4.1牛顿第一定律 导学案-2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

牛顿第一定律 学习目标　 1.知道伽利略的理想实验及其主要推理过程和推论，知道理想实验是科学研究的重要方法。 2.理解牛顿第一定律的内容及意义。 3.理解力和运动的关系，知道物体的运动不需要力来维持。 4.理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度。 知识点一　理想实验的魅力 伽利略理想斜面实验如图所示，小球沿斜面由静止滚下，再滚上另一斜面。 (1)在实际生活中，小球滚上另一斜面的最大高度等于h吗？ (2)设想斜面是光滑的，小球滚上另一斜面的最大高度等于h吗？ (3)设想斜面是光滑的，若减小第二个斜面的倾角，小球还能滚到另一斜面高h处吗？与没减小斜面的倾角之前相比，小球滚到另一斜面高h处通过的路程如何变化？ (4)设想第二个斜面变成水平面，这时小球试图滚上另一斜面的相同高度，但永远达不到。这时小球的运动能停下来吗？ (5)伽利略的理想实验揭示了什么道理？ 提示　(1)不等。滚上另一斜面的最大高度小于h。 (2)等于h。 (3)能，通过的路程变大。 (4)不能，永远运动下去。 (5)物体运动并不需要力来维持。 1.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。他得出结论，力是维持物体运动的原因。 2.伽利略 (1)理想实验：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。由此可以推断，当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。 (2)结论：力不是维持物体运动的原因。 (3)意义：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。伽利略的研究方法的核心是把实验和逻辑推理相结合。 (4)理想实验的推论：一切运动着的物体在没有受外力的时候，它的速度将保持不变，并且一直运动下去。 3.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。 【思考】 在伽利略斜面实验的各个过程中(如图所示)。 (1)哪些可以通过实验完成？哪些是推理得出的？ (2)伽利略是通过怎样的方法来获得结论？ 提示　(1)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。 (2)观察——假设——科学推理——论证。 例1 在研究运动和力的关系时，伽利略设计了著名的理想斜面实验(如图所示)，将可靠的事实和缜密的逻辑推理结合起来，能更深刻地反映自然规律。下面给出了伽利略斜面实验的五个事件，请对事件的性质进行判断并正确排序：由A点静止释放的小球，①若没有摩擦时，能滚到另一斜面与A点等高的C点；②当减小斜面动摩擦因数时，滚到另一斜面的最高位置，更接近于等高的C点；③若没有摩擦时减小斜面BC的倾角，小球将通过较长的路程，到达与A点等高的D点；④若没有摩擦时，当另一斜面水平放置时，小球将沿水平面一直运动下去；⑤不能滚到另一斜面与A点等高的C点。以下排序正确的是(　　) A.事实⑤→事实②→推论①→推论③→推论④ B.事实⑤→事实②→推论③→事实①→推论④ C.事实⑤→事实②→事实①→推论③→推论④ D.事实⑤→事实②→推论①→事实③→推论④ 答案　A 解析　由实验事实⑤不能滚到另一斜面与A点等高的C点，实验事实②当减小斜面动摩擦因数时，滚到另一斜面的最高位置，更接近于等高的C点，从而可推理出①若没有摩擦时，能滚到另一斜面与A点等高的C点，接着推理出③若没有摩擦时减小斜面BC的倾角，小球将通过较长的路程，到达与A点等高的D点，最后使斜面水平放置，小球将沿水平面一直运动下去，即④，故A正确，B、C、D错误。 训练1 伽利略的斜面实验证明了(　　) A.使物体运动必须有力的作用，没有力的作用，物体将静止 B.使物体静止必须有力的作用，没有力的作用，物体将运动 C.物体不受外力作用时，一定处于静止状态 D.物体的运动不需要力来维持 答案　D 知识点二　牛顿第一定律 如图所示，让一个小车从同一斜面上滑下，水平面上分别放置毛巾、木板和玻璃板，水平面与斜面平滑连接。仔细观察实验现象，回答下列问题。 (1)实验观察到什么现象，说明了什么问题？ (2)如果没有摩擦力的作用，小车将会怎样运动呢？ (3)以上实验揭示了力和运动之间是什么关系？ 提示　(1)水平面越光滑，小车滑动的距离越远。