新教材高中物理人教版學案4-1牛頓第一定律

第四章運動和力的關系1牛頓第一定律知識點一理想實驗的魅力(1)亞里士多德的觀點：必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體就要靜止．即力是維持物體運動的原因．(2)伽利略的觀點：①理想實驗：讓小球沿一個斜面從靜止開始向下運動，再讓小球沖上第二個斜面，如果沒有摩擦，第二個斜面的傾角不同時，小球所達到的高度相同，若將第二個斜面放平，小球?qū)⒂肋h運動下去．②結論：力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因．(3)笛卡兒的觀點：如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運動，既不停下來也不偏離原來的方向．(多選)圍繞“力與運動”的關系的認識與研究，人類經(jīng)歷了漫長的歷史時期，下列敘述符合歷史事實的是(AB)A．亞里士多德根據(jù)“用力推車，車子前進，停止用力，車子就停下來”這一現(xiàn)象，提出了力是維持運動的原因B．亞里士多德在分析“推車問題”時，只強調(diào)了推力，而忽視了摩擦力的作用，因而得到了錯誤的結論C．伽利略用自己設計的理想實驗，觀察到了沒有摩擦力的作用時小球就可以以恒定的速度運動下去，從而推翻了力是維持物體運動的原因的錯誤結論D．伽利略的理想實驗是假想實驗，無法完成，因而得到的結論是不可靠的知識點二牛頓第一定律與慣性(1)牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)．該定律也叫作慣性定律．(2)慣性：物體保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)叫作慣性．慣性是物體的固有屬性，與物體的受力情況或所處的運動狀態(tài)無關．物體的慣性有大小，慣性的大小由質(zhì)量來量度．載重貨車啟動時，由靜止到高速需要較長一段時間；百米沖刺到終點后，體重大的運動員較難停下來．為什么？提示：運動狀態(tài)變化的難易程度與質(zhì)量有關，即慣性大小與質(zhì)量有關，質(zhì)量大的物體慣性大，質(zhì)量小的物體慣性?。键c一理想實驗的魅力1．亞里士多德的觀點必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體就將靜止在一個地方．2．伽利略的理想實驗(1)理想實驗如圖甲所示，讓小球沿一個斜面從靜止狀態(tài)開始向下運動，小球?qū)ⅰ皼_”上另一個斜面．如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉淼母叨龋疁p小第二個斜面的傾角，如圖乙所示，小球在這個斜面上達到原來的高度就要通過更長的路程；繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，如圖丙所示，使它最終成為水平面，小球就再也達不到原來的高度，而沿水平面以恒定的速度持續(xù)運動下去．(2)實驗推理理論水平面上的物體，一旦具有某一速度，假設沒有摩擦，物體將保持這個速度永遠運動下去，即物體的運動不需要力來維持．(3)伽利略的思想方法伽利略的理想斜面實驗雖然是想象中的實驗，但這個實驗反映了一種物理思想，它是建立在可靠的事實基礎之上的．以事實為依據(jù)，以抽象為指導，抓住主要因素，忽略次要因素，從而深刻地揭示了自然規(guī)律．(4)伽利略理想實驗的物理意義①第一次確立了物理實驗在物理研究中的基礎地位．②揭示了力不是維持物體運動的原因．③理想實驗在自然科學的理論研究中有著重要的作用，但也有其局限性．(5)理想實驗的特點所謂“理想實驗”，又叫做“假想實驗”“抽象的實驗”或“思想上的實驗”，它是人們在思想上塑造的實驗過程，是一種邏輯推理的思維過程和理論研究的重要方法．“理想實驗”雖然叫做“實驗”，但它同真實的科學實驗是有原則上的區(qū)別的．真實的科學實驗是一種實踐活動，而“理想實驗”則是一種思維的活動，前者是可以將猜想通過物理過程實現(xiàn)的實驗，后者則是由人們在抽象思維中設想出來而實際上無法做到的“實驗”．“理想實驗”在自然科學的理論研究中有著重要的作用．但是“理想實驗”的方法也有其一定的局限性．“理想實驗”只不過是一種邏輯推理的思維過程，它的作用只限于邏輯上的證明與反駁，而不能用來作為檢驗認識正確與否的標準．相反，由“理想實驗”所得出的任何推論，都必須由觀察或?qū)嶒灥慕Y果來檢驗．3．笛卡兒的觀點如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運動，既不停下來也不偏離原來的方向．