2019-2020学年高中物理 第四章 牛顿运动定律 1 牛顿第一定律学案 新人教版必修1

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1、1　牛顿第一定律 [学科素养与目标要求]　 物理观念：1.知道伽利略的理想实验及其推理过程，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.明确惯性的概念，会解释与惯性有关的现象． 一、理想实验的魅力 1．亚里士多德认为：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在一个地方． 2．伽利略的理想实验 (1)斜面实验：如图1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，小球将上升到原来释放时的高度．减小第二个斜面的倾角，小球滚动的距离增大，但所达到的高度相同．当第二个斜面放平，小球将永远运动下去． 图1 (2)

2、推理结论：力不是(填“是”或“不是”)维持物体运动的原因． 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，既不停下来也不偏离原来的方向． 二、牛顿物理学的基石——惯性定律 1．牛顿第一定律： 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．惯性：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫惯性．牛顿第一定律也叫做惯性定律． 三、惯性与质量 描述物体惯性的物理量是它们的质量，质量是物体惯性大小的唯一量度． 判断下列说法的正误． (1)伽利略的理想实验说明力是维持物体运动的原因．(

3、　×　) (2)力不是维持物体运动的原因，而是使物体运动状态改变的原因．(　√　) (3)物体只有处于静止状态或匀速直线运动状态时才有惯性．(　×　) (4)物体运动速度越大，越难停下，其惯性越大．(　×　) (5)力可以改变物体的运动状态，但无法改变物体的惯性大小．(　√　) 一、对伽利略理想斜面实验的理解 1．理想斜面实验 (1)事实：如图2所示，AB、BC是两个对接的斜面，让小球从AB斜面上某高度处由静止滚下，小球将滚上BC斜面，所达到的高度略低于在AB上释放时的高度． 图2 (2)推理1：如果斜面光滑，小球将上升到原来释放时的高度． 推理2：减小右侧斜面的倾

4、角(如BD、BE)，小球在这个斜面上仍将达到同一高度，但这时它要运动得远些． 推理3：继续减小右侧斜面的倾角，最后变成水平面(如BF)，小球无法达到释放时的高度，将以恒定的速率永远运动下去． (3)理想实验推论：一切运动着的物体在没有受到外力的时候，它的速度将保持不变，并且一直运动下去． 2．理想实验的意义：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． 例1　(多选)理想实验是科学研究中的一种重要方法，它把可靠的事实和合理的推论结合起来，可以深刻地揭示自然规律．关于伽利略的

5、理想实验，下列说法正确的是(　　) A．只要接触面足够光滑，物体在水平面上就能匀速运动下去 B．这个实验实际上是永远无法做到的 C．利用气垫导轨，就能使实验成功 D．虽然是想象中的实验，但它是建立在可靠的实验基础上的 答案　ABD 解析　只要接触面有摩擦力，物体就不会永远匀速运动下去，而实际的接触面不可能达到理想状态的光滑；伽利略的理想实验是在可靠的事实基础上的合理推理，故选项C错误，A、B、D正确． 二、对牛顿第一定律的理解 (1)日常生活中，我们有这样的经验：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才能运动呢？马不拉车时，车为什么会停下来呢？

6、(2)如果没有摩擦阻力，也不受其他任何力的作用，水平面上运动的物体的运动状态会改变吗？ 答案　(1)不是．因为受到阻力的作用． (2)如果没有摩擦阻力，也不受其他任何力的作用，水平面上运动的物体将保持这个速度沿直线永远运动下去． 1．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发生改变． 2．对牛顿第一定律的理解 (1)定性说明了力和运动的关系： 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)揭示了一切

7、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． (3)牛顿第一定律是牛顿在总结前人工作的基础上得出的，是在理想实验的基础上加以科学推理和抽象得到的，但其得到的一切结论经过实践证明都是正确的． (4)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． 例2　关于牛顿第一定律，下列说法中错误的是(　　) 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．牛顿第一定律就是惯性 C．不受外力作用时，物体的运动状态保持不变是由于物体具有惯性 D．物体的运动状态发生变化时，物体必定受到外力的作用 答案　B 解析　牛顿第一定律的含义：不受力