说明摩擦力是阻碍物体运动的原因。 (2)如果没有摩擦力的作用，小车将永远运动下去。 (3)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。 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。 说明：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.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。 3.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)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，但其得到的一切结论经过实践证明都是正确的。 (3)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。 【思考】 1.物体是否只有处于静止状态或匀速直线运动状态时才有惯性？ 提示　不是。一切物体都具有惯性。 2.生活中马拉车，车就前进，停止用力，车就停下来。是否有力作用在物体上物体就运动，没有力作用在物体上物体就停止运动呢？马不拉车时，车为什么会停下来呢？ 提示　不是。车之所以会停下来是因为受到阻力的作用。 例2 (多选)下列对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，是没有外力维持木块运动的结果 D.奔跑的运动员，由于遇到障碍而被绊倒，这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　牛顿第一定律描述的是物体不受外力作用时的运动规律，总保持匀速直线运动状态或静止状态，A、B正确；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其运动状态；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运动状态，C错误，D正确。 训练2 (多选)下列物理现象中，可以用牛顿第一定律解释的是(　　) A.必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就要静止下来 B.物体如果向正北方向运动，其受外力方向必须指向正北 C.如果没有外力作用，运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向 D.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 答案　CD 解析　一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态不变，直到有外力迫使它改变这种状态为止，没有外力作用时，物体可以做匀速直线运动，不一定静止，故A错误；物体向正北方向做匀速直线运动时，可以不受外力，当受向正北方向的力作用时，它向北运动的速度会变大，当受向正南方向的力作用时，它向北运动的速度会减小，但仍可以向正北方向运动，故B错误；C、D两种说法均符合牛顿第一定律，故C、D正确。 知识点三　惯性与质量 　　　　　 　甲　　　　　　　　　　乙 (1)如图甲所示，公交车突然快速启动时，车上站着的乘客身体为什么会向后倾倒？ (2)如图乙所示，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？ 提示　(1)当公交车突然快速启动时，乘客的鞋底受到车的摩擦力作用随车运动，而身体由于要保持原来的静止状态，故向后倾倒。 (2)乘客随车一起运动，当急刹车时，车停止运动，乘客的鞋底受到车的摩擦力作用也随车停止运动，而身体由于要保持原来的运动状态，故向前倾倒。 1.惯性的大小 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。 2.惯性的表现形式 (1)当物体不受外力或所受合外力为零时，惯性表现为保持原来的运动状态不变。原来静止的物体保持静止，原来运动的物体保持原来的速度继续运动。 (2)当物体受到外力作用时，惯性表现为改变运动状态的难易程度，物体的惯性越大，它的运动状态越难改变。 【思考】 1.如图所示，是体操和相扑项目的图片， 为什么运动员的身形明显不同？ 提示　体操要求灵活，质量小，速度改变快，惯性小；相扑要求稳重，质量大，惯性大。 2.