4.1牛顿第一定律（举一反三·讲义）物理人教版必修第一册

本讲义聚焦牛顿第一定律这一核心知识点，系统梳理从亚里士多德“力是维持运动的原因”，到伽利略理想斜面实验的科学推理，再到笛卡儿补充及牛顿最终总结的发展脉络，构建“历史探究-规律得出-惯性应用”的学习支架。 资料以高铁抛钥匙情景导入激发兴趣，通过伽利略理想实验图片直观呈现科学推理过程，培养科学思维。例题结合掷实心球、天宫课堂等实例，强化物理观念应用，课中辅助教师突破重难点，课后作业助力学生查漏补缺，提升科学探究能力。

· 4.1 牛顿第一定律 · 【高中物理人教版(2019)必修一】 模块一 知识框架 模块二 知识精讲 情景导入 想象你正坐在一辆平稳行驶的高铁上，你将手中的钥匙垂直向上抛出。钥匙会落在你的身后吗？还是落在你的手中？ 在几百年前，人们对此有着截然不同的看法。有人认为车在动，钥匙应该落在后面；而伽利略告诉我们，钥匙会稳稳地落回手中。 这背后隐藏着怎样的物理规律？物体运动究竟需不需要力来维持？让我们穿越时空，从亚里士多德的直觉走进牛顿的殿堂。 一、伽利略实验 1.亚里士多德的观点 亚里士多德从日常生活经验出发：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.伽利略的研究 (1)伽利略认为，运动的物体之所以会停下来是因为摩擦力的作用。 (2)理想斜面实验：如图所示，让静止的小球从第一个斜面滚下，冲上第二个斜面，如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度。减小第二个斜面的倾角，小球运动的距离增大，但所到达的高度相同。当第二个斜面放平，小球将永远运动下去。 (3)推理结论：力不是(填“是”或“不是”)维持物体运动的原因。 (4)意义：伽利略的理想实验的本质是想象着把实际中存在、影响物体运动的摩擦力去掉，抓住事物的本质。这种依据逻辑推理把实际实验理想化的思想也是研究物理问题的重要方法之一。 伽利略第一次确定了物理实验在物理研究中的基础地位。 3.笛卡儿的观点：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。 4.牛顿在伽利略和笛卡儿等人工作的基础上得出牛顿第一定律。伽利略理想斜面实验为牛顿第一定律提供了实验依据。 例题1、力与运动无处不在，亚里士多德、伽利略、笛卡尔、牛顿等一大批著名学者都致力研究力与运动的关系，带来了人类科学进步，下列说法正确的是（    ） A．亚里士多德根据生活经验提出轻的物体和重的物体下落一样快 B．笛卡尔认为如果运动物体不受任何力的作用，它将保持静止 C．伽利略通过实验和逻辑推理得出力不是维持物体运动的原因 D．牛顿第一定律能够通过现代实验手段直接验证 【答案】C 【详解】A．亚里士多德根据生活经验提出重的物体比轻的物体下落快，而非一样快，故A错误； B．笛卡尔认为如果运动物体不受任何力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，而非保持静止，故B错误； C．伽利略通过斜面实验和逻辑推理（如理想实验）得出力不是维持物体运动的原因，而是改变运动状态的原因，故C正确； D．牛顿第一定律（惯性定律）是理想化的逻辑推理产物，无法在现实实验中完全消除外力来直接验证，故D错误。 故选C。 变式1-1、下列关于物理概念、物理方法与物理规律、物理学史的说法，正确的是（    ） A．物体的重心一定在物体上。 B．将“理想斜面实验”事实和逻辑推理相结合得出力不是维持物体运动的原因的物理学家是牛顿 C．由可知，与成正比 D．在推导匀变速直线运动位移公式时，整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，然后把各小段的位移相加，这里采用了微元法 【答案】D 【详解】A．物体的重心是物体各部分重力的等效作用点，不一定在物体上，故A错误; B．“理想斜面实验”是由伽利略通过事实和逻辑推理得出力不是维持物体运动的原因，牛顿在伽利略基础上建立了牛顿运动定律，故B错误; C． 由 可知，加速度 与速度变化量 成正比的前提是时间变化量 恒定，否则该关系不成立，故C错误; D．在推导匀变速直线运动位移公式时，将整个运动过程划分为多个小时间段，每段内速度近似为匀速直线运动，再将各小段位移相加，该方法符合微元法的定义，故D正确。 故选D。 变式1-2、伽利略创造性地设计了如图甲、乙所示的两个斜面实验。下列说法正确的是（   ） A．图甲实验是为了验证“力是维持物体运动的原因” B．图甲实验利用斜面是为了“冲淡重力”，延长小球下滑的时间以便测量 C．图乙实验是为了归纳小球做自由落体运动的规律 D．随着科技发展，完全可以通过实验替代图乙实验结合逻辑推理的方式得出结论 【答案】B 【详解】A．图甲实验是研究自由落体运动的实验，A错误； B．