第14課牛頓第一定律（教師版）-高一物理講義（人教2019）

第1課牛頓第一定律目標(biāo)導(dǎo)航目標(biāo)導(dǎo)航課程標(biāo)準(zhǔn)課標(biāo)解讀1．知道伽利略的理想實(shí)驗(yàn)及其推理過程，知道理想實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的重要方法。2．理解牛頓第一定律的內(nèi)容及意義。3．理解慣性的概念，會(huì)解釋慣性的有關(guān)現(xiàn)象。4．能夠應(yīng)用牛頓第一定律分析求解問題。1、通過閱讀或者查閱資料等途徑了解牛頓第一定律的發(fā)現(xiàn)過程，體會(huì)人類認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的曲折過程，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。2、能準(zhǔn)確敘述牛頓第一定律的內(nèi)容，并能對(duì)該定律所揭示的運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系問題有較深刻的理解。3、了解伽利略關(guān)于運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的認(rèn)識(shí)，了解他的理想實(shí)驗(yàn)和相應(yīng)的推理過程，領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)加推理的科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理和想象能力。4、能通過實(shí)例說明質(zhì)量是物體慣性大小的量度。知識(shí)精講知識(shí)精講知識(shí)點(diǎn)01理想實(shí)驗(yàn)的魅力【即學(xué)即練1】伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的研究，開創(chuàng)了科學(xué)實(shí)驗(yàn)和邏輯推理相結(jié)合的重要科學(xué)研究方法.圖(a)、(b)分別表示這兩項(xiàng)研究中實(shí)驗(yàn)和邏輯推理的過程，對(duì)這兩項(xiàng)研究，下列說法正確的是()A.圖(a)通過對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究，合理外推得出小球在斜面上做勻變速運(yùn)動(dòng)B.圖(a)中先在傾角較小的斜面上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可“沖淡”重力，使時(shí)間測(cè)量更容易C.圖(b)中完全沒有摩擦阻力的斜面是實(shí)際存在的，實(shí)驗(yàn)可實(shí)際完成D.圖(b)的實(shí)驗(yàn)為“理想實(shí)驗(yàn)”，通過邏輯推理得出物體的運(yùn)動(dòng)需要力來維持答案B解析伽利略設(shè)想物體下落的速度與時(shí)間成正比，因?yàn)楫?dāng)時(shí)無法測(cè)量物體的瞬時(shí)速度，所以伽利略通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)證明，如果速度與時(shí)間成正比，那么位移與時(shí)間的二次方就成正比.由于當(dāng)時(shí)用滴水法計(jì)時(shí)，無法記錄自由落體的較短時(shí)間，伽利略設(shè)計(jì)了讓銅球沿阻力很小的斜面滾下，來“沖淡”重力的作用效果，而小球在斜面上運(yùn)動(dòng)的加速度要比它豎直下落的加速度小得多，運(yùn)動(dòng)相同位移所用時(shí)間長(zhǎng)得多，所以容易測(cè)量.伽利略做了上百次實(shí)驗(yàn)，并通過抽象思維在實(shí)驗(yàn)結(jié)果上進(jìn)行了合理外推，得出了正確結(jié)論，故A錯(cuò)誤，B正確；完全沒有摩擦阻力的斜面是不存在的，故C錯(cuò)誤；伽利略用抽象思維、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法得到物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來維持的結(jié)論，故D錯(cuò)誤.知識(shí)點(diǎn)02牛頓第一定律1.牛頓第一定律(1)內(nèi)容：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài).(2)意義：①揭示了物體的固有屬性：一切物體都具有慣性，因此牛頓第一定律又被叫作慣性定律；②揭示了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系：力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，而是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，即力是產(chǎn)生加速度的原因.2.牛頓第一定律與牛頓第二定律的關(guān)系牛頓第一定律和牛頓第二定律是相互獨(dú)立的.(1)牛頓第一定律告訴我們改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)需要力，力是如何改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的問題則由牛頓第二定律來回答.(2)牛頓第一定律是經(jīng)過科學(xué)抽象、歸納推理總結(jié)出來的，而牛頓第二定律是一條實(shí)驗(yàn)定律.【即學(xué)即練2】[多選]在水平的路面上有一輛勻速行駛的小車，車上固定一盛滿水的碗。現(xiàn)突然發(fā)現(xiàn)碗中的水灑出，水灑出的情況如圖所示，則關(guān)于小車在此種情況下的運(yùn)動(dòng)，下列敘述正確的是()A．小車勻速向左運(yùn)動(dòng) B．小車可能突然向左加速C．小車可能突然向左減速 D．小車可能突然向右減速解析：選BD原來水和小車相對(duì)靜止以共同速度運(yùn)動(dòng)，水突然向右灑出有兩種可能：①原來小車向左運(yùn)動(dòng)，突然加速，碗中水由于慣性保持原速度不變，故相對(duì)碗向右灑出。