（人教版）必修第一册高一物理同步导学案4.1 牛顿第一定律（解析版）

第1节牛顿第一定律【知识梳理】一、对力与运动关系的认识1.亚里士多德：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。2.伽利略(1)理想实验：让小球沿斜面从静止状态开始运动，小球将“冲”上另一斜面。如果没有摩擦，小球将到达原来的高度；减小第二个斜面的倾角，小球仍将达到原来的高度，但它要运动得远些；由此推断，若将第二个斜面放平，小球将永远运动下去。如图所示。伽利略理想实验的魅力不仅体现在实验本身，更体现在实验的独特方法：在实验事实的基础上，进行合理的假设、外推。(2)结论：力不是维持物体运动的原因。3.笛卡儿：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，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。二、牛顿第一定律惯性与质量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.意义：揭示了运动与力的关系，即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.惯性：物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性。牛顿第一定律也被叫作惯性定律。4.惯性与质量：决定物体惯性大小的物理量是它的质量，质量大的物体惯性大。说明惯性大小只由质量大小决定，与其他因素无关。【方法突破】一、对牛顿第一定律的理解■方法归纳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。注意：物体做匀变速直线运动时运动状态时刻在变，关键看速度是否变化，而不是看加速度，实际上只要有加速度，物体的运动状态就改变。2.对牛顿第一定律的理解(1)力是改变物体运动状态的原因，物体受到力的作用它的运动状态就一定改变，故力是改变物体运动状态的原因。(2)牛顿第一定律描述的状态是一种理想状态，它是在伽利略理想实验的基础上加以科学推理和抽象得到的，不可能用实验直接验证，因此牛顿第一定律不是实验定律。(3)牛顿第一定律的适用范围为惯性参考系。【例1】如图所示，在一辆表面光滑的小车上，放有质量分别为m1、m2的两个球，随车一起匀速运动，当车突然停止运动，其他阻力不计，设车无限长，则两小球（）A．一定相碰 B．一定不相碰C．若m1>m2，则肯定相碰 D．若m1<m2，则一定不相碰【答案】B【解析】小车表面光滑，两个小球在水平方向上不受力的作用，根据牛顿第一定律，两球都保持原速度做匀速直线运动，它们之间的距离不会发生变化，因而它们一定不相碰，与质量的大小无关。故选B。【针对训练1】关于牛顿第一定律，下列理解正确的是（）A．牛顿第一定律是利用逻辑思维对事物进行分析的产物，不可能用实验直接验证B．牛顿第一定律反映了物体受到外力时的运动规律C．牛顿第一定律中提出的物体不受外力作用的条件是不可能达到的，所以这条定律可能是错误的D．向上抛出的物体，在向上运动的过程中，一定受到向上的作用力，否则不可能向上运动【答案】A【解析】AC．牛顿第一定律是利用逻辑思维对事物进行分析的产物，不可能用实验直接验证，A正确，C错误；B．牛顿第一定律反映了物体不受力时的运动规律，B错误；D．向上抛出的物体，由于惯性继续向上运动，D错误。故选A。二、对惯性的理解■方法归纳1.惯性的“三性”普遍性一切物体皆有惯性，惯性是物体的固有属性相关性惯性仅与物体的质量有关，与物体的受力或运动情况等无关唯一性质量是惯性大小的唯一量度2.惯性的具体表现形式(1)当物体不受外力或所受合外力为零时，惯性表现为保持原来的运动状态不变。原来静止的物体保持静止，原来运动的物体保持原来的速度继续运动。(2)当物体受到外力作用时，惯性表现为改变运动状态的难易程度，物体的惯性越大，它的运动状态越难改变。【例2】冰壶在冰面运动时可以在较长时间内保持运动速度的大小和方向不变，这种抵抗运动状态变化的“本领”，我们称之为“惯性”，则冰壶惯性的大小取决于（）A．冰壶受到的推力 B．冰壶的速度C．冰壶的质量 D．冰壶受到的阻力【答案】C【解析】质量是惯性大小的量度，则冰壶惯性的大小取决于冰壶的质量。故选C。【针对训练2】2000年国际乒联将乒乓球由小球改为大球，对此，下列说法正确的是（）A．球的质量大了，惯性大了，运动员的抽杀难度增大B．球的质量大了，惯性大了，球的运动状态更容易改变C．球的质量小了，惯性小了，球的速度更不容易变化D．球的质量小了，惯性小了，球的速度变化得更大【答案】A【解析】惯性大小只与质量有关，所以球的体积变大，则质量变大，惯性变大，球的运动状态改变难度增大，运动员的抽杀难度增大，故A正确，BCD错误。故选A。【对点检测】随堂检测1．关于伽利略理想实验，以下说法正确的是（）A．伽利略理想实验是假想的，是没有科学依据的B．伽利略理想实验是在可靠的事实基础上进行的抽象思维而创造出来的一种科学推理方法，是科学研究中的一种重要方法C．