新教材高中物理第四章运动和力的关系1牛顿第一定律导学案新人教版必修第一册

第四章运动和力的关系1.牛顿第肯定律物理观念：1.理解牛顿第肯定律的内容及意义。2.明确惯性的概念，知道惯性的量度。科学思维：1.知道伽利略志向试验的过程，知道志向试验是科学探讨的重要方法。2.会用惯性说明有关现象。一志向试验的魅力1．人类对运动和力的关系的相识历程代表人物主要观点亚里士多德必需有力作用在物体上，物体才能eq\o(□,\s\up2(01))运动；没有力的作用，物体就要eq\o(□,\s\up2(02))静止在某个地方伽利略力不是eq\o(□,\s\up2(03))维持物体运动的缘由笛卡儿假如运动中的物体没有受到eq\o(□,\s\up2(04))力的作用，它将接着以eq\o(□,\s\up2(05))同一速度沿eq\o(□,\s\up2(06))同始终线运动，既不会停下来，也不会eq\o(□,\s\up2(07))偏离原来的方向2．伽利略的志向试验(1)斜面试验：让一个小球沿斜面从静止状态起先运动，小球将“冲”上另一个斜面。假如没有摩擦，小球将到达eq\o(□,\s\up2(08))原来的高度。假如其次个斜面倾角减小，小球仍将到达eq\o(□,\s\up2(09))原来的高度，但是运动的距离更长。(2)推理结论：当其次个斜面最终变为水平面时，小球要到达原有高度将eq\o(□,\s\up2(10))恒久运动下去。这说明，力不是eq\o(□,\s\up2(11))维持物体运动的缘由。二牛顿第肯定律1．牛顿第肯定律：一切物体总保持eq\o(□,\s\up2(01))匀速直线运动状态或eq\o(□,\s\up2(02))静止状态，除非作用在它上面的力迫使它eq\o(□,\s\up2(03))变更这种状态。2．惯性：物体保持原来eq\o(□,\s\up2(04))匀速直线运动状态或eq\o(□,\s\up2(05))静止状态的性质叫作惯性。牛顿第肯定律也被叫作eq\o(□,\s\up2(06))惯性定律。3．意义(1)揭示了运动和力的关系：力不是维持物体运动状态的缘由，而是eq\o(□,\s\up2(07))变更物体运动状态的缘由。(2)揭示了一切物体都具有的一种固有属性——eq\o(□,\s\up2(08))惯性。三惯性与质量1．描述物体惯性的物理量是它的eq\o(□,\s\up2(01))质量。eq\o(□,\s\up2(02))质量大的物体惯性大。2．质量：只有eq\o(□,\s\up2(03))大小，没有eq\o(□,\s\up2(04))方向，是eq\o(□,\s\up2(05))标量。在国际单位制中，质量的单位是eq\o(□,\s\up2(06))千克，符号为eq\o(□,\s\up2(07))kg。1．判一判(1)亚里士多德认为物体的自然状态是静止，只有当它受到力的作用才会运动。()(2)伽利略认为力不是维持物体运动的缘由。()(3)伽利略志向试验的结论是以牢靠事实为基础，经科学抽象、运用分析推理得出的。()(4)牛顿第肯定律可以用试验干脆验证。()(5)物体的惯性总是以保持“原状”或抗拒“变更”两种形式表现出来。()(6)力无法变更物体的惯性。()提示：(1)√(2)√(3)√(4)×(5)√(6)√2．想一想(1)“志向试验”能否通过科技的不断发展而变成真实的科学试验？提示：不能，志向试验是人们在抽象思维中设想出来而事实上无法做到的试验。(2)如图所示，用力踢球，球才会运动起来，能否证明有力才有运动，运动须要外力来维持？提示：不能，正是由于脚对球的力，变更了足球原来的运动状态(静止)，故力是变更物体运动状态的缘由。而不是有力才有运动，力不是维持物体运动的缘由。课堂任务对伽利略的志向试验的理解细致视察下列图片，细致参加“师生互动”。