高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第1节 牛顿第一运动定律学案及答案

这是一份高中物理鲁科版 (2019)必修 第一册第1节 牛顿第一运动定律学案及答案，共11页。

知识点一 力与运动的关系
1．亚里士多德的观点：有外力的作用时物体才能运动，要维持物体的运动就需要外力。
2．伽利略设计了理想的斜面实验
(1)现象：当小球沿光滑斜面从左侧某一高度滚下时，无论右侧斜面的坡度如何，它都会沿斜面上升到与出发点几乎等高的地方。
(2)结论：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．笛卡儿的观点：若无其他原因，运动物体将继续以原来的速度沿直线运动。
4．运动状态：速度是描述物体运动状态的物理量，运动状态的改变是指速度的改变。
5．力和运动的关系：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。
伽利略理想实验中的“理想”指的是什么？
提示：斜面光滑，水平面无限长。
1：思考辨析(正确的画√，错误的打×)
(1)亚里士多德认为力是维持物体运动的原因。(√)
(2)笛卡儿认为物体的运动状态不需力来维持。(√)
(3)伽利略的理想实验说明了力是维持物体运动的原因。(×)
知识点二 牛顿第一运动定律及其意义
1．内容：一切物体总保持匀速直线运动或静止状态，除非有外力迫使它改变这种状态。
2．意义
(1)指出了物体不受力(或所受合外力为零)时的运动状态是静止或匀速直线运动状态。
(2)指出了一切物体都具有保持原有运动状态不变的性质。
(3)明确了力的作用效果，即力是改变物体运动状态的原因。
3．惯性
(1)定义：任何物体都有保持静止或匀速直线运动状态不变的属性。
(2)大小：质量是描述物体惯性大小的物理量。物体的质量大，惯性大；质量小，惯性小。
(3)惯性的大小体现在运动状态改变的难易程度上，和物体是否受力，是否运动无关。
惯性是物体的固有属性，与物体是否受力无关，与物体的运动状态及所在的地理位置均无关。
2：思考辨析(正确的画√，错误的打×)
(1)牛顿第一运动定律是可以通过实验验证的。(×)
(2)牛顿认为力的真正效应总是改变物体的速度，而不仅仅是使之运动。(×)
(3)牛顿第一运动定律说明一切物体都具有惯性。(√)
考点1 伽利略理想实验
关于伽利略理想斜面实验，思考下列说法的正确性并指明原因。
(1)伽利略的理想斜面实验无法完成是因为当时条件落后，以现在的条件，这个实验是可以实现的。
(2)伽利略的理想斜面实验是假想的实验，无法完成，因此得到的结论不可靠。
提示：(1)伽利略的理想实验是将可靠的事实和理论推理结合起来，此实验是不可能完成的。
(2)伽利略的理想斜面实验虽然不能完成，但依据实验事实，借助抽象思维，具有科学性，得到的结论也是可靠的。
1．理想实验
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下：
(1)操作过程：让小球沿光滑斜面从左侧某一高度滚下。
(2)实验现象：无论右侧斜面坡度如何，它都会沿斜面上升到与出发点几乎等高的地方。
(3)实验结论：斜面的倾角越小，小球运动到同一高度所经历的路程越远，当斜面倾角逐渐减小到0时，右侧变为水平面，小球将为了达到那个永远无法达到的高度而一直运动下去。
2．伽利略理想实验的意义
(1)研究方法：伽利略的理想实验将可靠的事实和理论推理结合起来，即采用“可靠事实＋抽象思维＋科学推理”的方法推翻了亚里士多德的观点，初步揭示了运动和力的正确关系。
(2)历史意义：第一次确立了实验在物理学中的地位。
【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，下面是关于该实验被打乱的步骤：
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如图所示为两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面。
③如果两个斜面是光滑的，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，最后使它成为水平面，小球要沿水平面做持续的匀速直线运动。
(1)请将上述理想实验的步骤按照正确的顺序排列________(只填写序号即可)。
(2)在上述的理想实验步骤中，有的是可靠的实验事实，有的则是理想化的推论，则步骤②属于________。
[解析] 伽利略设计了一个理想实验的步骤是：先在两个对接的斜面上，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面；如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度；接着减小第二个斜面的倾角，小球在这斜面上仍然要达到原来的高度；继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成为水平面，小球要沿水平面做匀速直线运动。故实验步骤是②③①④，并且步骤②属于实验事实。
[答案] (1)②③①④ (2)实验事实
eq \([跟进训练])
1．关于伽利略的“理想实验”，下列说法正确的是( )
A．该实验是理想实验，无真实的实验基础，故无意义