伽利略的理想实验支持了亚里士多德的观点D．现在，伽利略的斜面实验已不再是理想实验，是可以做出的实验了【答案】B【解析】AB．在伽利略研究力与运动的关系时，是在斜面实验的基础上，成功地设计了理想斜面实验，他以实际的实验为依据，抓住了客观事实的主要因素，忽略了次要因素，从而能够更深刻地揭示了自然规律因此，理想实验是实际实验的延伸，而不是实际的实验，是建立在实际事实基础上的合乎逻辑的科学推断，故B正确，A错误；C．伽利略的理想实验有利地否定了亚里士多德的观点，故C错误；D．永远也无法将摩擦力完全消除，所以这个实验无法实现，只能是理想实验，故D错误。故选B。2．飞机在迫降前应该把机载的燃油放空；消防车在跑道上喷出了一条泡沫带，下列说法中正确的是（）A．放空燃油除了防止起火爆炸，同时也增加了飞机的惯性B．放空燃油除了防止起火爆炸，同时也减小了飞机的惯性C．喷出了一条泡沫带是为了减小飞机所受的合力D．喷出了一条泡沫带是为了减小飞机所受的阻力【答案】B【解析】AB．惯性的大小只跟质量有关，质量越小，惯性越小，放空燃油除了防止起火爆炸，同时也减小了飞机的惯性，选项A错误，B正确；CD．泡沫带是给飞机降温的，没有减小飞机的合力或阻力，选项CD错误。故选B。3．下列选项是四位同学根据图中驾驶员和乘客的身体姿势，分别对向前运动的汽车运动情况作出的判断，其中正确的是（）A．汽车一定做匀加速直线运动 B．汽车一定做匀速直线运动C．汽车可能是突然加速 D．汽车可能是突然减速【答案】D【解析】由题图中乘客的身体姿势（向前倾倒）可知，汽车可能是突然减速，这是因为当汽车突然减速时，乘客的下半身随车突然减速，而上半身由于惯性还要以原来的速度前进，所以表现为向前倾倒，故选D。4．如图所示，木块放在表面粗糙的小车上并随小车一起沿桌面向左做匀加速直线运动。当小车遇障碍物而突然停止运动时，车上的木块的运动情况可能是（）A．立即停下来B．立即向左做匀减速直线运动C．木块受到的静摩檫力立即变成滑动摩檫力D．仍继续向左做匀速直线运动【答案】BC【解析】当小车遇障碍物而突然停止运动时，车上的木块由于惯性会向左倾倒或继续向左运动，若继续向左运动，则它受到的静摩擦力立即变成方向与运动方向相反的滑动摩檫力，根据牛顿第二定律可知木块将做匀减速直线运动，而不可能做匀速直线运动，故AD错误，BC正确。故选BC。课后检测1．17世纪，意大利物理学家伽利略根据斜面实验指出：在水平面上运动的物体之所以会停下来，是由于受到摩擦阻力的缘故，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．该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据【答案】BD【解析】AB．“伽利略斜面实验”是一理想实验，但是建立在真实的实验基础之上，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，选项B正确，A错误；C．该实验说明亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的结论是错误的，选项C错误；D．该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据，选项D正确。故选BD。2．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减低的材料时，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．小球受到的力一定时，质量越大，它的加速度越小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．如果斜面光滑，小球将上升到与点等高的位置【答案】D【解析】根据题意由实验得到的最直接结论是，由于在斜面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐减低的材料时，小球上升的高度逐渐增大，所以假设理想化情况下，斜面光滑，则小球将上升到与点等高的位置，所以D正确；ABC错误；故选D。3．2020年12月3日23时10分，嫦娥五号上升器3000牛顿发动机工作约6分钟，成功将携带月壤样品的上升器送入到预定环月轨道。点火起飞前，国旗带上组合体在月面国旗展开，如图所示。下列说法正确的是（）A．牛顿是基本单位B．题中的23时10分、6分钟都指时刻C．月壤样品到达地球后所受重力增大，惯性不变D．国旗带上组合体在月面国旗展开，国旗会飘扬【答案】C【解析】A．力的单位牛顿是导出单位，使质量为lkg的物体产生1m/s2加速度的力大小为1N，A错误；B．时间轴上一段是时间一点是时刻，题中的23时10分是时刻，6分钟是时间，B错误；C．质量是物体本身的一种属性，从月球到地球质量不变，惯性的大小只与质量有关，质量不变惯性不变，C正确；D．月亮表面没有大气层，国旗不会飘扬，D错误。故选C。4．在学习了牛顿第一定律后，四位同学分别列举实例提出了自己的不同认识，你认为以下四个选项中几位同学的研究结论正确的是（）A．甲同学研究从地面竖直向上跳起来的运动。