②原來小車向右運(yùn)動(dòng)，突然減速，碗中水由于慣性保持原速度不變，相對(duì)于碗向右灑出，故B、D正確。知識(shí)點(diǎn)03慣性與質(zhì)量1.慣性(1)定義：物體具有保持原來勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì).(2)量度：質(zhì)量是慣性大小的唯一量度，質(zhì)量大的物體慣性大，質(zhì)量小的物體慣性小.(3)普遍性：慣性是物體的固有屬性，一切物體都具有慣性，與物體的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況無關(guān).2.慣性的兩種表現(xiàn)形式(1)物體在不受外力或所受的合外力為零時(shí)，慣性表現(xiàn)為使物體保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變(靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)).(2)物體受到外力時(shí)，慣性表現(xiàn)為抗拒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變，慣性大，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)較難改變；慣性小，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)較易改變.【即學(xué)即練3】某同學(xué)為了取出如圖所示羽毛球筒中的羽毛球，一只手拿著球筒的中部，另一只手用力擊打羽毛球筒的上端，則()A.此同學(xué)無法取出羽毛球B.羽毛球會(huì)從筒的下端出來C.羽毛球筒向下運(yùn)動(dòng)過程中，羽毛球受到向上的摩擦力才會(huì)從上端出來D.該同學(xué)是在利用羽毛球的慣性答案D解析羽毛球筒被手擊打后迅速向下運(yùn)動(dòng)，而羽毛球具有慣性，要保持原來的靜止?fàn)顟B(tài)，所以會(huì)從筒的上端出來，D正確.能力拓展能力拓展考法01慣性的決定因素及其具體表現(xiàn)【典例1】下列關(guān)于慣性的說法中，正確的是()A.汽車剎車時(shí)，乘客的身子會(huì)向前傾斜，是因?yàn)槠囉袘T性B.做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體和靜止的物體沒有慣性C.物體的慣性只有在物體速度改變時(shí)才表現(xiàn)出來D.物體都具有慣性，與物體是否運(yùn)動(dòng)無關(guān)，與物體速度是否變化也無關(guān)答案D解析汽車剎車時(shí)，乘客的身子會(huì)向前傾斜，是因?yàn)槿擞袘T性，A錯(cuò)；一切物體都具有慣性，與物體是否運(yùn)動(dòng)無關(guān)，與物體速度是否變化也無關(guān)，B、C錯(cuò)，D對(duì).考法02應(yīng)用牛頓第一定律分析問題【典例2】有一只小球以2m/s的速度運(yùn)動(dòng)著，如果受到的合外力等于0，5s后它的速度將是多大？解析：由于小球受到的合外力為0，可知小球?qū)⒈３衷瓉淼乃俣纫恢边\(yùn)動(dòng)下去，故5s后它的速度仍為2m/s。答案：2m/s分層提分分層提分題組A基礎(chǔ)過關(guān)練1．(多選)科學(xué)家關(guān)于物體運(yùn)動(dòng)的研究對(duì)樹立正確的自然觀具有重要作用.下列說法中符合歷史事實(shí)的是()A.亞里士多德認(rèn)為，必須有力作用在物體上，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)才會(huì)改變B.伽利略通過“理想實(shí)驗(yàn)”得出結(jié)論：運(yùn)動(dòng)必具有一定的速度，如果它不受力，它將以這一速度永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去C.笛卡兒指出，如果運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，既不停下來也不偏離原來的方向D.牛頓認(rèn)為，物體都具有保持原來勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)答案BCD解析亞里士多德認(rèn)為，必須有力作用在物體上，物體才能運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；伽利略通過“理想實(shí)驗(yàn)”得出結(jié)論：力不是維持運(yùn)動(dòng)的原因，即運(yùn)動(dòng)必具有一定的速度，如果它不受力，它將以這一速度永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去，故B正確；笛卡兒指出如果運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，既不停下來也不偏離原來的方向，故C正確；牛頓認(rèn)為物體都具有保持原來勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，故D正確.2.下列對(duì)運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)不正確的是()A.亞里士多德認(rèn)為物體的自然狀態(tài)是靜止的，只有當(dāng)它受到力的作用才會(huì)運(yùn)動(dòng)B.伽利略認(rèn)為力不是維持物體速度的原因C.牛頓認(rèn)為力的真正效果總是改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)D.伽利略根據(jù)理想實(shí)驗(yàn)推出，如果沒有摩擦，在水平面上的物體，一旦具有某一個(gè)速度，將保持這個(gè)速度繼續(xù)運(yùn)動(dòng)下去答案A解析亞里士多德認(rèn)為力是維持物體速度的原因，故A錯(cuò)誤；伽利略認(rèn)為力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，故B正確；牛頓認(rèn)為力的真正效果總是改變物體的速度，即產(chǎn)生加速度，故C正確；伽利略根據(jù)理想實(shí)驗(yàn)推出，如果沒有摩擦，在水平面上的物體，一旦具有某一個(gè)速度，將保持這個(gè)速度繼續(xù)運(yùn)動(dòng)下去，故D正確.3.