第四章 1．牛顿第一定律-【金版教程】2024-2025学年新教材高中物理必修第一册创新导学案word（人教版2019）

物理　必修 第一册 RJ 1．牛顿第一定律 1．知道人类对于运动和力的关系的认识历程。2.理解伽利略理想斜面实验的过程及相应的推理结论，知道理想实验是科学研究的重要方法。3.理解牛顿第一定律的内容及意义，能用其解释相关现象。4.知道什么是惯性，知道描述物体惯性的物理量是它的质量。 任务1　理想实验的魅力 1．人类对运动和力的关系的认识历程 代表人物 主要观点 亚里士多德 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 伽利略 力不是维持物体运动的原因 笛卡儿 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 2.伽利略的理想斜面实验 (1)斜面实验：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。如果第二个斜面倾角减小，小球仍将到达原来的高度，但是运动的距离更长。 (2)推理结论：当第二个斜面最终变为水平面时，小球要到达原有高度将永远运动下去。这说明，力不是维持物体运动的原因。 思考：伽利略的理想斜面实验能真正操作吗？是凭空想象的吗？ 提示：因为摩擦难以避免，所以伽利略的理想斜面实验不能真正操作，但它也不是凭空想象的，而是以可靠的事实为依据，除去摩擦对运动的影响，结合逻辑推理得出的。 1．判一判 (1)物体运动一定是因为受到力的作用。(　　) (2)物体不受力时可能静止，也可能运动。(　　) (3)对运动和力的关系，亚里士多德的认识错误是因为没有考虑到摩擦力的影响。(　　) 提示：(1)×　(2)√　(3)√ 2．想一想 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，运动需要外力来维持？ 提示：不能，正是由于脚对球的力，改变了足球原来的运动状态(静止)，故力是改变物体运动状态的原因。而不是有力才有运动，力不是维持物体运动的原因。 伽利略理想实验的意义 (1)伽利略用“实验与逻辑推理相结合”的方法推翻了亚里士多德的观点。 (2)揭示了力不是维持物体运动的原因。 例1　在探究物体运动的原因时，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改变的斜面，斜面倾角逐渐改变至零，如图所示。伽利略设计这个实验的目的是为了说明(　　) A．如果没有摩擦，小球将运动到与释放时相同的高度 B．即使没有摩擦，小球最终也一定会停下来 C．力不是维持物体运动的原因 D．如果物体不受力的作用就不会运动 [规范解答]　伽利略的理想实验证明了：力不是维持物体运动的原因，即物体的运动不需要力来维持。“如果没有摩擦，小球将运动到与释放时相同的高度”只是对实验现象进行分析的一个结果，并不是最终的实验目的。A、B、D错误，C正确。 [答案]　C [跟进训练]　理想实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理想实验： ①如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度； ②继续减小右边斜面的倾角，最后使它成为水平面，小球要沿水平面做匀速直线运动； ③减小右边斜面的倾角，小球仍然要达到原来的高度； 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)请将上述关于理想实验的描述按正确的逻辑顺序排列：______________(只需填写序号)。 (2)上述关于理想实验的描述中，有的属于可靠的事实，有的是理想化的推论，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)伽利略设计的理想实验的步骤是：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；如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度；接着减小右边斜面的倾角，小球仍然要达到原来的高度；继续减小右边斜面的倾角，最后使它成为水平面，小球要沿水平面做匀速直线运动。故正确的逻辑顺序为④①③②。 (2)④是事实；①中不可能没有摩擦，为推论；③中斜面上有摩擦，小球不可能达到原来高度，是推论；因为有摩擦，②中右边斜面变成水平面时，小球不可能沿水平面做匀速直线运动，是推论。D正确。 任务2　牛顿第一定律 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。 说明：物体的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)速度的大小和方向均发生改变。 2．惯性：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。牛顿第一定律也叫作惯性定律。 3．