第4章 第1节 牛顿第一定律-【重难点手册】2024-2025学年高中物理必修第一册（人教版2019 浙江专用）

第四章 运动和力的关系 第1节 牛顿第一定律 重点和难点 课标要求 1.通过阅读或者查阅资料等途径了解牛顿第一定律的发现过程，体 会人类认识事物本质的曲折过程，培养学生严谨的科学态度。 重点：物理学史上人们对力与运动关 2.能准确叙述牛频第一定律的内容，并能对该定律所揭示的运动和 系的认知历程、牛顿第一定律、 力的关系问题有较深刻的理解。 惯性 3.了解伽利略关于运动和力的关系的认识，了解他的理想实验和相 难点：牛顿第一定律、惯性 应的推理过程，领会实验加推理的科学研究方法，培养学生科学推理和 想象能力， 4.能通过实例说明质量是物体惯性大小的量度 刀01必备知识梳理，一 基础梳理 知识点1伽利略的理想实验 1亚里士多德的观念 园划重点 必须有力作用在物体上，物体才能运动：没有力的作用，物体 对理想实验的理解 就要静止在一个地方. 1.理想实验是一种思雏 2.伽利略的理想实验 活动，是抽象思维中设想出来 (1)如图所示，两个斜面平滑地对接在一起，小球从一个斜面 的、无法做到的实验 的某一高度自由滚下，球在第二个斜面上所到达的高度与它在第 2.理想实验是以可靠的 一个斜面上开始滚下时的高度几乎相等，伽利略分析高度的微小 实验事实为基础的 差别是由摩擦引起的.（实验事实） 3.理想实验虽然不能同 科学实验那样，通过真实的物 理过程实现，但在自然科学的 理论研究中有者重要的作用. (2)若两个斜面均光滑，则小球一定会上升到原来的高度. 4.必须明确理想实脸的 (科学推理) 方法也有一定的局限性.因为 (3)若减小另一个斜面的倾角，则小球仍然会到达相同的高 它是一种逻辩推理的思雏过 度，不过，在另一个斜面上将滚得更远.（科学推理）》 程，故其作用只限于逻辑上的 (4)若将第二个斜面放平（成为水平面），那么小球从第一个 证明与反驳，而不能用来作为 斜面上滚下来之后，为达到原有高度，将以恒定的速度在无限长 检验认识正确与否的标准，由 的水平面上永远不停地运动下去.（科学推理） 理想实验所得出的任何推论， 142 第四章 运动和力的关系收组 3.伽利略的观点 都必须由观察或实验的结果 物体之所以能停下来，是因为受到了摩擦阻力的作用，假设 来检验 没有摩擦，一旦物体具有某一速度，物体将保持这个速度永远运 动下去，即物体的运动不需要力来维持 例①(2024·山西长治一中高一期末)（多选）如图所示的装 置可以演示伽利略的理想斜面实验，装置为两个对接的斜面，让 小球沿左边的斜面滑下，并滚上右边的斜面，然后改变右边斜面 的倾角，重复操作，利用曝光频率一定的相机拍下小球在运动过 程中的图片.则( 刀划重点 伽利略科学方法的意义 1)伽利略用“实验十科 A.该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的依据，因此牛 学推理”的方法推潮了亚里士 顿第一定律是实验定律 多德的观点 B.由图可知小球在右侧的斜面上的速度逐渐减小，因此证实 伽利略的理想斜面实验 了“物体的运动需要力维持” 虽然是想象中的实验，但这个 C.当右侧的斜面水平时，小球近似做匀速直线运动，说明“如 实验反映了一种物理思想，它 果没有外力的作用，小球将在水平面上永远运动下去” 是建立在可靠的事实基础之 D.如果没有摩擦，小球在右边的斜面上将运动到与左边释放 上的，以事实为依据，以抽象 点相同的高度 为指导，抓住主要因素，忽略 次要因素，从而深刻地揭示了 解析]该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的依据，但 自然规律 没有摩擦力只是一种假设，所以该实验是一种理想化实验，牛顿 (2)第一次确立了物理实 第一定律不是实验定律，A错误；小球在右侧的斜面上的速度逐 验在物理研究中的基础地位 渐减小是因为受力的作用，说明力是改变物体运动状态的原因，B (3)揭示了力不是雏持物 错误：根据实验，右侧的斜面水平时，小球近似做匀速直线运动， 体运动的原因。 如果没有外力作用，小球将在水平面上永远运动下去，C正确；如 司敲黑板 果没有摩擦，小球一定会上升到相同的高度，D正确. 