誤區(qū)警示：物體的運動不需要力來維持，但運動狀態(tài)變化的物體一定受到了力的作用．物體獲得某一速度在粗糙水平面上運動，物體速度逐漸減小，運動狀態(tài)發(fā)生了變化是由于摩擦力的阻礙作用．【例1】理想實驗有時能深刻地反映自然規(guī)律．伽利略設想了一個理想斜面實驗，如圖所示．①減小第二個斜面的傾角，小球在這個斜面上仍然要達到原來的高度．②兩個對接的斜面，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球?qū)L上另一個斜面．③如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫艜r的高度．④繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，最后使它成為水平面，小球要沿水平面做持續(xù)的勻速直線運動．請將上述理想實驗的步驟按照正確的順序排列：________.(只要填寫序號即可)在上述步驟中，有的屬于可靠的事實，有的則是理想化的推論．下列關于事實和推論的分類正確的是()A．①是事實，②③④是推論B．②是事實，①③④是推論C．③是事實，①②④是推論D．④是事實，①②③是推論【審題指導】本題可按以下思路進行分析【解析】根據(jù)伽利略理想斜面實驗可知，②是可靠事實，應放在第一步；①③是在可靠事實基礎上提出的設想(斜面沒有摩擦)，④是進行合理外推得出的推論，因此，正確的順序是②③①④，其中②是事實，其余的是推論．【答案】②③①④B總結提能對理想實驗的理解，應注意以下幾點：(1)真實實驗是一種實踐活動，是可以通過一定的實驗器材和實驗方案來實現(xiàn)的實驗．(2)理想實驗是一種思維活動，是以可靠的事實為基礎，在抽象思維中設想出來的、無法做到的實驗．(多選)理想實驗是科學研究中的一種重要方法，它把可靠的事實和合理的推論結合起來，可以深刻地揭示自然規(guī)律．關于伽利略的理想實驗，下列說法正確的是(BD)A．只要水平面相當光滑，物體在水平面上就能勻速運動下去B．這個實驗實際上是永遠無法做到的C．利用氣墊導軌，就能使實驗成功D．這個實驗雖然是想象中的實驗，但它是建立在可靠的實驗基礎上的解析：理想實驗在實際中是永遠不能實現(xiàn)的，其條件是理想化的，即使是水平面“相當光滑”，也不會達到?jīng)]有摩擦力的程度，利用氣墊導軌當然也不能實現(xiàn)“理想”的狀態(tài)，仍會存在一定的摩擦，只不過摩擦力很小而已，選項A、C錯誤，B正確；理想實驗是從實踐中總結、提煉、加工出來的，是建立在可靠的實驗基礎之上的，它能夠由觀察或?qū)嶒灥慕Y果來檢驗，選項D正確．考點二牛頓第一定律1．內(nèi)容一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)．2．對牛頓第一定律的理解(1)明確了慣性的概念定律的前半句話“一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)”，揭示了物體所具有的一個重要的屬性——慣性，即物體保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)，牛頓第一定律指出一切物體在任何情況下都具有慣性．因此牛頓第一定律又叫慣性定律．(2)確定了力的含義定律的后半句話“除非作用在它上面的力迫使它改變這種運動狀態(tài)”，實際上是對力的含義的確定，即力是改變物體運動狀態(tài)的原因，并不是維持物體運動狀態(tài)的原因，這一點要切實理解．即物體由靜止到運動和由運動到靜止都是力作用的結果．(3)揭示了力和運動的關系牛頓第一定律指出物體不受外力作用時的運動規(guī)律，它描述的只是一種理想狀態(tài)，而實際中不受外力作用的物體是不存在的．當物體所受合外力為0時，其效果跟不受外力的作用相同．但是，我們不能把“不受外力”理解為“合外力為0”3．定律成立的條件：慣性參考系在研究地面上物體的運動時，一般選取地面或相對地面靜止或做勻速直線運動的物體為慣性系．例如，當火車沿直軌道勻速運動時，可將火車看做慣性系來研究火車內(nèi)其他物體的運動．當火車由靜止加速啟動時，如果以火車為參考系，原來靜止在火車內(nèi)光滑水平桌面上的物體會相對火車向后加速運動，但物體在水平方向上并沒有受力，此時牛頓第一定律不成立，因為此時火車為非慣性系．牛頓第一定律不是實驗定律．因為牛頓第一定律反映的是物體在不受力的情況下的運動規(guī)律，而自然界中不受力的物體是不存在的，不可能由實驗直接得到，也無法由實驗驗證．它是由“理想實驗”加以科學推理得到的，是一個理想定律．【例2】(多選)關于牛頓第一定律，下列說法中正確的是()A．牛頓第一定律反映了物體不受外力作用時的運動規(guī)律B．牛頓第一定律就是慣性C．