4.1 牛顿第一定律（教学设计）物理人教版必修第一册

第1节 牛顿第一定律（教学设计） 年级 高一年级 学科 物理 教师 课题 第1节 牛顿第一定律 教学 目标 物理观念 理解牛顿第一定律内涵，认识惯性，知道力不是维持物体运动的原因。 科学思维 借助理想实验推理，辨析运动和力的关系，纠正亚里士多德错误观点。 科学探究 体会伽利略理想斜面实验，基于事实推理，认识实验加推理的方法。 科学态度 与责任 感悟科学发展历程，敢于质疑，能用惯性知识解释生活现象。 教学重难点 1. 牛顿第一定律的内容及其物理含义（重点）。 2. 惯性的概念，质量与惯性大小的关系（重点）。 3. 理解理想斜面实验的逻辑推理思想，区分现实实验与理想实验（难点）。 4. 纠正 “力是维持物体运动的原因” 的错误前概念，正确理解力和运动的关系（难点）。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 思考与讨论：玩滑板车时，滑板车运动一段时间就会停下来。再次蹬地，滑板车又运动起来。你是否认为运动需要力来维持？ 学生讨论分析运动是否需要力来维持。 并与亚里士多德的观点做对照。 新课讲授 一、理想实验的魅力 1.伽利略的猜想：将人们引入歧途的是摩擦。而物体在通常情况下运动时，摩擦又是难以避免的。若没有摩擦，物体将永远运动下去，不需要力来维持。 思考与讨论： 小球沿斜面由静止滚下，再滚上另一斜面。 (1)在实际情境里，小球滚上另一斜面所能达到的最大高度是否与h相等？ (2)若斜面光滑，小球滚上另一斜面的最大高度是否等于h？ (3)若斜面光滑，减小第二个斜面的倾角，小球能否滚到h高度处？相较倾角减小前，小球滚至该高度所经过的路程有何变化？ (4)设想第二个斜面变为水平面，小球欲达等同高度却终不可得，此时其运动是否可以停下？ (5)伽利略理想实验揭示了什么道理？ 2.结论与意义： (1)结论：力不是维持物体运动的原因。 (2)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。 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。 【例1】关于下图中实验的分析，说法正确的是（     ） A．如图甲，伽利略用斜面“冲淡重力”，通过研究小球自由落体运动推出匀变速直线运动特点 B．如图甲，伽利略把实验和逻辑推理和谐地结合起来，从而发展了人类的科学研究方法 C．如图乙，伽利略用理想斜面实验直接证实了“力不是维持物体运动的原因”这一观点 D．如图乙，“小球将到达另一边斜面的同一高度处”这一现象可以通过实验直接观察到 【答案】B 【详解】A．图甲伽利略根据实验现象通过逻辑思维进行推理，得到了自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动的结论，A错误； B．图甲伽利略实验和逻辑推理和谐地结合起来，从而发展了人类的科学思维方式和科学研究方法，B正确； C．图乙是伽利略根据实验现象通过逻辑思维进行推理，得到了力不是维持物体运动的原因的结论，C错误； D．图乙中无摩擦斜面小球上升到等高位置是理想化推理，现实中不能完全消除摩擦，所以不可以通过实验直接观察到，D错误。故选B。 学生了解伽利略的猜想 学生讨论分析五个问题，并根据讨论的结果，反思亚里士多德和伽利略的观点。 学生明确力不是维持物体运动的原因，并了解笛卡尔的观点。 学生随堂练习检测 新课讲授 二、牛顿第一定律 1.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。这就是牛顿第一定律。 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。 【例2】中国古人在认识自然的过程中提出的一些观点与现今的物理学理论相符合，《墨经》中指出：“力，形之所以奋也”，意思是力可以使物体运动起来。结合牛顿第一定律，下列说法正确的是（　　） A．有力作用物体一定处于运动状态 B．没有力作用物体就一定处于静止状态 C．力是改变物体运动状态的原因 D．力是维持物体运动状态的原因 【答案】C 【详解】根据牛顿第一定律（惯性定律），物体在不受外力作用时，将保持静止或匀速直线运动状态。力是改变物体运动状态的原因，而非维持运动状态的原因。结合《墨经》“力，形之所以奋也”（力可以使物体运动起来）的观点，分析如下： A. 有力作用时，物体可能处于平衡状态（如静止物体受支持力与重力平衡），不一定运动，故A错误； B. 