人教版 (2019)必修 第一册1 牛顿第一定律学案

这是一份人教版 (2019)必修 第一册1 牛顿第一定律学案，共13页。

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第1节　牛顿第一定律
学习目标
核心素养形成脉络
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，会解释有关的惯性现象。
4．会用牛顿第一定律定性分析问题。

[]《#优^化方案》%@~教辅[]


一、理想实验的魅力 []~《%优化方案》^教&辅#[]
1．亚里士多德的观点：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。即力是维持物体运动的原因。
2．伽利略的观点
(1)理想实验：让小球沿第一个斜面从静止状态开始向下运动，然后冲上第二个斜面，如果没有摩擦，小球上升的高度与释放时的高度相同。减小第二个斜面的倾角，小球滚动的距离增大。
科学推论：当将第二个斜面放平时，小球将会永远运动下去。
(2)结论：力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、牛顿第一定律 []@*202&2版新教~材教#辅[]
1．牛顿第一定律：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．力和运动的关系：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。
3．不受力的物体是不存在的。牛顿第一定律所描述的状态是一种理想状态。它是利用逻辑思维进行分析的产物，不能用实验直接验证。 []&《优@化#方案》*教辅%[]
三、惯性与质量
1．惯性：物体具有的保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质就叫惯性。
2．惯性的量度：描述物体惯性的物理量是它的质量。质量是物体惯性大小的唯一量度。
3．质量只有大小，没有方向，是标量，符号是m，国际单位制中，质量的单位是千克，符号是kg。

1．判断下列说法是否正确。
(1)伽利略理想斜面实验是不科学的假想实验。(　　)
(2)理想实验所得到的结论是不可靠的。(　　)
(3)伽利略的“理想实验＋科学推论”的方法是一种科学方法。(　　)
(4)物体只有处于静止状态或匀速直线运动状态时才有惯性。(　　)
(5)物体运动速度越大，惯性越大。(　　)
(6)力无法改变物体的惯性。(　　) []~2022^版*新教&%材教辅[]
提示：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√
2．(2020·天津高二学业考试)《中华人民共和国道路交通安全法》规定，机动车行驶时，驾驶人、乘坐人员应当按规定使用安全带，这是因为使用安全带可以(　　)
A．减小人的惯性
B．减小车的惯性 []《优%化~方@案&》教辅[^]
C．增大人的惯性
D．减小因惯性造成的伤害
解析：选D。惯性只与质量有关，故使用安全带不能改变惯性，但可以减小因惯性造成的伤害，故D正确，A、B、C错误。

探究一　对牛顿第一定律的理解

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？
[要点提示]　(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。 []2~^022&版%新教材教辅*[]

1．伽利略理想实验

(1)“科学推理”的方法
实验事实：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。
推理1：如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度。
推理2：减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍要达到原来的高度。
推理3：继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成为水平面，小球将沿水平面永远运动下去。
实验结论：力不是维持物体运动的原因。
(2)意义：伽利略在理想实验中所应用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，它标志着物理学的真正开端，使人类对自然的认识由经验型转变为科学理论型。伽利略对科学的贡献就在于推翻直觉的观点而用新的观点代替它。 []《^~优化%方案》#教辅@[]
2．运动状态
当物体的速度发生变化时，这个物体的运动状态即发生了变化。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。 []《优@%化方^~案》*教辅[]
3．对牛顿第一定律的理解

　下列关于牛顿第一定律的说法正确的是(　　)
A．由牛顿第一定律可知，物体在任何情况下始终处于静止或匀速直线运动状态
B．牛顿第一定律是反映物体惯性大小的，因此它也叫惯性定律
C．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律，因此物体只在不受外力时才有惯性 []%&《优化方案》~教辅[*^]
D．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
[解析]　物体只有不受外力或者所受合外力为0时，才能处于静止状态或匀速直线运动状态，故A错误；牛顿第一定律反映了物体具有惯性这种性质，因此它也叫惯性定律，故B错误；牛顿第一定律反映了力是改变物体运动状态的原因，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错误；牛顿第一定律既揭示了物体保持原有运动状态的原因——惯性，又揭示了运动状态改变的原因——力，故D正确。
[答案]　D []20^~&2@2版新教材#教辅[]
[针对训练1]　(2020·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
解析：选D。由题意可知，“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，即力起到了改变物体运动状态的作用，与力是改变物体运动状态的原因相接近，故D正确，A、B、C错误。 []《优#化方^%案》&教辅[~]
探究二　惯性的理解和应用