图甲实验利用斜面是为了“冲淡重力”，延长小球下滑的时间以便测量，B正确； C．图乙实验是为了验证“力不是维持物体运动的原因”，C错误； D．因不受外力作用的物体是不存在的，则即使随着科技发展，也不可以通过实验替代图乙实验结合逻辑推理的方式得出结论，D错误。 故选B。 变式1-3、如图所示，伽利略设计的理想实验装置中，小球从左侧光滑斜面上某一高度处由静止释放，能沿斜面下滑后冲上右侧倾角为的光滑斜面，忽略空气阻力，最终小球到达与释放点等高的位置，下列说法正确的是（　　） A．若减小右侧斜面的倾角，小球冲上右侧斜面的最大高度会低于 B．若右侧斜面的倾角减小至，小球进入水平面后将一直做匀速直线运动 C．该实验直接证明了“力是改变物体运动状态的原因” D．实验中“光滑斜面”的条件是多余的，即使斜面粗糙，也能得出相同结论 【答案】B 【详解】A．若减小右侧斜面的倾角，忽略空气阻力，小球冲上右侧斜面的最大高度会等于，故A错误； B．若右侧斜面的倾角减小至，小球进入水平面后将一直做匀速直线运动，故B正确； C．该实验不能直接证明“力是改变物体运动状态的原因”，故C错误； D．实验中“光滑斜面”的条件是多余的，如果斜面粗糙，物体不能运动到和初始位置等高的地方，故D错误。 故选B。 二、牛顿第一定律 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.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。 例题2、关于牛顿第一定律，下列说法正确的是（    ） A．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 B．力是维持物体运动的原因，没有力的物体将保持静止，比如自行车 C．惯性是物体的固有属性，惯性大小由物体质量决定，与速度、受力均无关 D．不受力的物体将保持静止或匀速直线运动状态，而受力的物体运动状态一定改变 【答案】C 【详解】A．牛顿第一定律虽然无法直接进行验证，但却是在实验的基础上进一步的推理概括出来的科学理论，符合物理规律，故有一定的物理意义，故A错误； B．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B错误； C．惯性是物体本身固有的属性，与物体的运动状态无关，与物体受力情况无关，故C正确； D．物体受力的作用，若合外力为0，则物体也可以保持运动的状态不变，故D错误。 故选C。 变式2-1、下面关于力的说法，正确的是（　　） A．力是使物体发生形变或使物体运动状态改变的原因 B．物体相互作用时，先有施力物体，后有受力物体 C．射出的炮弹向前飞行的过程中，受到推力和重力的作用 D．被踢出后的足球在地面上向前滚动，是由于受到向前的牵引力作用 【答案】A 【详解】A．根据牛顿第一定律可得力是使物体发生形变或物体运动状态改变的原因，故A正确； B．根据牛顿第三定律可得物体间的作用力与反作用力同时产生，不存在先后顺序，故B错误； C．炮弹射出后仅受重力（忽略空气阻力时），推力在发射后已消失，故C错误； D．足球滚动是因惯性，而非受向前的牵引力（牵引力在踢出后已不存在），故D错误。 故选A。 变式2-2、如图所示为小明同学在体育测试中“原地掷实心球”的场景，则球（　　） A．在空中飞行时不受重力作用 B．在地面上滚动时受到的重力和摩擦力是一对平衡力 C．在飞行过程中，若所受外力突然消失，球将做匀速直线运动 D．取得的成绩小于球的位移大小 【答案】CD 【详解】A．球在空中飞行时受重力作用，故A错误； B．在地面上滚动时受到的重力竖直向下，摩擦力沿水平方向，与相对运动方向相反，所以不是一对平衡力，故B错误； C．在飞行过程中，若所受外力突然消失，由于惯性，球将做匀速直线运动，故C正确； D．“原地掷实心球”取得的成绩测量方法是从实心球有效落地痕迹的最近点垂直测量至起掷线后缘，由于抛出时球具有一定的高度，可知取得的成绩小于球的位移大小，故D正确。 故选CD。 变式2-3、天宫课堂”第四课于2023年9月21日15时45分开课，神舟十六号航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮在中国空间站梦天实验舱面向全国青少年进行太空科普授课。在奇妙“乒乓球”实验中，航天员朱杨柱用水袋做了一颗水球，桂海潮用白毛巾包好的球拍击球，水球被弹开，弹开的水球相对于“天宫”做匀速直线运动。对于该实验说法正确的是（　　） A．击球过程中，水球所受弹力是由于水球发生形变产生的 B．击球过程中，水球对“球拍”的作用力与“球拍”对水球的作用力是一对平衡力 C．此实验中水球体积越大其惯性越大 D．在梦天实验舱内可做实验直接验证牛顿第一定律 【答案】C 【详解】A．击球过程中，水球所受弹力是由于球拍发生形变产生的，故A错误； B．击球过程中，水球对“球拍”的作用力与“球拍”对水球的作用力是一对相互作用力，故B错误； C．