第4章 1 牛顿第一定律-【创新大课堂系列】2025-2026学年高中物理必修第一册同步辅导与测试(人教版)

第四章 运动和力的关系 1牛顿第一定律 学习目标要求 核心素养和关键能力 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 1.核心素养 想实验是科学研究的重要方法。 能领悟科学实验的科学推理方法及其意义；能从不同的 2.理解牛顿第一定律的内容及意义。 角度解决动力学问题。 3.理解力和运动的关系，知道物体的运动不需要力来维持。 2.关键能力 4,理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度。 科学推理能力。 必备知识·自主梳理 预习新知夯实基础 一、理想实验的魅力 三、惯性与质量 1.亚里士多德认为：必须有 作用在物体 物体惯性大小仅与 有关， 是 上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要 物体惯性大小的唯一量度，惯性大小与物体是 在某个地方。 否运动、运动快慢等因素均 关。 2.伽利略的理想实验 (1)斜面实验：让静止的小球从第一个斜面滚 即学即用 下，冲上第二个斜面，如果没有摩擦，小球将上 :1.判断下列说法的正误。 升到原来释放时的高度。减小第二个斜面的倾 角，小球滚动的距离 ,但所达到的高度 (1)伽利略的理想实验是永远无法实现的。 。当第二个斜面放平，小球将 ( ) (2)伽利略的理想实验说明了力是维持物体运 (2)推理结论：力 (选填“是”或“不是”) 动的原因。 维持物体运动的原因。 (3)由牛顿第一定律可知，做加速直线运动的物 3.笛卡儿的观点：如果运动中的物体没有受到力 体所受外力全部消失时，物体立刻静止。 的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，： ( 既 ,也不会偏离原来的方向。 (4)物体从竖直向上运动的气球上掉落后，立即 二、牛顿第一定律 向下运动。 ( 1.牛顿第一定律的内容 (5)速度越大，物体的惯性越大。 一切物体总保持 状态或 状 态，除非作用在它上面的力迫使它 这 (6)受力越大，物体的惯性越大。 种状态。 2.前进中的大巴车突然刹车时，乘客向 2.惯性：物体具有保持原来 状态或 倾倒；在匀速直线运动的火车上竖直跳起，人会 状态的性质叫惯性。牛顿第一定律也叫作 落在 (选填“原来位置”“原位置 定律。 前”或“原位置后”)。 91 物理必修第一册 关键能力·合作探究 讲练设计探究重点 要点1对伽利略的理想实验的理解 ②图为两个对接的斜面，让静止的小球沿一个 斜面滚下，小球将滚上另一个斜面。 探究导入伽利略理想斜面实验如图，小球沿斜 ③如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的 面由静止滚下，再滚上另一斜面。 高度。 ④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成为 水平面，小球将沿水平面做持续的匀速运动。 (1)请将上述理想实验的设想步骤按照正确的 (1)实际中小球滚上另一斜面的最大高度等于： 顺序排列 (填写序号即可)。 h吗？ (2)在上述的设想实验步骤中，有的属于可靠的 (2)设想斜面是光滑的，小球滚上另一斜面的最： 实验事实，有的则是理想化的推论，其中步骤② 大高度等于h吗？ 属于 (3)设想斜面是光滑的，若减小第二个斜面的倾： [听课记录] 角，小球还能滚到另一斜面高五处吗？与没减： 小斜面倾角之前相比，小球滚到另一斜面高 h处通过的距离如何变化？ (4)设想斜面是光滑的，若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？ 针对训练 :1.(多选)下列关于伽利略的理想实验的叙述中正 确的是 A.这个实验是凭空想象的 B.这个实验虽然是想象的，但它得出的结论是 可靠的 探究归纳 C.理想实验是一种科学方法 D.理想实验是一个纯思维实验，其正确性应该 1.