没有力作用时，物体可能保持匀速直线运动（如光滑水平面上滑动的物体），不一定静止，故B错误； C. 牛顿第一定律明确指出，力是改变物体运动状态（如速度或方向变化）的原因，是对《墨经》观点的深化和发展，故C正确； D. 力不是维持物体运动状态的原因，维持运动状态的是物体的惯性，故D错误。故选C。 学生理解掌握牛顿第一定律内容 学生随堂练习检测 新课讲授 三、惯性与质量 思考与实验：（播放实验视频）实验中，鸡蛋和水杯之间的隔板被迅速打击出去时，鸡蛋并没有随隔板一起飞出，而是落进了杯子里，这是为什么呢？ 1.惯性：一切物体都有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质，这种性质叫做惯性。 2.特点： (1)惯性是物体的固有属性，不是外界强加给它的； (2)一切物体都具有惯性。 思考与讨论：（播放视频）实验中，乒乓球和铁球都处于静止状态，但在轻吹时，发现乒乓球的状态更加容易改变，这一现象说明了什么？ 3.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。 4.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。 (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。 5.惯性的应用与危害（播放视频） 【例3】下列关于惯性的说法正确的是（     ） A．衡量物体惯性大小的物理量是它的质量 B．物体在静止状态时没有惯性 C．汽车的速度越大其惯性也越大 D．航天员随神舟飞船加速升空时惯性增大 【答案】A 【详解】A．质量是衡量物体惯性大小的唯一物理量，因此衡量物体惯性的物理量是质量，故A正确； B．惯性是物体的固有属性，一切物体无论运动状态如何都具有惯性，静止的物体同样有惯性，故B错误； C．惯性大小仅与物体质量有关，与速度无关，汽车质量不变时惯性大小不随速度变化，故C错误； D．惯性大小仅由质量决定，航天员加速升空时质量不变，因此惯性大小不变，故D错误。 故选A。 【例4】如图所示，往塑料矿泉水瓶中放入一个钢球，之后向瓶中注水，拧上瓶盖后瓶内有一个小气泡。若将矿泉水瓶平放在水平桌面上，使矿泉水瓶水平向右加速运动，则关于钢球与气泡相对塑料瓶的运动，下列说法正确的是（     ） A．钢球向左运动，气泡向右运动 B．钢球向右运动，气泡向左运动 C．钢球与气泡均向左运动 D．钢球与气泡均向右运动 【答案】A 【详解】物体的惯性大小由质量决定，质量越大惯性越大，运动状态越难改变。 当瓶子水平向右加速时，钢球密度远大于水，同体积下钢球质量比水大得多，惯性比同体积的水更大，运动状态更难改变，因此钢球会相对瓶子向左“滞后”运动。 气泡内是气体，同体积下气泡的质量远小于水，惯性比同体积的水小，运动状态更容易改变，水由于惯性要相对瓶子向左运动，就会把密度小的气泡挤向右侧，因此气泡相对瓶子向右运动。故选A。 学生观看视频并思考所问问题 学生理解惯性的概念 学生观看视频，思考为什么乒乓球状态容易改变。 学生明确影响惯性大小的因素 学生随堂练习检测 学生随堂练习检测 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1．如图所示的实验，让一个小球沿斜面从静止状态向下运动，小球会“冲”上另一端斜面。如果没有摩擦，小球将达到同样的高度，如果第二个斜面倾角减小，小球仍将达到原来的高度，但是运动的距离更长，由此可以推断，当斜面最终变为水平时，小球要达到原来的高度将永远运动下去，关于上述实验的下列说法中，错误的是（　　） A．这是一个“理想实验” B．这个实验帮助我们找到了运动与力的关系 C．这个实验说明力不是维持物体运动的原因 D．这个实验揭示的原理与牛顿第一定律无关 【答案】D 【详解】A.伽利略的实验是把斜面理想成没有摩擦，但光滑斜面是不存在的，所以这个实验是理想实验，故A正确； BCD．伽利略的理想斜面实验是通过生活中物体受力与运动规律的分析设想出来的，该实验证实了力不是维持物体运动的原因，即物体的运动不需要力来维持，帮助我们找到了运动与力的关系，为牛顿第一定律奠定了基础，故BC正确，D错误。 本题选不正确的，故选D。 2．关于运动与力，下面说法正确的是（　　） A．牛顿第一定律是逻辑思维对事实进行分析的产物，可直接用实验验证 B．伽利略通过理想实验得出结论：力不是维持物体运动的原因 C．