梦天实验舱内，水球体积越大，水球质量越大，其惯性越大，故C正确； D．牛顿第一定律是理想情况，不可用实验直接验证，故D错误。 故选C。 三、惯性与质量 1.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。惯性是物体固有的，一切物体都有惯性。 2.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、运动快慢等因素无关(填“有关”或“无关”)。 例题3、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．羽毛球会从筒的上端出来 C．羽毛球会从筒的下端出来 D．羽毛球筒向下运动过程中，羽毛球受到向上的摩擦力 【答案】B 【详解】ABC．用力击打羽毛球筒的上端时，羽毛球筒向下运动一小段距离，羽毛球由于惯性保持静止，所以羽毛球相对球筒向上运动，最终羽毛球从筒的上端出来，故AC错误，B正确； D．羽毛球筒向下运动过程中，与羽毛球发生相对运动，羽毛球受到向下的摩擦力作用，故D错误。 故选B。 变式3-1、如图所示，物理老师用一根筷子穿透一个苹果，他一手拿筷子，另一只手拿锤子敲击筷子上端，发现苹果会沿着筷子向上“爬”，下列说法正确的是（　　） A．苹果越小越容易完成该实验 B．苹果受到筷子的向上的力才会向上“爬” C．该实验原理主要是利用牛顿第一定律 D．该实验原理主要是利用牛顿第三定律 【答案】C 【详解】该实验的原理是牛顿第一定律，即惯性定律，任何物体总要保持原有的运动状态（静止或匀速直线运动），除非外力迫使它改变这种状态。当拿锤子敲击筷子上端时，筷子快速下降，而苹果由于具有惯性，要保持原有的运动状态，位置保持不变，但筷子下降，则苹果相对筷子在向上运动，即苹果会沿着筷子向上“爬”，不是苹果受到筷子的向上的力向上“爬”，苹果越大，质量越大，惯性越大，越容易完成该实验。 故选C。 变式3-2、下列有关物体运动与力的表述正确的是（　　） A．伽利略的“理想实验”表明，力是维持物体运动的原因 B．地球自西向东自转，人竖直向上跳起来后，还会落到原地 C．汽车速度越大，刹车后越难停下来，表明物体速度越大，其惯性越大 D．向上抛出的物体，在空中向上运动时，肯定受到了向上的作用力 【答案】B 【详解】A．伽利略的“理想实验”表明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，故A错误； B．人竖直向上跳起后，由于惯性，水平方向保持与地球自转相同的线速度，因此最终还会落到原地，故B正确； C．惯性是物体的固有属性，大小仅与物体的质量有关，与运动速度无关，故C错误； D．向上抛出的物体在空中向上运动，是由于物体具有惯性，保持原来向上的运动状态，运动过程中仅受向下的重力和空气阻力，不存在向上的作用力，故D错误。 故选B。 变式3-3、在伽利略、笛卡尔等科学家工作的基础上，牛顿提出了牛顿第一定律，指出物体具有惯性。如图所示，用一细绳a把重球悬挂在天花板上，另一细绳b的上端固定在球上，下端用手拉住。第一次迅速用力将细绳b的下端往下拉，第二次缓慢加大拉力，则（   ） A．两次实验，上端绳子被拉断 B．两次实验，下端绳子被拉断 C．迅速用力拉，下端绳子被拉断 D．缓慢加大拉力，下端绳子被拉断 【答案】C 【详解】第一次迅速用力将细绳b的下端往下拉，重球状态来不及改变，认为不动，此时下端绳子拉力大于上端绳子拉力，所以下端绳子会先断； 第二次缓慢加大拉力，由平衡条件，上端绳子拉力等于重球重力加下端绳子拉力，所以上端绳子会先断。 故选C。 模块三 课后作业 1．关于牛顿第一定律，下列理解不正确的是（　　） 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，是由于没有外力维持木块运动 D．奔跑的运动员由于遇到障碍而被绊倒，这是因为运动员具有惯性 【答案】C 【详解】AB．牛顿第一定律描述的是物体不受外力作用时的运动规律，即总保持匀速直线运动状态或静止状态，选项AB正确； C．牛顿第一定律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的原因，在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于受到摩擦阻力的作用，选项C错误； D．奔跑的运动员遇到障碍而被绊倒，是因为运动员具有惯性，选项D正确； 故选C。 2．下列说法正确的是（　　） A．力是使物体位移增大的原因 B．力是维持物体运动的原因 C．力是使物体惯性改变的原因 D．力是改变物体运动状态的原因 【答案】D 【详解】根据牛顿第一定律可知，力不是使物体位移增大的原因，也不是维持物体运动的原因，惯性由物体的质量决定，是物体的基本属性，可知力也不是使物体惯性改变的原因，力是改变物体运动状态的原因。 