新人教版高中物理必修第一册1：4.1牛顿第一定律

第四章运动和力的关系1.牛顿第一定律1.了解牛顿第一定律的建立过程。2.理解牛顿第一定律的内容和意义。3.了解什么是惯性，能解释有关现象。学习目标对力与运动关系的认识过程比较漫长,把下列代表人物与其观点对应连线。知识梳理一、力与运动的关系【思考】东汉王充在《论衡·状留篇》中记述了球的运动:“圆物投之于地,东西南北,无之不可,策杖叩动,才微辄停”,由此可见力与运动关系如何?提示:运动状态的改变需要受到力的作用。

二、牛顿第一定律1.牛顿第一定律:一切物体总保持_____________状态或_____状态,除非作用在它上面的力____________________。2.惯性:物体具有保持原来_____________状态或_____状态的性质叫惯性。牛顿第一定律也叫作_____定律。匀速直线运动静止迫使它改变这种状态匀速直线运动静止惯性【思考】“秋风萧萧,落叶匆匆”,轻微的“秋风”可以“扫落叶”,为什么不能“扫汽车”。三、惯性与质量提示:落叶质量小,惯性小,运动状态容易改变;汽车质量大,惯性大,运动状态不容易改变。

1.惯性的表现:___________________________。2.惯性概念口诀:“物体有惯性,不论动与静。惯性是属性,大小质量定。”由此可知,___是物体惯性大小的唯一量度(选填:①压强②重力③速度④加速度⑤质量⑥温度)。物体运动状态改变的难易程度⑤一科学探究——理想实验的魅力1.实验目的:研究力和运动的关系。2.设计思路:(1)实验方法:理想实验法。课堂探究(2)让小球从第一个斜面由静止滚下,冲上第二个斜面。(3)如果没有摩擦,小球将上升到原来释放时的高度。(4)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。(5)当第二个斜面放平时,小球将永远运动下去。3.结论:力不是维持物体运动的原因。【思考】探究力和运动的关系时,小球从同一高度还是不同高度滑下,为什么?提示:同一高度,因为这样能使小球到达水平面时具有相同的速度。

例1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,其中有一个是经验事实,其余是推论。如图所示,小球运动至斜面最低点时,没有速度损失。①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。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,最后使它成水平面,小球要沿水平面做持续的匀速运动。

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。下列对理想实验各步骤顺序的排列以及关于事实和推论的分类正确的是(

)A.顺序②①③④,①是事实,②③④是推论B.顺序②③①④,②是事实,①③④是推论C.顺序③②①④,③是事实,①②④是推论D.顺序③①②④,④是事实,①②③是推论【解题探究】(1)实验步骤中,哪些是经验事实?哪些是推论?(2)伽利略的斜面实验为什么称为理想实验?提示:②是经验事实,①③④是推论。提示:实验结果无法用实际的实验进行验证,但得出的结论是对客观世界的反映。【解析】选B。伽利略的理想实验是以经验事实为基础,设想实验步骤和过程,运用分析推理得出结论的。之所以称之为理想实验,是因为实验的结果是无法用实际的实验进行验证的。但是,分析推理的过程是合乎逻辑的,是严密的,是对实际过程的科学抽象,因此得出的结论是对客观世界真实的反映。本题实验的四个步骤中,只有②是经验事实,其余都是推理,实验步骤的正确顺序为②③①④。分类正确的选项是B项。故选B。【跟踪练习】1.通过对例1中的实验分析,我们可以得到的最直接的结论是(

)A.自然界的一切物体都具有惯性B.如果小球受到力的作用,其运动状态将发生改变C.小球所受的力一定时,质量越大,它的加速度越小D.光滑水平面上运动的小球,运动状态的维持不需要外力