牛顿第一定律的意义 (1)揭示了运动和力的关系：力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。 (2)揭示了一切物体都具有的一种固有属性——惯性。 想一想 牛顿第一定律的正确性可以在实验室通过实验直接验证吗(例如用气垫导轨进行验证)? 提示：任何物体都和周围的物体有相互作用，不受力作用的物体是不存在的。所以，牛顿第一定律所描述的状态是一种理想状态。它是利用逻辑思维进行分析的产物，不可能用实验直接验证。 牛顿第一定律仅适用于惯性参考系。 惯性参考系和非惯性系：如果在一个参考系中，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可近似看作惯性系，而相对地面做变速运动的物体一般是非惯性系。 例2　下列说法正确的是(　　) A．牛顿第一定律是科学家凭空想象出来的，没有实验依据 B．牛顿第一定律无法用实验直接验证，因此是不成立的 C．理想实验的思维方法与质点概念的建立一样，都是一种科学抽象的思维方法 D．由牛顿第一定律可知，静止的物体一定不受外力作用 [规范解答]　牛顿第一定律无法用实验直接验证，它是在大量实验事实的基础上通过逻辑推理而概括出来的，是成立的，A、B错误；理想实验的思维方法与质点概念的建立一样，都是抓住事物的本质、把实际理想化，都是一种科学抽象的思维方法，C正确；不受外力作用的物体是不存在的，更符合实际的说法是这样的：静止的物体受到的合外力一定为零，D错误。 [答案]　C 物体不受力时总保持静止或匀速直线运动状态，但实际中物体静止或做匀速直线运动时一定会受到力的作用，只是所受到的合力为零。 例3　(2023·浙江省湖州市高一上期末调研测试)如图所示，鞋子上粘有泥巴，在地面上鞋跟朝下磕两下，泥巴就掉了，这主要是利用了(　　) A．鞋的惯性 B．泥巴的惯性 C．地面的惯性 D．泥巴的重力 [规范解答]　在地面上鞋跟朝下磕两下的过程中，鞋子与地面撞击时，鞋子停止运动，泥巴由于惯性继续向下运动，与鞋子分离，这主要是利用了泥巴的惯性，故选B。 [答案]　B 任务3　惯性与质量 如图甲所示，轰炸机为了携带更多的炸弹，质量很大，但是战斗机(如图乙所示)质量都很小，为什么？这说明了什么？ 提示：战斗机要求动作灵活，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容易改变，惯性小。说明物体的惯性大小与其质量有关。 1．描述物体惯性的物理量是它的质量。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。 判一判 (1)质量大的物体惯性一定大。(　　) (2)惯性是矢量。(　　) 提示：(1)√　(2)× 惯性的表现形式 (1)当物体不受力(或所受的合外力为零)时，惯性表现为保持原来的运动状态不变。即原来静止的物体仍然保持静止，原来运动的物体仍然保持原来的速度继续运动。 (2)当物体受外力作用(合外力不为零)时，惯性表现为改变运动状态的难易程度。即物体的惯性越大，其运动状态越难改变；物体的惯性越小，其运动状态越容易改变。 惯性不是力，物体具有惯性，而不是物体受到惯性力。 例4　(2023·广东省佛山市高一上期末统考)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。我们说车具有较强的抵抗运动状态变化的“本领”，这种“本领”的大小取决于(　　) A．车的初速度 B．马对车的拉力 C．车的质量 D．车受到的阻力 [规范解答]　由题意可知，车具有较强的抵抗运动状态变化的“本领”，即较大的惯性，而质量是物体惯性大小的唯一量度，所以这种“本领”的大小取决于车的质量。故选C。 [答案]　C 例5　关于惯性大小，下列说法中正确的是(　　) A．推动原来静止的物体比推动正在运动的物体所需要的力大，所以静止的物体惯性大 B．正在行驶的质量相同的两辆汽车，行驶快的不容易停下来，所以速度大的物体惯性大 C．同样的力作用在不同的物体上时，质量大的物体运动状态改变慢，所以质量大的物体惯性大 D．在月球上举重比在地球上容易，所以同一物体在月球上比在地球上惯性小 [规范解答]　质量是物体惯性大小的唯一量度，质量大，惯性大，质量小，惯性小；物体的惯性与物体的运动状态、受力情况、所处环境等均无关，故C正确，A、B、D错误。 [答案]　C 物体的惯性大小与物体的受力情况、速度等都没有直接关系。物体的速度大，其惯性不一定大。 理想实验 1．对理想实验的认识 理想实验是一种假想实验，它以可靠的事实为依据，忽略次要因素，并把实际实验的情况合理外推到一种理想状态，进行逻辑推理，从而得出结论。理想实验也是研究物理问题的重要方法之一。 2．真实实验与理想实验的区别 真实实验 真实实验是一种实践活动，是可以通过一定的实验器材和实验方法来实现的实验 理想实验 理想实验是一种思维活动，是从抽象思维中设想出来的、无法真正做到的实验 “理想实验”虽然在研究中有重大作用，但是它只是一种思维过程，只限于逻辑上的证明与反驳，不能用作检验认识正确与否的标准。