8、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；受到力的作用时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，不可混为一谈，选项B错误． 针对训练1　关于牛顿第一定律的说法中正确的是(　　) A．由牛顿第一定律可知，物体在任何情况下始终处于静止状态或匀速直线运动状态 B．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 C．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律，因此

9、物体在不受力时才有惯性 D．牛顿第一定律只是反映惯性大小的，因此也叫惯性定律 答案　B 三、惯性的理解和应用 (1)自行车比赛中，高速行进的自行车受到障碍物阻碍，人会向哪倒地？这是什么原因造成的？ (2)“同一物体在地球上的重力比在月球上大，所以物体在地球上的惯性比在月球上的大”，这种说法对吗？为什么？ 答案　(1)向前．这是因为人具有惯性． (2)不对．惯性只与质量大小有关，与位置无关．虽然物体在地球上的重力比在月球上大，但物体的质量不变，即惯性不变． 1．惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性． 2．物体惯性的大小由质量决定，与物体的运动状态无关，与是否受力无关

10、，与物体的速度大小无关． 3．惯性的表现 (1)在不受力的条件下，惯性表现出“保持”原来的运动状态，有“惰性”的意思． (2)在受力的条件下，惯性表现为运动状态改变的难易程度．质量越大，惯性越大，运动状态越难改变． 例3　关于物体的惯性，以下说法中正确的是(　　) 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 B．汽车突然减速时，车上的人向前倾，拐弯时人会往外甩，而汽车匀速前进时，车上的人感觉平稳，说明突然减速和拐弯时人有惯性，匀速运动时没有惯性 C．在同样大小的力的作用下，运动状态越难改变的物体，其惯性一定越大 D．在长直水平轨道上匀速运动的火车上，门窗

11、紧闭的车厢内有一人向上跳起后，发现落回原处，这是因为人跳起后，车继续向前运动，人落下后必定向后偏些，但因时间太短，偏后距离太小，不明显而已 答案　C 解析　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，运动状态越难改变，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，因此仍落在车厢内原处，D错误． 针对训练2　打水漂是人类最古老的游戏之一(如图3)，仅需要一块小瓦片，在手上呈水平放置后，用力水

12、平抛出，瓦片擦着水面飞行，瓦片不断地在水面上向前弹跳，直至下沉．下列判断正确的是(　　) 图3 A．飞出时的初速度越大，瓦片的惯性一定越大 B．飞行时所用时间越长，瓦片的惯性一定越大 C．飞出去的距离越长，瓦片的惯性一定越大 D．瓦片的质量越大，惯性一定越大 答案　D 解析　惯性是物体本身的一种性质，惯性的大小只与物体的质量有关，所以瓦片的质量越大，惯性一定越大，与初速度、时间、飞行距离等因素无关，故A、B、C错误，D正确． 例4　(多选)(2019·大同铁路一中高一上学期期末)在水平路面上有一辆匀速行驶的小车，小车上固定着盛满水的碗．若突然发现碗中的水向右洒出，如图4所示

13、，则关于小车在此种情况下的运动，下列描述正确的是(　　) 图4 A．小车匀速向左运动 B．小车可能突然向左加速运动 C．小车可能突然向左减速运动 D．小车可能突然向右减速运动 答案　BD 解析　若车原来向左匀速运动，突然开始向左加速运动，碗随车开始向左加速，根据牛顿第一定律可知，碗中水由于惯性仍保持原来的匀速运动状态，水相对于碗向右运动，水向右洒出，选项A错误，B正确；若车突然向左减速运动，碗随车一起开始减速，根据牛顿第一定律可知，水由于惯性，仍保持向左的匀速运动，水相对于碗向左运动，水向左洒出，选项C错误．若车原来向右匀速运动，突然向右减速运动，碗随车开始向右减速，根据牛顿