活动1：关于力和运动的关系，在很长的时间里，人们都信奉亚里士多德的观点，其内容是什么？提示：必需有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在某个地方。活动2：依据视察，小钢球沿斜面对下滚动时，速度如何变更？假如向上滚动呢？由此猜想，小球沿水平面滚动时速度如何？提示：速度增大；速度减小；速度应当不增不减。活动3：事实上小钢球沿水平面滚动时，会越来越慢，最终停下来，这是为什么？提示：这是因为小球受到摩擦力作用。活动4：如图甲所示的试验，不断变更斜面的材料，使其越来越光滑(例如由毛巾依次换成棉布、木板、玻璃)，你视察到小球到达的最大高度如何变更？提示：越来越高。活动5：假如斜面肯定光滑，小球能达到多高？提示：小球将达到原来的高度。活动6：如图乙所示，减小其次个斜面的倾角，若斜面肯定光滑，小球能到达多高？与活动5相比运动的距离如何？提示：小球仍将到达原来的高度；运动的距离更长。活动7：如图丙所示，当肯定光滑的其次个斜面最终水平常，小球如何运动？提示：小球要到达原有高度将恒久运动下去。活动8：将上述志向试验与亚里士多德的观点对比，你能总结出什么？提示：力不是维持物体运动的缘由。1．“志向试验”揭示了力不是维持物体运动的缘由，物体的运动不须要力来维持。2．“志向试验”是一种思维活动，是人们在抽象思维中设想出来的，事实上无法做到。3．“志向试验”是一种以牢靠的事实为依据，忽视次要因素，并把试验的状况合理外推到志向状态，从而揭示自然现象本质的假想试验。所以说伽利略的志向试验方法是科学的，结论是牢靠的。例1(多选)下列关于伽利略的志向试验的叙述中正确的是()A．这个试验是凭空想象的B．这个试验虽然是想象的，但它得出的结论是牢靠的C．志向试验是一种科学方法D．志向试验是一个纯思维试验，其正确性应当再接受试验验证伽利略的志向试验是想象中的试验，有科学性吗？提示：伽利略的志向试验虽然是想象中的试验，但这个试验反映了一种物理科学方法，它是建立在牢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，忽视次要因素，从而深刻地揭示了自然规律。[规范解答]志向试验是一种科学方法，是一种以牢靠的事实为依据，忽视次要因素，并把试验的状况合理外推到志向状态，从而揭示自然现象本质的假想试验，不能用试验验证，但由它得出的结论是牢靠的，A、D错误，B、C正确。[答案]BC规律点拨“志向试验”在自然科学的理论探讨中有着重要的作用，但“志向试验”的方法有肯定的局限性，“志向试验”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对，而不能用作检验相识正确与否的标准。由“志向试验”所得出的任何推论，都必需由视察或试验的结果来检验。eq\a\vs4\al([变式训练1])在探究物体运动的缘由时，伽利略利用两个对接的斜面，一个斜面固定，让小球从固定斜面上滚下，又滚上另一个倾角可以变更的斜面，斜面倾角渐渐变更至零，如图所示。伽利略设计这个试验的目的是为了说明()A．假如没有摩擦，小球将运动到与释放时相同的高度B．即使没有摩擦，小球最终也肯定会停下来C．力不是维持物体运动的缘由D．假如物体不受力的作用就不会运动答案C解析伽利略的志向试验证明白：力不是维持物体运动的缘由，运动不须要力来维持，A、B、D错误，C正确。课堂任务牛顿第肯定律细致视察下列图片，细致参加“师生互动”。活动1：如图甲所示，关于力和运动的关系，伽利略的结论是什么？提示：力不是维持物体运动的缘由。活动2：如图甲所示，考虑速度的矢量性，试进一步总结物体不受力时速度有什么特点？假如物体起先时静止呢？