4.1 牛顿第一定律(word教参)-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中物理必修第一册（人教版2019）

第四章　运动和力的关系 第1节　牛顿第一定律 （见学生用书P83） 　　[学习目标]1.理解牛顿第一定律的内容和意义（物理观念）.2.明确惯性的概念，会用惯性解释有关现象，知道质量是惯性大小的唯一量度（物理观念）. 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　静止在某个地方　. 2.伽利略的理想实验 （1）斜面实验：如图所示，让一个小球沿斜面从静止状态开始运动，小球将“冲”上另一个斜面.如果没有摩擦，小球将到达　原来的高度　.减小第二个斜面的倾角，小球运动的距离更长，但所到达的高度　相同　.当第二个斜面最终变为水平面时，小球将　永远运动下去　. （2）推理结论：力　不是　（选填“是”或“不是”）维持物体运动的原因. 3.笛卡儿的观点：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，既不会停下来，也不会偏离原来的方向. 牛顿第一定律 1.牛顿第一定律的内容：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　. 2.惯性 （1）物体保持原来　匀速直线运动　状态或　静止　状态的性质叫作惯性.牛顿第一定律也被叫作　惯性　定律. （2）惯性是物体的　固有　属性，一切物体都具有惯性. 惯性与质量 物体惯性大小仅与　质量　有关，　质量　是物体惯性大小的唯一量度，惯性大小与物体是否运动、运动快慢等因素均　无　关. 1.判断下列说法的正误. （1）伽利略的理想实验是永远无法做到的.（　√　） （2）伽利略的理想实验说明了力是维持物体运动的原因.（　×　） （3）物体从竖直向上运动的气球上掉落后，立即向下运动.（　×　） （4）受力越大，物体的惯性越大.（　×　） 2.前进中的大巴车突然刹车时，乘客向　前　倾倒；在匀速直线运动的火车上竖直跳起，人会落在　原来位置　（选填“原来位置”“原位置前”或“原位置后”）. 理想实验 【情境导学】在伽利略的斜面实验的各个过程中（如图所示），哪些可以通过实验完成？哪些是推理得出的？ 答案　小球由静止状态从斜面上滚下，可以滚上另一斜面，是实验事实，可以通过实验完成，其余各个结论是由推理得出的，不可以通过实验完成. 1.理想实验的推论 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. 【例题1】理想实验有时更能深刻地反映自然规律.如图所示，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. （1）请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列：　　　　（填数字序号）. （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　　　　（填选项前的字母）. 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　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，小球在这一斜面上仍然要达到原来的高度，继续减小第二个斜面的倾角直至第二个斜面成为水平面，得到小球将匀速运动的推论.所以正确的顺序排列是②③①④，②是事实，①③④是推论. 答案　（1）②③①④　（2）B 正确理解理想实验 “理想实验”在自然科学理论研究中有着重要的作用，但是理想实验方法也有一定的局限性.“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认识正确与否的标准.相反，由“理想实验”得出的任何推论，都必须由观察和实验结果来检验. 【变式1】伽利略对“运动和力的关系”和“自由落体运动”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1、图2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1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 B.图1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 C.图2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 D.图2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 答案　D　 解析　完全没有摩擦阻力的斜面实际上是不存在的，故实验不可能实际完成，选项A错误；图1的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出物体的运动不需要力来维持，选项B错误；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，那么位移与时间的平方成正比；由于当时用滴水法计算时间，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，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做了合理外推，选项C错误，D正确. 对牛顿第一定律的理解和应用 【情境导学】如图所示是冰壶在冰面上运动的情景.冰壶比赛过程中，运动员在冰壶前面擦扫冰面，可以使表面冰层融化，形成一层薄薄的水膜，而水膜的阻力比冰面要小，所以冰壶可以滑行得更远.图中的冰壶为什么会停下来？这说明了什么问题？ 答案　冰壶停下来是因为受到了冰面的摩擦力的作用.说明力是改变物体运动状态的原因. 1.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改变. 2.对牛顿第一定律的理解 （1）定性揭示了力和运动的关系： ①力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因. 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. （3）牛顿第一定律是牛顿在总结前人工作的基础上得出的，是在理想实验的基础上加以科学抽象和逻辑推理得到的，但其得到的一切结论经过实践证明都是正确的. （4）牛顿第一定律无法用实验直接验证.它所描述的是一种理想状态，即不受外力的状态. 3.