高中物理 4.1 牛顿第一定律学案 新人教版必修1

4.1牛顿第一定律[目标定位]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.明确惯性的概念，会解释有关的惯性现象．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，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(选“是”或者“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．想一想：伽利略的理想实验揭示了什么道理？答案伽利略的实验揭示了力不是维持物体运动的原因．二、牛顿物理学的基石——惯性定律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．这就是牛顿第一定律．2．惯性：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫惯性．牛顿第一定律也叫做惯性定律．三、惯性与质量对于任何物体，在受到相同的力作用时，决定它们运动状态的变化难易程度的唯一因素就是它们的质量．想一想：(1)是不是只有匀速直线运动或静止的物体才具有惯性？(2)有人说“速度越大惯性越大”“受力越小惯性越大”，对吗？答案(1)不是；一切物体都具有惯性．物体的惯性与运动状态无关．(2)不对，惯性只与质量大小有关，而与速度大小无关，与受力大小也无关．一、对伽利略的理想实验的理解1．关于运动和力的两种对立的观点(1)亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因．这种错误的观点统治了人们的思维近二千年．(2)伽利略的观点(伽利略第一次提出)：物体的运动不需要力来维持，力是改变物体速度的原因．2．伽利略的理想实验的意义(1)伽利略的理想实验将可靠的事实和理论思维结合起来，即采用“事实基础＋抽象思维＋科学推论”的方法推翻了亚里士多德的观点，初步揭示了运动和力的正确关系．(2)第一次确立了物理实验在物理学中的地位．例1理想实验有时更能深刻地反映自然规律．伽利略设计了一个如图411所示的理想实验，他的设想步骤如下：图411①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．请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列________(只要填写序号即可)．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．下列有关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是推论解析本题是在可靠事实的基础上进行合理的推理，将实验理想化，并符合物理规律，得到正确的结论．而②是可靠事实，因此放在第一步，③①是在斜面上无摩擦的设想，最后推导出水平面上的理想实验④.因此正确顺序是②③①④.答案②③①④B二、对牛顿第一定律的理解1．对牛顿第一定律的理解(1)定性说明了力和运动的关系：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——惯性．因此牛顿第一定律也叫惯性定律．2．物体运动状态的变化即物体运动速度的变化，有以下三种情况：(1)速度的方向不变，只有大小改变．(物体做直线运动)(2)速度的大小不变，只有方向改变．(物体做曲线运动)(3)速度的大小和方向同时发生改变．(物体做曲线运动)3．注意：(1)牛顿第一定律所描述的是物体不受外力作用时的状态，与物体所受合外力为零是等效的．(2)牛顿第一定律不是实验定律，它是在理想实验的基础上总结得出的．例2关于牛顿第一定律的理解正确的是()A．牛顿第一定律反映了物体不受外力的作用时的运动规律B．不受外力作用时，物体的运动状态保持不变C．在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于没有外力维持木块运动的结果D．飞跑的运动员，由于遇到障碍而被绊倒，这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态解析牛顿第一定律描述的是物体不受外力作用时的状态，即总保持匀速直线运动状态或静止状态不变，A、B正确；牛顿第一定律揭示了力和运动的关系，力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因，在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于摩擦阻力的作用而改变了运动状态，飞跑的运动员，遇到障碍而被绊倒，是因为他受到外力作用而改变了运动状态，C错误，D正确．答案ABD三、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．