提示：假如运动中的物体没有受到力的作用，它将接着以同一速度沿同始终线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向，即速度的大小和方向都不变。若物体起先时静止，即速度为零，因为速度不变，所以以后仍保持静止。活动3：如图乙、丙所示，总结力对运动有什么影响？提示：图乙中磁力使钢球的速度变大，图丙中磁力使钢球的速度方向变更；因此力能变更物体的速度。活动4：结合以上活动，试总结力和运动的关系。提示：由活动1、3可知，力不是维持物体运动的缘由，而是变更物体速度的缘由；由活动2可知，物体不受力时，速度不变，即物体总保持速度不变(匀速直线运动或静止)的状态，除非作用在它上面的力迫使它变更这种状态。1．对牛顿第肯定律的理解(1)牛顿第肯定律所描述的状态是一种不受力作用的志向状态，它是在伽利略和笛卡儿工作的基础上利用逻辑思维进行分析的产物，不行能用试验干脆验证。(2)牛顿第肯定律表明当物体所受合力为零时，物体保持匀速直线运动状态或静止状态。(3)牛顿第肯定律只适用于惯性参考系，在非惯性系中不适用。惯性参考系和非惯性系：假如在一个参考系中，一个不受力的物体会保持匀速直线运动状态或静止状态，这样的参考系叫作惯性参考系，简称惯性系。如地面或相对地面静止或做匀速直线运动的物体就是惯性系，而相对地面做变速运动的物体是非惯性系。2．牛顿第肯定律的意义(1)揭示了运动和力的关系①力不是维持物体运动的缘由，而是变更物体运动状态的缘由。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——惯性，即物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，因此牛顿第肯定律也被叫作惯性定律。例2(多选)关于牛顿第肯定律有下列说法，其中正确的是()A．牛顿第肯定律可用试验来验证B．牛顿第肯定律说明力是变更物体运动状态的缘由C．惯性定律与惯性的实质是相同的D．牛顿第肯定律说明物体的运动不须要力来维持(1)牛顿第肯定律描述的是什么状态？这种状态存在吗？提示：牛顿第肯定律描述的是物体不受力的状态，这种状态不存在，因为不受力作用的物体是不存在的。(2)物体不受力能运动吗？提示：牛顿第肯定律指出运动的物体不受力时保持匀速直线运动状态，所以物体的运动不须要力来维持。我们常见的物体不受力会停止，是因为我们忽视了摩擦力和空气阻力等。[规范解答]不受力的物体是不存在的，牛顿第肯定律不是试验定律，故不能用试验来验证，A错误；牛顿第肯定律说明力是变更物体运动状态的缘由，B正确；牛顿第肯定律又叫惯性定律，牛顿第肯定律是物体遵循的规律，而惯性是物体的性质，实质是不相同的，C错误；牛顿第肯定律说明物体的运动不须要力来维持，D正确。[答案]BD规律点拨物体运动状态变更的理解运动状态变更即速度发生变更，有三种状况：1速度的方向不变，大小变更。2速度的大小不变，方向变更。3速度的大小和方向同时发生变更。eq\a\vs4\al([变式训练2])关于牛顿第肯定律，以下说法错误的是()A．牛顿第肯定律反映了物体不受外力作用时的运动规律B．牛顿第肯定律是牛顿通过大量试验总结出来的试验结论C．牛顿第肯定律说明一切物体都有惯性D．牛顿第肯定律说明力可以变更物体的运动状态答案B解析牛顿第肯定律描述了物体不受外力作用时的运动规律，即总保持匀速直线运动状态或静止状态，A正确；牛顿第肯定律是牛顿在伽利略和笛卡儿工作的基础上，通过逻辑推理总结出来的结论，B错误；牛顿第肯定律说明一切物体都有惯性，C正确；牛顿第肯定律说明力可以变更物体的运动状态，D正确。课堂任务惯性的理解和应用细致视察下列图片，细致参加“师生互动”。活动1：如图甲，铅球质量越小，运动员投掷的距离越远，从运动和力的关系分析，这说明什么？