“理想实验”揭示了力不是维持物体运动的原 再接受实验验证 因，物体的运动不需要力来维持。 :2.伽利略对“运动和力的关 0-- 2.“理想实验”是一种思维活动，是人们在抽象思 系”和“自由落体运动”的研 维中设想出来的，而实际上无法做到的实验。 究，开创了科学实验和逻辑推理相结合的重要 3.“理想实验”是一种以可靠的事实为依据，忽略 科学研究方法。图1、图2分别表示这两项研究 次要因素，并把实验的情况合理外推到理想状 中实验和逻辑推理的过程，对这两项研究，下列 态，从而揭示自然现象本质的假想实验。所以 说法正确的是 说伽利略理想实验方法是科学的，结论是可 靠的。 甲乙 丙 甲 [典例1]理想实验有时能更深刻地反映自然规 律。伽利略设想了一个理想实验，如图所示。 下面是关于该实验被打乱的步骤： 图1 图2 ---2- A.图1中完全没有摩擦阻力的斜面是实际存 在的，实验可实际完成 ①减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上 B.图1的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得 仍然要达到原来的高度。 出物体的运动需要力来维持 92 第四章运动和力的关系 C.图2通过对自由落体运动的研究，合理外推： /易错提醒/ 得出小球在斜面上做匀变速运动 (1)牛顿第一定律所描述的是物体不受外力作 D.图2中先在倾角较小的斜面上进行实验，可： 用时的状态，与物体所受合力为零是等效的。 “冲淡”重力，使时间测量更容易 (2)牛顿第一定律不是实验定律，它是在理想 要点2对牛顿第一定律的理解 实验的基础上总结得出的。 [典例2] 关于牛顿第一定律，下列说法正确 探究导入如图所示，我们有这样的日常经验：一 的是 只木箱，不用力推时木箱不动；用力推时木箱运： A.力是维持物体运动的原因，不受力的物体将 动；停止用力，木箱就停下来。 保持静止，比如自行车 B.物体的速度不断增大，表示物体必受力的 作用 C.物体如果向正北方向运动，其所受外力方向 甲 乙 必须指向正北 (1)是否有力作用在物体上物体才能运动呢？： D.不受力的物体将保持静止或匀速直线运动 不用力推木箱时，木箱为什么会停下来呢？ 状态，而受力的物体运动状态一定改变 (2)如果没有摩擦阻力，也不受其他任何力的作 [听课记录] 用，运动起来的木箱的运动状态会改变吗？ 针对训练 探究归纳 : 3.(多选)下列对牛顿第一定律的理解正确的是 1.牛顿第一定律的实验基础 ( ) 牛顿第一定律是在伽利略理想实验的基础上加 A.牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时 以科学推理得到的，由理想实验得出的结论经： 的运动规律 受了广泛、严谨的实验验证，证明结论是正： B.不受外力作用时，物体的运动状态保持不变 确的。 C.在水平地面上滑动的木块最终停下来，是没 2.牛顿第一定律揭示了惯性的概念 有外力维持木块运动的结果 定律中“一切物体总保持匀速直线运动状态或 D.奔跑的运动员，由于遇到障碍而被绊倒，这 静止状态”揭示了物体所具有的一个重要属性： 是因为他受到外力作用迫使他改变原来的 惯性，即物体具有保持原来匀速直线运动 运动状态 状态或静止状态的性质。牛顿第一定律指出一：要点3对惯性的理解 切物体在任何情况下都具有惯性。 探究导入(1)根据生活经验分辨下面两幅图片 3.牛顿第一定律揭示了力的本质 中哪个是刹车哪个是启动呢？ 定律中“除非作用在它上面的力迫使它改变这： 种状态”，这句话揭示了力与运动的关系的本 质，即力是改变物体运动状态的原因，而不是维 持物体运动状态的原因。 93 物理必修第一册 (2)你能否用物理知识解释一下为什么出现这：A.向右行驶、匀速直线运动 种现象吗？ B.向左行驶、匀速直线运动 C.向右行驶、突然刹车 D.向左行驶、突然刹车 [思路导引] 汽车向 摆锤从图中实线 惯性 右减速 向右摆 摆到虚线位置 汽车向 左加速 [听课记录] 探究归纳 1.对惯性的理解 (1)惯性是物体保持原来运动状态的一种性质， 是物体维持运动状态的原因。 (2)一切物体都具有惯性，惯性是物体的固有： 属性。 