第4章 1.牛顿第一定律-【成才之路•学案】2025-2026学年高中物理必修第一册同步新课程学习指导(人教版)

●121 第四章 运动和力的关系 1.牛顿第一定律 ●目标重点展示 素养目标 学习重点 (1)明确惯性概念，知道质量是惯性大小的量度。 物理观念 (2)知道牛顿第一定律的内容。 科学思维 理解力和运动的关系。 (1)牛顿第一定律。 科学探究 知道伽利略理想实验及推理方法。 (2)惯性的理解和应用。 科学态度 会用惯性知识解释有关现象。 与责任 探究点1理想实验的魅力 ●新知导学 情境：伽利略的理想实验 (1)(实验事实)如图所示，两个斜面平滑地对接 在一起，小球从一个斜面的某一高度自由滚下，在第二 个斜面上所达到的高度同它在第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差别是由摩擦阻力引起的。 (2)(科学推理)若两个斜面均光滑，则小球一定会上升到原来的高度。 (3)(科学推理)若减小第二个斜面的倾角，则小球仍然会到达相同的高 度，即在第二个斜面上运动的距离远。 (4)(科学推理)若将第二个斜面放平（成为水平面），那么小球从第一个 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的水平面上 永远不停地运动下去。 探究：伽利略的理想实验揭示了什么道理？ P[提示] [提示] ●基础梳理 物体运动并不需要力 来维持。 亚里士多德的观点 力是 物体运动状态的原因 伽利略理想实验 力不是 物体运动的原因 笛卡儿的观点 运动中的物体没有受到 的作用，它将继续 以同一速度沿同一直线运动 122 [思考] [判断正误] 为什么说你伽利略理想 (1)亚里士多德根据“用力推车，车子前进，停止用力，车子就停下来”这一现 实验的方法是科学 象，提出了力是维持运动的原因。 的，结论是可靠的？ (2)伽利略的理想实验是假想实验，无法完成，因而得到的结论是不可靠的。 () P[思考] ●重难解读 1.伽利略理想实验的意义 (1)伽利略用“实验和科学推理”的方法推翻了亚里士多德的观，点。 提示：伽利略的理想 (2)第一次确立了物理实验在物理学研究中的基础地位。 斜面实验虽然是理想 的实验，但它是建立 (3)揭示了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。 在可靠的实验事实基 2.真实实验与理想实验的比较 础之上的，以事实为 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 依据，突出主要因素， 真实实验 方法来实现的实验。 忽略次要因素，从而 揭示了正确的自然 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 规律。 理想实验 做到的实验。 例1：伽利略曾用如图所示的“理想实验”来研究力与运 动的关系，则下列符合实验事实的是 ( A.小球由静止开始释放，“冲”上对接的斜面 B.没有摩擦，小球上升到原来释放时的高度 [提示] C.减小斜面的倾角0，小球仍然达到原来的高度 (1)冰壶停下来是 D.继续减小斜面的倾角，最后使它成为水平面，小球沿水平面永远运 因为受到了冰面的摩 动下去 擦力作用。说明力 跟踪训练1：关于伽利略的理想实验，下列说法正确的是 是改变物体运动状态 A.完全是理想的，没有事实为基础的，只有理想推理 的原因。 B.是以可靠事实为基础的，经科学抽象，深刻反映自然规律的 (2）冰壶原来静 C.证实了亚里土多德关于力与运动的关系 止，不受外力作用 D.证实了自由落体运动是匀变速直线运动 时，仍然静止；原来 运动，不受外力作用 探究点2牛顿第一定律 时将永远做匀速直线 运动。 ●新知导学 (3)物体不受外力 情境：如图是冰壶在冰面上的运动情景。冰壶比赛 作用或所受合力为零 过程中，运动员在冰壶前面擦扫冰面，可以使表面冰层融 时，总保持静止或匀 化，形成一层薄薄的水膜，而水膜的阻力比冰面要小，所 速直线运动状态。 以冰壶可以滑行地更远。 探究：(1)图中的冰壶为什么会停下来？它说明了什 么问题？ (2)试猜想如果冰壶不受外力作用将处于什么状态？ P[提示] 123 ●基础梳理 [思考] 如图所示，用力踢球 1.牛顿第一定律的内容：一切物体总保持 状态或 状 球才会运动起来，难 态，除非作用在它上面的力 道不能证明有力才有 2.惯性 运动，运动需要外力 来维持吗？ (1)物体保持原来 状态或 状态的性质叫作惯性。牛顿 第一定律也被叫作 定律。 (2)惯性是物体的 属性，一切物体都具有惯性。 [判断正误] (1)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。 (2)只要物体的位移发生改变，则物体的运动状态就会发生改变。 提示：不能，正是由于 脚对球的力，改变了 (3)牛顿第一定律揭示了物体的固有属性。 足球原来的运动状态 [思考] (静止)，故力是改变 物体运动状态的原 ●重难解读 因，脚离开球后，球仍 1.运动状态改变即速度发生变化，有三种情况 然运动，故力不是维 持物体运动的原因。 (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.对牛顿第一定律关键词的理解 [规律方法]牛顿第一 一切 适用于所有物体、任何情况 定律巧应用 (1）由“因”索 总保 表明物体具有惯性 、 “果”：在判断力与 运动之间的关系时， 或 两种状态必有其一，不同时存在 一定要把握准牛顿第 一定律的含义，即力 3.牛顿第一定律的理解 是改变物体运动状态 揭示了一切物体都具有一种固有属性即惯性 的原因，而不是维持 物体运动状态的 牛顿第 揭示了运动与力的关系：力是改变物体运动 状态的原因，不是维持物体运动的原因 原因。 (2）由“果”索 定律 给出了物体不受力时的运动状态：静止或匀 “因”：如果物体的 速直线运动 运动状态发生改变， 具有实际意义：物体不受外力和所受外力的 合力为零在效果上等效 则物体必然受到不为 零的合外力的作用， 》特别提醒 所以判断物体的运动 (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 状态是否改变以及如 何改变，应分析物体 力为零是等效的。 的受力情况。 (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。 (3)应用步骤：应 (3)牛顿第一定律只适用于惯性参考系中的运动，在非惯性参考系中不适用。用牛顿第一定律解释 例2：（多选）下列关于牛顿第一定律的说法中正确的是 有关现象时，一要看 物体原来的运动状 A.物体保持静止状态，它所受合外力一定为零 态，二要看物体现在 B.物体所受合外力为零时，它一定处于静止状态 的受力情况及所受合 C.物体处于匀速直线运动状态时，它所受的合外力可能是零，也可能不 力是否为零，最后判 断由于物体具有惯性 是零 将会出现的现象。 D.物体所受合外力为零时，它可能做匀速直线运动 P[规律方法] 124 跟踪训练2：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 [思考] 车一起做匀速直线运动。当车突然停止时，如不考虑其他阻 战斗机在投入战斗时 力，设车无限长，则两个小球 有时要抛掉副油箱， 这是为什么？ A.一定相碰 B.一定不相碰 C.不一定相碰 D.难以确定 探究点3惯性与质量 ●基础梳理 减少质量，增加机动。 是惯性大小的唯一量度。质量越大，惯性越大，运动状态越 提示：减小战斗机质 改变。 P[思考] 量，使战斗机的运动 状态容易发生改变。 [判断正误] (1)物体只有静止或做匀速直线运动时才有惯性。 (2)物体只有不受到外力作用时才有惯性。 (3)力既然能改变物体的运动状态，那就能改变物体的惯性。 ●重难解读 1.惯性的“三性” 普遍性 切物体都具有惯性，惯性是物体的固有属性 相关性 惯性仅与物体的质量有关，与物体的受力或运动情况等无关 唯一性 质量是惯性大小的唯一量度 2.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。 (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：(2025·浙江温州检测)某仪器内部的电路如图所示，其中M是一个质 量较大的金属块，左右两端分别与金属弹簧相连，并套在光滑水平绝缘 细杆上，a、b、c三块金属片之间的间隙很小(b固定在金属块上)。当金 属块处于平衡状态时两根弹簧均处于自然状态，若将该仪器水平固定在 [规律方法]对惯性概 一辆在水平路面行驶的汽车上，则下列说法正确的是 () 念理解的三大误区 (1）误认为惯性是 车的前 进方向 一种力，实际上力和 后 惯性是两个不同的概 念，力能改变物体的 运动状态，而惯性却 要使物体保持原来的 运动状态不改变。 125 A.当汽车加速前进时，甲灯亮 （2)误认为物体只 B.当汽车加速前进时，乙灯亮 有在做匀速直线运动 C.当汽车刹车时，乙灯亮 或静止时才有惯性， 物体加速或减速时就 D.当汽车刹车时，甲、乙两灯均不亮 [规律方法] 没有了。物体具有 跟踪训练3：如图甲和乙，是踩香蕉皮摔倒和一名骑行的人因自行车前轮 惯性，不限于静止或 突然陷入一较深的水坑而倒地的照片。下面是从物理的角度去解释这两种 匀速直线运动状态， 也与物体运动速奉的 情境，其中正确的是 ( 大小无关。 (3)误认为速度越 大的物体惯性越大 ①速度是表示物体运 动快慢的物理量，惯 性是物体本身固有的 甲 性质。 A.甲图中踩了香蕉皮摔倒是因为人的惯性变小了的原因 ②一切物体都有惯 性，并且惯性的大小 B.乙图中人和车摔倒是因为雨天路面太滑造成的 由物体本身决定，与 C.踩香蕉皮摔倒是因为下半身速度大于上半身的速度造成的 物体是否有速度及速 D.自行车行驶速度越大，其惯性越大，所以造成人车倒地现象 度的大小无关。 素养能力提升拓展整合·启智培优 惯性与牛顿第一定律的区别与联系 牛顿第一定律是描述物体不受外力作用时所遵循的运动规律，是有条件的，即只有在物体 区别 不受外力时才遵守；而惯性表达的是物体的一种固有属性，与物体是否受力等一切外在因 素无关，任何时候都存在 因为物体有惯性，所以在不受外力时才能保持匀速直线运动状态或静止状态，因此牛顿第 联系 定律又称为惯性定律 例4：关于牛顿第一定律，下列说法中正确的是 A.牛顿第一定律可以用实验直接验证 B.由于不受力的物体不存在，因此牛顿第一定律没有实际意义 C.牛顿第一定律就是惯性 D.当物体受到的外力为零时，物体可能做匀速直线运动 夯基提能作业 请同学们认真完成练案[25]方向如图中f所示，大小为f=√2+方=2mg,故选B。 一斜杆为研究对象，其受力如图所示，可 8.B对轻杆和小球组成的系统进行受力分析，如图，设左侧斜 知每根斜杆受到地面的作用力应与F平 面对杆AB支持力的大小为N4,由平衡条件有N4= 商，即大小为C,每根斜杆受到地商的库 mgeos30°，得N= 2mg,故选B。 擦力为，=fm30=C,B正确，AC 309 D错误。故选B。 13.(1)6.046.05(2)3(3)48.6 解析：(1)根据压缩量的变化量为△L3=L-L3=(18.09- 12.05)cm=6.04cm 压缩量的平均值为AL=△L+△L,+4L 3 307 =6.03+6.08+6.04 cm≈6.05cm。 mg 3 9.D以O点为研究对象，受力分析如图，由几何关系可知0= (2)因三个△L是相差3个钢球的压缩量之差，则所求平均 30°，由平衡条件可得F1sin30°=F,sin30°，F1cos30°+ 值为管中增加3个钢球时产生的弹簧平均压缩量。 F,cos30°=F,联立可得F=3F,,故D正确，A、B、C错误。故 (3)根据钢球的平衡条件有3 mgsin0=k·△L 选D。 解得k-3 sin0_3×0.2x9.8×si30/m≈48.6N/m。 △L 6.05×10-1 14.(2)CD(3)相同位置(5)大小和方向 0 FA F2 解析：(2)将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小 圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测 力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉 10.D对光滑圆柱体受力分析如图，由题意有F=Gsn37°= 动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉 0.6G,F,=Gcos37°=0.8G,故选D。 力F,和F,的大小，还需要用铅笔在白纸上标记出小圆环的 位置以及用铅笔在白纸上标记出两细线的方向。故选CD。 (3)撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到相同位 置，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F 的方向。 (5)比较F'和F的大小和方向，从而判断本次实验是否验证 了力的平行四边形定则。 11.B对人受力分析有 第四章运动和力的关系 1.牛顿第一定律 探究点1 理想实验的魅力 LM1KKK0844 基础梳理 mg 维持维持力 则有F、+F,=mg 判断正误 其中工人对绳的拉力和绳对工人的拉力是一对作用力与反(1)√(2)× 作用力，A错误，B正确；对滑轮做受力分析有 例1：A小球由静止开始释放，“冲”上对接的斜面，这是事实， 故A正确：因为生活中不可能没有摩擦，所以小球上升到原来 释放时的高度为推理，故B错误；减小斜面的倾角，小球仍 然达到原来的高度是在B项的基础上进一步推理，故C错误； mg 继续减小斜面的倾角0，最后使它成为水平面，小球沿水平面 永远运动下去，是在C项的基础上继续推理得出的结论，故D 则有F:。则随者重物缓慢拉起过程，0逐渐增大，则 错误。 F,逐渐增大，C、D错误。故选B。 