对物体运动状态改变的理解 答案CD 描述物体运动状态的物 知识点2牛顿第一定律 理量是速度，运动状态是否改 1.牛顿第一定律的内容 变由速度衡量，物体的速度 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 (大小或方向)改变了，我们就 说物体的运动状态改变了，物 它上面的力迫使它改变这种状态 体运动状态的变化有以下三 2.牛顿第一定律的适用范围：惯性参考系 种情况：(1)速度方向不变，只 在研究地面上的物体时，一般选取地面或相对于地面静止或 有大小改变；(2)速度大小不 做匀速直线运动的物体为参考系，这样的参考系就是惯性系.相 变，只有方向改变：(3)速度的 143 国雕手细高中物理必修第一册)（浙江专用） 对于地面做变速运动的参考系就是非惯性系 大小和方向都政变，必须明确 例如：火车沿平直轨道匀速运动时，可将火车看作惯性系来 运动的物体不一定受到力的 研究火车内其他物体的运动： 作用，但物体的运动状态改变 火车由静止开始加速启动时，如果以火车为参考系，原来静 时一定受到力的作用. 止在火车内水平光滑桌面上的物体会相对于火车向后做加速运 曰敲黑板 动，但物体在水平方向上并没有受力，因此牛顿第一定律不成立， 对牛顿第一定律的理解 1.牛顿第一定律揭示了 此时火车为非惯性系。 一切物体都具有保持原来匀 例②(2024·西藏林芝第二高级中学高一期末)在学习牛顿 速直线运动状态或静止状态 第一定律时，为了探究力对运动的影响，学习小组做了如图所示 的性质，即一切物体都具有惯 的甲、乙、丙实验.下列有关叙述正确的是( 性，因此牛频第一定律又叫惯 毛中 棉布 木板 性定律 22 2.牛顿第一定律定性地 乙 丙 揭示了力和运动的关系，纠正 A.每次实验时，小车可以从斜面上的不同位置由静止开始 了力是维持物体运动的原固 下滑 的错误观，点，它说明力不是维 B.实验表明：小车受到的摩擦力越小，小车运动的距离就越近 持物体运动的原因，而是改变 C.实验中水平面上运动的小车会停下来，说明力能改变物体 物体运动状态的原因。 的运动状态 3.牛顿第一定律是在牛 D.根据甲、乙、丙的实验现象，就可以直接得出牛顿第一定律 顿总结前人工作的基础上得 出的，是在理想实验的基础上 解析实验中要求小车从斜面上的相同位置由静止开始下 加以科学推理和抽象得到的， 滑，可以保证小车到达斜面底端的速度相等，然后通过不同情况 但其得到的一切结论经过实 的水平面，可确定力的大小对运动的影响，选项A错误：实验表 践证明都是正确的」 明：小车受到的摩擦力越小，小车运动的距离就越远，选项B错 4.牛顿第一定律无法用 误；小车在水平面上运动时受到摩擦力的作用会停下来，其运动 实验直接验证，它所描述的是 的状态发生变化，说明力能改变物体的运动状态，选项C正确：从 一种理想状态，即不受外力的 甲、乙、丙三个实验可得出力是改变运动状态的原因，而不能得出 状态 不受力时的运动情况，选项D错误 5.当物体所受合力为0 时，其效果跟不受外力作用相 答案C 同，但“合力为0”不能说成“不 知识点了惯性与质量 受外力作用” 1.惯性 (1)定义：物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的 性质叫惯性 (2)意义：惯性反映了物体抵抗运动状态变化的本领. 2.对惯性的理解 (1)惯性的特性 ①普遍性：惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。 144 第四章 运动和力的关系蓝 ②无关性：惯性与物体的运动状态、受力情况及地理位置无关 园划重点 ③唯一性：惯性的大小由质量唯一决定，质量是惯性大小的 对质量的深入认识 量度 1.从物质角度理解：质量 (2)惯性与力的关系 为物体所含物质的多少 2.从损性角度理解：质量 ①惯性不是力，而是物体本身固有的一种性质，因此不能说 是决定物体惯性大小的唯一 “物体受到了惯性作用”“产生了惯性”“受到惯性力”等 因素 ②力是改变物体运动状态的原因，惯性是维持物体运动状态 3。由于物体惯性的存在， 的原因.