2.惯性的表现形式 (1)物体不受力时，惯性表现为保持原来的运动： 状态。 (2)物体受力且合力不为零时，物体仍然具有惯 性，此时惯性表现为物体运动状态改变的难易 程度，惯性越大，物体运动状态越难改变。 针对训练 3.几个关系 (1)惯性与质量的关系：质量是物体惯性大小的 4.（多选)关于惯性，下列说法正确的是( 唯一量度，质量越大，惯性越大。 A.惯性是物体固有的属性，惯性越大的物体， (2)惯性与力的关系：惯性不是力，而是物体本 它的运动状态越难改变 身固有的一种性质，惯性大小与物体的受力情 B.同一物体运动时的惯性大于静止时的惯性 况无关。 C.“嫦娥四号”卫星在地球上的惯性与它绕月球 (3)惯性与速度：一切物体都有惯性，惯性大小 飞行时的惯性相同（燃料消耗忽略不计） 与物体是否有速度及速度的大小无关。 D.各种机床和发电机的底座都做得很笨重，并 用螺丝固定在地面上，目的是增大惯性 /易错提醒/ 惯性不是惯性定律，惯性是物体的一种固有属 :5.关于物体的惯性，以下说法正确的是( 性，惯性定律是物体不受外力时所遵循的一条 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 规律，属性不同于规律。 B.汽车突然减速时，车上的人向前倾，拐弯时人 [典例3]如图所示是一种安全带利 锁棒 会往外甩，而汽车匀速前进时，车上的人感 汽车安全带控制装置示 左 觉平稳，说明突然减速和拐弯时人有惯性， 意图。当汽车处于静止 转轴 匀速运动时没有惯性 或匀速直线运动时，刹车 棘轮 C.在同样大小的力的作用下，运动状态越难改 摆锤竖直悬挂，锁棒水 摆锤 变的物体，其惯性一定越大 平，棘轮可以自由转动，安全带能被拉动。当汽 D.在长直水平轨道上匀速运动的火车中，门窗 车突然刹车时，摆锤由于惯性绕轴摆动，使得锁： 紧闭的车厢内有一人向上跳起后，发现落回 棒锁定棘轮的转动，安全带不能被拉动。若摆 原处，这是因为人跳起后，车继续向前运动， 锤从图中实线位置摆到虚线位置，汽车的可能 人落下后必定向后偏些，但因时间太短，偏 运动方向和运动状态是 后距离太小，不明显而己 94 第四章运动和力的关系 素养演练·提升技能 达标训练素养提高 1.在物理学史上，正确认识运动和力的关系且推 翻“力是维持物体运动的原因”这个观点的物理： 学家和建立惯性定律的物理学家分别是( A.伽利略、牛顿 A.这是因为水坑里的水对自行车前轮的阻力 B.伽利略、爱因斯坦 C.亚里士多德、伽利略 太大，而使人和车一起倒地的 D.伽利略、亚里土多德 B.骑车人与自行车原来处于运动状态，车前轮 2.(多选)关于牛顿第一定律，下列说法正确的是 陷入水坑后前轮立刻静止，但人与车的后半 ( 部分由于惯性仍保持原来的运动状态，因此 A.牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时： 摔倒 的运动规律 C.因为自行车的前轮陷入水坑后，自行车还能 B.牛顿第一定律就是惯性 加速运动，所以人和车一起倒地了 C.不受外力作用时，物体的运动状态保持不变： D.因为自行车的前轮陷入水坑后，自行车的惯 是由于物体具有惯性 性立即消失，而人由于惯性将保持原有的运 D.物体的运动状态发生变化时，物体必定受到： 动状态，故人向原来的运动方向倒下了 外力的作用 3.关于物体的惯性，下列说法中正确的是()5.某同学为了取出如图所示羽毛球 F A.骑自行车的人，上坡前要紧蹬几下，是为了 筒中的羽毛球，一手拿着球筒的 羽毛球筒 增大惯性冲上坡 中部，另一手用力击打羽毛球筒 一羽毛球 B.子弹从枪膛中射出后，在空中飞行速度逐渐： 的上端，则 ( 减小，因此惯性也减小 A.此同学无法取出羽毛球 C.物体惯性的大小由物体质量大小决定 B.该同学是在利用羽毛球的惯性 D.物体由静止开始运动的瞬间，它的惯性最大 C.羽毛球筒向下运动过程中，羽毛球受到向上 4.如图所示照片记录了一名骑车人因自行车前轮： 的摩擦力才会从上端出来 突然陷入一较深的水坑而倒地的过程。下面是 D.