻静止.（）

（4）速度越大，物体的惯性越大.（）

（5）乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球的质量小.（）

2.探究思考

图甲所示是冰壶在冰面上的运动情景.冰壶比赛过程中，运动员在冰球前面擦扫冰面，

可以使表面冰层融化，形成一层薄薄的冰水混合物，而水的阻力比冰面要小，所以冰壶可以

滑行的更远；如果冰的阻力可以忽略，冰壶将永远运动下去.

图乙所示是一足球沿比较光滑的水平面滚动很远的距离停下.

甲乙

试结合上述情景，讨论下列问题.

(1)图甲中的冰壶和图乙中的足球为什么会停下来？它说明了什么问题?

(2)试猜想如果冰壶、足球不受外力作用将处于什么状态？

(3)从(1)、(2)两个问题中，我们能得到什么结论？

课堂探究

探究点一对伽利略理想实验的理解

伽利略理想斜面实验如图，小球沿斜面由静止滚下，再滚上另一斜面.

(1)实际中小球滚上另一斜面的最大高度等于h吗？

(2)设想斜面是光滑的，小球滚上另一斜面的最大高度等于h吗？

(3)设想斜面是光滑的，若减小第二个斜面的倾角.小球还能滚到另一斜面高h处吗？

与没减小斜面倾角之前相比，小球滚到另一斜面高h处通过的距离如何变化？

(4)设想第二个斜面变成水平面，这时小球试图滚上另一斜面的相同高度，但永远达不

到.这时小球的运动能停下来吗？

［知识剖析］

1.伽利略的理想实验推论：

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，从而更深刻地揭示了自然规律.

(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.

例1理想实验有时能更深刻地反映自然规律.伽利略设想了一个理想实验，如图所示.下

面是关于该实验被打乱的步骤:

X)----

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图为两个对接的斜面，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，小球将沿水平面做持续的匀速运

动.

(I)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)在上述的设想实验步骤中，有的属于可靠的实验事实，有的则是理想化的推论，请

问步骤②属于

跟踪练习1伽利略的斜面实验证明了()

A.要物体运动必须有力作用，没有力作用的物体将静止

B.要物体静止必须有力作用，没有力作用的物体就运动

C.物体不受外力作用时，一定处于静止状态

D.力不是维持物体运动的原因

探究点二对牛顿第一定律的理解

如图所示，我们有这样的日常经验：一只木箱，不用力推时木箱不动；用力推时木箱运

动；停止用力，木箱就停下来.

(1)是否有力作用在物体上物体才能运动呢？不用力推木箱时，木箱为什么会停下来

呢？

(2)如果没有摩擦阻力，也不受其他任何力的作用，运动起来的木箱的运动状态会改变

吗？

［知识剖析］

1.对牛顿第一定律的理解

(1)揭不了力和运动的关系：

①力是改变物体运动状态的原因(或者说力是使物体产生加速度的原因)，而不是维持物

体运动状态的原因.

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)揭示了一切物体都具有的一种固有属性一一，惯性.因此牛顿第一定律也叫惯性定律.

2.运动状态改变(即速度改变)的三种情景：

(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.

注意牛顿第一定律是“经验定律”，无法用实验验证.

例2关于牛顿第一定律，下列说法正确的是()

A.力是维持物体运动的原因，没有力的物体将保持静止，比如自行车

B.物体的速度不断增大，表示物体必受力的作用

C.物体如果向正北方向运动，其所受外力方向必须指向正北

D.不受力的物体将保持静止或匀速直线运动状态，而受力的物体运动状态一定改变

跟踪练习2(多选)下列说法正确的是()

A.牛顿第一定律是一条实验定律

B.牛顿第一定律说明了力是改变物体运动状态的原因

C.惯性定律与惯性的实质是相同的

D.物体的运动不需要力来维持

探究点三对惯性的理解及应用

1.百米比赛中运动员冲过终点线后一般要再跑一段距离才停下来.为什么？

2.(1)如图甲所示，公交车突然快速启动时,车上站着的乘客身体为什么会向后倾?

(2)如图乙所示，公交车正在运行时突然急刹车，车内乘客身体为什么会向前倾?

乙

［知识剖析］

1.惯性是物体的固有属性：一切物体都具有惯性.

2.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.

3.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，有“惰性”的意

思.

(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.

例3如图所示是一种汽车安全带控制装置示意图.当汽车处于静止或匀速直线运动时，

刹车摆锤竖直悬挂，锁棒水平，棘轮可以自由转动，安全带能被拉动.当汽车突然刹车时，

摆锤由于惯性绕轴摆动，使得锁棒锁定棘轮的转动，安全带不能被拉动.若摆锤从图中实线

位置摆到虚线位置，汽车的可能运动方向和运动状态是()

A.向右行驶、匀速直线运动B.向左行驶、匀速直线运动

C.向右行驶、突然刹车D.向左行驶、突然刹车

［归纳总结］

解答惯性现象的思路

(1)明确研究的物体原来处于怎样的运动状态.

(2)当外力作用在物体的某一部分时，这一部分运动状态的变化情况.

(3)明确物体由于惯性要保持怎样的运动状态，然后判断物体会出现什么现象.

跟踪练习3关于物体的惯性，以下说法正确的是()

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

素养提升

“理想实验”模型

模型构建：“理想实验”，又叫作“假想实验”、“抽象的实验”，是把实验和逻辑推理相

结合的一种科学研究方法.伽利略的“理想斜面实验”即为“理想实验”模型.