惯性越大，运动状态越难改变；对同一物体而言，力越大， 物体的运动速度都不会发生 其运动状态越容易改变 “突变”，只能在原速度大小、 (3)惯性与速度的关系 方向的基础上逐渐改变. ①速度是表示物体运动快慢的物理量，是矢量；惯性是物体 本身固有的性质，其大小由物体的质量决定， ②一切物体都有惯性，和物体是否具有速度及速度的大小均 无关。 3.质量 (1)质量只有大小，没有方向，是标量.国际制单位是千克 (2)大量事例说明，不同质量的物体，维持其原来运动状态的 “能力”不同，质量大的物体维持原来运动状态的“能力”强，即物 体惯性大 (3)物体的质量是描述物体惯性的物理量， 例B(2023·浙江丽水，湖州、衢州三地市4月质检)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）.下列说法错误的是( ●0 图1 图2 A.油罐车匀速向左拐弯时，油罐内的油将涌动到油罐的右侧 B.油罐车在设置挡板后，减小了油的惯性，使油不容易发生 涌动 C.油罐车在匀速前进的过程中突然刹车，挡板可以减弱油向 前剧烈涌动 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 145 重雅点手细高中物理必修第一册)（浙江专用） 解析由于惯性，油罐车匀速向左拐弯时，油罐内的油将涌动 到油罐的右侧，故A正确：惯性取决于物体的质量，故B错误；油 罐车在匀速前进的过程中突然刹车，由于惯性，油向前剧烈涌动， 设置挡板并不能改变油的惯性，但能减弱油向前剧烈涌动，故C 正确；油罐车在平直道路上匀速前进时，由牛顿第一定律可知，即 使没有挡板，油也几乎不会涌动，故D正确 答案B 重难拓展 重难点1对惯性现象的分析与解释 1.分析和解释惯性现象要注意纠正的几点错误认识 D提个醒 (1)认为惯性与物体运动状态有关惯性是物体的固有属性， 对惯性的理解 不论物体处于什么样的运动状态，也不论物体处于什么样的位置， 在运用惯性概念和规律 物体均具有惯性.认为物体静止时有惯性而运动起来就没有惯性 分析问题时的几个常见的 了，物体由地球移到太空中惯性就没有了等观点都是错误的， 误区： (2)认为惯性是一种力.实际上力和惯性是两个不同的概念 (1)误认为运动的物体有 惯性，静止的物体没有惯性 力能改变物体的运动状态，而惯性却要使物体保持原来的运动 (2)误认为速度越大，物 状态 体的惯性越大 (3)认为惯性就是惯性定律.牛顿第一定律也叫惯性定律，它 (3)误认为重力越小，惯 揭示了一切物体都具有惯性的本质，惯性是反映物体抵抗运动状 性越小。 态变化的本领，与惯性定律的本质是不同的. (4)误认为惯性是一种特 (4)认为物体只有在匀速直线运动或静止时才有惯性，物体 殊的力， 加速或减速时就没有惯性了，实际上这种错误是受惯性概念的束 缚，物体具有保持原有运动状态的性质叫惯性，不限于静止或匀 速直线运动，惯性与物体运动速度大小无关， 2.物体的惯性现象的两种表现 (1)在不受力的条件下，惯性现象表现出“保持”“原来的”运 动状态的性质，有“惰性”的意思 (2)在受力的条件下，惯性现象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 P拓视野 例4(2023·云南大关县一中高一期末)对一些实际生活中 生活中的惯性现象 的现象，某同学试图从惯性的角度加以解释，其中正确的是 1.敲打被子时，由于灰尘 ( 具有惯性，会脱离被子 A.采用了大功率的发动机后，可使某些赛车的速度甚至能超 2.如图所示，运输液体的 过某些老式螺旋桨飞机的速度.这表明，可以通过科学进步使小 槽车，液体中有气泡。当车向 质量的物体获得大惯性 右启动时，由于液体和气泡都 146 第四章 运动和力的关系欧组 B.射出枪膛的子弹在运动一段距离后连一件棉衣也穿不透， 有惯性，但是相同体积的液体 这表明它的惯性小了 比气体的质量大，惯性大，液 C.货车运行到不同的车站时，经常要摘下或加挂一些车厢， 休由于惯性要保持原来的静 这些会改变它的惯性 止状态，故液体相对于车向左 D.