1．公路上奔驰的汽车，速度越大，刹车时停下来所用的时间越长，这能说明速度越大惯性越大吗？

2．以相同速度冲向你的乒乓球和铅球，你敢接吗？

[要点提示]　1.质量是惯性大小的唯一量度，质量越大，运动状态越难改变。由v＝2ax知，刹车位移和初速度的二次方成正比，汽车速度越大，刹车位移越长，但是汽车质量不变，惯性不变。
2．乒乓球可接，因为乒乓球的质量小，惯性小；铅球不敢接，因为铅球的质量大，惯性大。

1．惯性与质量 []*20~^2&2版新教%材教辅[]
(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：

惯性
力
物理意义
物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质
物体间的相互作用
存在条件
是物体本身的固有属性，始终具有，与外界条件无关
力只有在物体间发生相互作用时才有
量度
有大小(无具体数值，也无单位)，无方向
有大小、方向、作用点及单位
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。
　下列关于惯性的说法中正确的是(　　) []%&#《*优化方@案》教辅[]
A．物体能够保持原有运动状态的性质叫惯性 []@《优化方案》&教#~辅^[]
B．物体不受外力作用时才有惯性
C．物体静止时有惯性，一开始运动，不再保持原有的运动状态，也就失去了惯性
D．物体静止时没有惯性，只有始终保持运动状态才有惯性 []2022版新&教材^~@%教辅[]
[解析]　物体能够保持原有运动状态的性质叫惯性，惯性是物体特有的性质，跟物体的运动状态无关，所以A正确，B、C、D错误。
[答案]　A
[针对训练2]　(2020·湖南邵阳学业水平考试)关于惯性的大小，下面说法正确的是(　　)
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 []~202@2%版新*教材教辅#[]
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 []2&022~@版新*教材教辅^[]
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
解析：选D。物体的惯性只与物体的质量有关，两个质量相同的运动物体，惯性大小相等，与速度和所处位置无关，故A、B、C错误，D正确。 []20~2*2版新&教^材教@辅[]
探究三　应用牛顿第一定律分析实际问题
　 []《优化^方@&案》教辅*[%]

(2020·黑龙江大庆实验中学月考)在匀速行驶的火车车厢内，有一人从B点正上方相对车厢静止释放一个小球，不计空气阻力，则小球(　　)
A．可能落在A处 B．一定落在B处
C．可能落在C处 D．以上都有可能
[解析]　火车匀速行驶，在小球未释放前小球随车一起运动，小球的速度等于车的速度v0；在小球由静止释放后，由于惯性小球在水平方向的速度保持不变，即vx＝v0，即小球下落的过程中小球在水平方向的速度始终等于车的速度，小球一定落到B处，故B正确，A、C、D错误。
[答案]　B

1．(伽利略理想实验)伽利略对“运动和力的关系”和“自由落体运动”的研究，开创了科学实验和逻辑推理相结合的重要科学研究方法。图1、图2分别表示这两项研究中实验和逻辑推理的过程，对这两项研究，下列说法正确的是(　　)

