初升高物理暑假预习课（人教版）4.1 牛顿第一定律（讲义）（教师版）

4.1牛顿第一定律——划重点之初升高暑假预习强化精细讲义知识点1：理想实验的魅力1.历史上关于力与运动的关系的认识代表人物对力和运动关系的看法研究方法局限性必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就会停下来，即力是维持物体运动的原因基于生活经验得来亚里士多徳没有对观察到的物理现象进行深入的分析.只看到对物体施加的推力，而未考虑到运动的物体之所以会停下，是因为受到摩擦阻力等作用如果没有摩擦阻力，运动的物体将保持某个速度一直运动下去，即力不是维持物体运动的原因(理想实验)实验+逻辑推理伽利略理想斜面实验的实验事实、设计思路、科学推论这一思维过程，虽不同于科学实脸.但仍能解释力与运动的关系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数学演绎法笛卡儿强调了伽利略没有明确表述的惯性运动的直线性维持运动需要力吗？你一定有过这样的生活经验：在平地上骑自行车的时候,即使不踩踏板，车也会前进一段距离，但因为没有继续用力，它最终还是要停下来.但物体的运动并不需要力来维持，运动之所以会停下来，是因为受到了摩擦阻力。2.伽利略的理想斜面实验(1)事实:AB、BC是两个对接的斜面，让小球从M斜面上某高度处由静止滚下。小球将滚上BC斜面，所达到的高度略低于在AB上释放时的高度。（2）推理1：如果斜面光滑，小球将上升到原来择放时的高度.推理2：减小右侧斜面的倾角(如BD、BE)，小球在这个斜面上仍将达到同一高度，但这时它要运动得远些。推理3：继续减小右侧斜面的倾角，最后变成水平面(如BF)，小球无法到达释放时的高度，将以恒定的速率永远运动下去。（3）结论:物体的运动不需要力来维持。3.伽利略的思想方法与意义伽利略用“实验+逻辑推理”的方法推翻了亚里士多德的观点，揭示了力不是维持物体运动的原因，确立了物理实验在研究中的基础地位，在自然科学的理论研究中的重要地位，但也有局限性。理想实验的魅力（1）谈“理想”：①接触面不可能绝对光滑；②水平面不可能做得无限长.（2）谈“实验"：理论实验,非真实的科学实验。（3）谈“魅力”：伽利略"理想实验”的卓越之处不是实验本身，而是实验所使用的独特方法，在实验事实的基础上，进行合理外推。知识点2：牛顿第一定律(惯性定律)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。牛顿第一定律表明，物体具有保持原来静止状态或匀速直线运动状态的性质,我们把这个性质称为惯性.牛顿第一定律也叫惯性定律。（1）对牛顿第一定律中“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”的理解，这句话揭示了运动和力的关系，纠正了“力是维持物体运动的原因”的错误观点，明确指出了力是改变物体运动状态的原因，进而说明了力是产生加速度的原因。（2）物体的运动状态改变，即物体的速度发生改变.运动状态变化有以下三种情况：①速度方向不变，大小改变;②速度大小不变，方向改变;③速度大小和方向均改变。2.成立条件牛顿第一定律只适用于惯性系。在有些参考系中，不受力的物体会保持静止状态或匀速直线运动的状态，这样的参考系叫作惯性参考系，简称惯性系。例如，研究地面上的物体时，一般把地面看成惯性系，相对地面静止或做匀速直线运动的参考系，也可以看成惯性系。惯性系与非惯性系火车沿平直轨道匀速运动时，可将火车看成惯性系来研究火车内其他物体的运动。以加速运动的火车为参考系，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做加速运动，但物体在水平方向上并没有受力，因此牛顿第一定律并不成立，这样的参考系称为非惯性系。知识点3：惯性与质量 1.惯性物体这种保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性。惯性是牛顿第一定律的表现方式，“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”揭示了物体的一个固有属性--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。