摩托车转弯时，车手一方面要控制适当的速度，另一方面 运动，将气泡挤向右方，气泡 将向右运动 要将身体稍微向里倾斜，通过调控人和车的惯性达到行驶目的 解析采用了大功率的发动机后，某些一级方程式赛车的速 度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度，原因是发动机功率增 大了，但是赛车质量不变，惯性不变，选项A错误；射出枪膛的子 弹在运动一段距离后，由于受到空气阻力，速度减小，而子弹质量 不变，惯性不变，选项B错误；货车运行到不同的车站时，经常要 摘下或加挂一些车厢，这些会改变货车的质量，改变它的惯性，选 项C正确：摩托车转弯时，车手一方面要控制适当的速度，另一方 面要将身体稍微向里倾斜，这是通过调控人和车的重心位置，但 是整体的质量不变，惯性不变，选项D错误。 [答案C 重难点2应用牛顿第一定律分析问题 已对点练 1.分析力和运动关系的关键点 如图所示，在平直轨道上 (1)运动的物体不一定受到力的作用： 匀加速行驶的封闭车厢中，悬 (2)物体受力的方向不一定和运动方向相同： 挂一个有滴管的盛油的容器。 (3)物体受力的大小和速度的大小没有直接关系； 当滴管依次滴下三滴油时，三 (4)物体所受合力不为0，运动状态即发生变化，可能是速度大 滴油落在车厢的地板上，下列 小变化，也可能是速度方向变化，还可能是速度大小、方向都变化 说法中正确的是( 2.应用牛顿第一定律分析问题的一般思路 (1)确定某一物体（或系统）为研究对象： (2)分析物体（或系统）原来的运动状态： 7n7777 (3)找出物体（或某部分）受力而使运动状态改变： A.三滴油依次落在O,点 (4)明确不受力部分而不改变运动状态： B.三滴油依次落在同一 (5)对联系实际的物理问题，应注意审题，并简化为物理模 位置上 型，使分析求解更为清晰. C.三滴油依次落在A到 O之间，而且后一滴比前一滴 例固(2024·宁夏石嘴山三中高一期末)如图， 离O点近些 在车厢中的A是用绳拴在底部上的氢气球，B是用 wni D.三滴油依次落在O到 绳挂在车厢顶部的金属球，开始时它们和车一起向 A之间，而且后一滴比前一滴 右做匀速直线运动.若忽然刹车使车向右做匀减速运动，则下列 离O点远些 能正确表示刹车期间车内情况的是( [答案：B] 147 重雕点手细高中物理必修第一册尺)（浙江专用） OB PA B al A B D 解析开始时金属球、车厢及氢气球有向右的相同速度，突然 刹制车使车厢做减速运动时，由于金属球比车厢内同体积的空气质 量大，惯性大，运动状态不易改变，相对于车厢继续向右运动，因 此B向右偏，故C错误：氢气虽然有惯性，但因为氢气密度小， 空气的密度大（相同体积空气惯性比氢气大），氢气球向前运动撞 到空气，力的作用是相互的，它被空气向后推开，相对于车厢向左 运动，故A错误，D正确. 答秦D 口02关建能幼提升。 题型1对力和运动关系的认识与理解 车在此种情况下的运动叙述正确的是( 例1(2024·云南玉溪一中高一月考)伽 左 利略的理想实验证明了(). A.物体运动必须有力作用，没有力的作用 A.小车可能突然向左加速运动 物体将要静止 B.小车可能突然向左减速运动 B.物体运动速度越大，其惯性越大 C.小车可能突然向右减速运动 C.物体不受力作用时，一定处于静止状态 D.小车可能突然向右加速运动 D.物体不受力作用时，总保持原来的匀速 直线运动状态或静止状态 解析]小车突然向左加速，由于惯性，水还 解析根据牛顿第一定律可知，物体运动 要保持原来的速度，没有来得及加速，所以小 或静止不一定需要力的作用，没有力作用的物 车向左的速度大于水向左的速度，可以出现图 体将保持运动状态不变，惯性的大小由质量决 示情况，故A正确；小车突然向左减速，由于惯 定，与速度无关，故AB错误：伽利略的斜面实 性，水还没有来得及减速，所以小车向左的速 验证明物体不受外力作用时，将保持静止或者 度小于水向左的速度，水应向左洒出，故B错 匀速直线运动状态，故C错误，D正确 误：小车突然向右减速，由于惯性，水还没有来 答秦D 得及减速，所以小车向右的速度小于水向右的 题型2牛顿第一定律的应用 速度，水应向右洒出，故C正确：小车突然向右 例2(2024·四川棠湖中学高一月考) 加速，由于惯性，水还没有来得及加速，所以小 (多选)在水平的路面上有一辆匀速行驶的小 车向右的速度大于水向右的速度，水应向左洒 车，车上固定一盛满水的碗.现突然发现碗中 出，故D错误.故选AC 的水洒出，水洒出的情况如图所示.则关于小 答案AC 148