2019-2020学年高中物理 第5章 研究力和运动的关系 1 牛顿第一定律学案 沪科版必修1

牛顿第一定律1.了解力是改变物体运动状态的原因2.了解牛顿第一运动定律，并能用牛顿第一定律解释生活中的有关问题(重点)3了解惯性概念，知道惯性是物体的固有属性，知道质量是物体惯性大小的量度(重点)一、重新习惯地球上的生活航天员回到地球上所谈的感受中蕴含着一个深刻的物理道理，那就是运动和力的关系二、伽利略的实验和牛顿的总结1伽利略的实验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，直到外力迫使它改变运动状态为止(2)意义：揭示了力和运动的关系，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1伽利略斜面实验虽具有实验的特点但不是真实的实验，是理想实验，由此得到的结论可靠吗，为什么？提示：可靠伽利略的斜面实验是建立在可靠的事实基础上的，以事实为依据，以抽象为指导，抓住主要因素，忽略次要因素，从而深刻地揭示了自然规律三、惯性有大小吗1惯性是物体的固有属性，与物体的受力情况及运动情况无关2质量是物体惯性大小的唯一量度质量越大，物体的惯性越大，物体的运动状态越难改变2如图所示，当用铅笔猛击纸条时，纸条离开桌面，而钢笔帽依然竖立在桌上未倒为什么？提示：纸条对钢笔帽的摩擦力作用时间很短，钢笔帽因惯性而保持原有的静止状态对牛顿第一定律的理解学生用书p631惯性的概念定律的前半句话“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”揭示了物体所具有的一个重要的属性惯性，即物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质，牛顿第一定律指出一切物体在任何情况下都具有惯性2力的含义定律的后半句话“直到有外力迫使它改变这种运动状态为止”，这句话指明了力的作用效果，即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，这一点明确了力与运动的关系3牛顿第一定律的得出牛顿第一定律是由理想实验加以科学推理得到的，但是由它得出的一切结论都经受了广泛、严谨的实验检验，证明结论是正确的4物体运动状态的变化即物体运动速度的变化，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)速度的大小和方向同时发生改变(1)牛顿第一定律所描述的是物体不受外力时的状态，与物体所受合外力为零是等效的(2)牛顿第一定律不是实验定律，它是在理想实验的基础上总结得出的(多选)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的结果d飞跑的运动员，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思路点拨 解此题的关键是正确理解力和运动的关系解析牛顿第一定律描述的是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运动状态，c错误，d正确答案abd关于牛顿第一定律的问题的注意事项(1)力是改变物体运动状态的原因是指合外力不为零时，物体运动状态发生改变但力与速度的大小、方向之间没有必然的关系(2)物体不受力或物体所受合外力为零时，物体运动状态不发生改变 1.(多选)关于牛顿第一定律的理解，正确的是()a牛顿第一定律只是揭示了物体具有惯性，因此也叫惯性定律b牛顿第一定律描述物体不受外力作用时的运动规律，故物体不受力时才有惯性c牛顿第一定律既揭示了物体不受外力作用时的运动规律，又揭示了运动状态改变的原因d在任何情况下，物体都有惯性解析：选cd.