A．图1中完全没有摩擦阻力的斜面是实际存在的，实验可实际完成
B．图1的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持
C．图2通过对自由落体运动的研究，合理外推得出小球在斜面上做匀变速运动
D．图2中先在倾角较小的斜面上进行实验，可“冲淡”重力，使时间测量更容易
解析：选D。完全没有摩擦阻力的斜面实际是不存在的，故实验不可能实际完成，故A错误；题图1的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出物体的运动不需要力来维持，故B错误；伽利略设想物体下落的速度与时间成正比，因为当时无法测量物体的瞬时速度，所以伽利略通过数学推导证明如果速度与时间成正比，那么位移与时间的平方成正比；由于当时用滴水法计算，无法记录自由落体的较短时间，伽利略设计了让铜球沿阻力很小的斜面滚下，来“冲淡”重力的作用效果，而小球在斜面上运动的加速度要比它竖直下落的加速度小得多，所用时间长得多，所以容易测量。伽利略做了上百次实验，并通过抽象思维在实验结果上做了合理外推。故C错误，D正确。 []~《&优化%方^案》教辅*[]
2．(对牛顿第一定律的理解)关于牛顿第一定律有如下说法：①牛顿第一定律是实验定律；②牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因；③牛顿第一定律和惯性的实质是相同的；④物体的运动不需要力来维持。其中正确的是(　　)
A．①② B．②④
C．①④ D．②③ []@2022#版新教%材&教辅[^]
解析：选B。牛顿第一定律是通过逻辑推理得到的，不能通过实验来验证，不是实验定律，即①错误；牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因，则②正确；惯性定律是牛顿第一定律，惯性是物体保持运动状态不变的性质，它们的实质是不同的，故③错误；牛顿第一定律说明力不是维持速度的原因，而是改变物体运动状态的原因，故④正确。
3．(应用牛顿第一定律分析实际问题)火车在长直水平轨道上匀速行驶，车厢内有一个人向上跳起，发现仍落回到车上原处，这是因为(　　)
A．人跳起后，车厢内的空气给人一个向前的力，这力使他向前运动
B．人跳起时，车厢对人有一个向前的摩擦力，这力使人向前运动
C．人跳起后，车继续向前运动，所以人下落后必定向后偏一些，只是由于时间很短，距离太小，不明显而已
D．人跳起后，人和车在水平方向的速度始终相同
解析：选D。人向上跳起，发现仍落回到车上原处，是因为在起跳前，人与车相对静止，而人具有惯性，起跳后，人与车在水平方向仍具有相同的速度，所以仍落回原处。A、B、C错误，D正确。

(限时：20分钟)
1．科学思维和科学方法是我们认识世界的基本手段。在研究和解决问题的过程中，不仅需要相应的知识，还需要运用科学的方法。理想实验有时更能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。

