第4章 第1节 牛顿第一定律（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中物理必修第一册（人教版2019）

第1节　牛顿第一定律 [对应学生用书P86] 一、理想实验的魅力 1．亚里士多德的观点：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．伽利略的观点：伽利略通过研究理想斜面实验，得出的结论是：力不是维持物体运动的　　　　　　　　　　　　　 ↓ 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。 二、牛顿第一定律 ↓ 　　　　 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。 2．意义：牛顿第一定律揭示了运动和力的关系，即力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。 3．惯性：物体保持静止或匀速直线运动状态的固有属性。 三、惯性与质量 1．惯性是物体的固有属性，一切物体都有惯性；质量是惯性大小的量度，质量大的物体惯性大。 ↓ 　　　　　　　　　　　　　　　　　 2．质量只有大小，没有方向，是标量。在国际单位制中，质量的单位是千克，符号为kg。 1．(物理与体育)如图所示，左图为体操比赛，右图为相扑比赛。判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)体操运动员在表演时运动状态不变。(　　×　　) (2)体操要求运动员灵活，速度改变快，惯性小。(　　√　　) (3)体操运动员运动状态的改变是因为受到了力的作用。(　　√　　) (4)图中相扑运动员保持静止是因为没有受到力的作用。(　　×　　) (5)相扑要求运动员稳重，惯性大。(　　√　　) 2．(教材拓展P85)“如果一个物体由静止变为运动或由运动变为静止，我们说它的运动状态发生了改变。”请思考：物体运动状态的改变有哪些情况？ 提示：速度的大小变化，速度的方向变化，速度的大小和方向都变化。 [对应学生用书P87] 探究点一__理想实验的魅力 1．实验的意义 (1)伽利略用“实验＋科学推理”的方法推翻了亚里士多德的观点； (2)确立了物理实验在物理研究中的基础地位； (3)揭示了力不是维持物体运动的原因。 2．对力与运动的探索过程 (1)亚里士多德(提出问题)：力是维持物体运动的原因； (2)伽利略(实验＋推论)：力不是维持物体运动的原因； (3)笛卡儿(完善补充)：力是改变物体运动状态的原因； (4)牛顿(结论)：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。 【例1】 (多选)伽利略根据“对接斜面实验”提出，“任何速度一旦施加给一个运动着的物体，只要除去加速或减速的外因，此速度就可保持不变，不过这是只能在水平面上发生的一种情形。”其实，伽利略的表述中有明确的“原惯性”的缺陷：他还把重量看作物体固有的力，把它排除在外力之列。下列说法正确的是(　　) A．“重量与质量都是物体内在的属性”的这一说法是正确的 B．伽利略根据如图的实验的结论，定义了速度的概念 C．笛卡儿提出运动物体没有外力的作用时，将继续以同一速度沿同一直线运动 D．牛顿总结出速度变化快慢与外力间的定量关系 CD　解析：质量是物体内在的属性，但重量不是，A错误； 伽利略根据如图的实验的结论，提出了惯性的概念，B错误；笛卡儿提出运动物体没有外力的作用时，将继续以同一速度沿同一直线运动，C正确；牛顿总结出速度变化快慢与外力间的定量关系，D正确。 一种重要的物理研究方法——理想实验 以可靠事实为基础，经过思维抽象，把研究的事物理想化，以思维超越现实和科学技术，可以更深刻地揭示自然规律。 [练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a、图b分别展示了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的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出力是改变物体运动状态的原因 B．图a中的实验，可以在实验室中真实呈现 C．图b中先在倾角较小的斜面上进行实验，可“冲淡”重力，使速度的测量更容易 D．图b中通过逐渐改变斜面的倾角，合理外推得出自由落体运动是匀变速运动 D　解析：分析题图a可知，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，由于不存在没有阻力的斜面，所以无法在实验室中真实呈现，A、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，所用时间长得多，使得时间容易测量。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，即自由落体运动是匀变速运动，C错误，D正确。 探究点二___牛顿第一定律 1．对牛顿第一定律的理解 (1)明确了惯性的概念：一切物体在任何情况下都具有惯性。 (2)揭示了运动和力的关系：力是改变物体运动状态的原因，不是维持物体运动的原因。 (3)给出了物体不受力时的运动状态：静止或匀速直线运动。 2．实际意义：物体不受外力和所受外力的合力为0在效果上等效。 【例2】 我国古代典籍中记录了很多物理现象和规律，体现了古人对自然的思考与探索。根据所学知识分析，下列说法正确的是(　　) A．“力，刑(形)之所以奋也”，力使物体的运动状态发生了改变，说明力是改变物体运动状态的原因 B．“强弩之末，势不能穿鲁缟也”，说明弓箭的惯性随速度的减小而减小 C.“劝登马力，马力既竭，辀犹能一取焉”，说明力是维持物体运动的原因，没有力物体就会停止运动 D．“有乌获之劲而不得人助，不能自举”，意思是力气很大的人也不能把自己举起来，说明一对相互作用力的效果可以相互抵消 A　解析：力是改变物体运动状态的原因，A正确；物体的惯性只与质量有关，与速度无关，B错误；力不是维持物体运动的原因，C错误；相互作用力并没有作用在同一个物体上，作用效果不会抵消，D错误。 [练2] 下面运动状态没有发生变化的物体是(　　) A．匀速拐弯的汽车 B．匀速竖直下落的雪花 C．绕地球匀速飞行的人造卫星 D．从车站由静止开出的火车 B　解析：汽车匀速拐弯时，速度方向变化，故运动状态发生变化，A错误；匀速下降的雪花，速度没有发生变化，所以运动状态没有发生变化，B正确；环绕地球匀速飞行的人造卫星，速度方向时刻在变，运动状态发生变化，C错误；从车站由静止开出的火车，速度大小在变，运动状态发生变化，D错误。 探究点三___惯性与质量 如图所示，车厢天花板上的O点有水滴下，P为O点正下方的位置，车厢向前匀速运动。 [问题设计] 试分析水滴落在什么位置？ 提示：因水滴与车厢在水平方向有共同的速度，在相同时间内水平位移相同，故水滴落在P点。 1．惯性是一切物体的固有属性，与物体是否受到外力、物体是否运动均没有关系，质量是惯性大小的唯一量度。 2．在不受力时，惯性表现为物体保持原有的运动状态；在受力时，惯性表现为物体运动状态改变的难易程度。 3．惯性的应用与危害 (1)惯性的应用：拍打衣服时灰尘由于惯性保持静止从而脱离衣服，运动员跳远前的助跑，赛车、战斗机减小质量以增加灵活性，等等。 (2)惯性的危害：汽车刹车时，由于惯性汽车不能立即停止，容易出事故等。因此交通运输部门规定的“严禁超载”“必须系安全带”等都是为了减小惯性带来的危害。 【例3】 目前国内汽车数量不断增加，交管部门出于安全性的考虑也加大了管理力度，比如开车要系安全带已经被写入了交通规则，哪怕是后排乘客也要一视同仁。下列说法正确的是(　　) 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．系好安全带可以减小惯性对人造成的伤害 D．系好安全带对人和车的惯性都有影响 C　解析：质量是惯性大小的量度，与安全带是否系好无关，A、B、D错误；安全带可以减小惯性对人造成的伤害，C正确。 [练3] 下列事例中，利用了物体的惯性的是(　　) A．①② B．③④ C．①④ D．②③ C　解析：跳远运动员在起跳前助跑，起跳时有较大的初速度，是利用惯性，①正确；跳伞运动员在落地前打开降落伞，利用空气阻力使落地时的速度较小，故与惯性无关，②错误；自行车轮胎有凹凸不平的花纹是为了增大摩擦力，与惯性无关，③错误；铁饼运动员在掷出铁饼前快速旋转，使铁饼离开手后有较大初速度，然后利用惯性飞行，④正确，故选C。 解答惯性问题的思路 (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，了解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。 探究点四___解决实际问题 [练4] (生活情境)如图所示，要将卡在球筒中的羽毛球取出，可以有多种方案，方案一：一手拿着球筒的中部，另一手用力击打羽毛球筒的上端；方案二：手持球筒，使球与球筒一起下落敲击水平面，假设球筒与水平面碰后速度立即变为0，下列说法正确的是(　　) A．方案一利用羽毛球的惯性，使其从球筒上端出来 B．方案一利用球筒的惯性，使羽毛球从下端出来 C．方案二利用羽毛球受到的重力，使其从下端出来 D．方案二中球筒敲击水平面后速度变为0，其惯性随之消失 A　解析：方案一中用力击打羽毛球筒的上端，球筒向下运动，利用羽毛球的惯性，使其从球筒上端出来，A正确，B错误；方案二中球与球筒一起下落敲击水平面，球筒与水平面碰后速度立即变为0，利用羽毛球的惯性，使其从下端出来，C错误；惯性是物体本身的属性，与速度无关，D错误。 [练5] (生活情境)在谷物的收割和脱粒过程中，小石子、草屑等杂物很容易和谷物混在一起，另外，谷有瘪粒。为了将它们分离，农民常用一种叫作“风谷”的农具分选，如图所示，对它的分选原理描述错误的是(　　) A.石子质量大惯性大，飞得最远 B．草屑和瘪谷粒质量小，飞得最近 C．草屑和瘪谷粒的惯性最大，飞得最近 D．空气阻力作用使它们速度变化的快慢不同 C　解析：小石子、实谷粒、草屑和瘪谷粒，它们飞出时初速度基本相同，由于形状和大小不同，在飞行中受到空气阻力的影响不同。一般来说，小石子受到阻力的影响比草屑等杂物受到阻力的影响要小，所以它们速度变化的快慢不同。草屑和瘪谷粒质量小惯性小，速度变化快，故落点近；小石子质量大惯性大，速度大小不易改变，速度变化得慢，故落点远，C错误。 [练6] (生活情境)(2023·上海交通大学附属中学高一测试)地铁静止时，小明观察到车厢中间的扶手柱子近似在一条直线上，如图甲所示，现在小明看到列车如图乙所示，扶手柱不在一条直线上了，下列说法正确的是(　　) ①若小明面向车头，则列车向右转弯 ②若小明面向车头，则列车向左转弯 ③若小明面向车尾，则列车向右转弯 ④若小明面向车尾，则列车向左转弯 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④ C　解析：车厢静止时，小明的视线跟扶手柱子近似在一条直线上，现在小明看到列车的情景如题图乙所示，说明小明相对柱子向右偏移，若小明面向车头，则列车向左转弯，若小明面向车尾，则列车向右转弯，②③正确，选C。 [对应学生用书P90] 1.伽利略创造性地把实验、假设和逻辑推理相结合，有力地促进了人类科学探究的发展。利用如图所示的装置做如下实验：小球从左侧斜面上的O点由静止释放后沿斜面向下运动，并沿右侧斜面上升。左侧斜面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材料时，小球沿右侧斜面上升到的最高位置依次为1、2、3。对比三次实验结果，可以得到的最直接的结论是(　　) A．如果斜面光滑，小球将上升到与O点等高的位置 B．如果小球不受力，它将一直保持匀速直线运动状态或静止状态 C．如果小球受到力的作用，它的运动状态将发生改变 D．小球受到的力一定时，质量越大，它的运动状态就越容易改变 A　解析：根据题意，左侧斜面先后铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材料时，小球上升高度一直增加，可推知，当斜面光滑时，小球将上升到与O点等高的位置，A正确；本实验并不能得到力与运动状态的关系，B、C错误；本实验中小球的质量是固定的，不能得到质量与运动状态之间的关系，D错误。 2.(2023·河北石家庄高一入学考试)春秋末年齐国人的著作《考工记》中有“马力既竭，辀犹能一取焉”，意思是马对车不施加拉力了，车还能继续向前运动，这是关于惯性最早的记述。下列说法正确的是(　　) A．“马力既竭”时马没有了惯性 B．“马力既竭”时车的惯性不变 C．马的拉力越大，车的惯性越大 D．马车速度越大，车的惯性越大 B　解析：惯性大小的唯一量度是质量，与速度无关，“马力既竭”时马的惯性保持不变，A、D错误，B正确；惯性大小的唯一量度是质量，拉力不能改变车的惯性大小，C错误。 3．下面小文章摘自二十世纪某报纸：阿波罗登月火箭在脱离地球飞向月球的过程中，飞船内宇航员通过无线电与在家中上小学的儿子汤姆通话。宇航员：“汤姆，我们现在已关闭火箭上所有推动机，正向月球飞去。”汤姆：“你们关闭了所有推动机，那么靠什么力量推动火箭向前运动？”宇航员犹豫了半天，说：“我想大概是伽利略在推动飞船向前运动吧。”若不计星球对火箭的作用力，由上述材料可知，下列说法错误的是(　　) A.汤姆问话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因” B．宇航员答话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因” C．宇航员答话所体现的物理思想是“物体运动不需要力来维持” D．宇航员答话的真实意思是火箭正在依靠惯性飞行 B　解析：汤姆：“你们关闭了所有推动机，那么靠什么力量推动火箭向前运动？”汤姆认为“力是维持物体运动的原因”，A正确；宇航员说：“我想大概是伽利略在推动飞船向前运动吧。”说明火箭由于惯性飞行，并没有力作用在火箭上，C、D正确，B错误。 4．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，而汽车匀速前进时，车上的人感觉平衡，说明汽车突然减速时有惯性，匀速运动时没有惯性 C．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 D．在同样大小的力作用下，运动状态越难改变的物体，其惯性一定越大 D　解析：惯性的大小只与物体本身的质量有关，质量大惯性就大，与速度无关，A错误； 物体在任何情况下均有惯性，B错误； 人跳起时，水平方向由于惯性保持与火车相同的速度，而跳起后，在水平方向人不受外力，做匀速直线运动，速度与火车保持相同，故会落回原处，C错误； 力是改变物体运动状态的原因，物体的运动状态越难改变，则说明物体的惯性一定越大，D正确。 5.(2023·广西玉林高一期末)如图所示，在水平且足够长的上表面光滑的小车上，质量分别为2m、m的A、B两个物块随车一起以2 m/s的速度在水平地面上向右做匀速运动。若某时刻车突然停下，空气阻力不计，则下列说法正确的是(　　) A．A与B可能会相碰 B．A与B不可能会相碰，因为B的质量较小，惯性较小，B比A的速度更大 C.由于A的质量较大，惯性较大，A、B间的距离逐渐减小，直至A与B相碰 D．由于惯性，A、B均保持2 m/s的速度做匀速运动，A与B不会相碰 D　解析：因为小车上表面光滑，所以两个物块在水平方向上没有受到外力作用，当车突然停下时，由于惯性，两物块将保持2 m/s的速度继续做匀速运动，不会相碰，A、B、C错误，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$