14、第一定律可知，水由于惯性仍要保持向右的匀速运动状态，水相对于碗向右运动，水将向右洒出，选项D正确． 1.(伽利略的理想实验)(多选)如图5所示是伽利略的“理想实验”，根据该实验，下列说法正确的是(　　) 图5 A．该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据 B．该实验是理想实验，是在思维中进行的，无真实的实验基础，故其结果并不可信 C．该实验充分证实了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的结论 D．该实验说明物体的运动不需要力来维持 答案　AD 解析　该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据，故A正确；虽然是借助想象的实验，但是它建立在可靠的实验基础上，其结果

15、是可信的，故B错误；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，而是改变物体运动状态的原因，故C错误，D正确． 2．(牛顿第一定律)(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，是不受任何外力的结果 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，选项A正确；不受外力作用时，物体总保持匀速直线运动状态或静止状态不变，

16、选项B正确；牛顿第一定律还揭示了力与运动的关系，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，是由于受到摩擦力的作用而改变了其运动状态；奔跑的运动员，遇到障碍被绊倒，是因为他受到外力作用而改变了运动状态，选项C错误，D正确． 3．(对惯性的理解)(多选)关于惯性的大小，下列说法错误的是(　　) A．两个质量相同的物体，在阻力相同的情况下，速度大的不容易停下来，所以速度大的物体惯性大 B．两个物体的质量相同，惯性就一定相同 C．推动地面上静止的物体比维持这个物体做匀速运动所需的力大，所以静止的物体惯性大 D．在月球上举重比在地球上容易，所以

17、同一个物体在月球上比在地球上惯性小 答案　ACD 解析　惯性的大小只与物体的质量有关，与其他因素无关，质量相同的物体惯性相同，A错误，B正确；推动静止的物体比维持这个物体做匀速运动所需的力大，是由于最大静摩擦力大于滑动摩擦力，不是由于静止的物体惯性大，实际上静止时与运动时物体的惯性相同，C错误；同一物体的质量不变，在月球上和地球上惯性一样大，D错误． 4．(惯性的应用)对于一些实际生活中的现象，某同学试图从惯性角度加以解释，其中正确的是(　　) A．采用了大功率的发动机后，某些一级方程式赛车的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度，这表明：可以通过科学进步使小质量的物体获得大惯性 B

18、．“强弩之末，势不能穿鲁缟”，这表明强弩的惯性减小了 C．货运列车运行到不同的车站时，经常要摘下或加挂一些车厢，这会改变它的惯性 D．自行车转弯时，车手一方面要适当地控制速度，另一方面要将身体稍微向里倾斜，这是为了通过调控人和车的惯性达到安全行驶的目的 答案　C 解析　惯性是物体的固有属性，大小只与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，与其他任何因素均无关，故A、B错误；摘下或加挂一些车厢，改变了质量，从而改变了惯性，故C正确；人和车的质量不变，则其惯性不变，故D错误． 考点一　伽利略的理想实验及物理学史 1．(多选)科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用．下列说

19、法符合历史事实的是(　　) 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：一旦物体具有一定的速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去 C．笛卡儿指出：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　BCD 解析　亚里士多德认为物体的运动需要力来维持，A错误；伽利略通过“理想实验”得出：一旦物体具有某一速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去，B正确；笛卡儿指出：如果运动中的物体没有受到力的作用，它

20、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；由牛顿第一定律知，D正确． 2．(多选)17世纪，意大利物理学家伽利略根据斜面实验指出：在水平面上运动的物体之所以会停下来，是因为受到摩擦阻力，你认为下列说法正确的是(　　) 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，故其结果是荒谬的 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．该实验证实了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的结论 D．伽利略认为力不是维持物体运动的原因 答案　BD 3．伽利略推翻了已在欧洲流行近两千年的亚里士多德关

21、于力和运动的观点，开启了物理学发展的新纪元．以下说法中正确的是(　　) A．两物体从同一高度静止下落，不计空气阻力，较轻的物体下落慢 B．用力推车车前进，撤去推力车就停下来，说明运动需要力来维持 C．一个运动的物体，如果不再受力了，它总会逐渐停下来，这说明静止状态才是物体长时间不受力时的“自然状态” D．一个物体维持匀速直线运动，不需要力 答案　D 考点二　对牛顿第一定律的理解 4．(多选)下列关于牛顿第一定律的说法中正确的是(　　) A．物体保持静止状态，它所受合外力一定为零 B．物体所受合外力为零时，它一定处于静止状态 C．物体处于匀速直线运动状态时，它所受的合外力可能

22、是零，也可能不是零 D．物体所受合外力为零时，它可能做匀速直线运动，也可能是静止的 答案　AD 解析　物体处于静止状态或匀速直线运动状态时，它受到的合外力一定为零，A正确，C错误；所受合外力为零时，物体可能处于静止状态或匀速直线运动状态，B错误，D正确． 5．关于牛顿第一定律的下列说法中，正确的是(　　) A．牛顿第一定律是以伽利略的理想实验为基础的，因此可用实验来直接验证 B．牛顿第一定律中提出的物体不受外力作用的条件是不可能达到的，所以这条定律可能是错误的 C．牛顿第一定律实际上是伽利略一个人的研究成果 D．牛顿第一定律是在大量实验事实的基础上，通过进一步推理而概括总结出来

23、的 答案　D 6．(2018·黄冈市期末)远在春秋战国时期(公元前770年至前221年)，我国杰出学者墨子认为：“力，刑之所以奋也”．“刑”同“形”，即物体；“奋”，即开始运动或运动加快，对墨子这句关于力和运动观点的理解，下列说法不正确的是(　　) A．墨子认为力是改变物体运动状态的原因 B．墨子认为力是使物体产生加速度的原因 C．此观点与亚里士多德关于力和运动的观点基本相同 D．此观点与牛顿关于力和运动的观点基本相同 答案　C 解析　由题意可知“力，刑之所以奋也”这句话的意思是：力能使物体由静止开始运动，或使运动的物体运动得越来越快．这句话反映出力是改变物体运动状态的原因，故

24、与亚里士多德关于力和运动的观点不相同，故本题应选C. 7．一装有水的碗置于火车车厢内的水平桌面上．当火车向右做匀减速运动时，水面形状接近图(　　) 答案　A 解析　火车向右做匀减速运动，由于惯性，水具有保持原来运动状态的性质，即继续向右运动，导致右侧水面高于左侧水面，故A正确． 8．如图1，水平桌面上有一光滑的木块，木块上表面水平，木块上有一光滑小球，快速向右推动木块，小球可能落在桌面上的(　　) 图1 A．A点 B．B点 C．O点 D．无法确定 答案　C 解析　小球在水平方向上不受摩擦力的作用，所以水平方向的运动状态不变，在重力的作用下，小球落在O点．故选C. 9

25、．如图2所示，在一辆上表面光滑的小车上，有质量分别为m1、m2的两个小球随车一起匀速运动，当车突然停止时，如不考虑其他阻力，设车足够长，则(　　) 图2 A．若m1m2，则两个小球一定相碰 D．两个小球一定不相碰 答案　D 解析　小车上表面光滑，因此两小球在水平方向上没有受到外力的作用．原来两个小球与小车具有相同的速度，当车突然停止运动时，由于惯性，两个小球的速度不变，所以不会相碰(与质量大小无关)，故D正确． 10．如图3所示，一个劈形物体A，各面均光滑，放在固定的斜面上，A的上表面水平，在A的

26、上表面上放一光滑的小球B，劈形物体A从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是(　　) 图3 A．沿斜面向下的直线　　　　　 B．竖直向下的直线 C．无规则曲线 D．抛物线 答案　B 解析　小球原来静止时受重力和支持力作用，其合力为零．当劈形物体A由静止释放，A应沿斜面下滑，故B也将运动，运动状态就要发生改变，但由于惯性，小球原来速度为零，而小球又光滑，除竖直方向受力外，其他方向上不受力，因为力是使物体运动状态改变的原因，故小球只能在竖直方向上运动，在碰到斜面之前，运动轨迹应为一条直线，即竖直向下的直线，故选B. 考点三　惯性的理解与应用 11．下列关于惯性的说法正确的是

27、(　　) A．质量越大，物体的惯性越大 B．物体的运动状态改变了，则惯性大小随之变化 C．惯性是物体在匀速直线运动或静止时才表现出来的性质 D．由于子弹的速度越大，其杀伤力就越大，所以子弹的惯性大小与其速度大小有关 答案　A 解析　物体在任何状态下均有惯性，并且物体惯性的大小只与质量有关，和物体的速度无关，A正确，B、C、D错误． 12．(2019·杭州市高一第一学期期末模拟)火车在长直水平轨道上匀速行驶．门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起，发现仍落回到车上原处．这是因为(　　) A．人跳起后，车厢内空气给他向前的力，带着他随同火车一起向前运动 B．人跳起的瞬间，车厢的地板给他一

28、个向前的力，推动他随同火车一起向前运动 C．人跳起后，车在继续向前运动，所以人落下后必定偏后一些，只是由于时间很短，偏后距离太小，不明显而已 D．人跳起后直到落地，在水平方向上人和车具有相同的速度 答案　D 13．对下列现象解释正确的是(　　) A．在一定拉力作用下，车沿水平面匀速前进，没有这个拉力，小车就会停下来，所以力是维持物体运动的原因 B．向上抛出的物体由于惯性，所以向上运动，以后由于重力作用，惯性变小，所以速度也越来越小 C．急刹车时，车上的乘客由于惯性一样大，所以都会向前倾倒 D．质量大的物体运动状态不容易改变是由于物体的质量越大，惯性就越大 答案　D 解析　在

29、一定拉力作用下，车沿水平面匀速前进，说明拉力与摩擦力平衡，没有这个拉力，小车就会逐渐停下来，是由于受到摩擦力作用，故A错误；惯性大小的唯一量度是质量，与速度大小无关，质量越大，惯性越大，运动状态越难改变，故B错误，D正确；急刹车时，车上的乘客由于惯性，所以都会向前倾倒，但惯性的大小与质量有关，不同的乘客质量不一定相等，故惯性不一定同样大，故C错误． 14．(2019·豫南九校高一第一学期期末联考)关于物体的惯性，下列有关说法正确的是(　　) A．物体抵抗运动状态变化的性质是惯性 B．已知月球上的重力加速度是地球上的，故一个物体从地球移到月球惯性减小为原来的 C．同一物体运动越快越难停止

30、运动，说明物体的速度越大，其惯性越大 D．巨轮惯性很大，施力于巨轮，经过很长一段时间后惯性变小 答案　A 解析　惯性是指物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，所以物体抵抗运动状态变化的性质是惯性，其大小仅与物体的质量有关，与物体的运动状态及是否受力无关，A正确，C、D错误；在月球上和在地球上，重力加速度的大小不一样，同一物体所受的重力大小也就不一样了，但质量不变，惯性也不变，B错误． 15．(多选)小轩很喜欢爸爸新买的数码照相机，在旅途中拍下了直线行驶的火车内桌面上塑料杯不同瞬间的状态，如图4中的甲、乙、丙所示．则下列关于火车运动状态的判断可能正确的是(　　) 图4

31、 A．甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向左加速，丙图中火车突然向左减速 B．甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向右加速，丙图中火车突然向左加速 C．甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向右减速，丙图中火车突然向右加速 D．甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向左加速，丙图中火车突然向右减速 答案　AC 解析　题图甲中，塑料杯相对于桌面的位置没有发生改变，因此它们的运动状态是相同的，说明此时火车可能在匀速运动，题图乙中，塑料杯向右倾倒，说明火车突然向左加速(或向右减速)，因为火车突然向左加速时，塑料杯的下部由于摩擦也随着加速，而上部由于惯性仍保持原来的运动状态，所以才会向右倾倒，火车向右减速时的情形也可用类似的方法解释；题图丙中，塑料杯向左倾倒，说明火车突然向左减速(或向右加速)，因为火车突然向左减速时，塑料杯的下部由于摩擦也随着减速，而上部由于惯性仍保持原来的运动状态，所以才会向左倾倒，火车向右加速时的情形也可用类似的方法解释．所以，题图甲中火车可能在匀速运动，题图乙中火车突然向左加速(或向右减速)，题图丙中火车突然向左减速(或向右加速)，选项A、C正确． 12