B．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
C．该实验说明了物体的运动不需要力来维持
D．随着科技的进步，这个实验可以验证
C [理想实验是将可靠事实和科学推理结合起来，得到理想条件下的结果，虽然不能在现实中完成，但是结论依然是可靠的，A错误；此实验说明了物体在不受外力作用时将保持匀速直线运动，即物体的运动不需要力来维持，B错误，C正确；此实验是理想实验，无法真实存在，D错误。]
考点2 牛顿第一定律及其意义
如图所示，让一个小车从同一斜面上滑下，水平面上分别放置毛巾、木板和玻璃板，水平面与斜面平滑连接。仔细观察实验现象。
(1)实验观察到什么现象，说明了什么问题？
(2)如果没有摩擦力的作用，小车将会怎样运动呢？
(3)以上实验揭示了力和运动之间是什么关系？
提示：(1)水平面越光滑，小车滑动的距离越远。说明摩擦力是阻碍物体运动的原因。
(2)如果没有摩擦力的作用，小车将永远运动下去。
(3)力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。
对牛顿第一定律的面面认识
1．一切：说明牛顿第一定律适用于任何物体，没有范围限制。
2．没有受外力作用包含两种情况：
(1)物体不受任何力的作用，一种理想状态；
(2)物体所受合外力为零。
3．总：指在成立条件下结果是确定的，没有例外。
4．或：指两种状态必居其一，是选择的意思，不能同时存在，物体只能处于两种状态中的一种。
5．定律揭示的规律：
(1)物体本身有保持原来运动状态的属性，不受力是保持原来运动状态不变的原因之一。
(2)要改变物体的运动状态，必须有力作用于物体。
(3)力的作用不是维持运动，而是改变运动状态。
6．不能用实验证明，只能在实验基础上通过科学推理得到。
【典例2】 对于牛顿第一定律的看法，下列观点正确的是( )
A．验证牛顿第一定律的实验可以做出来，所以惯性定律是正确的
B．验证牛顿第一定律的实验做不出来，所以此定律不能肯定是正确的
C．验证牛顿第一定律的实验做不出来，但可以经过在实验的基础上，进一步科学推理得出牛顿第一定律
D．验证牛顿第一定律的实验虽然现在做不出来，但总有一天可以用实验来验证
C [牛顿第一定律是在实验的基础上进一步推理总结出来的，不可能直接做出来，但实验是将可靠事实和科学推理结合起来，得到理想条件下的结果，虽然不能在现实中完成，但是结论依然是可靠的。所以C正确，A、B、D错误。]
牛顿第一定律应用技巧
(1)力与运动之间的关系：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。
(2)如果物体的运动状态发生改变，则物体必然受到不为零的合力作用，所以根据物体的运动状态分析物体所受合力是否为零。
eq \([跟进训练])
2．根据牛顿第一定律，下列说法中正确的是( )
A．人只有在静止的车厢内，竖直向上高高跳起后，才会落到车厢原来的位置
B．人在沿直线匀速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方
C．人在沿直线加速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方
D．人在沿直线减速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方
C [依据牛顿第一定律可知，人竖直跳起离开车厢瞬间，人与车在水平方向上的速度相同。如果车子静止或做匀速直线运动，则人都将落回原地；如果车加速前进，则在相同时间内人的水平位移比车子的水平位移小，故人会落在起跳点的后方；反之，如果车子减速前进，则在相同时间内人的水平位移将比车子的水平位移大，故人会落在起跳点的前方，故C正确。]
考点3 对惯性的理解和应用
先进的生产工具可以大大提高生产效率，节省人力物力。
在谷物的收割和脱粒过程中，小石子、草屑等杂物很容易和谷物混在一起。另外，谷还有瘪粒。为了将它们分离，农民常用一种叫作“风谷”的农具分选。
(1)为什么小石子、草屑等杂物和谷物都能脱离传送带飞出？
(2)此农具分选的原理根据是什么？
提示：(1)由于惯性，它们都能脱离传送带飞出。
(2)分选原理是：石子、实谷粒、草屑和瘪粒飞出时初速度基本相同，但由于质量不同，它们受到相同阻力时速度变化快慢不同，质量大的速度变化慢，质量小的速度变化快。草屑和瘪粒速度变化得快，故落点近；小石子速度变化得最慢，故落点最远。
1．惯性现象的“一只”“二有”“三区别”
(1)“一只”：惯性的大小只跟物体的质量有关。
(2)“二有”：惯性是一切物体固有的属性；物体在任何情况下都有惯性。
(3)“三区别”：惯性与第一定律的区别；惯性与力的区别；惯性与速度的区别。
2．惯性与力的关系
(1)惯性不是力，而是物体本身固有的一种性质，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。力越大，运动状态改变越快；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。
3．惯性与速度的关系
(1)惯性与运动状态无关，不论物体是处于怎样的运动状态，惯性总是存在的，当物体静止时，它一直“想”保持这种静止状态；当物体运动时，它一直“想”以那一时刻的速度做匀速直线运动。