故选D。 3．如图所示，两个瓶子内盛水，有一个小铁球，还有一个与小铁球体积相同的小泡沫塑料球，将它们分别用绳子系好并浸入水中．当瓶子突然向右运动时，两小球将会（    ） A．两小球相对瓶子都向后运动 B．小铁球相对瓶子向后运动，小泡沫塑料球相对瓶子向前运动 C．小铁球相对瓶子向前运动，小泡沫塑料球相对瓶子向后运动 D．由于惯性，两小球相对瓶子都静止不动 【答案】B 【详解】同样体积的铁球、水、塑料球中，铁球的惯性最大，塑料球的惯性最小，当向右加速运动时，小铁球相对瓶子向后运动，小泡沫塑料球相对瓶子向前运动，因而两球的相对位置如图所示，故B正确。 故选B。 4．科学家关于物体运动的研究对自然现象树立正确的认识具有重要作用。下列说法中不符合历史事实的是（　　） A．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 B．伽利略通过“理想实验”得出结论：运动物体必具有一定速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去 C．笛卡尔指出：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，既不停下来也不偏离原来的方向 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】A 【详解】A．亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体才会运动，没有力的作用，物体就要静止下来，A错误； B．伽利略通过“理想实验”得出结论：运动必具有一定速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去，B正确； C．笛卡尔指出：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，既不停下来也不偏离原来的方向，C正确； 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，即惯性，D正确。 本题选不符合历史事实的，故选A。 5．下列关于力的说法中，正确的是（　　） A．竖直向上抛出的物体，物体竖直上升，是因为受到一个竖直向上的升力作用 B．放在斜面上的物体会沿斜面下滑，是因为受到一个下滑力作用 C．放在水中的木块会上浮，是因为受到了浮力的作用 D．运动员跳远，腾空后能前进几米，是因为受到了空气的推力 【答案】C 【详解】A．物体有保持原来运动状态的性质，故竖直向上抛出的物体，物体竖直上升，是因为惯性，而不是因为受了一个竖直向上的升力，故A错误； B．放在斜面上的物体会沿斜面下滑，是因为斜面上的物体受重力，重力沿斜面向下有个分力，其效果是使物体沿斜面下滑，故B错误； C．放在水中的木块会上浮，是因为受到了浮力大于重力原因，故C正确； D．运动员跳远，腾空后能前进几米，同样是因为惯性，故D错误。 故选C。 6．下列对牛顿第一定律的理解正确的是（　　） A．物体的速度越快越难以停下，所以物体的速度越快惯性越大 B．物体的加速度越大速度改变越快，所以加速度越大惯性越小 C．如果物体的运动状态不变，则物体可能不受外力 D．如果物体不受外力，物体的运动状态可能改变 【答案】C 【详解】AB．惯性是物体保持运动状态不变的性质，惯性的大小只与物体的质量有关，与速度大小、变化快慢无关，故AB错误； C．物体的运动状态不变，即处于平衡状态，合外力为零，可能不受外力，故C正确； D．物体运动状态改变，物体一定受到力的作用，故D错误。 故选C。 7．下列对牛顿第一定律的理解正确的是（　　） A．地球上不存在不受力的物体，所以牛顿第一定律没有实际意义 B．不受力的物体运动状态有可能改变 C．公共汽车紧急刹车时乘客站着比坐着容易摔倒是因为站着比坐着惯性大 D．惯性是指物体有保持原来运动状态的性质，与物体的运动状态是否改变无关 【答案】D 【详解】A．牛顿第一定律是在实验的基础上进一步的推理概括出来的科学理论，而不能直接通过实验得出的，但能接受住实践的检验，故A错误； B．不受力的物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，运动状态不可能改变，故B错误； C．物体惯性大小仅与质量有关，与其他因素无关，故C错误； D．惯性是指物体有保持原来运动状态的性质，是物体固有属性，与物体的运动状态是否改变无关，故D正确。 故选D。 8．如图所示，在平直轨道上匀加速行驶的封闭车厢中，悬挂一个有滴管的盛油的容器，当滴管依次滴下三滴油时，三滴油落在车厢的地板上，下列说法正确的是（　　） A．三滴油依次落在O点 B．三滴油依次落在同一位置上 C．三滴油依次落在O到A之间，而且后滴比前一滴离O点近些 D．