同一物体从地球移到月球其惯性变小 D．笛卡尔最早提出了惯性的概念 【答案】B 【详解】A．牛顿第一定律是逻辑思维对事实进行分析的产物，不能直接用实验验证，故A错误； B．伽利略通过理想实验得出结论：力不是维持物体运动的原因，故B正确； C．同一物体从地球移到月球其质量不变，惯性不变，故C错误； D．伽利略最早提出了惯性的概念，故D错误。 故选B。 3．关于惯性和牛顿第一定律的说法中，正确的是（　　） A．惯性是只有物体在匀速运动或静止时才表现出来的性质 B．惯性是物体的属性，与运动状态和是否受力有关 C．牛顿第一定律既揭示了物体保持原有运动状态的原因，又揭示了运动状态改变的原因 D．牛顿第一定律可以用实验直接验证 【答案】C 【详解】AB．惯性是物体的固有属性与运动状态和是否受力无关，惯性只与物体的质量有关，质量大的物体惯性大。故AB错误； C．牛顿第一定律既揭示了物体保持原有运动状态的原因是惯性，又揭示了运动状态改变的原因是力。故C正确； D．不受力的物体是不存在的，所以牛顿第一定律不可以直接用实验验证。故D错误。 故选C。 4．关于牛顿第一定律，下列说法正确的是（　　） A．运动速度大的物体不能很快地停下来，是因为物体速度越大，惯性越大 B．静止的火车启动时，速度变化慢，是因为静止的物体惯性大 C．牛顿第一定律是牛顿总结归纳前人学说，通过实验验证后得到的物理实验规律 D．乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球惯性小的缘故 【答案】D 【详解】AB．惯性只与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，AB错误； C．牛顿第一定律并非实验定律，它是在实验基础上进一步的推理概括出来的物理规律，C错误； D．乒乓球质量小惯性小，运动状态容易改变，所以可以快速抽杀，D正确。 故选D。 5．关于牛顿第一定律的理解正确的是（　　） A．牛顿第一定律无法用实验验证，因此无实际意义 B．不受外力作用时，物体静止不动 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的运动 D．奔跑的运动员遇到障碍而被绊倒，是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态 【答案】D 【详解】A．牛顿第一定律虽然无法用实验验证，但它阐述了运动和力的关系，其得到的一切结论经过实践证明都是正确的，故A错误； B．牛顿第一定律描述了物体在不受外力作用时的状态，即总保持匀速直线运动或静止状态，故B错误； CD．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木块的运动状态；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原来的运动状态，故C错误，D正确。 故选D。 6．如图所示为2024年“水韵贵州”独木龙舟节比赛的照片，下列说法正确的是（　　） A．龙舟的速度越大，惯性也一定越大 B．龙舟停止运动，惯性便会消失 C．龙舟加速前进时水对船桨的作用力与船桨对水的作用力大小相等 D．龙舟加速前进时水对船桨的作用力与水对龙舟的阻力大小相等 【答案】C 【详解】A．惯性只由质量决定，与速度无关，故A错误； B．龙舟停止运动，质量不变，惯性不变，不会消失，故B错误； C．水对船桨的作用力与船桨对水的作用力是一对相互作用力，大小总是相等，故C正确； D．龙舟加速前进时，龙舟所受合力向前，所以水对船桨的作用力大于水对龙舟的阻力，故D错误。 故选C。 7．关于惯性，下列说法正确的是（　　） A．汽车速度越大，刹车后越难停下来，表明物体的速度越大，其惯性越大 B．汽车转弯后前进方向发生了改变，表明物体速度方向改变，其惯性也随之改变 C．水平抛出的小球，尽管速度的大小和方向都改变了，但惯性不变 D．若速度相同的沙袋在相同时间内停下来，则两沙袋惯性一定相等 【答案】C 【详解】A．惯性是物体本身的一种属性，任何物体都具有惯性，质量是物体惯性大小的量度，与汽车的运动状态以及速度的大小均无关，故A错误； B．质量是物体惯性大小的量度，汽车转弯时速度方向改变，但惯性不变，故B错误； C．质量是物体惯性大小的量度，被抛出的小球，速度大小和方向都改变了，可惯性不变，故C正确； D．物体的惯性只与物体的质量有关，虽然速度相同的沙袋在相同时间内停下来，但两沙袋的质量不一定相同，所以惯性不一定相等，故D错误。 