羽毛球会从筒的下端出来 从物理的角度去解释此情境的，其中正确的是 温馨提示 请做课时分层检测（十八） 2实验：探究加速度与力、质量的关系 实验必备·自主探究 一、实验思路一控制变量法 :2.加速度的测量 1.探究加速度与力的关系 (1)方法1：让小车做初速度为0的匀加速直线 保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变： 运动，用刻度尺测量小车移动的位移x,用秒表 小车所受的拉力，测得不同拉力下小车运动的 加速度，分析加速度与拉力的定量关系。 测量发生这段位移所用的时间1，然后由a=2是 2.探究加速度与质量的关系 计算出加速度a。 保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加： (2)方法2：由纸带上打出的点，根据公式△x= 重物改变小车的质量，测得不同质量的小车对： 应的加速度，分析加速度与质量的定量关系。 aT2,结合逐差法计算出小车的加速度。 二、物理量的测量 (3)方法3：不直接测量加速度，求加速度之比， 1.质量的测量：用天平测量。在小车中增减砝码 例如，让两个做初速度为0的匀加速直线运动 的数量可改变小车的质量。 的物体的运动时间t相等，测出各自的位移x1、 95FN2 0 mg 0 a b 将重力mg、力F2沿斜面方向和垂直于斜面方向正交分解，由平 衡条件可得F=mgsin0+F,FN=mgcos0,Fn=uF1,F2cos0 =mgsin 0-F,FN2 =mgcos 0+F2 sin 0,Fp=uFN2 F= F=cos 0- mgsin 0t uangcos 0,F2-s cos o-usin fsin0,B正确。 「答案B 「典例6] 「解析 以a、b为整体，整体受重力 F 2ng、细线OA的拉力FT及拉力F三个力而平 衡，如图所示，在三个力构成的失量三角形中，当 力F垂直于细线OA的拉力FT时有最小值，且最 小值F-2 ngsin0-mg,B项正确。 答案]B [典例7丁[解析]对A球受力分析可知，因O、A2mg 间绳竖直，则A、B间绳上的拉力为0。对B球受力分析如图所 示，则可知当F与O、B间绳垂直时F最小，Fmm=Gsin0,由几何 关系可知sin0=7=,则Fm=2G,故选项A正确。 0F" B G [答案]A 第四章 运动和力的关系 牛顿第一定律 必备知识·自主梳理 1.力静止 2.(1)增大相同 永远运动下去(2)不是 3.不会停下来 1.匀速直线运动静止改变 2.匀速直线运动静止惯性 质量质量无 即学即用 1.(1)/(2)×(3)×(4)×(5)×(6)× 2.前原来位置 关键能力·合作探究 要点1 探究导入 提示：(1)不等于h,小于h。 (2)等于h。 (3)能，通过的距离变大。 (4)不能，永远运动下去 探究归纳 [典例1]「解析]理想实验的思想方法，即在实验事实的基础上 经过合理的想象，获取结论。针对题目所述的实验步骤，正确的 排列顺序是②③①④，步骤②属于可靠的实验事实。 [答案](1)②③①④(2)可靠的实验事实 针对训练 1.BC「伽利略的理想实验是在实验基础上假想的，A错误：伽利略 的理想实验虽然是假想的，但是，是在实验基础上，抓住主要因 素，忽略次要因素，合理推理得到的，它得出的结论是可靠的，B正 确：理想实验是一种科学方法，C正确：理想实验是一种以可靠的 事实为依据，忽略次要因素，并把实验的情况合理外推到理想状 态，从而揭示自然现象本质的假想实验，不能用实验验证，D 错误。 2.D[完全没有摩擦阻力的斜面实际上是不存在的，故实验不可能 实际完成，故A错误：图1的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得 出物体的运动不需要力来维持，故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算，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，所以容易测量。伽利略 21 做了上百次实验，并通过抽象思雏在实验结果上做了合理外推， 故C错误，D正确。 要点2 探究导入 提示：(1)不是。