2.惯性的具体表现形式物体的惯性总是以保持“原状”或反抗“改变”两种形式表现出来。(1)当物体不受外力或者所受合外力为零时，惯性表现为保持原来的运动状态不变：原来静止的物体保持静止，原来运动的物体保持原来的速度继续运动。例如，冰壶在冰面运动时，可以在较长时间内保持运动速度的大小和方向不变。(2)当物体受到外力作用时，惯性表现为改变物体运动状态的难易程度,物体的惯性越大，它的运动状态越难改变。例如，静止的篮球比静止的汽车更容易运动起来。3.惯性的量度(1)质量是物体惯性大小的唯一量度，等价于改变物体运动状态的难易程度。质量越大，惯性越大;惯性越大，运动状态越难改变。(2)惯性与物体的运动状态、受力情况、所处位置等其他因素均无关。例如，同样一辆汽车,停在车库时与在高速公路上行驶时，运动状态、受力情况及所处位置均发生了变化，但质量不变，惯性就不变。对惯性的理解（1）惯性与力无关:惯性不是力，不能说“物体受到惯性作用”“产生了惯性”“受到惯性力”“克服惯性”等.（2）惯性与速度无关:惯性的大小只由物体的质量决定，与其他因素无关.切勿认为物体的速度越大，惯性越大，也不要认为运动的物体有惯性，静止的物体没有惯性。（3）惯性不同于惯性定律:惯性是物体本身具有的属性，无条件;惯性定律是一条规律，揭示了物体不受外力时的运动状态，“不受外力”是先决条件。（4）“力”与“惯性”的不同力是改变物体运动状态的原因，即力越大,运动状态越易改变；惯性是维持物体运动状态的原因，即惯性越大,运动状态越难改变。一、单选题1．关于惯性的下列说法，正确的是（）A．球由静止释放后加速下落，说明力改变了惯性B．物体随着“神舟十一号”飞船进入太空，其惯性将消失C．投掷出去的标枪靠惯性向远处运动D．物体沿水平面滑动，速度越大滑行的时间越长，说明速度大惯性就大【答案】C【详解】ABD．惯性是物体本身的固有属性，惯性大小只与物体的质量有关，与运动的状态无关，球由静止释放后加速下落是由于受到重力的原因，惯性没有变化，物体随着“神舟十一号”飞船进入太空，处于完全失重状态，物体的质量没有变化，则物体的惯性没有变化，物体的速度增大但是惯性不变，故ABD错误；C．投掷出去的标枪是靠惯性向远处运动的，故C正确。故选C。2．伽利略曾用如图甲所示的“理想实验”研究力与运动的关系，用图乙所示的实验研究自由落体运动．下列说法正确的是（）A．图甲中，完全没有摩擦阻力的斜面实际存在，因此该实验可实际完成B．图甲实验中，通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持C．图乙实验直接验证了自由落体运动的速度是均匀变化的D．图乙实验中，运用斜面“冲淡”了重力的作用，使运动时间变长，便于测量【答案】D【详解】A．图甲中，完全没有摩擦阻力的斜面实际不存在，因此该实验不可实际完成，A错误；B．图甲实验中，通过逻辑推理得出物体的运动不需要力来维持，B错误；C．图乙实验做的是斜面实验，最后合理外推到竖直状态，间接验证了自由落体运动的速度是均匀变化的，C错误；D．图乙实验中，运用斜面“冲淡”了重力的作用，使物体运动的加速度减小，从而使运动时间变长，便于测量，D正确。故选D。3．针对伽利略对自由落体运动的研究内容及过程，有以下叙述：①伽利略借助数学知识和实验现象发现，如果速度与位移成正比，将会得到错误的结论；②伽利略通过逻辑推理得出亚里士多德的结论是错误的；③伽利略做了大胆的猜想：落体运动应该是一种简单的运动，落体的速度与时间或位移成正比；④伽利略通过铜球沿阻力很小的斜面滚下这一严谨求实的实验测定，得出只要倾角一定，铜球的加速度不变，他进一步设想当倾角为时，运动变为自由落体，其性质不变，且所有物体下落的加速度都一样。根据伽利略研究的真实过程，请做出科学合理的排序，你认为正确的是（）A．①②③④ B．①③②④ C．②①③④ D．②③①④【答案】D【详解】伽利略首先利用“归谬法”否定了亚里士多德关于重物比轻物下落得快的论断；然后伽利略提出自由落体运动是最简单的变速直线运动即匀变速直线运动的假说；由于当时实际条件的限制，伽利略并不能用实验证明自己的结论，所以他采用了间接证明的方法：运用数学推导的方法，得出初速度为零的匀变速直线运动符合位移正比于时间的平方；运用斜面实验，测出小球沿光滑斜面向下的运动符合位移正比于时间的平方，从而证明小球所做运动是匀变速直线运动；将斜面实验逐步推广到的情况，即小球自由下落，认为小球仍然保持匀变速直线运动的性质，故合理的顺序为②③①④。