提示：这说明铅球质量越小，越简单获得更大的速度，即运动状态越简单变更，惯性越小。活动2：如图乙，轰炸机为了携带更多的炸弹，质量很大，但是战斗机(图丙)质量都很小，为什么？这说明白什么？提示：战斗机要求动作敏捷，例如在极短的时间加速或转弯，以躲避来袭导弹，即战斗机要求运动状态简单变更，惯性小。说明物体的惯性大小与其质量有关。1．大量的事例说明，不同质量的物体，惯性的大小不一样。描述物体惯性的物理量是它的质量。2．对惯性的理解(1)惯性与质量①惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。②质量是物体惯性大小的唯一量度。质量越大，惯性越大。(2)惯性与力①惯性是物体本身固有的一种性质，因此说“物体受到了惯性作用”“产生了惯性”“受到惯性力”都是错误的。②力是变更物体运动状态的缘由，惯性是维持物体运动状态的缘由。力越大，运动状态越易变更；惯性越大，运动状态越难变更。③惯性与物体的受力状况无关。(3)惯性与速度①速度是表示物体运动快慢的物理量，惯性是物体本身固有的性质。②一切物体都有惯性，惯性和物体是否有速度及速度的大小均无关。不能说“速度大惯性就大”。(4)惯性与惯性定律牛顿第肯定律也叫惯性定律，表明白物体具有惯性，但惯性和惯性定律是不同的。惯性没有条件限制，是物体的一种固有属性。惯性定律揭示了运动和力的关系，是物体遵循的一条动力学规律。(1)在不受力(或合力为零)的条件下，惯性表现为物体保持原来的运动状态。(2)在受力且合力不为零的条件下，惯性表现为物体运动状态变更的难易程度。例3打水漂是人类最古老的嬉戏之一。如图所示，仅须要一块小瓦片，在手上呈水平放置后，用力使它水平飞出，瓦片擦水面飞行，不断地在水面上向前弹跳，直至下沉。下列推断正确的是()A．瓦片飞出时的初速度越大，它的惯性肯定越大B．瓦片飞行时所用时间越长，它的惯性肯定越大C．瓦片飞出去的距离越长，它的惯性肯定越大D．瓦片的质量越大，它的惯性肯定越大(1)惯性与物体的运动速度有关吗？速度越大惯性越大吗？提示：惯性与物体的速度无关；速度越大，惯性不肯定越大。(2)物体的惯性大小由什么确定？提示：只由物体的质量确定。[规范解答]惯性是物体本身具有的一种性质，惯性的大小只与物体的质量有关，所以瓦片的质量越大，它的惯性肯定越大，惯性与初速度、飞行时间、飞行距离等因素无关，A、B、C错误，D正确。[答案]D规律点拨利用惯性说明现象的步骤1明确探讨的物体原来处于怎样的运动状态。2明确当外力作用在该物体的某一部分或与该物体有关联的其他物体上时，这一部分或其他物体的运动状态的变更状况。3明确该物体由于惯性保持怎样的运动状态，推断最终会出现什么现象。eq\a\vs4\al([变式训练3])(多选)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对右运动，当小车被挡板制动时，车上的木块向右倾倒。下列分析正确的是()A．木块上部有惯性，下部没有惯性B．木块倾倒是因为木块有惯性C．小车遇到挡板时，木块上部受到了惯性力的作用而向前运动D．木块底部受到摩擦力，很快停止运动，上部没有受摩擦力，由于惯性要接着运动答案BD解析惯性是物体的固有属性，惯性的大小与物体的运动状态无关，木块的上部与下部都有惯性，A错误；当小车被制动后，木块底部受到摩擦力，很快停止运动，上部没有受摩擦力，由于惯性要接着运动，最终木块倾倒，B、D正确；小车遇到挡板时，木块上部由于惯性接着前行才倾倒，不能说受到了惯性力的作用而向前运动，C错误。1．(物理学史)在物理学史上，正确相识运动与力的关系并且推翻“力是维持运动的缘由”的物理学家和建立惯性定律的物理学家分别是()A．亚里士多德、伽利略 B．亚里士多德、牛顿C．