因为木箱受到阻力的作用 (2)如果没有摩擦阻力，也不受其他任何力的作用，木箱将保持这 个速度沿直线永远运动下去。 探究归纳 「典例2] 「解析]根据牛顿第一定律的内容可以判断力是改变物 体运动状态的原因，不受力的物体将保持静止或匀速直线运动状 态，故A错误，B正确：若物体向正北方向做匀速直线运动，则物 体不受力或所受合外力为零，C错误：物体受到力的作用，若合外 力为零，则物体也可以保持运动状态不变，故D错误。 答案 B 针对训练 3.ABD [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：牛顿第一定 律还揭示了力和运动的关系，力是改变物体运动状态的原因，而 不是维持物体运动状态的原因。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。] 要点3 探究导入 提示：(1)第一幅图片是车启动的时候，人由于惯性向后仰，第二 幅图片是刹车的时候，人由于惯性向前倾 (2)加速运动时，人的上半身还保持原来的静止状态，而下半身与 车一起加速前进，于是由于惯性人向后仰 减速运动时，人的上半身还保持原来的运动状态，而下半身与车 起减速前进，于是由于惯性人向前倾。 探究归纳 典例3 解析若汽车做匀速直线运动，则摆锤不会从实线位 置摆到虚线位置，故选项A、B均错误；由题图可知摆锤向右摆动， 裉据惯性知识可推知，汽车可能向左加速或向右减速，故选项C 正确，选项D错误。 答案] C 针对训练 4.ACD「惯性是物体固有的属性，惯性越大的物体，保持原来运动 状态的性质越强，即它的运动状态越难改变，A正确；质量是惯性 大小的唯一量度，惯性大小与运动状态无关，错误：“嫦峨四号 卫星在地球上的质量与它绕月球飞行时的质量相同，惯性相同，C 正确；质量大的物体惯性大，各种机床和发电机的底座做得很笨 重，目的是增大惯性，D正确。 5.C 「物体的惯性大小只由质量决定，与物体的速度大小无关，A 错误；一切物体均有惯性，不论物体处于加速、减速还是匀速运动 状态，B错误：同样大小的力作用于物体上，运动状态越雄改变，说 明物体保持原来运动状态的本领越大，惯性也越大，C正确：人向 上跳起后，人在水平方向不受外力作用，由于惯性，人在水平方向 的速度不变，与车速相同，因此人落下后仍落在车厢内原处，D 错误。] 素养演练·提升技能 [亚里士多德认为力是维持物体运动的原因，伽利略运用逻辑 推理和实验相结合的方法推翻了亚里士多德的观点，认为力不是 雏持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因：牛顿提出 了物体的运动定律，其中牛顿第一定律即为惯性定律，故A正确， B、C、D错误。 2.ACD 「牛顿第一定律有三层含义：不受力时物体将保持静止状 态或匀速直线运动状态，这是由于一切物体都具有惯性：受到力 的作用物体的运动状态就要发生变化，从而揭示出力是改变物体 运动状态的原因：指出了物体在不受力时的运动状态，故选项A、 C、D正确：牛顿第一定律并不是惯性，惯性是物体的一种性质，而 牛顿第一定律是物体的运动规律，两者是不同的概念，不可混为 谈，选项B错误。 3.C [骑自行车的人，上坡前要紧蹬几下是为了增大人和自行车整 体的速度，惯性是物体的固有属性，只与物体本身质量有关，与物 体的运动状态和受力情况无关，故A、B、D项错误，C项正确。 4.B [骑车人与车原来处于运动状态，车前轮陷入水坑时，前轮静 止，但人与车的后半部分由于具有惯性仍保持向前运动，因此摔 倒，故B正确，A、C、D错误。 5.B 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。] 2 实验：探究加速度与力、质量的关系 实验研析·创新学习 典例1 解析] (1)由于小车运动受到摩擦阻力，所以要进行平 衡摩擦力，以减小实验误差，称为平衡摩擦力法： (2)在探究加速度、力与质量三者关系时，先保持其中一个量不 变，来探究其他两个量之间的关系，称为控制变量法； (3)当小车质量M*≥m糖时，细绳对小车的拉力大小近似等于槽 码的重力排g,称为近似法； (4)通过图像研究实验的结果，称为图像法： 2