不受外力作用時，物體的運動狀態(tài)保持不變是由于物體具有慣性D．物體的運動狀態(tài)發(fā)生變化時，物體必定受到外力的作用【審題指導】解答本題時應注意以下三點：(1)牛頓第一定律和慣性的區(qū)別．(2)力和運動的關系．(3)力和運動狀態(tài)變化的關系．【解析】牛頓第一定律有三層含義：不受力時物體將保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，這是由于一切物體都具有慣性；受到力的作用物體的運動狀態(tài)就要發(fā)生變化，從而揭示出力是改變物體運動狀態(tài)的原因；指出了物體在不受力時的運動狀態(tài)，故選項A、C、D正確．牛頓第一定律并不是慣性，慣性是物體的一種性質(zhì)，而牛頓第一定律是物體的運動規(guī)律，兩者是不同的概念，不可混為一談，選項B錯誤．【答案】ACD總結提能牛頓第一定律描述了物體不受外力作用時的狀態(tài)——總保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，同時揭示了力和運動的關系——力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因．分析此類問題時要注意牛頓第一定律與慣性的區(qū)別．下列關于牛頓第一定律的說法中，正確的是(D)A．牛頓第一定律是實驗定律B．牛頓第一定律只是提出了慣性的概念C．牛頓第一定律提出了當物體受到的合外力為零時，物體將處于靜止狀態(tài)D．牛頓第一定律既提出了物體不受外力作用時的運動規(guī)律，又提出了力是改變物體運動狀態(tài)的原因解析：牛頓第一定律不是實驗定律，選項A錯誤；牛頓第一定律提出了慣性的概念，同時又指出了物體運動狀態(tài)改變的原因，選項B錯誤；牛頓第一定律提出了物體不受外力作用時，物體將處于靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，故選項C錯誤；綜上分析可知，選項D正確．考點三慣性與質(zhì)量1．慣性的概念物體具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)．觀察下面的事例進一步認識慣性的存在．如圖所示，一個玻璃杯內(nèi)盛半杯水，上面蓋一塊塑料板，板上放一枚雞蛋，用小棒猛擊塑料板，塑料板飛出，雞蛋卻穩(wěn)穩(wěn)地落入杯中．如圖所示，小車上豎直放置一個木塊，讓木塊隨小車沿著桌面向右運動，當小車被擋板制動時，車上的木塊向右傾倒．以上兩例說明靜止物體或運動的物體都有慣性．2．對慣性的理解(1)慣性是物體的固有屬性，一切物體都具有慣性．(2)慣性與運動狀態(tài)無關，不論物體處于怎樣的運動狀態(tài)，慣性總是存在的．當物體原來靜止時，它一直“想”保持這種靜止狀態(tài)；當物體原來運動時，它一直“想”以那一時刻的速度做勻速直線運動．(3)慣性與是否受力無關，與速度大小無關，其大小由質(zhì)量唯一確定．(4)物體不受力時慣性表現(xiàn)為保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，物體受力時慣性表現(xiàn)為改變運動狀態(tài)的難易程度．3．慣性大小的決定因素我們知道，推動一輛自行車要比推動一輛汽車容易很多．這表明質(zhì)量越大的物體，運動狀態(tài)越難改變，也就是說物體的慣性越大；而質(zhì)量越小的物體，運動狀態(tài)越容易改變，也就是說物體的慣性越?。促|(zhì)量是物體慣性大小的量度，而一個物體慣性的大小，則意味著改變物體運動狀態(tài)的難易程度．4．慣性不是力(1)慣性是物體保持原來運動狀態(tài)的性質(zhì)，是物體本身的屬性，而力是物體對物體的作用．(2)慣性的大小決定于物體本身質(zhì)量的大小，力的大小決定于物體之間相互作用的強弱．(3)力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而慣性要保持原來的運動狀態(tài)不變．(4)慣性不是力，“物體保持原來的運動狀態(tài)是因為受到了慣性力”的說法是錯誤的．5．慣性與慣性定律是不同的(1)慣性是物體固有的、基本的屬性，而慣性定律則是涉及物體運動的一條動力學規(guī)律．(2)慣性與物體是否受力及物體的運動狀態(tài)無關，物體不受力時，慣性表現(xiàn)為物體保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，受力時，慣性表現(xiàn)為物體運動狀態(tài)改變的難易程度；而慣性定律則是有條件的，其成立的條件是物體不受力的作用．