牛顿第一定律既揭示了力和运动的关系，也揭示了物体具有惯性，故不能认为牛顿第一定律只揭示了物体具有惯性，故a项错误；一切物体都有惯性，物体的运动不需要力来维持，惯性是物体固有的属性，物体不论处于什么状态，都有惯性，与是否受力无关，故b项错误，d项正确；牛顿第一定律既揭示了物体不受外力作用时的运动规律，又揭示了力是改变物体运动状态的原因，故c项正确对惯性的理解学生用书p63要点理解“惯性”的本质惯性是物体的固有属性一切物体在任何时刻、任何情况下都具有惯性与物体的受力情况和运动情况无关“惯性”与“第一定律”的区别牛顿第一定律是研究物体在不受外力作用时如何运动的问题，是一条运动定律，它指出了“物体保持匀速直线运动状态或静止状态”的原因而惯性是“物体具有保持原来的匀速直线运动状态或静止状态”的特性；两者完全不同“惯性”与“力”的区别(1)物理意义不同：惯性是指物体具有保持静止状态或匀速直线运动状态的性质；而力是指物体对物体的作用惯性是物体本身的属性，始终具有这种性质，与外界条件无关；力则只有物体与物体发生相互作用时才有，离开了物体就无所谓力(2)构成的要素不同：惯性只有大小，没有方向和作用点，而大小也没有具体数值，无单位；力是由大小、方向和作用点三要素构成，它的大小有具体的数值，单位是牛顿(3)惯性是保持物体运动状态不变的性质；力的作用则是改变物体的运动状态“惯性”与“外力作用”的关系物体原来具有某个速度，则惯性力图使其继续保持这一速度，但力图保持与能否保持则是不同的当物体受到合外力为零时，物体可保持这个速度，当物体所受合外力不为零时，物体运动状态就发生了变化物体的惯性和外力作用这一对矛盾的对立统一，形成了宏观物体的形形色色的各种复杂的运动如果没有外力，物体也就没有复杂多样的运动形式；如果没有惯性，物体的运动状态改变不需要力的作用下列说法中正确的是()a掷出的铅球速度不大，所以其惯性很小，可以用手去接b用力打出的乒乓球速度很大，因此其惯性很大，不能用手去接c相同的两辆车，速度大的比速度小的难以停下，是因为速度大的车惯性大d相同的两辆车，速度大的比速度小的难以停下，是因为速度大的车运动状态变化大思路点拨 物体具有总保持原来的静止状态或匀速直线运动状态的性质，即惯性比较惯性大小，由质量确定解析因为惯性的大小仅由质量来决定，铅球质量很大，其惯性大，尽管速度不大，但是运动状态很难改变，故不能用手接乒乓球则与其相反，运动状态容易改变，尽管速度很大，也可以用手去接，所以选项a、b是错误的由c选项知，两辆相同的车应具有相同的惯性，至于为什么初速度大的物体运动的时间会长一些，应该这样理解：由于两物体所受的摩擦力相同，物体做减速运动的加速度大小相同，相同时间内速度的变化相同，初速度大的运动时间就长，但其运动状态改变的难易程度是相同的由此可见，c选项说法是错误的，两物体的惯性一样大答案d惯性是物体的固有属性，其大小与质量有关，与是否运动或是否受力无关 2.下列关于惯性的说法中正确的是()a静止的物体有惯性，外力使它运动起来以后，惯性就被克服了b运动的物体有惯性，外力使它停止以后惯性就被克服了c物体运动状态改变时才有惯性d惯性是物体的固有属性，不随运动状态变化而变化解析：选d.惯性是物体的固有属性，不随运动状态变化而变化，故d正确，c错误，有外力作用，物体运动状态发生改变，但运动状态改变不等于惯性的改变，“克服惯性”“惯性消失”说法是错误的，故a、b错误惯性在生活中的应用学生用书p64卡车或拖拉机的后面，常挂有拖车当拖车装满了货物后，质量很大，惯性也很大汽车紧急刹车时，如果刹车装置在车头，前面的机车停住了，而后面的拖车由于惯性却仍按原来的速度往前冲，在短时间内将产生巨大的破坏力，甚至造成翻车事故在实践中，人们找到一个借助拖车惯性进行刹车的方法，如图所示，试解释其惯性刹车的原理思路点拨 解释其惯性刹车原理，关键要弄清楚惯性刹车的结构解析如题图所示，在机车与拖车的连接处装上惯性刹车装置，也就是在连杆ab上套装一个弹簧，这个弹簧可以固定在拖车上的滑道c里滑动当车头向前加速时，连杆利用顶在前面的挡圈把滑道向前拉，牵引拖车前进，当车辆紧急刹车时，ab杆突然停止牵引，可是拖车由于惯性还向前冲，滑道也随着向前运动，使弹簧迅速被压缩，这样一来，一起拉动后面的两个曲杆旋转，曲杆又带动装在后轮上的制动器，制动器动作，就会把拖车刹住这种利用拖车惯性的制动不仅灵敏而且可靠答案见解析“生活处处有物理”，只要用心就会发现更多的惯性在日常生活和生产中的应用 3.