地球绕着地轴自西向东自转，他发现人总是落回原处，经过思考，他认为这是因为人在空中滞留的时间太短，如果时间足够长，人应该落在跳起点的西侧B．乙同学通过观察资料片，他发现在轨道上的卫星不用火箭施加任何推力就能自行绕地球运转，他认为是惯性维持了卫星的这种运动C．丙同学通过观察发现，让一列火车停下来比让一辆汽车停下来要困难得多，他认为根本原因是列车的惯性要比汽车的惯性大D．丁同学观看战争资料片，研究飞机投弹轰炸，他认为若要炸得准确，关键是当飞机飞到目标正上方时，准确将炸弹释放【答案】C【解析】A．地球绕着地轴自西向东自转，甲同学研究从地面竖直向上跳起来的运动。人跳起时相对地面水平方向静止，由于惯性，他在起跳的这段时间内，水平方向仍然要保持相对地面静止，所以人总是要落回原处，和时间的长短并没有关系，故A错误；B．轨道上的卫星能自行绕地球运转，受到了地球的引力作用，故B错误；C．列车的惯性要比汽车的惯性大，让一列火车停下来比让一辆汽车停下来要困难得多，故C正确；D．炸弹要投得准确，必须提前释放炸弹，这样由于惯性，炸弹在水平方向保持匀速运动，飞行一段距离后才正好到达目标，故D错误。故选C。5．如图所示，某同学朝着列车行进方向坐在车厢中，水平桌面上放有一静止的小球。突然，他发现小球向后滚动，则可判断（）A．列车在刹车B．列车在做匀速直线运动C．列车在做加速直线运动D．列车的加速度在增大【答案】C【解析】小球突然向后滚动，根据牛顿第一定律可以判断列车相对小球向前做加速直线运动，但无法判断列车的加速度变化情况，故ABD错误，C正确。故选C。6．一天下着倾盆大雨，某人乘坐列车时发现，车厢的双层玻璃窗内积水了。列车进站过程中（箭头表示列车进站的方向），他发现水面的形状如选项图中的（）A． B．C． D．【答案】C【解析】列车进站做减速运动，即速度减小，由于惯性水相对玻璃窗向前运动，故C正确，ABD错误。故选C。7．大型油罐车内的油在运输过程中极易发生涌动（如图1），为了防止油涌动导致车体重心急剧变化的危害，在油罐车内部设置了一些固定挡板（如图2）。下列说法错误的是（）A．油罐车匀速向左拐弯时，油罐内的油将涌动到油罐的右侧B．油罐车在设置挡板后，减小了油的惯性，使油不容易发生涌动C．油罐车在匀速前进的过程中突然刹车，挡板可以减弱油向前剧烈涌动D．油罐车在平直道路上匀速前进时，即使没有挡油板油也几乎不会涌动【答案】B【解析】A．由于惯性油罐车匀速向左拐弯时，油罐内的油将涌动到油罐的右侧，故A正确；B．惯性取决于物体的质量，故B错误；C．油罐车在匀速前进的过程中突然刹车，由于惯性油向前剧烈涌动，设置挡板并不能改变油的惯性，但能减弱油向前剧烈涌动，故C正确；D．油罐车在平直道路上匀速前进时，由牛顿第一定律可知，即使没有挡油板油也几乎不会涌动，故D正确。本题选不正确的，故选B。8．2018年5月28日，习近平总书记在中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会上的讲话中，引用了《墨经·经上》中的名句“力，形之所以奋也”，此名句的意思是指“力是物体由静止到运动、运动到静止的原因”。下列说法正确的是（）A．物体的运动需要力来维持B．质量恒定的物体，合外力越大加速度越小C．力是改变物体运动状态的原因D．物体处于静止状态，物体的合外力一定为零【答案】CD【解析】A．物体的运动不需要力来维持，选项A错误；B．根据牛顿第二定律可知，质量恒定的物体，合外力越大加速度越大，选项B错误；C．力是改变物体运动状态的原因，选项C正确；D．物体处于静止状态，物体的合外力一定为零，选项D正确。故选CD。【提升训练】1．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，如图所示，它的分选原理是（）A．小石子质量大，飞得最远 B．草屑和瘪粒质量小，飞得最远C．草屑和瘪粒的惯性最大，飞得最近 D．空气阻力作用使它们速度变化快慢不同【答案】D【解析】石子、谷粒、草屑和瘪粒飞出时初速度基本相同，在飞行中受到空气阻力的作用，由于小石子相对谷粒、草屑和瘪粒的质量较大，速度变化慢，运动时间长，故其飞行最远，而草屑和瘪粒质量小，速度变化快，时间短，故落点近。故ABC错误；D正确。故选D。2．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，在劈形物体上表面上放一光滑小球m，劈形物体从静止开始释放，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．无规则直线 D．抛物线【答案】B【解析】由于劈形物体M各面均光滑，所以小球m在水平方向上不受力的作用，故小球m在水平方向上将保持“静止”状态；小球m在竖直方向上受到重力及物体M的支持力作用，当劈形物体从静止开始释放后，小球在碰到斜面前在竖直方向的运动状态也发生改变，故B正确，ACD错误。故选B。3．如图所示，将一玻璃瓶装水后密闭，并平放在水平桌面上，在瓶的中部有一小气泡处于静止状态，现用力突然将瓶子向前推动，使其在桌面上向前运动一段后停止，可看到气泡相对瓶子的运动情况是（）A．向前B．向后