故选C。 8．春秋时期齐国人的著作《考工记·辀人篇》中有“马力既竭，辀犹能一取焉”的记载，意思是马拉车的时候，马虽然对车不再施力了，但车还能继续向前运动一段距离，则下列说法正确的是（　　） A．此现象说明力是维持物体运动的原因 B．空车和装满货物的车惯性一样大 C．马拉车加速前进说明马拉车的力大于车拉马的力 D．无论马拉车怎样运动，马拉车的力一定等于车拉马的力 【答案】D 【详解】A．力不是维持物体运动的原因，力是改变运动状态的原因，故A错误； B．空车的质量小于装满货物的质量，则空车的惯性小于装满货物的惯性，故B错误； CD．马拉车的力与车拉马的力是一对相互作用力，根据牛顿第三定律可知，无论马拉车怎样运动，马拉车的力一定等于车拉马的力，故C错误，D正确。 故选D。 9．一天，下着倾盆大雨，晓明同学乘坐列车时发现，车厢的双层玻璃窗内积水了。列车行驶过程中，他发现水面的形状如图甲所示，此时车厢水平桌面上放置的一密闭的盛水容器（如图乙），容器内有一气泡，则该气泡（相对于容器）（　　） A．向左移动 B．向右移动 C．静止不动 D．无法判断 【答案】B 【详解】根据图甲及惯性原理可知，水向左倾移动表示此时列车向右加速，同理图乙中水也应左移，则气泡应右移。 故选B。 10．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。 11．根据《中华人民共和国道路安全法》第五十一条规定，汽车行驶时，驾驶人、乘坐人员应当按规定使用安全带，乘客不管坐前排还是后排，乘车就必须系安全带。关于安全带，下列说法中正确的是（　　） A．系好安全带可以减小汽车的惯性 B．系好安全带可以减小驾驶员和乘客的惯性 C．系好安全带可以完全避免撞击对驾驶员和乘客的伤害 D．系好安全带对驾驶员、乘客和车的惯性都没有影响 【答案】D 【详解】ABD．物体的惯性只与物体的质量有关，所以系好安全带并不能减小汽车的惯性，也不能减小驾驶员和乘客的惯性，即系好安全带对驾驶员、乘客和车的惯性都没有影响，故AB错误；D正确； C．系好安全带不能完全避免撞击对驾驶员和乘客造成的伤害，但可以延长驾驶员和乘客与小车发生撞击的时间，从而减小产生撞击力，减轻驾驶员和乘客受到的伤害，故C错误。 故选D。 12．如图所示是一张羽毛和苹果在真空环境中自由下落的频闪照片。照片中显示的现象说明了（    ） A．在真空环境中下落，羽毛和苹果具有相同的加速度 B．在真空环境中下落，羽毛和苹果具有相同的惯性 C．如果在空气中下落，羽毛比苹果下落慢，说明羽毛的惯性变小了 D．如果在空气中下落，羽毛比苹果下落慢，说明苹果受到的重力变大了 【答案】A 【详解】A．在真空环境下下落，羽毛和苹果的运动情况完全相同，具有相同的加速度，故A正确。 B．惯性的唯一量度是质量，和物体所处的运动状态无关，二者质量不同则惯性不同，故B错误。 CD．如果在空气中下落，羽毛的质量不变则惯性不变，羽毛比苹果下落慢，说明空气阻力对羽毛的影响比较大，苹果所受重力不变，故CD错误。 故选A。 板 书 设 计 第1节 牛顿第一定律 1、 理想实验的魅力 1. 亚里士多德的观点 2. 伽利略理想斜面实验 2、 牛顿第一定律 1. 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。 2. 意义：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 3. 惯性：一切物体都有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质 3、 惯性与质量 1. 惯性的大小：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 惯性的应用与危害 课 堂 小 结 作 业 布 置 1. 完成课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步作业 教 学 反 思 本节课学生大致了解牛顿第一定律内容，知道惯性是物体的固有属性，能解释简单的惯性现象。教学中发现，不少学生依旧保留 “力是维持物体运动的原因” 的错误观念，很难理解理想实验的推理方法，容易误以为惯性大小和速度有关。后续教学可以借助实验对比，设置冲突情境纠正前概念，强化对惯性本质的理解。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $