高中1 牛顿第一定律学案设计

2020-2021学年高一物理同步讲义（新教材人教A版必修第一册）

第四章 运动和力的关系

4.1 牛顿第一定律

一、知识点归纳

知识点一、对牛顿第一定律的理解

1．伽利略理想实验的方法和意义

2.物体运动状态的变化

当物体的速度发生变化时，则这个物体的运动状态发生了变化．物体的运动状态变化有以下三种情况：

(1)速度的方向不变，只有大小改变．

(2)速度的大小不变，只有方向改变．

(3)速度的大小和方向都发生改变．

3．对牛顿第一定律的理解

知识点二、对惯性的理解和应用

1．惯性与质量

(1)惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性．

(2)质量是物体惯性大小的唯一量度，质量越大，惯性越大．

2．惯性与力

(1)惯性不是力，而是物体本身固有的一种性质，始终具有且与外界条件无关；力只有在物体间相互作用时才有，离开了物体就无所谓力．因此说“物体受到了惯性作用”“产生了惯性”“受到惯性力”等都是错误的．

(2)力是改变物体运动状态的原因，惯性是维持物体运动状态的原因．对同一物体，力越大，运动状态越易改变；惯性越大，运动状态越难改变．

(3)惯性与物体的受力情况无关．惯性与力的区别可由下表反映

3.惯性与速度

(1)速度是表示物体运动快慢的物理量，惯性是物体本身固有的属性．

(2)一切物体都具有惯性，和物体是否有速度及速度的大小无关．

二、题型分析

题型一  对伽利略理想实验的理解

【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，如图所示的斜面实验，其中有一个是实验事实，其余是推论．

①减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度．

②两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面．

③如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度．

④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成一水平面，小球要沿水平面永远运动下去．

请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列______________________________

(只要填写序号即可)．

在上述的设想步骤中，有的属于可靠的事实，有的则是理想化的推论．下列关于事实和推论的分类正确的是(　　)

A．①是事实，②③④是推论                 B．②是事实，①③④是推论

C．③是事实，①②④是推论                 D．④是事实，①②③是推论

【方法总结】

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【变式1】．(2019-2020学年·平谷期末)牛顿第一定律是建立在理想斜面实验基础上，经抽象分析推理得出的结论，它不是实验定律。利用如图所示的装置做如下实验：小球从左侧斜面上的O点由静止释放后沿斜面向下运动，并沿水平面滑动。水平面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材料时，小球沿水平面滑动到的最远位置依次为1、2、3。根据三次实验结果的对比，可以得到的最直接的结论是(　　)

A．如果小球不受力，它将一直保持匀速运动或静止状态

B．如果小球受到力的作用，它的运动状态将发生改变

C．如果水平面光滑，小球将沿着水平面一直运动下去

D．小球受到的力一定时，质量越大，它的加速度越小

题型二 对牛顿第一定律的理解

【例2】(2019-2020学年·醴陵高一期末)关于牛顿第一定律，下列说法中正确的是(　　)

A．牛顿第一定律是利用逻辑思维对事物进行分析的产物，不可能用实验直接证明

B．不受力作用的物体是不存在的，故牛顿第一定律的建立毫无意义

C．牛顿第一定律表明，物体只有在不受外力作用时才具有惯性

D．牛顿第一定律表明，物体只有在静止或做匀速直线运动时才具有惯性

【规律总结】

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【变式1】．(2019-2020学年·北京学业考试)中国古代科技取得了辉煌的成就，在很多方面走在世界前列．例如春秋战国时期，墨家的代表人物墨翟在《墨经》中，就已对力做了比较科学的阐述：“力，刑(形)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．下列说法中，与墨翟对力的阐述最接近的是(　　)

A．力是维持物体运动的原因                B．力是物体位移变化的原因

C．力是物体位置变化的原因                D．力是物体运动状态改变的原因

【变式2】．(多选)(2019-2020学年·郑州高一检测)关于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，是由于没有外力维持木块运动

D．飞跑的运动员遇到障碍而被绊倒，这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态

题型三 对惯性的理解

【例3】(2019-2020学年·湖南邵阳学业水平考试)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，它们的惯性的大小一定相同

【归纳总结】

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【变式】下列说法中正确的是(　　)

A．惯性是物体只有在匀速运动或静止时才表现出来的性质

B．物体的惯性是指物体不受外力作用时保持匀速直线运动状态或静止状态的性质

C．物体不受外力作用时，保持匀速直线运动状态或静止状态，有惯性；受到外力作用时，不能保持匀速直线运动状态或静止状态，因此无惯性

D．惯性是物体的属性，与物体的运动状态和是否受力均无关

题型四 应用牛顿第一定律分析问题

【例4】(多选)在水平路面上有一辆匀速行驶的小车，车上固定着盛满水的碗．若突然发现碗中的水向右洒出，如右图所示，则关于小车在此种情况下的运动，下列描述正确的是(　　)

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

【规律总结】

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【变式】(2019-2020学年·河南月考)如图所示，在一辆表面光滑的小车上，有质量分别为m1和m2的两个小球(m1>m2)随车一起匀速运动．当车突然停止时，如不考虑其他阻力，设车无限长，则两个小球(　　)

A．一定相碰   B．一定不相碰

C．不一定相碰 D．难以确定

三．课堂检测

1．(2019-2020学年·渝中校级期末)下列关于惯性的说法中正确的是(　　)

A．物体惯性的大小仅由质量决定，与物体的运动状态和受力情况无关

B．物体加速度越大，说明它的速度改变的越快，因此加速度越大的物体惯性越小

C．行驶的火车速度大，刹车后向前运动距离长，这说明物体速度越大，惯性越大

D．做自由落体运动的物体处于完全失重状态，因此做自由落体运动的物体无惯性

2．根据牛顿第一定律，下列说法不正确的是(　　)

A．运动员冲刺到终点后，不能马上停下来，还要向前跑一段距离

B．自行车紧急刹车，轮子不转了，车子还会向前滑动

C．地球由西向东转，我们向上跳起后，还落到原地

D．气球吊着物体上升，某时刻绳子突然断了，物体立刻相对于地面向下运动

3．(2019-2020学年·嘉定高一模拟)下列关于惯性的说法正确的是(　　)

A．跳远运动员可通过助跑来增大惯性

B．汽车匀速运动时惯性小，急刹车时惯性大

C．匀速前进的火车上，由于惯性，原地向上起跳的乘客将落在起跳点

D．向东行驶的汽车突然刹车，由于惯性，乘客会向西倾倒

4．(多选)(2019-2020学年·沂水期末)关于古代先贤们对力与运动关系的探究史实，下列说法正确的是(　　)

A．亚里士多德根据直接经验得出物体的运动需要有力来维持

B．伽利略认为在水平面上运动的物体之所以会停下来是由于受到摩擦力的作用

C．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

D．牛顿提出了惯性定律，用实验直接验证了不受力的物体会保持匀速直线运动状态或静止状态

5．(多选)17世纪，意大利物理学家伽利略根据实验指出：在水平面上运动的球之所以会停下来，是因为受到摩擦阻力，表面越光滑，球会运动得越远．这里的实验是指伽利略所做的斜面实验，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”的错误概念

D．该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据

四、课后提升作业

1.伽利略创造的把实验、假设和逻辑推理相结合的科学方法，有力地促进了人类科学认识的发展．利用如图所示的装置做如下实验：小球从左侧斜面上的O点由静止释放后沿斜面向下运动，并沿右侧斜面上升．斜面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材料时，小球沿右侧斜面上升到的最高位置依次为1、2、3.根据三次实验结果的对比，可以得到的最直接的结论是(　　)

A．如果斜面光滑，小球将上升到与O点等高的位置

B．如果小球不受力，它将一直保持匀速运动或静止状态

C．如果小球受到力的作用，它的运动状态将发生改变

D．小球受到的力一定时，质量越大，它的加速度越小

2．(2019-2020学年·浙江高一模拟)伽利略研究变速运动规律时做了著名的“斜面实验”：他测量了铜球在较小倾角斜面上运动的位移和时间，发现位移与时间的平方成正比，增大斜面倾角，该规律仍然成立．于是，他外推到倾角为90°的情况，得出结论(　　)

A．自由落体运动是一种匀变速直线运动        B．力是使物体产生加速度的原因

C．力不是维持物体运动的原因                D．物体具有保持原来运动状态的惯性

3．围绕“力与运动”的关系的认识与研究人类经历了漫长的历史时期，下列叙述不符合历史事实的是(　　)

A．亚里士多德根据“用力推车，车子前进，停止用力，车子就停下来”这一现象，提出了力是维持物体运动的原因

B．亚里士多德在分析“推车问题”时，只强调了推力，而忽视了摩擦力的作用，因而得到了错误的结论

C．伽利略用自己设计的理想实验，观察到了没有摩擦力的作用时小球就可以以恒定的速度运动下去，从而推翻了力是维持物体运动的原因的错误结论

D．伽利略的理想实验虽然是假想实验，无法完成，但由此得到的结论是可靠的

4.(2019-2020学年·江苏高一月考)中华民族的优秀文化博大精深，其中古典诗词是优秀文化的代表，从物理角度看古诗词会发现别有一番韵味．下面四句诗词中涉及惯性知识的是(　　)

A．明代冯梦龙的《醒世恒言》中“临崖立马收缰晚，船到江心补漏迟”

B．毛泽东的《长征》中“红军不怕远征难，万水千山只等闲”

C．唐代高骈的《山亭夏日》中“水晶帘动微风起，满架蔷薇一院香”

D．唐代李白的《望天门山》中“两岸青山相对出，孤帆一片日边来”

5．(2019-2020学年·泉州期末)关于牛顿第一定律的理解，下列说法中正确的是(　　)

A．物体受到的外力越大时惯性越小

B．物体运动状态发生变化时必定受到外力的作用

C．物体不受外力作用时一定处于静止状态

D．在水平地面上滑动的物体最终要停下来，是因为没有外力来维持

7．(2019-2020学年·吉林长春高一测试)对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．这表明通过科学手段能使小质量的物体获得大的惯性

B．射出枪膛的子弹在运动相当长一段距离后连一件棉衣也穿不透，这表明它的惯性小了

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．摩托车转弯时，车手一方面要控制适当的速度，另一方面要将身体稍微向里倾斜，通过调控人和车的惯性达到安全行驶的目的

9．(2019-2020学年·西藏拉萨高一期中)关于物体的惯性，下列说法中正确的是(　　)

A．骑自行车的人，上坡前要紧蹬几下，是为了增大惯性冲上坡

B．子弹从枪膛中射出后，在空中飞行速度逐渐减小，因此惯性也减小

C．宇航员在绕地球飞行的宇宙飞船中，可以“飘来飘去”，是因为他的惯性消失了

D．做自由落体运动的小球，速度越来越大，但惯性不变

10．(2019-2020学年·阜阳期末)如图，在车厢中的A是用绳拴在底部上的氢气球，B是用绳挂在车厢顶的金属球，开始时它们和车顶一起向右做匀速直线运动，若忽然刹车使车向右做匀减速运动．则下列哪个图能正确表示刹车期间车内的情况(　　)

11．(2019-2020学年·贵阳一模)我国已成为世界上高铁商业运营速度最快的国家．一乘客在一列匀加速直线行驶的“复兴号”车厢里相对车厢以一定的速度竖直向上抛出一个小球，则小球(　　)

A．在最高点对地速度最大

B．在最高点对地速度为零

C．抛出时车厢速度越大，落点位置离乘客越远

D．落点位置与抛出时车厢的速度大小无关

12.下面是摘自上个世纪美国报纸上的一篇小文章：阿波罗登月火箭在脱离地球飞向月球的过程中，飞船内宇航员通过无线电与在家中上小学的儿子汤姆通话．宇航员：“汤姆，我们现在已关闭火箭上所有推动机，正向月球飞去．”汤姆：“你们关闭了所有推动机，那么靠什么力量推动火箭向前运动？”宇航员犹豫了半天，说：“我想大概是伽利略在推动飞船向前运动吧．”若不计星球对火箭的作用力，由上述材料可知下列说法错误的是(　　)

A．汤姆问话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因”

B．宇航员答话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因”

C．宇航员答话所体现的物理思想是“物体运动不需要力来维持”

D．宇航员答话的真实意思是火箭正在依靠惯性飞行

13.做匀速直线运动的小车上水平放置一密闭的装有水的瓶子，瓶内有一气泡，如图所示．当小车突然停止运动时，气泡相对于瓶子怎样运动(　　)

A．向前             B．向后               C．不动            D．无法判断

14（多选）.(2019-2020学年·济南外国语高一月考)如图所示，重球系于绳DC下端，重球下再系一根同样的绳BA，下列说法正确的是(　　)

A．在绳的A端缓慢增加拉力，结果CD绳先断

B．在绳的A端缓慢增加拉力，结果AB绳先断

C．在绳的A端突然猛一拉，结果AB绳先断

D．在绳的A端突然猛一拉，结果CD绳先断

15.(2019-2020学年·徐州高一检测)在列车的车厢内，有一个自来水龙头C.第一段时间内，水滴落在水龙头的正下方B点，第二段时间内，水滴落在B点的右方A点，如图所示．那么列车可能的运动是(　　)

A．先静止，后向右做加速运动                   B．先做匀速运动，后做加速运动

C．先做匀速运动，后做减速运动                 D．上述三种情况都有可能

16.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一种理想状态，从而来揭示自然现象本质的假想实验．为了说明运动和力的关系，伽利略设计了如图所示的理想实验．

(1)关于伽利略的这个理想实验，下列说法正确的是(　　)

A．“小球沿斜面向下运动后，沿斜面向上运动，会越来越慢”，这是可靠的事实

B．“小球沿斜面向下运动后，沿斜面向上运动，会越来越慢”，这是合理外推的理想状态

C．“若摩擦可以忽略不计，小球最终会达到与左侧同样的高度”，这是揭示自然现象的本质

D．“如果右侧斜面变成水平面，并且没有任何阻力，小球将达不到原来的高度，就应永远运动下去”，这是揭示自然现象的本质

(2)伽利略的理想实验否定了亚里士多德关于运动和力关系的错误认识．亚里士多德的认识是____________________________________________________________________________________________.