模型理解：“理想实验”虽然也叫作“实验”，但它与真实的科学实验是有原则性区别的,

真实的科学实验是一种实践的活动，而“理想实验”则是一种思维的活动；前者是可以将设

计通过物化过程而实现的实验，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”并不是脱离实际的主观臆想.

（1）“理想实验”是以实践为基础的.所谓的“理想实验”就是在真实的科学实验的基

础上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，对实际过程作出更深层次的抽象分析.

（2）“理想实验”的推理过程，是以一定的逻辑法则为根据的，而这些逻辑法则，都是

从长期的社会实践中总结出来的，并为实践所证实了的.

“理想实验”模型的作用：作为一种抽象思维的方法，“理想实验”可以使人们对实际

的科学实验有更深刻的理解，可以进一步揭示出客观现象和过程之间内在的逻辑联系，并由

此得出重要的结论.例如，作为经典力学基础的惯性定律，就是“理想实验”的一个重要结

论.

“理想实验”模型的局限性：''理想实验”只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.

练习关于伽利略理想实验，下列说法正确的是（）

A.完全是理想的，没有事实为基础

B.是以可靠事实为基础，经科学抽象，深刻反映了自然规律

C.没有事实为基础，只是理想推理

D.以上说法都不对

课堂达标

1.（对伽利略理想实验的理解）（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

2.（牛顿第一定律的理解）（多选）关于牛顿第一定律，下列说法正确的是（）

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

3.（对惯性的理解）关于物体的惯性，下列说法正确的是（）

A.物体抵抗运动状态变化的性质是惯性

B.已知月球上的重力加速度是地球上的看故一个物体从地球移到月球惯性减小为原

1

来的6-

C.同一物体运动越快越难停止运动，说明物体的速度越大，其惯性越大

D.由于巨轮惯性很大，施力于巨轮，经过很长一段时间后惯性变小

4.（惯性的应用）我国《道路交通安全法》中规定：各种小型车辆前排乘坐的人（包括司

机）必须系好安全带，这是因为（）

A.系好安全带可以减小人的惯性

B.系好安全带可以减小车的惯性

C.系好安全带是为了增大人与座椅间的摩擦力

D.系好安全带可以防止因人的惯性而造成的伤害

—☆——★参考答案★——☆—

课前预习

静止增大相同永远运动下去不是同一速度不会停下来匀速直线运动

静止改变匀速直线运动静止惯性质量质量标千克kg

1.判断正误

VXXXV

2.探究思考

［［答案］］(1)冰壶和足球停下来都是因为受到了地面(或冰面)的摩擦力的作用.这些现象

说明力是改变物体运动状态的原因.

(2)原来静止的物体，不受外力作用时，仍然静止，原来运动的物体，不受外力作用时

将永远做匀速直线运动.

(3)物体不受外力作用或所受合力为零时，总保持静止或匀速直线运动状态.

探究点一对伽利略理想实验的理解

［［答案］］⑴小于h.

(2)等于h.

(3)能，通过的距离变大.

(4)不能，永远运动下去.

例1［［答案］］(1)②③①④⑵可靠的实验事实

［［解析］］理想实验的思想方法，即在实验事实的基础上,经过合理的想象,获取结论.针

对题目所述的实验步骤，正确的排列顺序是②③①④，步骤②属于可靠的实验事实.

跟踪练习1［［答案］］D

［［解析］］伽利略的斜面实验证明了：如果物体不受外力作用，运动的物体将继续以同一

速度沿着一条直线运动下去，所以只有D正确.

探究点二对牛顿第一定律的理解

［［答案］］(1)不是.因为受到阻力的作用.

(2)如果没有摩擦阻力，也不受其他任何力的作用，木箱将保持这个速度沿直线永远运

动下去.

例2［［答案］］B

［［解析］］根据牛顿第一定律的内容可以判断力是改变物体运动状态的原因，不受力的物

体将保持静止或匀速直线运动状态，故A错误，B正确；若物体向正北方向做匀速直线运

动，则物体不受力或所受合外力为零，C错误；物体受到力的作用，若合外力为0,则物体

也可以保持运动状态不变，故D错误.

跟踪练习2［［答菊］BD

［［解析］］牛顿第一定律反映了物体在不受力的理想条件下所遵循的运动规律，不能通过

实验验证，并非实验定律，选项A错误；牛顿第一定律说明物体的运动不需要力来维持，

但要改变物体的运动状态则必须有力的作用，选项B、D正确；惯性是物体保持原来运动状

态不变的一种性质，惯性定律则反映了物体在一定条件下的运动规律，选项C错误.

探究点三对惯性的理解及应用

1.［［答案］］由于惯性，运动员如果冲过终点线后立即停下来会向前摔倒而导致受伤，故

而一般要再跑一段距离才停下来.

2口答案］］(1)当公交车由静止突然快速启动时，乘客的下半部分受到车的摩擦作用也随

车运动，而上半部分由于要保持原来的静止状态，故向后倾倒.

(2)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.

例3［［答案］］C［［解析］］若汽车做匀速直线运动，则摆锤不会从实线位置摆到虚线位置,

故选项A、B均错误；由图可知摆锤向右摆动，根据惯性知识可推知，汽车可能向左加速或

向右减速，故选项C正确，选项D错误.

跟踪练习3［［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