伽利略、牛顿 D．伽利略、爱因斯坦答案C解析在物理学史上，正确相识运动与力的关系并且推翻“力是维持运动的缘由”的物理学家和建立惯性定律的物理学家分别是伽利略和牛顿，故C正确。2．(惯性、志向试验)关于惯性和志向试验，下列说法中正确的是()A．静止的物体可能没有惯性B．速度越大的物体惯性越大C．同一物体在地球上和月球上的惯性不同D．伽利略的斜面试验以牢靠的事实为基础，并把试验探究和逻辑推理和谐地结合在一起答案D解析惯性是物体的固有属性，任何物体都具有惯性，与运动状态无关，故A错误；质量是惯性大小的唯一量度，与速度、环境等因素无关，故B、C错误；伽利略的斜面试验以牢靠的事实为基础，并把试验探究和逻辑推理和谐地结合在一起，故D正确。3．(牛顿第肯定律的理解)下列关于牛顿第肯定律的说法中正确的是()A．牛顿第肯定律是试验定律B．牛顿第肯定律是科学家凭空想象出来的，没有试验依据C．牛顿第肯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．牛顿第肯定律既提出了物体不受外力作用时的运动规律，又提出了力是变更物体运动状态的缘由答案D解析牛顿第肯定律不是试验定律，A错误；牛顿第肯定律是建立在日常阅历、科学猜想、试验和推理相结合的基础上的，B错误；牛顿第肯定律提出了当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，C错误；牛顿第肯定律既提出了物体不受外力作用时的运动规律，又提出了力是变更物体运动状态的缘由，D正确。4．(牛顿第肯定律的理解)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起先运动，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缘由B．力是物体位移变更的缘由C．力是物体位置变更的缘由D．力是物体运动状态变更的缘由答案D解析力能使物体由静止起先运动，或使运动的物体运动得越来越快，即力起到了变更物体运动状态的作用，这句话的意思与“力是物体运动状态变更的缘由”相接近，D正确。5．(惯性)古诗词是我国五千年绚丽文化的精髓，先人在创作时奇妙地借用了很多物理学问，使其作品大放异彩。下列涉及惯性的诗句是()A．坐地日行八万里，巡天遥看一千河B．船到江心抛锚迟，悬崖勒马早已晚C．人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开D．飞流直下三千尺，疑是银河落九天答案B解析“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”，是说地球自转一圈的路程为八万里，而人与地面保持相对静止，速度相同，不涉及惯性，A错误；“船到江心抛锚迟，悬崖勒马早已晚”，是说物体有保持原来运动状态不变的性质，这就是惯性，B正确；“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开”说明环境与温度对生物的影响，不涉及惯性，C错误；“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”，是描写瀑布的自然景象，不涉及惯性，D错误。6.(惯性与牛顿第肯定律的综合应用)如图，冰壶是冬奥会的正式竞赛项目，冰壶在冰面上运动时受到的阻力很小，以下有关冰壶运动的说法正确的是()A．冰壶在冰面上的运动干脆验证了牛顿第肯定律B．冰壶在冰面上做运动状态不变的运动C．冰壶在冰面上的运动说明冰壶在运动过程中惯性渐渐减小D．