①两个对接的斜面，静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面；
②如果没有摩擦，小球将上升到原来释放的高度；
③减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然会达到原来的高度；
④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成为水平面，小球会沿水平面做持续的匀速运动。
通过对这个实验的分析，我们可以得到的最直接结论是(　　)
A．自然界的一切物体都具有惯性
B．光滑水平面上运动的小球，运动状态的维持并不需要外力
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
解析：选B。理想斜面实验只能说明小球具有惯性，推广到一切物体的是牛顿，A错误；伽利略通过“理想斜面实验”和科学推理，得出的结论是：力不是维持物体运动的原因，光滑水平面上运动的小球，运动状态的维持并不需要外力，B正确；如果小球受到力的作用，它的运动状态将发生改变，这是牛顿得出的，C错误；小球受到的力一定时，质量越大，它的加速度越小，这是牛顿第二定律的内容，D错误。
2．(2020·云南大理期末)关于惯性的大小，下列说法正确的是(　　)
A．物体的速度越大，其惯性就越大
B．物体的质量越大，其惯性就越大
C．物体的加速度越大，其惯性就越大
D．物体所受的合力越大，其惯性就越大
解析：选B。惯性是物体保持原来运动状态不变的性质，是物体的固有属性，惯性大小只与质量有关，质量越大惯性越大，与其他因素无关。
3．根据牛顿第一定律可知(　　)
A．力停止作用后，运动的物体就会慢慢停下来 []~&《优化方案》教%辅[^*]
B．物体在做匀速直线运动时，它才显示出惯性
C．物体运动状态改变时必定受到外力的作用
D．速度大的物体不容易停下，所以惯性与物体的速度有关
解析：选C。力停止作用后，没有受到力的作用，由于惯性，本来运动的物体要保持力撤销时刻的速度做匀速直线运动，A错误；惯性是物体的固有属性，一切物体在任何情况下都具有惯性，B错误；由于力是改变物体的运动状态的原因，物体运动状态发生改变时，必定受到外力的作用，C正确； 惯性的大小仅与质量有关，与速度无关，D错误。
4．如果正在做自由落体运动的物体的重力忽然消失，那么它的运动状态应该是(　　)
A．悬浮在空中不动
B．运动速度逐渐减小
C．做竖直向下的匀速直线运动 []《优*#化方案%》@&教辅[]
D．以上三种情况都有可能
解析：选C。做自由落体运动的物体在运动过程中只受重力作用，如果重力消失，则物体不受任何力作用，根据牛顿第一定律可得物体将做竖直方向的匀速直线运动。
5．16世纪末，伽利略用实验和推理，推翻了已在欧洲流行了近两千年的亚里士多德关于力和运动的理论，开启了物理学发展的新纪元。在以下说法中，与亚里士多德观点相反的是(　　) []2*02#%@2版~新教材教辅[]
A．四匹马拉的车比两匹马拉的车跑得快；这说明，物体受的力越大，速度就越大 []《优化方案^》*@教%辅~[]
B．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”
C．两物体从同一高度自由下落，较重的物体下落较快 []2^022版新#&*教材教%辅[]
D．一个物体维持匀速直线运动，不需要力
解析：选D。物体受的力越大，速度就越大，是亚里士多德的观点，A不符合题意；力是维持物体运动的原因，物体受力就会运动，不再受力了，它总会逐渐停下来，是亚里士多德的观点，B不符合题意；两物体从同一高度自由下落，较轻的物体下落较慢，即重物比轻物下落快，是亚里士多德的观点，C不符合题意；伽利略用实验和推理，证明了力不是维持物体运动的原因，故D符合题意。 []%《优@化方^~案》*教辅[]
6．(多选)(2020·郑州高一检测)关于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 []《^优化方案@》#&教辅~[]
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 []2~022版&*新%教材教辅@[]
解析：选ABD。牛顿第一定律描述了物体不受外力作用时的状态，即总保持匀速直线运动状态或静止状态，A、B正确；牛顿第一定律还揭示了力和运动的关系，力是改变物体运动状态的原因，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，是由于受到摩擦阻力的作用而改变了运动状态，飞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，C错误，D正确。 []@《优化方案》教#~辅[^&]
7．(2020·阜阳期末)应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入。某同学坐在列车的车厢内，列车正在前进中，桌面上有一个小球相对桌面静止，突然他发现小球开始运动。根据小球的运动，我们可以分析判断列车的运动，下列判断正确的是(　　) []《优~化方案@》教辅*#&[]
A．小球相对桌面向后运动，可知列车在匀速前进
B．小球相对桌面向后运动，可知列车在减速前进
C．小球相对桌面向前运动，可知列车在加速前进
D．小球相对桌面向前运动，可知列车在减速前进
解析：选D。小球由于惯性要保持原来的运动状态，相对于桌面向后运动，即小球相对列车向后运动，可知列车是突然加速前进的，故A、B错误；小球由于惯性要保持原来的运动状态，小球相对桌面向前运动，可知列车相对于小球向后运动，在减速前进，故C错误，D正确。
8.

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
解析：选B。因为小车表面光滑，因此，不论小车如何运动，两小球在水平方向均不受力，根据牛顿第一定律可知它们将保持匀速运动状态，又因为两球速度相等，故两球一定不会相碰。
9.

如图所示，一个劈形物体A放在斜面上，A的各个表面光滑且上表面水平，在A的上表面上放置一个小球B，由静止释放A，则小球B在碰到斜面之前的运动轨迹是(　　)
A．沿斜面向下的直线 B．竖直向下的直线
C．抛物线 D．双曲线
解析：选B。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0，没有水平或其他方向上的速度，而A的上表面又光滑，除竖直方向有合力外，其他方向上没有合力，加上力是使物体运动状态改变的原因，小球只能在竖直方向上有运动，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。 []&2022版%新教~材@教#辅[]