三滴油依次落在O到B之间，而且后一滴比前一滴离O点远些 【答案】B 【详解】根据牛顿第一定律，可知三滴油离开容器时的速度和车厢速度相同，即在水平方向上油滴相对于车厢，其初速度为零，在竖直方向上运动情况相同，落到车厢地板上所用的时间相同，在水平方向上油滴相对于车的加速度方向向左，所以在水平方向上油滴相对于车的位移方向向左，位移大小 所以三滴油依次落在同一位置上。 故选B。 9．伽利略是实验物理学的奠基人，下列关于伽利略在实验方法及实验成果的说法中不正确的是（ ） A．开创了运用逻辑推理和实验相结合进行科学研究的方法 B．通过实验发现斜面倾角一定时，不同质量的小球从不同高度开始滚动，加速度相同 C．通过实验和理想实验，提出了惯性的概念，从而奠定了牛顿力学的基础 D．为了说明力是维持物体运动的原因用了理想实验法 【答案】D 【详解】A．伽利略开创了以可靠实验为基础加逻辑推理进行科学研究的方法，故A正确，不符合题意； B．伽利略通过大量实验，发现只要斜面的倾角一定，不同质量的小球从不同高度开始滚动，小球的加速度都是相同的，故B正确，不符合题意； C．通过可靠实验事实和理想实验，提出了惯性的概念，从而奠定了牛顿力学的基础，故C正确，不符合题意； D．伽利略为了说明力不是维持物体运动的原因而设计的“理想实验”，故D错误，符合题意。 故选D。 10．如图，列车在平直轨道行驶，水龙头的水滴均落在正下方B处（AB与轨道平行），某乘客后来观察到水滴落在B点的右方A点，则下列说法正确的是（　　） A．先静止，后向左做加速运动 B．先静止，后向右做加速运动 C．先向左做匀速运动，后做减速运动 D．先向右做匀速运动，后做加速运动 【答案】A 【详解】水滴下落时，水平方向保持原来的速度，若车静止或匀速运动，车的水平位移与水滴的水平位移相同，则落在B点；若车向左加速运动，则水滴仍保持下落时的水平速度，而车的水平位移增大，故水滴可落在A处；同理，车向右减速运动，水滴也会落在A处。 故选A。 11．关于惯性，下列说法中正确的是（　　） A．加速度越小的物体，惯性越大 B．速度越大的物体，惯性越大 C．质量越大的物体，惯性越大 D．惯性是一切物体的固有属性 【答案】CD 【详解】惯性是物体的固有属性，且惯性的大小只与物体的质量有关，与物体的加速度、速度等均无关系，AB错误，CD正确。 故选CD。 12．关于牛顿第一定律，以下说法正确的是（      ） A．牛顿第一定律是依靠实验事实，直接归纳总结得出的 B．牛顿第一定律是以可靠实验为基础，通过理想化实验而得出的结论 C．根据牛顿第一定律可知，力是维持物体运动的原因 D．只有在惯性参考系中牛顿第一定律才适用 【答案】BD 【详解】AB．牛顿第一定律是在可靠的实验基础上，通过理想实验推理得出来的，故A错误，B正确； C．揭示了力不是维持物体的运动原因，而是改变物体运动状态的原因，故C错误； D．牛顿第一定律的适用范围是在惯性系中，故D正确。 故选BD。 13．17世纪，意大利物理学家伽利略根据实验指出：力不是维持物体运动的原因。这里的实验是指“伽利略理想斜面实验”，关于该实验，你认为下列陈述正确的是（　　） A．该实验是一理想实验，是在思维中进行的，无真实的实验基础，故其结果是不可信的 B．该实验是以可靠的事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，从而更深刻地反映自然规律 C．该实验否定了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的错误结论 D．该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据 【答案】BCD 【详解】AB．伽利略的斜面实验是以可靠的事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，推理得出的结论，故A错误，B正确； C．伽利略由此推翻了亚里士多德的观点，认为力不是维持物体运动的原因，故C正确； D．该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据，牛顿总结了前人的经验，提出了物体运动的原因，即牛顿第一定律，故D正确。 故选BCD。 14．下列说法正确的是（    ） A．物体越重，重力加速度越大，下落的越快， B．亚里士多德研究自然规律的方法是实验的方法， C．伽利略研究自然规律的方法是猜想和假设，数学推理和科学实验相结合的方法， D．斜面实验是通过“合理外推”得出自由落体运动的规律的，并没有直接验证自由落体运动的规律 【答案】CD 【详解】A、物体下落的快慢与物体的质量无关，不管轻重的物体，自由下落时，下落一样快；故A错误. B、亚里士多德的研究主要应用了观察的方法和生活经验，提出的观点为：重的物体比轻的物体下落的快；故B错误. C、伽利略在研究自由落体运动时，通过猜想，数学推演，做小球沿斜面运动的实验，测出小球不同位移与所用时间均满足，并将此实验结果合理外推，从而验证了他的猜想；故C正确. D、伽利略根据斜面上的实验结果进行合理的外推，得到自由落体的运动规律，并没有直接验证自由落体运动的规律；故D正确. 