跟踪训练1：B伽利略在研究力与运动的关系时，在斜面实验 12.B设斜杆的弹力大小为F,以水平横杆和重物为整体，竖直 的基础上，成功地设计了理想斜面实验，他以实际的实验事实 方向根据受力平衡可得4Fcos30°=G,解得F=G,以其中 为依据，突出主要因素，忽略次要因素，进行合理推理，因此， 6 理想实验是实际实验的抽象，是建立在实际事实基础上的、合 —274 乎逻辑的科学推断，深刻反映自然规律，A错误，B正确：伽利实验步骤 略理想实验否定了亚里士多德对力与运动的关系的认识，即2.分布均匀4.打点计时器5.质量7.a 否定了力是维持物体运动的原因的观点，C错误；伽利略的理经典题型剖析 想实验并没有证实自由落体运动是匀变速直线运动，D错误。 例1：(1)①应靠右端②应靠近打点计时器③应使细绳平行 探究点2牛顿第一定律 于木板 基础梳理 (2)平衡阻力B 1.匀速直线运动静止迫使它改变这种状态 (3)D6V电压的蓄电池8V的交流电源 2.匀速直线运动静止惯性固有 判断正误 (4)G作a-M关系图像作a-关系图像 (1)V(2)×(3)V 解析：(1)①电磁打点计时器应固定在长木板无滑轮的一端， 例2：AD物体保持静止状态，它所受合外力一定为零，故A正 应靠近右端；②释放小车时，小车应靠近打点计时器；③连接 确；物体所受合外力为零时，它可能处于静止状态或者处于匀 小车的细绳应平行于木板，故应调节滑轮位置使细绳平行于 速直线运动状态，故B错误，D正确：物体处于匀速直线运动 木板。 状态时，它所受的合外力一定为零，故C错误。 (2)实验时应平衡阻力，使小车所受重力沿木板方向的分力 跟踪训练2：B因为小车表面光滑，因此，不论小车如何运动， 与小车所受阻力平衡，故应垫高长木板右端以平衡阻力。实 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 验中把槽码的重力看成与小车所受拉力大小相等，没有考虑 将保持匀速直线运动状态，又两小球速度相等，故两小球一定 阻力，故必须平衡阻力且应排在步骤B之后。 不会相碰，B正确。 (3)步骤D中电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上将无 探究点3惯性与质量 法工作，必须接在8V的交流电源上。 基础梳理 (4)步骤G中作a-M关系图像，得到的是曲线，很难进行正 质量不易 判断正误 滴的判新，必须“化曲为直”，改作。-立关系图像。 (1)×(2)×(3)× 例3：B当汽车加速前进时，金属块M由于惯性仍保持原来的 p:u3.22a=a 运动状态，向车的后部滑动，金属片b与a连接，因此，乙灯 (3)实验前没有平衡阻力或者平衡阻力不足 亮、甲灯不亮，选项A错误，B正确；当汽车刹车时，金属块M 解析：(1)在连续相等的时间间隔内，从纸带上可得到四段位 由于惯性仍保持向前运动的状态，向车的前部滑动，金属片b 移，因此可以用逐差法计算加速度。 与c连接，因此，甲灯亮、乙灯不亮，选项C、D均错误。 已知x1=6.19cm,x2=6.70cm,x3=7.21cm,x4=7.72cm,电 跟踪训练3：C甲图中踩了香蕉皮摔倒是因为人的脚受到的摩 火花计时器的计时周期T=F=0.02s, 擦力突然变小，脚不能立刻停下来，脚向前滑，由于惯性，上半 由逐差法可得3-x1=2a1·(2T)2, 身还要保持原来的运动状态，从而使得人下半身速度大于上 半身的速度，所以人会向后倾倒，而不是人惯性变小了的原 x4-x2=2a2·(2T)2, 因，故A错误，C正确；乙图中人和车摔倒是因为车的前轮陷 则a-4十0.5+）-十）≈3.2m/6。 2 入水坑后前轮立刻停止，但人与车的后半部分由于惯性仍保 2×2×(2T)2 持原来的运动状态，因此人和车将向前倾倒。而不是因为雨 (2)在4-1坐标系中描点连线，得a-1图线如图所示，由 天路面太滑造成，故B错误：惯性只与物体的质量有关，与速 度大小没有关系，故D错误。 图线可知，其斜率为分，则a=2 素养能力提升 (3)由a-F图线可知，F增大到某一值时小车才开始有加速 例4：D牛顿第一定律是在实验的基础上推理概括出来的科学 度，说明实验前没有平衡阻力或者平衡阻力不足。 理论，而不是直接通过实验得出的，但它是一条具有实际意义 ↑a/ms2) 的物理规律，A、B两项错误；牛顿第一定律是描述运动和力的 2.5 关系的定律，而惯性是物体的一种固有属性，C项错误：由牛 2.0 顿第一定律的内容可知D项正确。 1.5 2.实验：探究加速度与力、质量的关系 1.0 实验要点梳理 0.5 实验思路—控制变量法 1.质量不变拉力拉力2.拉力不变质量质量 1.02.03.04.05.01 物理量的测量 m/kg 例3：(1)1：2(2)远小于(3)相同(4)AB 1.天平2.2兰纸带上-93.替代 解析：(1)实验中，若两小车通过的位移比为1：2，由x= x2 t 275