【解析】选D。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不符合题意;如果小球受到力的作用,其运动状态将发生改变,这是牛顿总结得出的,B不符合题意;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,C不符合题意;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,D符合题意。2.(多选)对典例1中的理想实验,爱因斯坦对于伽利略的工作给予了高度的评价:伽利略的发现以及他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,而且标志着物理学的真正开始。伽利略对自由落体运动的研究,是科学实验和逻辑思维的完美结合,如图所示,可大致表示其实验和思维的过程,对这一过程的分析,下列说法正确的是(

)A.其中的甲、乙图是实验现象,丁图是经过合理外推得到的结论B.其中的丁图是实验现象,甲图是经过合理外推得到的结论C.运用甲图实验,可“冲淡”重力的作用,更方便进行实验测量D.运用丁图实验,可“放大”重力的作用,从而使实验现象更明显【解析】选A、C。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,由于“冲淡”重力的作用,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A、C正确,B、D错误。3.17世纪,意大利物理学家伽利略根据“伽利略斜面实验”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.该实验不能作为牛顿第一定律的实验依据【解析】选B。伽利略的斜面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,推理得出的结论,所以A错误,B正确;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,C错误;牛顿总结了前人的经验,指出了物体运动的原因,即牛顿第一定律,D错误。4.理想实验是科学研究中的一种重要方法,它把可靠事实和合理的推理相结合,可以深刻地揭示自然规律。以下实验中属于理想实验的是(

)A.平行四边形法则的科学探究B.伽利略设想的对接光滑斜面实验C.用打点计时器测物体的加速度D.利用刻度尺的落体运动,测定人的反应时间的小实验【解析】选B。平行四边形法则的科学探究属于等效替代,A错误;伽利略的斜面实验,抓住主要因素,忽略了次要因素,从而更深刻地反映了自然规律,属于理想实验,B正确;用打点计时器测物体的加速度是在实验室进行,是实际实验,故C错误;利用自由落体运动测定反应时间是实际进行的实验,不是理想实验,故D错误。二牛顿第一定律1.物体运动状态改变的三种情况:(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改变。2.牛顿第一定律的意义——揭示了力和运动的关系:(1)物体的固有属性是保持原有运动状态:物体若不受力,它将保持匀速直线运动状态或者保持静止状态。(2)力是改变物体运动状态的原因:只有受到力的作用,物体的运动状态才会改变,即产生加速度。【思考】火车在某段东西方向水平轨道上匀速行驶,某时刻发现杯子向西倾倒,火车可能如何运动? (模型建构)提示:可能向东加速,也可能向西减速。例2(多选)关于牛顿第一定律,下列说法中正确的是(

)A.牛顿第一定律又叫惯性定律B.牛顿第一定律说明一切物体都有惯性C.牛顿第一定律是通过大量实验总结出来的实验结论D.牛顿第一定律说明力可以改变物体的运动状态ABD【解析】牛顿第一定律说明一切物体都具有保持速度不变的性质,故又叫惯性定律,A正确;牛顿第一定律揭示了一切物体都具有惯性,惯性是物体的固有属性,B正确;牛顿第一定律是在实验的基础上进一步推理概括出来的科学理论,而不是直接通过实验得出的,C错误;牛顿第一定律告诉我们,一切物体都有保持原来速度不变的性质,力不是维持物体运动的原因,力是改变物体运动状态的原因,故D正确。

注意关于牛顿第一定律的三点注意(1)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出来的。(2)牛顿第一定律所描述的是物体不受外力作用时的状态,与物体所受合力为零是等效的。(3)牛顿第一定律只适用于惯性参考系中的运动,在非惯性参考系中不适用。(惯性参考系是指以相对地面静止或匀速直线运动的物体作为参考,简称惯性系)【跟踪练习】1.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【解析】选D。根据题意可以知道:“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,故与力是改变物体运动状态的原因相接近,所以D正确,A、B、C错误。2.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,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B【解析】物体在不受力的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态,A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,又揭示了运动状态改变的原因,B正确;惯性是物体的固有属性,惯性大小只与质量有关,与物体是否受力等无关,C错误;牛顿第一定律反映了惯性大小以及力是改变物体运动状态的原因,故D错误。3.如图所示,小球A静止放在小车的光滑底板上(设小车底板足够长),当小车受到水平向右的力F作用时,小车从静止开始在水平面上做加速直线运动,则小球A相对于地面的运动情况是(