故选CD. 15．在向右行驶的汽车车厢的天花板上悬挂有一个小球A，在A的正下方地板上有一点B，如图所示（ ）      A．若汽车匀速行驶的过程中细线突然断裂，小球A将落在B点上 B．若汽车匀速行驶的过程中细线突然断裂，小球A将落在B点的左侧 C．若汽车加速行驶的过程中细线突然断裂，小球A将落在B点的左侧 D．若汽车加速行驶的过程中细线突然断裂，小球A将落在B点的右侧 【答案】AC 【分析】根据惯性(一切物体都有保持静止状态或匀速直线运动状态的性质)的知识分析解答. 【详解】A、B、汽车匀速行驶，绳子断裂后，小球A由于惯性在水平方向继续向前运动，水平速度和汽车的速度相同，故小球A落地时应落在正下方的B点；故A正确，B错误. C、D、绳子断裂后小球继续保持原来的速度水平匀速，汽车加速行驶其速度大于小球的速度，故球A将落在B点的左侧；故C正确，D错误. 故选AC. 【点睛】此题主要考查学生对惯性的理解和掌握，惯性现象在日常生活中十分常见，在学习中要注意细心观察认真领会，用所学惯性知识解决相关的物理问题. 第14页，共15页 第1页，共1页 学科网（北京）股份有限公司 $ · 4.1 牛顿第一定律 · 【高中物理人教版(2019)必修一】 模块一 知识框架 模块二 知识精讲 情景导入 想象你正坐在一辆平稳行驶的高铁上，你将手中的钥匙垂直向上抛出。钥匙会落在你的身后吗？还是落在你的手中？ 在几百年前，人们对此有着截然不同的看法。有人认为车在动，钥匙应该落在后面；而伽利略告诉我们，钥匙会稳稳地落回手中。 这背后隐藏着怎样的物理规律？物体运动究竟需不需要力来维持？让我们穿越时空，从亚里士多德的直觉走进牛顿的殿堂。 一、伽利略实验 1.亚里士多德的观点 亚里士多德从日常生活经验出发：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.伽利略的研究 (1)伽利略认为，运动的物体之所以会停下来是因为摩擦力的作用。 (2)理想斜面实验：如图所示，让静止的小球从第一个斜面滚下，冲上第二个斜面，如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度。减小第二个斜面的倾角，小球运动的距离增大，但所到达的高度相同。当第二个斜面放平，小球将永远运动下去。 (3)推理结论：力不是(填“是”或“不是”)维持物体运动的原因。 (4)意义：伽利略的理想实验的本质是想象着把实际中存在、影响物体运动的摩擦力去掉，抓住事物的本质。这种依据逻辑推理把实际实验理想化的思想也是研究物理问题的重要方法之一。 伽利略第一次确定了物理实验在物理研究中的基础地位。 3.笛卡儿的观点：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。 4.牛顿在伽利略和笛卡儿等人工作的基础上得出牛顿第一定律。伽利略理想斜面实验为牛顿第一定律提供了实验依据。 例题1、力与运动无处不在，亚里士多德、伽利略、笛卡尔、牛顿等一大批著名学者都致力研究力与运动的关系，带来了人类科学进步，下列说法正确的是（    ） A．亚里士多德根据生活经验提出轻的物体和重的物体下落一样快 B．笛卡尔认为如果运动物体不受任何力的作用，它将保持静止 C．伽利略通过实验和逻辑推理得出力不是维持物体运动的原因 D．牛顿第一定律能够通过现代实验手段直接验证 变式1-1、下列关于物理概念、物理方法与物理规律、物理学史的说法，正确的是（    ） A．物体的重心一定在物体上。 B．将“理想斜面实验”事实和逻辑推理相结合得出力不是维持物体运动的原因的物理学家是牛顿 C．由可知，与成正比 D．在推导匀变速直线运动位移公式时，整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，然后把各小段的位移相加，这里采用了微元法 变式1-2、伽利略创造性地设计了如图甲、乙所示的两个斜面实验。下列说法正确的是（   ） A．图甲实验是为了验证“力是维持物体运动的原因” B．图甲实验利用斜面是为了“冲淡重力”，延长小球下滑的时间以便测量 C．图乙实验是为了归纳小球做自由落体运动的规律 D．随着科技发展，完全可以通过实验替代图乙实验结合逻辑推理的方式得出结论 变式1-3、如图所示，伽利略设计的理想实验装置中，小球从左侧光滑斜面上某一高度处由静止释放，能沿斜面下滑后冲上右侧倾角为的光滑斜面，忽略空气阻力，最终小球到达与释放点等高的位置，下列说法正确的是（　　） A．若减小右侧斜面的倾角，小球冲上右侧斜面的最大高度会低于 B．若右侧斜面的倾角减小至，小球进入水平面后将一直做匀速直线运动 C．