故选D。4．大型油罐车内的油在运输过程中极易发生涌动（如图1），为了防止油涌动导致车体重心急剧变化的危害，在油罐车内部设置了一些固定挡板（如图2）。则下列说法正确的是（）A．油罐车向前启动时，由于惯性，油罐内的油将向前涌动B．油罐车内设置挡板，减小了油罐内的油的惯性C．油罐车在变速行驶过程中容易涌动，是油罐内的油惯性不断变化引起的D．油罐车在平直道路上匀速前进时，即使没有挡板油也几乎不会涌动【答案】D【详解】A．油罐车向前启动时，由于惯性，油要保持原来的运动状态将向后涌动，故A错误；BC．惯性取决于物体的质量，质量不变惯性不变，与其他无关，故BC错误；D．油罐车在平直道路上匀速前进时，由牛顿第一定律可知，即使没有挡油板油也几乎不会涌动，故D正确。故选D。5．质量分别为m1、m2的两个物体甲与乙放在表面光滑且足够长的木板上，随木板一起以水平向右的相同速度沿同一直线做匀速直线运动，当木板突然停止时，以下说法正确的是（）A．若m1>m2，甲将与乙发生碰撞B．若m1<m2，甲将与乙发生碰撞C．保有当m1=m2，甲与乙才不会碰撞D．无论甲与乙的质量有关系如何，它们始终不会碰撞【答案】D【详解】木板停止前，甲、乙物块和木板一起做匀速直线运动，即两物块和木板具有共同的速度，当木板突然停止时，由于物块在光滑接触面上，两物块球由于惯性，还要保持原来大小不变的速度做匀速直线运动，因此两个小球间的距离不变，一定不会相碰，故D正确，ABC错误。故选D。6．如图所示，楔形物体的各表面光滑，上表面水平，放在固定的斜面上。在的水平上表面放一光滑小球，后释放，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．无规则的曲线 D．抛物线【答案】B【详解】楔形物体释放前，小球受到重力和支持力，两力平衡；楔形物体释放后，由于小球是光滑的，则小球水平方向不受力，根据牛顿第一定律知道，小球在水平方向的状态不改变，即仍保持静止状态，水平方向不发生位移。而竖直方向：楔形物体的支持力将小于小球的重力，小球将沿竖直方向做加速运动，所以其运动轨迹为竖直向下的直线。故选B。二、多选题7．伽利略对“自由落体运动”和“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）伽利略通过逻辑推理得出物体的运动不需要力来维持【答案】BD【详解】AB．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；C．完全没有摩擦阻力的斜面是不存在的，故C错误；D．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正确。故选BD。8．在火车的车厢内，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，那么火车可能的运动是（）

A．先静止，后向右做加速运动B．先静止，后向右做减速运动C．先做匀速运动，后向右做加速运动D．先做匀速运动，后向右做减速运动【答案】BD【详解】水滴下落时，水平方向保持原来的速度，若车静止或匀速运动，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。综上可得，火车第一段时间内可能静止或匀速运动，第二段时间内可能向左做加速运动或向右做减速运动。故选BD。9．伽利略在研究自由落体运动时，设计了如图所示的斜面实验，下列关于这个实验的说法正确的是（）A．伽利略认为小球沿斜面的运动是自由落体运动B．伽利略让小球从斜面上滚下来用来“冲淡”重力C．斜面倾角一定时，让小球从斜面上静止滚下，测得，说明小球做匀变速运动D．伽利略将实验和逻辑推理结合起来，推出自由落体运动是匀变速运动【答案】BCD【详解】A．伽利略认为小球沿斜面的运动是匀加速直线运动，A错误；B．伽利略时代测量时间的器材还不是很先进，因此伽利略让小球从斜面上滚下来是用来“冲淡”重力，以便延长小球运动的时间，减小时间的测量带来的实验误差，B正确；C．伽利略时代无法测量瞬时速度，所以不能通过探究速度随时间的变化规律来证明小球的运动是匀变速直线运动，而是通过测得，说明小球做匀变速运动，C正确；D．将斜面实验的结果合理“外推”，说明