)A.做匀速直线运动B.处于静止状态C.做与小车同方向速度越来越大的直线运动D.做与小车反方向速度越来越大的直线运动B【解析】对小球受力分析可知,车内的小球只受竖直方向的重力和支持力,这两个力是一对平衡力,小球所受合外力为零,所以无论小车如何运动,小球相对于地面仍然处于静止状态,本题只有B正确。2.关于牛顿第一定律,下列说法正确的是 (

)A.牛顿第一定律可以用实验直接验证B.由于不受力的物体不存在,因此牛顿第一定律没有实际意义C.牛顿第一定律就是惯性D.当物体受到的外力为零时,物体可能做匀速直线运动【解析】牛顿第一定律是在实验的基础上推理概括出来的科学理论,而不是直接通过实验得出的,但它符合物理规律,故有一定的物理意义,A、B错误;牛顿第一定律是描述运动和力的关系的定律,惯性是物体的性质,C错误;由牛顿第一定律的内容可知D正确。D三惯性与质量1.惯性的“三性”:普遍性一切物体都有惯性,惯性是物体的固有属性相关性惯性仅与质量有关唯一性质量是物体惯性大小的唯一量度2.惯性与惯性定律:惯性惯性定律基本含义物体本身固有的一种属性物体运动的规律(牛顿第一定律)理解要点①与是否运动无关,与速度大小无关②与是否受力无关③与所在位置无关④只与质量有关①无法用实验直接验证,它所描述的是一种理想状态,即不受力的状态②当物体所受合力为0时,其效果跟不受力作用相同,但“所受合力为0”不能说成“不受力作用”与力的关系①无关②惯性不是一种特殊的力强调了力的作用效果——改变运动状态(产生加速度)【思考】正在匀速行驶的校车,发现前方有车祸,立即紧急刹车。学生没有系安全带,为什么会向前方倾倒?提示:紧急刹车,校车很快停下来,但学生上半身因惯性还向前运动,故学生在没有系安全带的情况下,会向前倾倒。例3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.“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.摩托车转弯时,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,这是通过调控人和车的惯性达到安全行驶的目的【解析】选C。惯性是物体的固有属性,大小与物体的质量有关,质量越大,惯性越大,与其他任何因素无关,故A、B错误;摘下或加挂一些车厢,改变了质量,从而改变惯性,C正确;人和车的质量不变,则其惯性不变,D错误。【跟踪练习】1.打水漂是人类最古老的游戏之一(如图),仅需要一块小瓦片,在手上呈水平放置后,用力水平飞出,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(

)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【解析】选D。惯性是物体本身具有的一种性质,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、飞行距离无关,故A、B、C错误,D正确。2.如图所示,在一辆表面光滑且足够长的小车上,有质量为m1和m2的两个小球(m1>m2),两个小球随车一起运动,当车突然停止运动时,若不考虑其他阻力,则两个小球(

)A.一定相碰B.不一定相碰C.一定不相碰 D.无法确定C【解析】车停止前,两个小球和小车一起做匀速直线运动,并且两个小球和小车具有共同的速度,当小车突然停止时,由于小球在光滑接触面上,因此两个小球由于惯性,还要保持原来大小不变的速度做匀速直线运动,由于两球的速度相同,相等时间内通过的距离相等,因此两个小球间的距离不变,一定不会相碰。故选C。1.在匀速行驶的火车车厢内,有人在A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.一定落在A处 B.可能落在A点前方C.可能落在A点后方 D.以上都有可能A课堂达标【