该实验直接证明了“力是改变物体运动状态的原因” D．实验中“光滑斜面”的条件是多余的，即使斜面粗糙，也能得出相同结论 二、牛顿第一定律 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.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。 例题2、关于牛顿第一定律，下列说法正确的是（    ） A．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 B．力是维持物体运动的原因，没有力的物体将保持静止，比如自行车 C．惯性是物体的固有属性，惯性大小由物体质量决定，与速度、受力均无关 D．不受力的物体将保持静止或匀速直线运动状态，而受力的物体运动状态一定改变 变式2-1、下面关于力的说法，正确的是（　　） A．力是使物体发生形变或使物体运动状态改变的原因 B．物体相互作用时，先有施力物体，后有受力物体 C．射出的炮弹向前飞行的过程中，受到推力和重力的作用 D．被踢出后的足球在地面上向前滚动，是由于受到向前的牵引力作用 变式2-2、如图所示为小明同学在体育测试中“原地掷实心球”的场景，则球（　　） A．在空中飞行时不受重力作用 B．在地面上滚动时受到的重力和摩擦力是一对平衡力 C．在飞行过程中，若所受外力突然消失，球将做匀速直线运动 D．取得的成绩小于球的位移大小 变式2-3、天宫课堂”第四课于2023年9月21日15时45分开课，神舟十六号航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮在中国空间站梦天实验舱面向全国青少年进行太空科普授课。在奇妙“乒乓球”实验中，航天员朱杨柱用水袋做了一颗水球，桂海潮用白毛巾包好的球拍击球，水球被弹开，弹开的水球相对于“天宫”做匀速直线运动。对于该实验说法正确的是（　　） A．击球过程中，水球所受弹力是由于水球发生形变产生的 B．击球过程中，水球对“球拍”的作用力与“球拍”对水球的作用力是一对平衡力 C．此实验中水球体积越大其惯性越大 D．在梦天实验舱内可做实验直接验证牛顿第一定律 三、惯性与质量 1.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。惯性是物体固有的，一切物体都有惯性。 2.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、运动快慢等因素无关(填“有关”或“无关”)。 例题3、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．羽毛球会从筒的上端出来 C．羽毛球会从筒的下端出来 D．羽毛球筒向下运动过程中，羽毛球受到向上的摩擦力 变式3-1、如图所示，物理老师用一根筷子穿透一个苹果，他一手拿筷子，另一只手拿锤子敲击筷子上端，发现苹果会沿着筷子向上“爬”，下列说法正确的是（　　） A．苹果越小越容易完成该实验 B．苹果受到筷子的向上的力才会向上“爬” C．该实验原理主要是利用牛顿第一定律 D．该实验原理主要是利用牛顿第三定律 变式3-2、下列有关物体运动与力的表述正确的是（　　） A．伽利略的“理想实验”表明，力是维持物体运动的原因 B．地球自西向东自转，人竖直向上跳起来后，还会落到原地 C．汽车速度越大，刹车后越难停下来，表明物体速度越大，其惯性越大 D．向上抛出的物体，在空中向上运动时，肯定受到了向上的作用力 变式3-3、在伽利略、笛卡尔等科学家工作的基础上，牛顿提出了牛顿第一定律，指出物体具有惯性。如图所示，用一细绳a把重球悬挂在天花板上，另一细绳b的上端固定在球上，下端用手拉住。第一次迅速用力将细绳b的下端往下拉，第二次缓慢加大拉力，则（   ） A．两次实验，上端绳子被拉断 B．两次实验，下端绳子被拉断 C．迅速用力拉，下端绳子被拉断 D．缓慢加大拉力，下端绳子被拉断 故选C。 模块三 课后作业 1．关于牛顿第一定律，下列理解不正确的是（　　） 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，是由于没有外力维持木块运动 D．奔跑的运动员由于遇到障碍而被绊倒，这是因为运动员具有惯性 2．下列说法正确的是（　　） A．力是使物体位移增大的原因 B．力是维持物体运动的原因 C．力是使物体惯性改变的原因 D．力是改变物体运动状态的原因 3．如图所示，两个瓶子内盛水，有一个小铁球，还有一个与小铁球体积相同的小泡沫塑料球，将它们分别用绳子系好并浸入水中．当瓶子突然向右运动时，两小球将会（    ） A．两小球相对瓶子都向后运动 B．小铁球相对瓶子向后运动，小泡沫塑料球相对瓶子向前运动 C．小铁球相对瓶子向前运动，小泡沫塑料球相对瓶子向后运动 D．由于惯性，两小球相对瓶子都静止不动 4．