牛顿第一定律的应用技巧 （1）由“因”索“果”： 在判断力与运动之间的关系时，一定要把握牛顿第一定律的含义，即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. （2）由“果”索“因”：如果物体的运动状态发生改变，则物体必然受到不为零的合力的作用，所以判断物体的运动状态是否改变以及如何改变，应分析物体的受力情况. （3）应用步骤：应用牛顿第一定律解释有关现象时，一要看物体原来的运动状态，二要看物体现在的受力情况及所受合力是否为零，最后判断由于物体具有惯性将会出现的现象. 【例题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，力是维持物体运动的原因 D.物体不受力的作用一定处于静止状态 答案　A　 解析　牛顿第一定律是在伽利略“理想实验”的基础上总结出来的，选项A正确；不受力作用的物体是不存在的，合力为零的物体也适用于牛顿第一定律，选项B错误；牛顿第一定律表明，力是改变物体运动状态的原因，选项C错误；物体不受力的作用也可能处于匀速直线运动状态，选项D错误. 【变式2】（多选）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的运动 D.奔跑的运动员遇到障碍而被绊倒，是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态 答案　ABD　 解析　牛顿第一定律描述了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，选项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，是由于摩擦力的作用改变了木块的运动状态；奔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原来的运动状态，选项C错误，D正确. 对惯性的理解 【情境导学】如图所示，公交车在运行时突然急刹车，车内乘客身体为什么会向前倾倒？ 答案　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力作用也随车停止运动，而上半部分要保持原来的运动状态，故向前倾倒. 1.惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性. 2.物体惯性的大小由质量决定，与物体的运动状态无关，与是否受力无关，与物体的速度大小无关. 3.惯性的表现 （1）在不受力的条件下，惯性表现出维持其原来运动状态的“能力”，有“惰性”的意思. （2）在受力的条件下，惯性的大小表现为运动状态改变的难易程度.质量越大，惯性越大，运动状态越难改变. 【例题3】关于惯性，下列说法正确的是（　　） A.汽车的速度越大，它的惯性就越大 B.同一物体运动时的惯性大于静止时的惯性 C.各种机床的底座做得很笨重，目的是增大惯性 D.“嫦娥五号”卫星在地球上的惯性与它绕月球飞行时的惯性不同（燃料消耗忽略不计） 答案　C　 解析　物体的惯性大小与物体的质量有关，质量不变惯性不变，与运动状态无关，与 所处的地理位置无关，选项A、B、D错误；各种机床的底座做得很笨重，目的是增大惯性，使其静止的状态不易改变，选项C正确. 【变式3】（多选）在水平路面上有一辆匀速行驶的小车，小车上固定着盛满水的碗.若突然发现碗中的水向右洒出，如图所示，则关于小车在此种情况下的运动，下列描述正确的是（　　） A.小车匀速向左运动 B.小车可能突然向左加速运动 C.小车可能突然向左减速运动 D.小车可能突然向右减速运动 答案　BD　 解析　若小车匀速向左运动，小车、碗、水速度相同且不变，三者无相对运动，水不会洒出，选项A错误；若小车原来向左匀速运动，突然开始向左加速运动，碗随小车开始向左加速，根据牛顿第一定律可知，碗中的水由于惯性仍保持原来的匀速运动状态，水相对于碗向右运动，水向右洒出，选项B正确；若小车突然向左减速运动，碗随小车一起开始向左减速，根据牛顿第一定律可知，水由于惯性，仍保持向左的匀速运动状态，水相对于碗向左运动，水向左洒出，选项C错误；若小车原来向右匀速运动，突然向右减速运动，碗随小车开始向右减速，根据牛顿第一定律可知，水由于惯性仍要保持向右的匀速运动状态，水相对于碗向右运动，水将向右洒出，选项D正确. 1.（理想实验）伽利略的斜面实验证明了（　　） A.要使物体运动必须有力作用，没有力作用的物体将静止 B.要使物体静止必须有力作用，没有力作用的物体将运动 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 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同一直线运动下去，力不是维持物体运动的原因，选项D正确. 2.（对惯性的理解）某同学为了取出如图所示羽毛球筒中的羽毛球，一手拿着球筒的中部，另一手用力击打羽毛球筒羽毛球筒的上端，则（　　） A.此同学无法取出羽毛球 B.该同学是在利用羽毛球的惯性 C.羽毛球筒向下运动过程中，羽毛球受到向上的摩擦力才会从上端出来 D.羽毛球会从筒的下端出来 答案　B　 解析　一手拿着球筒的中部，另一手用力击打羽毛球筒的上端，羽毛球筒在力的作用下向下运动，而羽毛球由于具有惯性而保持静止，所以羽毛球会从筒的上端出来，是在利用羽毛球的惯性，选项B正确，A、D错误；羽毛球筒在力的作用下向下运动，羽毛球由于具有惯性保持静止，羽毛球受到向下的摩擦力，选项C错误. 3.（对惯性的理解）在东汉王充所著的《论衡·状留篇》中提到“是故湍濑之流，沙石转而大石不移。何者？大石重而沙石轻也。”从物理学的角度对文中所描述现象的解释，下列说法正确的是（　　） A.水冲沙石，沙石才能运动，因为力是产生运动的原因 B.“沙石转而大石不移”是因为物体运动状态改变的难易程度与质量有关 C.只有在水的持续冲力作用下沙石才能一直运动，是因为运动需要力来维持 D.“大石不移”是因为大石受到的阻力大于水的冲力 答案　B　 解析　水冲沙石，沙石才能运动，因为水的冲击力克服了阻力，故力是改变运动的原因，选项A错误；物体总有保持原有运动状态的性质即为惯性，其大小只与质量有关，质量越大惯性越大，力是改变物体运动状态的原因，重的大石由于质量太大，惯性太大，所以运动状态不容易被水流改变，选项B正确；物体的运动不需要力来维持，如沙石不受力的作用时，可以做匀速直线运动，选项C错误；“大石不移”是因为水的冲力等于大石受到的阻力，大石所受的合外力为零，选项D错误. 4.（对牛顿第一定律的理解）如图所示，在一辆表面光滑的小车上，有质量分别为m1和m2的两个小球（m1＞m2，空气阻力不计）随车一起做匀速直线运动.当车突然停止时，如不考虑其他阻力，设车无限长，则两个小球（　　） A.一定相碰 B.一定不相碰 C.不一定相碰 D.难以确定 答案　B　 解析　因为小车表面光滑，故不论小车如何运动，两小球在水平方向均不受力，根据牛顿第一定律可知两小球将保持匀速直线运动状态，又因两小球速度相等，故车突然停止后两小球一定不会相碰，选项B正确. 学科网（北京）股份有限公司 $$