由理想实验得出的结论，只有经过观察和实践的检验，才是可靠的。 3．理想实验的应用 在研究自由落体运动的过程中，伽利略也运用了理想实验的方法。伽利略以归谬的逻辑推理驳斥了亚里士多德“重的物体下落得快”的论断，得出“重的物体与轻的物体应该下落得同样快”的猜想。随后，伽利略采用斜面实验与推理相结合的方法研究了自由落体运动的规律(如图所示，详情见教材第二章第4节)。 课后课时作业 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 难度 ★ ★ ★ ★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★★ 对应考点/知识点 力与运动相关的物理学史 伽利略理想实验的理解 牛顿第一定律相关认识及理解 牛顿第一定律相关认识及理解 惯性的理解及其应用 惯性的理解及应用 惯性与牛顿第一定律的综合应用 牛顿第一定律的实例应用　 牛顿第一定律的实例应用 牛顿第一定律的实例应用 知识点一　物理学史 1．科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用。下列说法不符合历史事实的是(　　) A．伽利略通过“理想实验”得出结论：力不是维持物体运动的原因 B．笛卡儿认为：如果没有其他原因，运动物体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 C．亚里士多德认为：必须有力作用在物体上，物体的运动状态才会改变 D．牛顿认为：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质 答案：C 解析：选项A、B、D中的说法均符合历史事实；亚里士多德认为：必须有力作用在物体上，物体才会运动，选项C中的说法不符合历史事实。故选C。 知识点二　理想实验的理解 2．(2023·四川省成都市高一上期末调研)伽利略创造的把实验、假设和逻辑推理相结合的科学方法，有力地促进了人类科学认识的发展。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。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。根据三次实验结果的对比，可以得到的最直接的结论是(　　) A．若小球不受力，它将一直保持匀速直线运动或静止状态 B．若斜面光滑，小球在右侧斜面将上升到与O点等高的位置 C．若小球受到力的作用，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，它的运动状态就越难改变 答案：B 解析：通过本实验并不能直接得到力与运动状态的关系，故A、C错误；根据题意，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的最大高度逐渐增加，可推知，当斜面光滑，小球将上升到与O点等高的位置，故B正确；本实验中小球的质量是一定的，不能得到物体质量与运动状态改变难易的关系，故D错误。 知识点三　牛顿第一定律 3．下列说法错误的是(　　) A．伽利略的斜面实验是牛顿第一定律的实验基础 B．物体不受外力作用时，一定处于静止状态 C．力是改变物体运动状态的原因 D．牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能用实验直接验证 答案：B 解析：伽利略由理想斜面实验，提出了力不是维持物体运动的原因，牛顿在此基础上总结出牛顿第一定律，所以可以说，伽利略的理想斜面实验是牛顿第一定律的实验基础，A正确；由牛顿第一定律可知，物体不受外力作用时，处于静止状态或匀速直线运动状态，B错误；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，C正确；牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，不是由实验直接得出的定律，不可能用实验直接验证，D正确。本题选说法错误的，故选B。 4．下列关于牛顿第一定律的说法中正确的是(　　) A．牛顿第一定律是实验定律 B．牛顿第一定律是科学家凭空想象出来的，没有实验依据 C．牛顿第一定律提出了当物体受到的合力为零时，物体将处于静止状态 D．牛顿第一定律既提出了物体不受外力作用时的运动规律，又提出了力是改变物体运动状态的原因 答案：D 解析：牛顿第一定律不是实验定律，A错误；牛顿第一定律是建立在日常经验、科学猜想、实验和推理相结合的基础上的，不是科学家凭空想象出来的，B错误；牛顿第一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；牛顿第一定律既提出了物体不受外力作用时的运动规律，又提出了力是改变物体运动状态的原因，D正确。 知识点四　惯性的理解及应用 5．(2023·山东省潍坊市高一期末统考)2022年女足亚洲杯中国女足表现完美，再次站在亚洲之巅，这也是中国女足第9个亚洲杯冠军，如图是8号女将姚伟的一脚远射。以下说法正确的是(　　) A．