质量是惯性大小的唯一量度．质量越大，惯性越大．3．惯性大小与物体运动状态无关，与物体受力情况以及地理位置无关．4．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关于惯性，下列说法正确的是()A．惯性是物体固有的属性，惯性越大的物体，它的运动状态越难改变B．同一物体运动时的惯性大于静止时的惯性C．“嫦娥三号”卫星在地球上的惯性与它绕月球飞行时的惯性相同(燃料消耗忽略不计)D．各种机床和发电机的底座做得很笨重，并用螺丝固定在地面上，目的是增大惯性．解析惯性是物体固有的属性，惯性越大的物体，保持原来运动状态的性质越强，即它的运动状态越难改变，A正确；质量是惯性大小的唯一量度，惯性大小与运动状态无关，B错误；“嫦娥三号”卫星在地球上的惯性与它绕月球飞行时的质量不变，惯性不变，C正确；质量大的物体惯性大，各种机床和发电机的底座做得很笨重，目的是增大惯性，D正确．故选A、C、D.答案ACD借题发挥分析有关惯性的问题时，应注意惯性的三个性质：(1)普遍性：一切物体在任何情况下都具有惯性；(2)无关性：惯性与物体的运动状态和受力情况均无关；(3)唯一性：惯性由物体的质量唯一决定．图412例4在匀速行驶的火车车厢内，有一人从B点正上方相对车厢静止释放一个小球，不计空气阻力，则小球()A．可能落在A处B．一定落在B处C．可能落在C处D．以上都有可能解析匀速行驶的火车车厢内，相对车厢静止释放一个小球，由于惯性，在水平方向保持与车速相同的速度，因此在下落这段时间内，水平位移相等，即落回到B点，故选B.答案B对伽利略的理想实验的理解1．伽利略的理想斜面实验说明()A．亚里士多德关于运动和力的关系是正确的B．亚里士多德关于运动和力的关系是错误的C．力是维持物体运动的原因D．物体的运动不需要力来维持解析伽利略的理想实验中斜面放平后，小球将永远运动下去，说明物体的运动不是由力来维持的，故而推翻了亚里士多德的观点，B、D正确．答案BD对牛顿第一定律的理解2．关于牛顿第一定律，下列说法中正确的是()A．牛顿第一定律是在伽利略“理想实验”的基础上总结出来的B．不受力作用的物体是不存在的，故牛顿第一定律的建立毫无意义C．牛顿第一定律表明，物体只有在不受外力作用时才具有惯性D．牛顿第一定律表明，物体只有在静止或做匀速直线运动时才具有惯性解析牛顿第一定律是在伽利略“理想实验”的基础上经过抽象、加工、推理后总结出来的，A正确；虽然不受力作用的物体是不存在的，但是它与受合外力为零时是等效的，故牛顿第一定律仍有实际意义，B错误；物体的惯性是物体本身的属性，与物体是否受外力无关，与物体静止还是匀速直线运动无关，C、D错误．故选A.答案A对惯性的理解图4133．如图413所示，冰壶在冰面运动时受到的阻力很小，可以在较长时间内保持运动速度的大小和方向不变，我们可以说冰壶有较强的抵抗运动状态变化的“本领”．这里所指的“本领”是冰壶的惯性，则惯性的大小取决于()A．冰壶的速度B．冰壶的质量C．冰壶受到的推力D．冰壶受到的阻力解析一个物体惯性的大小，与其运动状态，受力情况是没有任何关系的，衡量物体惯性大小的唯一因素是质量，故B正确．答案B4．根据牛顿运动定律，以下选项中正确的是()A．人只有在静止的车厢内，竖直向上高高跳起后，才会落在车厢的原来位置B．人在沿直线匀速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方C．人在沿直线加速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方D．人在沿直线减速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方解析人起跳后，水平方向保持起跳前的速度做匀速直线运动；车速如果不变(静止或匀速)，则人和车水平方向相对静止；车如果加速，人相对滞后，掉在后面；车如果减速，人相对超前，掉在前面．故选C.答案C(时间：60分钟)题组一对伽利略的理想实验的理解1．16世纪末，伽利略用实验和推理，推翻了已在欧洲流行了近两千年的亚里士多德关于力和运动的理论，开始了物理学发展的新纪元．在以下说法中，与亚里士多德观点相反的是()A．四匹马拉的车比两匹马拉的车跑得快，这说明，物体受的力越大，速度就越大B．一个运动的物体，如果不再受力了，它总会逐渐停下；这说明，静止状态才是物体长时间不受力时的“自然状态”C．两物体从同一高度自由下落，较重的物体下落较快D．一个物体维持匀速直线运动，不需要受力解析亚里士多德的观点：力是使物体运动的原因，有力物体就运动，没有力物体就停止运动，与此观点相反的选项是D.答案D2．关于伽利略的理想实验，下列说法正确的是()A．只要接触面摩擦相当小，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．虽然是想象中的实验，但是它建立在可靠的实验基础上解析伽利略的理想斜面实验反映了一种物理思想．