在水平路面上有一辆匀速行驶的小车，车上固定一盛满水的碗现突然发现碗中的水洒出，水洒出的情况如图所示，请描述小车的运动情况并说明理由解析：原来水和小车相对静止以共同速度运动，水突然向右洒出有两种可能：原来小车向左运动，突然加速，碗中水由于惯性保持原速度不变，故相对碗向右洒出；原来小车向右运动，突然减速，碗中水由于惯性保持原速度不变，相对碗向右洒出答案：见解析随堂检测学生用书p651如图所示，理想实验有时更能深刻地反映自然规律，伽利略设想的理想实验中的几个主要步骤如下：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如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面做持续的匀速运动在上述步骤中，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是事实，是推论b是事实，是推论c是事实，是推论d是事实，是推论解析：选b.对于对接的斜面，小球从一个斜面滚下将滚上另一个斜面，这是人所共知的事实，即是事实；而在实际中，光滑的斜面是不存在的，因此是推论2(多选)下列说法中正确的是()a在一条直线上运动的物体，其运动状态一定不变b在圆周上运动的物体，其运动状态一定改变c物体的运动状态不变，物体一定做直线运动d物体的运动状态发生了变化，物体一定做变速运动解析：选bd.运动状态变化即速度大小或方向变化，加速度不为零3下列说法正确的是()a力是使物体惯性改变的原因b静止的火车启动时速度变化较慢，是因为物体静止时惯性大c乒乓球可快速被抽杀，是因为乒乓球的惯性小d物体静止时没有惯性，只有始终保持运动状态才有惯性解析：选c.力是改变物体运动状态的原因，力不能改变惯性，故a错误；惯性大小与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，与速度无关，故b错误；乒乓球的质量较小，所以惯性较小，故c正确；惯性大小的量度是质量，与速度无关，故d错误4有一仪器中电路如图所示，其中m是质量较大的一个金属块，两端与弹簧相连接将仪器固定在一辆汽车上，当汽车启动时，哪只灯亮？当汽车急刹车时，哪只灯亮？为什么？解析：当汽车启动时，汽车的速度变大了，而金属块由于惯性，将保持原来的静止状态，从而使绿灯所在的电路被接通，所以启动时绿灯亮；急刹车时，汽车的速度变小了，而金属块由于惯性，将保持原来的速度运动，从而使红灯所在的电路被接通，所以急刹车时红灯亮当汽车匀速行驶时，弹簧将使金属块复位，两灯均不亮答案：当汽车启动时，绿灯亮当汽车急刹车时，红灯亮原因见解析 课时作业学生用书p129(单独成册)一、单项选择题1伽利略的理想斜面实验说明()a一切物体都具有惯性b亚里士多德的运动和力的关系的观点是错误的c力是维持物体运动的原因d力是改变物体运动状态的原因解析：选b.伽利略理想斜面实验中斜面放平后，球将永远运动下去，说明物体的运动不是力来维持的，故而推翻了亚里士多德的观点，故b正确c与实验结论相反显然错误但实验并没进一步说明力的作用是改变物体运动状态，也没有指出物体永远运动下去的原因是由于惯性，故a、d错，故选b.2下列说法正确的是()a静止的物体或匀速直线运动的物体一定不受外力作用b当物体的速度等于零时，物体一定处于平衡状态c当物体的运动状态改变时，物体一定受到外力作用d物体运动的方向一定是物体所受合外力的方向解析：选c.静止的物体或匀速直线运动的物体可以是不受外力作用的物体，也可以是受合外力为零的物体，故选项a错误；物体的瞬时速度为零，不能说物体处于静止状态，也不能说物体处于平衡状态，因为速度为零而加速度不为零时物体受到了不为零的合外力作用，并没有处于平衡状态，选项b错误；当物体的运动状态变化时，一定受到了力的作用，但合外力方向不一定与运动方向相同，故选项c正确，d错误3下列关于惯性的说法中正确的是()a物体只有静止或做匀速直线运动时才有惯性b物体只有受外力作用时才有惯性c物体的运动速度大时惯性大d物体在任何情况下都有惯性解析：选d.惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性，与物体的运动状态及受力情况无关，故只有d项正确4人从行驶的汽车上跳下来后容易()a向汽车行驶的方向跌倒b向汽车行驶的反方向跌倒c向汽车右侧跌倒d向汽车左侧跌倒解析：选a.人跳下后，脚部受到摩擦力的作用，停止运动，身体上部由于惯性，仍以原车速前进，因此向车行驶方向跌倒5下列说法正确的是()a牛顿第一定律是科学家凭空想象出来的，没有实验依据b牛顿第一定律无法用实验直接验证，因此是不成立的c理想实验的思维方法与质点概念的建立一样，都是一种科学抽象的思维方法d由牛顿第一定律可知，静止的物体一定不受外力作用解析：选c.牛顿第一定律是在理想实验的基础上经过合理推理，总结出来的，但无法用实验来验证，故a、b错误；理想实验的思维方法与质点概念的建立相同，都是突出主要因素，忽略次要因素的科学抽象的思维方法，故c正确；物体静止时不受外力或所受合外力为零，故d错误6如图所示，一个劈形物体m，各面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在上表面放一个光滑小球m.劈形物体由静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是()a沿斜面向下的直线b竖直向下的直线c无规则的曲线d抛物线解析：选b.对小球进行受力分析可知，小球在与斜面相碰之前，受到重力和m的支持力，而这两个力都在竖直方向上，水平方向上小球并没有受到力的作用，故水平方向上小球不会有运动发生，所以其轨迹为竖直向下的直线二、多项选择题7下列关于惯性的分析，正确的是()a战斗机在空战时，甩掉副油箱是为了减小惯性，提高飞行的灵活性b高速公路上要限速，是因为车速越大惯性越大c机床安装在笨重的底座上，是为了增大惯性，提高稳定性d坦克车制造的很重，是为了增大惯性，提高行驶的平稳度解析：选ac.战斗机甩掉副油箱，减小了质量，惯性减小，提高了飞行的灵活性，a对；惯性大小与速度无关，b错；机床与底座连成一体，质量大，惯性大，更稳定，c对；坦克车装甲厚重，是为了提高抗炮击能力，d错8由牛顿第一定律可知()a物体的运动是依靠惯性来维持的b力停止作用后，物体的运动就不能维持c物体做变速运动时，一定有外力作用d力是改变物体惯性的原因解析：选ac.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做惯性，由于惯性的存在物体才保持原来的运动状态，a对；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，b错；当物体做变速运动时，运动状态发生了改变，一定有外力作用，c对；惯性是物体的固有属性，不因为力而发生改变，d错9一辆汽车在路面情况相同的公路上直线行驶，下面关于车速、惯性、质量和滑行路程的讨论，正确的是()a车速越大，它的惯性越大b质量越大，它的惯性越大c车速越大，刹车后滑行的路程越长d车速越小，刹车后滑行的路程越短，所以惯性越小解析：选bc.惯性只与质量有关，与物体的速度大小无关，故选项a、d错误，选项b正确；汽车质量不变，车速越大，刹车后滑行的路程越长，故选项c正确10.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解析：选bc.水滴下落时，水平方向保持原来的速度，若车匀速运动，车的水平位移与水滴的水平位移相同，则落在b点；若车向左加速运动，则水滴仍保持下落时的水平速度，而车的水平位移增大，故水滴可落在a处；同理，车向右减速运动，水滴也会落在a处故选bc.11在静止的列车上，有两个注满水的容器，容器中分别用细线系着铁球和乒乓球，在列车启动的过程中，小球所处状态表示正确的是(图中箭头表示启动方向)(