足球被踢出后仍能继续运动，是因为足球受到惯性力的作用 B．足球被运动员用头顶入对方球网，说明力可以改变物体的运动状态 C．足球在运动中阻力逐渐减小，惯性也在减小 D．足球在运动中速度逐渐减小，惯性也在减小 答案：B 解析：物体保持原来运动状态的性质叫作惯性，惯性不是一种力，不能说足球继续运动是因为受到惯性力的作用，而要表述为足球继续运动是因为足球具有惯性，A错误；足球被运动员用头顶入对方球网，说明力可以改变物体的运动状态，B正确；惯性只与物体的质量大小有关，不因物体受到的阻力和运动速度的改变而发生变化，C、D错误。 6．(2024·浙江省温州市高一上学期统考期末)关于惯性，下列说法正确的是(　　) A．超速行驶非常危险，因为汽车在高速行驶时将具有更大的惯性 B．高铁列车没有为乘客配备安全带，因为高铁采用的先进技术减小了乘客的惯性 C．汽车行驶过程中车上人员应系好安全带，它可以在汽车发生碰撞时减小人员惯性 D．摆放在汽车中控台上的物品存在安全隐患，由于惯性它在汽车急刹车时易撞向前挡风玻璃 答案：D 解析：质量是衡量物体惯性大小的唯一量度，汽车在高速行驶时，其质量不变，惯性不变，故A错误；高铁采用的先进技术并没有改变乘客的质量，乘客的惯性不变，故B错误；汽车发生碰撞时，人员的质量不变，即系好安全带并不会减小碰撞时人员的惯性，故C错误；摆放在汽车中控台上的物品存在安全隐患，由于惯性它在汽车急刹车时易撞向前挡风玻璃，故D正确。 7．如图，冰壶是冬奥会的正式比赛项目，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直接验证了牛顿第一定律 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慢慢减小 D．冰壶在运动过程中抵抗运动状态变化的“本领”是不变的 答案：D 解析：力是改变物体运动状态的原因，冰壶在冰面上运动时受到阻力的作用，速度逐渐减小，所以并未直接验证牛顿第一定律，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，所以在运动过程中抵抗运动状态变化的“本领”是不变的，D正确。 8．如图所示，质量分别为mA、mB的A、B两小球放在车厢内一个光滑水平桌面上，两球相距s，与车一起做匀速直线运动。如果突然刹车，在两球均未离开桌面的情况下，两球的间距(　　) A．逐渐增大 B．保持不变 C．逐渐减小 D．无法确定 答案：B 解析：车做匀速直线运动时，桌面上的小球A和B也一起做匀速直线运动。当车突然停止时，根据牛顿第一定律，在两球均未离开桌面的情况下，小球A和B仍会保持原来的运动状态不变，因此，它们的距离将保持不变。故选B。 9．(多选)泸州市已完成轻轨规划与设计，即将在合适时机展开建造工作。在轻轨列车上通常有提示列车加速状态的指示灯，旅客可以通过指示灯调整自己的坐姿，防止从座位上摔出去。指示灯结构如图所示，M是质量较大的金属块，左右两端分别与金属丝制作的弹簧相连，并都穿套在光滑水平金属杆上，当M平衡时两根弹簧均处于原长，此时两灯都不亮。下列说法正确的是(　　) A．当轻轨列车加速前进时，绿灯可能变亮 B．当红灯突然变亮时，旅客有向车后倒的趋势 C．当红灯突然变亮时，旅客有向车前倒的趋势 D．当绿灯亮时，列车可能是减速进站了 答案：AC 解析：当列车加速前进时，金属块由于惯性保持原来的运动状态，会相对金属杆向后滑动，绿灯可能与金属块、电源组成闭合电路，有电流产生，绿灯可能变亮，故A正确，D错误；当列车刹车时，金属块由于惯性保持原来的运动状态，会相对金属杆向前滑动，红灯可能与金属块、电源组成闭合电路，有电流产生，红灯可能变亮，此时由于惯性旅客有向车前倒的趋势，B错误，C正确。 10．水平仪的主要测量装置是一个内部封有液体的玻璃管，液体中有一气泡，水平静止时，气泡位于玻璃管中央，如图1所示。一辆在水平轨道上行驶的火车车厢内水平放置两个水平仪，一个沿车头方向，一个垂直于车头方向。某时刻，气泡位置如图2所示，则此时关于火车运动状态的说法可能正确的是(　　) A．加速行驶，且向左转弯 B．加速行驶，且向右转弯 C．减速行驶，且向左转弯 D．减速行驶，且向右转弯 答案：B 解析：由题意可知，火车水平静止或做匀速直线运动时，水平仪中的气泡位于玻璃管中央。若火车加速，沿车头方向的水平仪中的气泡和液体由于惯性不会随火车立即加速，还会以原来的速度运动，有相对火车向后运动的趋势，因为气泡密度小于液体密度，所以相同体积的液体质量较大，惯性较大，更难以改变运动状态，所以气泡相对液体向前移动，同理分析可知，火车减速行驶时，沿车头方向的水平仪中的气泡向后移动；若火车向右转弯，垂直于车头方向的水平仪中的气泡和液体由于惯性不会立即随火车向右运动，还会沿直线运动，所以气泡和液体有相对火车向左运动的趋势，因为相同体积气泡的惯性小于相同体积液体的惯性，所以气泡相对液体向右移动，同理分析可知，若火车向左转弯，则垂直于车头方向的水平仪中的气泡向左移动。由题图2可知，此时刻火车可能是加速行驶，且向右转弯，故A、C、D错误，B正确。 14 学科网（北京）股份有限公司 $$