科学家关于物体运动的研究对自然现象树立正确的认识具有重要作用。下列说法中不符合历史事实的是（　　） A．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 B．伽利略通过“理想实验”得出结论：运动物体必具有一定速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去 C．笛卡尔指出：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，既不停下来也不偏离原来的方向 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 5．下列关于力的说法中，正确的是（　　） A．竖直向上抛出的物体，物体竖直上升，是因为受到一个竖直向上的升力作用 B．放在斜面上的物体会沿斜面下滑，是因为受到一个下滑力作用 C．放在水中的木块会上浮，是因为受到了浮力的作用 D．运动员跳远，腾空后能前进几米，是因为受到了空气的推力 6．下列对牛顿第一定律的理解正确的是（　　） A．物体的速度越快越难以停下，所以物体的速度越快惯性越大 B．物体的加速度越大速度改变越快，所以加速度越大惯性越小 C．如果物体的运动状态不变，则物体可能不受外力 D．如果物体不受外力，物体的运动状态可能改变 7．下列对牛顿第一定律的理解正确的是（　　） A．地球上不存在不受力的物体，所以牛顿第一定律没有实际意义 B．不受力的物体运动状态有可能改变 C．公共汽车紧急刹车时乘客站着比坐着容易摔倒是因为站着比坐着惯性大 D．惯性是指物体有保持原来运动状态的性质，与物体的运动状态是否改变无关 8．如图所示，在平直轨道上匀加速行驶的封闭车厢中，悬挂一个有滴管的盛油的容器，当滴管依次滴下三滴油时，三滴油落在车厢的地板上，下列说法正确的是（　　） A．三滴油依次落在O点 B．三滴油依次落在同一位置上 C．三滴油依次落在O到A之间，而且后滴比前一滴离O点近些 D．三滴油依次落在O到B之间，而且后一滴比前一滴离O点远些 9．伽利略是实验物理学的奠基人，下列关于伽利略在实验方法及实验成果的说法中不正确的是（ ） A．开创了运用逻辑推理和实验相结合进行科学研究的方法 B．通过实验发现斜面倾角一定时，不同质量的小球从不同高度开始滚动，加速度相同 C．通过实验和理想实验，提出了惯性的概念，从而奠定了牛顿力学的基础 D．为了说明力是维持物体运动的原因用了理想实验法 10．如图，列车在平直轨道行驶，水龙头的水滴均落在正下方B处（AB与轨道平行），某乘客后来观察到水滴落在B点的右方A点，则下列说法正确的是（　　） A．先静止，后向左做加速运动 B．先静止，后向右做加速运动 C．先向左做匀速运动，后做减速运动 D．先向右做匀速运动，后做加速运动 11．关于惯性，下列说法中正确的是（　　） A．加速度越小的物体，惯性越大 B．速度越大的物体，惯性越大 C．质量越大的物体，惯性越大 D．惯性是一切物体的固有属性 12．关于牛顿第一定律，以下说法正确的是（      ） A．牛顿第一定律是依靠实验事实，直接归纳总结得出的 B．牛顿第一定律是以可靠实验为基础，通过理想化实验而得出的结论 C．根据牛顿第一定律可知，力是维持物体运动的原因 D．只有在惯性参考系中牛顿第一定律才适用 13．17世纪，意大利物理学家伽利略根据实验指出：力不是维持物体运动的原因。这里的实验是指“伽利略理想斜面实验”，关于该实验，你认为下列陈述正确的是（　　） A．该实验是一理想实验，是在思维中进行的，无真实的实验基础，故其结果是不可信的 B．该实验是以可靠的事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，从而更深刻地反映自然规律 C．该实验否定了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的错误结论 D．该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据 14．下列说法正确的是（    ） A．物体越重，重力加速度越大，下落的越快， B．亚里士多德研究自然规律的方法是实验的方法， C．伽利略研究自然规律的方法是猜想和假设，数学推理和科学实验相结合的方法， D．斜面实验是通过“合理外推”得出自由落体运动的规律的，并没有直接验证自由落体运动的规律 15．在向右行驶的汽车车厢的天花板上悬挂有一个小球A，在A的正下方地板上有一点B，如图所示（ ）      A．若汽车匀速行驶的过程中细线突然断裂，小球A将落在B点上 B．若汽车匀速行驶的过程中细线突然断裂，小球A将落在B点的左侧 C．若汽车加速行驶的过程中细线突然断裂，小球A将落在B点的左侧 D．若汽车加速行驶的过程中细线突然断裂，小球A将落在B点的右侧 第14页，共15页 第1页，共1页 学科网（北京）股份有限公司 $