冰壶在运动过程中反抗运动状态变更的“本事”是不变的答案D解析力是变更物体运动状态的缘由，冰壶在冰面上运动时受到阻力的作用，速度渐渐减小，所以并未干脆验证牛顿第肯定律，A、B错误；质量是惯性大小的量度，惯性与速度的大小无关，C错误；质量是惯性大小的量度，冰壶的质量不变，所以在运动过程中反抗运动状态变更的“本事”是不变的，D正确。7.(影响惯性大小的因素)(多选)如图所示，道路洒水对二次扬尘的污染起到了重要的抑制作用，能大幅改善城市空气质量。若洒水车在洒水过程中做匀速直线运动，则洒水车的()A．运动状态保持不变 B．运动状态不断变更C．惯性越来越大 D．惯性越来越小答案AD解析洒水车做匀速直线运动，速度大小和方向都不变，即运动状态保持不变，A正确，B错误；惯性的大小只和质量有关系，质量越大，惯性越大，而随着水的流出，洒水车的总质量在减小，故其惯性越来越小，C错误，D正确。8．(惯性与牛顿第肯定律的综合应用)(多选)在向右行驶的汽车车厢的天花板上悬挂有一个小球A，在A的正下方地板上有一点B，如图所示。下列说法正确的是()A．若汽车匀速行驶的过程中细线突然断裂，小球A将落在B点上B．若汽车匀速行驶的过程中细线突然断裂，小球A将落在B点的左侧C．若汽车加速行驶的过程中细线突然断裂，小球A将落在B点的左侧D．若汽车加速行驶的过程中细线突然断裂，小球A将落在B点的右侧答案AC解析若汽车匀速行驶，绳子断裂后，小球A由于惯性，在水平方向接着向前运动，水平速度和汽车的速度相同，故小球A将落在其正下方的B点，A正确，B错误；若汽车加速行驶，绳子断裂后，水平方向上小球接着保持原来的速度匀速运动，汽车加速行驶，其速度大于小球的速度，故小球A将落在B点的左侧，C正确，D错误。9．(志向试验)志向试验有时能更深刻地反映自然规律，如图所示是伽利略设计的一个志向试验：①假如没有摩擦，小球将上升到原来的高度；②接着减小右边斜面的倾角，最终使它成为水平面，小球要沿水平面做匀速直线运动；③减小右边斜面的倾角，小球仍旧要达到原来的高度；④在两个对接的斜面上，让静止的小球沿左边的斜面滚下，小球将滚上右边的斜面。(1)请将上述关于志向试验的描述按正确的逻辑依次排列：________________(只需填写序号)。(2)上述关于志向试验的描述中，有的属于牢靠的事实，有的是志向化的推论，下列关于事实和推论的分类正确的是：________。A．①是事实，②、③和④是推论B．②是事实，①、③和④是推论C．③是事实，①、②和④是推论D．④是事实，①、②和③是推论答案(1)④①③②(2)D解析(1)伽利略设计的志向试验的步骤是：先在两个对接的斜面上，让静止的小球沿左边的斜面滚下，小球将滚上右边的斜面；假如没有摩擦，小球将上升到原来的高度；接着减小右边斜面的倾角，小球仍旧要达到原来的高度；接着减小右边斜面的倾角，最终使它成为水平面，小球要沿水平面做匀速直线运动。故正确的逻辑依次为④①③②。(2)④是事实；①中不行能没有摩擦，为推论；③中斜面上有摩擦，小球不行能达到原来高度，是推论；因为有摩擦，②中右边斜面变成水平面时，小球不行能沿水平面做匀速直线运动，是推论。D正确。10．(惯性与牛顿第肯定律的综合应用)一列以速度v匀速行驶的列车内有一水平桌面，桌面上的A处有一小球。若车厢内的旅客突然发觉小球沿如图所示的曲线从A点运动到B点，则由此可以推断列车的运行状况是()A．减速行驶，向北转弯B．减速行驶，向南转弯C．加速行驶，向南转弯D．加速行驶，向北转弯答案B解析列车以速度v向西匀速运动，车厢内的旅客突然发觉小球沿图中的虚线从A点运动到B点，可知列车和桌子的速度减小，小球要保持原来的速度接着运动，所以会相对桌子向西运动，小球还相对桌子向北运动，是因为桌子跟着列车向南转弯，B正确，A、C、D错误。11．(惯性与牛顿第肯定律的综合应用)如图所示，在一辆表面光滑且足够长的小车上，有质量为m1和m2的两个小球(