(2)一切物体都有惯性，和物体是否有速度及速度的大小均无关。
4．惯性的“两表现”
(1)不受外力的条件下，惯性表现出“保持”“原来的”运动状态。
(2)在受力条件下，惯性表现出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。
【典例3】 如图所示是一种汽车安全带控制装置示意图。当汽车处于静止或匀速直线运动时，刹车摆锤竖直悬挂，锁棒水平，棘轮可以自由转动，安全带能被拉动。当汽车突然刹车时，摆锤由于惯性绕轴摆动，使得锁棒锁定棘轮的转动，安全带不能被拉动。若摆锤从图中实线位置摆到虚线位置，汽车的可能运动方向和运动状态是( )
A．向右行驶、匀速直线运动
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
思路点拨：
C [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A、B错误；由图可知摆锤向右摆动，可知摆锤具有水平向左的加速度，故汽车加速度向左，汽车可能向左加速或向右减速，故C正确，D错误。]
利用惯性解释现象的方法
(1)明确研究的物体原来处于怎样的运动状态。
(2)当外力作用在该物体的某一部分(或外力作用在与该物体有关联的其他物体上)时，分析这一部分的运动状态的变化情况。
(3)该物体由于惯性保持怎样的运动状态，判断最后会出现什么现象。
eq \([跟进训练])
3．我国《道路交通安全法》中规定各种小型车辆前排乘坐的人(包括司机)必须系好安全带。从物理知识的角度看，这是因为( )
A．系好安全带可以减小人的惯性
B．系好安全带可以增大人的惯性
C．系好安全带可以减小或防止因人的惯性而造成的伤害
D．系好安全带可以让人更加舒适
C [质量是决定惯性大小的唯一因素，人的质量不变，惯性大小不变，A、B错误；安全带系在人身上，对人有一定的作用力，可以改变人的运动状态，所以系好安全带可以减小或防止因人的惯性而造成的伤害，C正确，D错误。]
1．下列对运动的认识不正确的是( )
A．亚里士多德认为物体的自然状态是静止的，只有当它受到力的作用时才会运动
B．伽利略认为力不是维持物体运动的原因
C．牛顿认为力的效果是改变物体的速度
D．伽利略根据理想实验推导出，如果没有摩擦，在水平面上的物体一旦具有某一个速度，将保持这个速度永远运动下去
A [运动是物体的自然属性，并不需要力来维持，故A项错误，B项正确；力产生的效果是改变物体的运动状态，即改变速度，故C项正确；如果物体不受外力，则其运动状态不变，即速度不变，故D项正确。]
2．以下几种情况中，不需要对物体施加力的是( )
A．物体从静止变为运动
B．物体从运动变为静止
C．物体的运动方向不断改变
D．物体的速度大小和运动方向都不改变
D [物体从静止变为运动，从运动变为静止，表明物体的速度大小变化；物体的运动方向不断改变，表明物体的速度方向变化。力是使物体速度发生变化的原因，所以，物体的速度发生变化，一定受到力的作用。故选D。]
3．下列说法中正确的是( )
A．静止或匀速直线运动的物体一定不受外力的作用
B．战斗机在战斗前丢掉副油箱，目的是减小惯性
C．从高处下落的玻璃杯比低处下落的玻璃杯容易碎，是因为前者惯性比较大
D．物体运动状态改变的难易程度取决于速度的大小
B [物体处于静止状态或匀速直线运动状态也可能是因为受到的合外力为零，选项A错误；战斗机为了提高作战的灵活性，战斗前丢掉副油箱，从而减小飞机的质量，减小飞机的惯性，增加飞机的机动性，选项B正确；从高处下落的玻璃杯比低处下落的玻璃杯容易碎，是因为从高处下落的玻璃杯受到的冲击力大，所以容易碎，惯性大小取决于玻璃杯的质量，选项C错误；对于运动的物体，惯性表现为运动状态改变的难易，选项D错误。]
4．(新情境题：以气球上升为背景，考查牛顿第一定律)如图所示，物体B在气球A的带动下匀速上升，运动到某一时刻，连接A、B的绳子断了，关于A、B后来的运动情况，下列判断正确的是(不考虑空气阻力)
(1)B是否立即下落？请描述B的运动情况。
(2)绳子断后A是否仍是匀速上升？请描述A的运动情况。
[解析] (1)否。物体B与A整体匀速上升，气球的浮力与总重力等大反向；绳子断后，B由于惯性仍有向上的速度，在重力作用下，B将先减速上升再加速下落。
(2)否。绳子断后，A受浮力大于其重力，合力方向向上，所以A的运动状态发生变化做变速运动。
[答案] 见解析
回归本节知识，自我完成以下问题：
1伽利略通过理想斜面实验得出的力与运动的关系是怎样的？
提示：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。
2牛顿第一定律的内容是什么？
提示：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非有外力迫使它改变这种状态。
3物体惯性的大小由什么因素决定？
提示：物体的质量。
核心素养
学习目标
物理观念
知道牛顿第一定律的内容，了解惯性的含义。会解释一些相关的问题。
科学思维
理解科学推理方法及其意义，能对相关动力学问题进行分析和推理，具有质疑和创新意识。
科学探究
学会根据理想实验的条件，结合现行器材，探究实验结果的正确性并进行讨论，能交流探究过程及结果。
科学态度与责任
通过伽利略、牛顿等相关史实，能认识到物理学研究是不断完善的，坚持实事求是，激发学习与探究兴趣。