(3)慣性的大小決定于物體質(zhì)量的大小，而慣性定律所描述的物體的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，則決定于物體是否受力，決定于是否有力迫使它改變這種狀態(tài)．6．兩個角度理解質(zhì)量(1)從物質(zhì)的角度：質(zhì)量是物體所含物質(zhì)的多少．(2)從慣性的角度：質(zhì)量是決定物體慣性大小的唯一因素．7．常見慣性現(xiàn)象的分析方法運用慣性解釋有關現(xiàn)象時，通?？砂聪旅娴牟襟E思考分析：(1)明確研究的物體原來處在怎樣的運動狀態(tài)；(2)當外力作用在該物體的某一部分(或外力作用在與該物體有關聯(lián)的其他物體上)時，這一部分的運動狀態(tài)的變化情況；(3)該物體由于慣性將保持怎樣的運動狀態(tài)，最后會出現(xiàn)什么現(xiàn)象．【例3】關于物體的慣性以下說法中正確的是()A．物體的運動速度越大，物體越難停下來，說明運動速度大的物體慣性大B．汽車突然減速時，車上的人向前傾，拐彎時人會往外甩，而汽車勻速前進時，車上的人感覺平穩(wěn)，說明突然減速和轉(zhuǎn)彎時有慣性，勻速運動時沒有慣性C．在同樣大小的力作用下，運動狀態(tài)越難改變的物體，其慣性一定越大D．在長直水平軌道上勻速運動的火車上，門窗緊閉的車廂內(nèi)有一人向上跳起后，發(fā)現(xiàn)落回原處，這是因為人跳起后，車繼續(xù)向前運動，人落下后必定向后偏些，但因時間太短，偏后距離太小，不明顯而已【解析】物體的慣性大小由質(zhì)量唯一確定，與物體的速度無關，A項錯誤；一切物體均有慣性，不論物體處于加速，減速還是勻速狀態(tài)，B項錯誤；同樣大小的力作用于物體，狀態(tài)越難改變，說明物體保持原來狀態(tài)的本領越大，慣性也越大，所以C項正確；人向上跳起后，人在水平方向不受外力作用，由于慣性，人在水平方向的速度不變，與車速相同，因此仍落在車上原處，D項錯誤．【答案】C總結提能(1)物體慣性的大小正是反映了改變物體運動狀態(tài)的難易程度，物體的質(zhì)量越大，慣性就越大，要改變它的運動狀態(tài)也就越困難．(2)慣性的記憶可用如下口訣：物體有慣性，慣性物屬性，大小看質(zhì)量，不論動與靜．對于一些實際生活中的現(xiàn)象，某同學試圖從慣性角度加以解釋，其中正確的是(C)A．采用了大功率的發(fā)動機后，某些一級方程式賽車的速度甚至能超過某些老式螺旋槳飛機的速度，這表明：可以通過科學進步使小質(zhì)量的物體獲得大慣性B．“強弩之末勢不能穿魯縞”，這表明強弩的慣性減小了C．貨運列車運行到不同的車站時，經(jīng)常要摘下或加掛一些車廂，這會改變它的慣性D．自行車轉(zhuǎn)彎時，車手一方面要適當?shù)乜刂扑俣龋硪环矫嬉獙⑸眢w稍微向里傾斜，這是通過調(diào)控人和車的慣性達到安全行駛的目的解析：慣性是物體的固有屬性，大小與物體的質(zhì)量有關，質(zhì)量越大，慣性越大，與其他任何因素無關，A、B錯誤；摘下或加掛一些車廂，改變了質(zhì)量，從而改變慣性，C正確；人和車的質(zhì)量不變，則其慣性不變，D錯誤．1．17世紀意大利科學家伽利略在研究運動和力的關系時，提出了著名的斜面實驗，其中應用的物理思想方法屬于(C)A．等效替代B．實驗歸納C．科學推理D．控制變量2．關于牛頓第一定律的理解，下列說法正確的是(B)A．力是維持物體運動狀態(tài)的原因B．力是改變物體運動狀態(tài)的原因C．物體的質(zhì)量較小，但運動的速度較大時，慣性也可以很大D．物體自由下落時比豎直上拋時的慣性小解析：力是改變物體運動狀態(tài)的原因，選項A錯誤，B正確；慣性與質(zhì)量有關，和物體的速度、運動情況無關，選項中C、D錯誤．3．(多選)17世紀，意大利物理學家伽利略根據(jù)“斜面實驗”指出：在水平面上運動的物體之所以會停下來，是因為受到摩擦阻力的緣故．則下列說法正確的是(BD)A．該實驗是一理想實驗，是在思維中進行的，無真實的實驗基礎，故其結果是荒謬的B．該實驗是以可靠的事實為基礎，經(jīng)過抽象思維，抓住主要因素，忽略次要因素，從而更深刻地反映自然規(guī)律C．該實驗證實了亞里士多德“力是維持物體運動的原因”的結論D．該實驗為牛頓第一定律的提出提供了有力的實驗依據(jù)解析：伽利略的斜面實驗盡管是理想實驗，但是以可靠的事實為基礎，經(jīng)過抽象思維，抓住主要因素，忽略次要因素，反映了自然規(guī)律．推翻了“力是維持物體運動的原因”的觀點，為牛頓第一定律的提出提供了有力的實驗依據(jù)．4．在某停車場，甲、乙兩輛同型號的車發(fā)生了碰撞事故．甲車司機背部受傷，乙車司機胸部受傷．以下根據(jù)兩位司機的傷情判定的說法中，可能正確的是(C)A．甲