战斗机在投入战斗时有时要抛掉副油箱，这是为什么？ 提示　减小战斗机的质量以减小惯性，使战斗机有较好的机动性。 3.汽车超载时遇到紧急刹车不容易停下来，为什么？ 提示　超载时质量大，惯性大，运动状态难改变。 例3 下列说法正确的是(　　) A.运动速度大的物体，不能很快停下来，是因为速度大时，惯性也大 B.静止的火车启动时，速度变化慢，是因为火车静止时比运动时惯性大 C.乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球的惯性小 D.物体受到的外力大，则惯性就小；受到的外力小，则惯性就大 答案　C 解析　一切物体都具有惯性，惯性大小仅由物体的质量决定，与外界因素(受力与否、受力的大小与个数、运动状态以及所处环境)无关，故A、B、D错误；乒乓球可以快速抽杀，是因为其质量很小，惯性小，运动状态容易改变，故C正确。 训练3 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.小石子质量大惯性大，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快慢不同 答案　C 解析　小石子、实谷粒、草屑和瘪谷粒飞出时初速度基本相同，由于形状和大小不同，在飞行中受到的空气阻力的影响不同，所以它们的速度变化快慢不同，故D正确；草屑和瘪谷粒质量小惯性小，速度变化快，落点近；小石子质量大惯性大，速度变化慢，落点远，故A、B正确，C错误。 随堂对点自测 1.(伽利略理想斜面实验)(新教材必修第一册P84图4.1－1改编)如图所示，为现代人在实验室所做的伽利略斜面实验的频闪照片的组合图。实验中把小球从左侧斜面的某个位置由静止释放，它将冲上右侧斜面，频闪照片显示小球在右侧斜面运动过程中相邻的两个小球间的距离依次减小；如果右侧斜面变成水平，频闪照片显示小球在右侧斜面运动过程中相邻的两小球间的距离几乎相等。对于这个实验，以下叙述正确的是(　　) A.小球冲上右侧斜面后做减速运动，表明“力是维持物体运动的原因”的结论是正确的 B.小球最终也会在右侧水平面上停下来，表明“力是维持物体运动的原因”的结论是正确的 C.因为没有绝对光滑的斜面或者平面，所以伽利略提出的“如果没有摩擦阻力，小球将在水平面上永远运动下去”的结论是荒谬可笑的 D.上述实验表明“如果没有摩擦阻力，小球将在水平面上永远运动下去”的结论是正确的 答案　D 解析　小球冲上右侧斜面后做减速运动，表明“力是维持物体运动的原因”的结论是错误的，故A错误；小球最终也会在右侧水平面上停下来，是由于受到摩擦力作用，故B错误；因为没有绝对光滑的斜面或者平面，所以伽利略提出的“如果没有摩擦阻力，小球将在水平面上永远运动下去”的结论是一种理想的推论，但是却有非常重要的现实意义，它开创了物理研究的新方法，故C错误；上述实验表明“如果没有摩擦阻力，小球将在水平面上永远运动下去”的结论是正确的，故D正确。 2.(牛顿第一定律的理解)关于牛顿第一定律，下列说法正确的是(　　) A.牛顿第一定律是依靠实验事实，直接归纳总结得出的 B.根据牛顿第一定律可知，力是改变物体运动状态的原因 C.根据牛顿第一定律可知，力是维持物体运动的原因 D.牛顿第一定律反映了物体受到外力时的运动规律 答案　B 解析　牛顿第一定律是牛顿在伽利略等前人实验的基础上，根据逻辑推理得出的，故A错误；根据牛顿第一定律可知，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，故B正确，C错误；由牛顿第一定律可知，物体在不受力的作用时保持静止状态或匀速直线运动状态，所以牛顿第一定律反映了物体不受外力时的运动规律，故D错误。 3.(惯性与质量)关于惯性的大小，下面说法中正确的是(　　) A.两个质量相同的物体，速度大的不容易停下来，所以速度大的物体惯性大 B.在月球上举重比在地球上容易，所以质量相同的物体在月球上比在地球上惯性小 C.推动地面上静止的物体，要比维持这个物体做匀速运动所需的力大，所以物体静止时惯性大 D.两个质量相同的物体，不论速度大小如何，它们的惯性大小一定相同 答案　D 解析　物体的惯性大小只与物体的质量有关，两个质量相同的物体，惯性大小相等，与是否运动和运动速度大小及所处位置无关，故A、B、C错误，D正确。 4.(惯性的应用)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，故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，故C错误。 学科网（北京）股份有限公司 $