它是建立在可靠的事实基础上的，它把实验和逻辑推理结合在一起，抓住主要因素，忽略次要因素，从而深刻地揭示了自然规律．故选B、D.答案BD3．关于力和运动的关系，下列说法中正确的是()A．物体的速度不断增大，表示物体必受外力的作用B．物体向着某个方向运动，则在这个方向上必受力的作用C．物体的速度大小不变，则其所受的合外力必为零D．物体处于平衡状态，则该物体必不受外力作用解析当物体速度增大时，运动状态发生了变化，而力是改变运动状态的原因，故物体必受外力作用，A正确；力不是维持物体运动的原因，所以物体向某个方向运动，可以不在此方向上受力的作用，B错误；当物体的速度大小不变时，其速度方向可能发生变化，即运动状态可能变化，合外力不一定为零，C错误；物体处于平衡状态时，所受合外力为零，并不是物体不受外力作用，故D错误．答案A题组二对牛顿第一定律的理解4．由牛顿第一定律可知()A．物体的运动是依靠惯性来维持的B．力停止作用后，物体的运动就不能维持C．物体做变速运动时，可以没有外力作用D．力是改变物体惯性的原因解析根据牛顿第一定律可得力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动的原因，A正确；惯性是物体固有的属性，跟外界因素无关，即力的存在和消失对惯性没有影响，D错误；力停止作用后，物体将保持静止或者匀速直线运动状态，B错误；物体做变速运动，速度发生变化，则一定存在外力改变物体的运动，C错误．故选A.答案A5．做自由落体运动的物体，如果下落过程中某时刻重力突然消失，物体的运动情况将是()A．悬浮在空中不动B．速度逐渐减小C．保持一定速度向下做匀速直线运动D．无法判断解析物体自由下落时，仅受重力作用，重力消失以后，物体将不受力，根据牛顿第一定律的描述，物体将以重力消失瞬间的速度做匀速直线运动，故C正确．答案C图4146．如图414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(m1>m2)，两个小球随车一起运动，当车突然停止运动时，若不考虑其他阻力，则两个小球()A．一定相碰B．一定不相碰C．不一定相碰D．无法确定解析小车表面光滑，因此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．答案B7.图415如图415所示，一个劈形物体A，各面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在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，没有水平或其他方向上的速度，而小球又光滑，除竖直方向可以有合力外，其他方向上没有合力，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．答案B题组三对惯性的理解和应用8．关于惯性的理解，下列说法正确的是()A．物体含的物质越多，惯性越大B．静止的火车启动时，速度变化慢，是因为静止的物体惯性大C．在月球上举重比在地球上容易，所以同一物体在地球上惯性比在月球上大D．乒乓球可以快速抽杀(球接触球板后速度很大)，是因为乒乓球惯性小的缘故解析质量是指物体所含物质的多少，而质量是物体惯性的唯一量度，质量越大，物体的惯性越大，惯性与物体的速度和所在地理位置无关，A正确，B、C错误；乒乓球可以快速抽杀(球接触球板后速度很大)，运动状态很容易改变，因为它的质量很小，即乒乓球惯性小的缘故，D正确．答案AD9．下列说法中正确的是()A．运动越快的汽车越不容易停下来，是因为汽车运动得越快，惯性越大B．小球由于受重力的作用而自由下落时，它的惯性就不存在了C．一个小球被竖直上抛，当抛出后能继续上升，是因为小球受到向上的推力D．物体的惯性是物体保持匀速直线运动状态或静止状态的一种属性，与物体的速度大小无关解析做变速运动的物体速度之所以改变是因为受到了外力，外力迫使它改变运动状态，不是物体失去了惯性．答案D10．月球表面的重力加速度为地球表面的重力加速度的eq\f(1,6)，同一个飞行器在月球表面上时与在地球表面上时相比较()A．惯性减小为eq\f(1,6)，重力不变B．惯性和重力都减小为eq\f(1,6)C．惯性不变，重力减小为eq\f(1,6)D．惯性和重力都不变解析物体的惯性大小仅与物体的质量有关，因质量是恒量，同一物体的质量与它所在的位置及运动状态无关，所以这个飞行器从地球到月球，其惯性大小不变．物体的重力是个变量，这个飞行器在月球表面上的重力为G月＝mg月＝m·eq\f(1,6)g地＝eq\f(1,6)G地．故正确选项为C.答案C图41611．如图416所示，在沿东西方向直线运动的小车上，放一竖直木块，突然发现木块向西倒，则小车可能的运动情况()A．向东做匀速运动B．向东做减速运动C．向东做加速运动D．向西做减速运动解析由牛顿第一定律可知，木块突然向西倒，说明小车具有向东的加速度，由力和运动关系可知，小车可能向东加速或向西减速，所以A、B错误；C、D正确．答案CD图41712．如图417所示，在光滑水平面上有一密闭水箱，A、