一汽車在路面情況相同的公路上沿直線行駛，下面關(guān)于車速、慣性、質(zhì)量和滑行路程的討論正確的是()A.車速越大，它的慣性越大B.質(zhì)量越大，它的慣性越大C.車速越大，剎車后滑行的路程越長(zhǎng)D.車速越大，剎車后滑行的路程越長(zhǎng)，所以慣性越大答案BC解析慣性是物體的固有屬性，它與物體的質(zhì)量有關(guān)，與物體的速度無關(guān)，故A錯(cuò)誤，B正確；根據(jù)x＝eq\f(v2,2a)可知，車速越大，剎車后滑行的路程越長(zhǎng)，與慣性的大小無關(guān)，故C正確，D錯(cuò)誤.4.判斷正誤：(1)牛頓第一定律是實(shí)驗(yàn)定律。(×)(2)在水平面上運(yùn)動(dòng)的物體最終停下來，是因?yàn)樗椒较驔]有外力維持其運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。(×)(3)運(yùn)動(dòng)的物體慣性大，靜止的物體慣性小。(×)(4)物體的慣性越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變。(√)(1)伽利略認(rèn)為力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。(×)(2)亞里士多德認(rèn)為力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。(×)5.伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)證明了()A．使物體運(yùn)動(dòng)必須有力的作用，沒有力的作用，物體將靜止B．使物體靜止必須有力的作用，沒有力的作用，物體將運(yùn)動(dòng)C．物體不受外力作用時(shí)，一定處于靜止?fàn)顟B(tài)D．物體不受外力作用時(shí)，總保持原來的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或者靜止?fàn)顟B(tài)解析：選D伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)證明了：運(yùn)動(dòng)不需要力來維持，物體不受外力作用時(shí)，總保持原來的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，故D正確。6.意大利科學(xué)家伽利略在研究物體變速運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，做了著名的“斜面實(shí)驗(yàn)”，他測(cè)量了銅球在較小傾角斜面上的運(yùn)動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)銅球做的是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，且銅球加速度隨斜面傾角的增大而增大，于是他對(duì)大傾角情況進(jìn)行了合理的外推，由此得出的結(jié)論是()A．力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因B．力是使物體產(chǎn)生加速度的原因C．自由落體運(yùn)動(dòng)是一種勻變速直線運(yùn)動(dòng)D．物體都具有保持原來運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的屬性，即慣性解析：選C測(cè)量銅球在較小傾角斜面上的運(yùn)動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)銅球做的是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，且銅球加速度隨斜面傾角的增大而增大，傾角最大的情況就是90°時(shí)，這時(shí)銅球做自由落體運(yùn)動(dòng)，由此得出的結(jié)論是自由落體運(yùn)動(dòng)是一種勻變速直線運(yùn)動(dòng)。故C正確。題組B能力提升練1.下列說法正確的是()A.劃船時(shí)槳向后推水，水就向前推槳，因?yàn)樗茦牧Υ笥跇扑牧?，船才被推著前進(jìn)B.完全失重的物體將不受到重力，所以此刻一切由重力引起的現(xiàn)象都將消失C.人在沿直線加速前進(jìn)的車廂內(nèi)，豎直向上跳起后，將落在起跳點(diǎn)的后方D.物體的運(yùn)動(dòng)與外界的推、拉等行為相聯(lián)系，如果不再推、拉，原來的運(yùn)動(dòng)將停下來，這說明必須有力作用，物體才能運(yùn)動(dòng)答案C解析劃船時(shí)槳向后推水，水就向前推槳，水推槳的力與槳推水的力是一對(duì)作用力和反作用力，大小相等，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；完全失重的物體仍將受到重力作用，但此刻一切由重力引起的現(xiàn)象都將消失，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；人在沿直線加速前進(jìn)的車廂內(nèi)，豎直向上跳起后，人在水平方向勻速運(yùn)動(dòng)，而車加速運(yùn)動(dòng)，可知人的水平位移比車的水平位移小，人將落在起跳點(diǎn)的后方，選項(xiàng)C正確；力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，而不是使物體運(yùn)動(dòng)的原因，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.2.關(guān)于牛頓第一定律及慣性的說法正確的是__________。(1)牛頓第一定律是理想的實(shí)驗(yàn)定律(2)牛頓第一定律說明力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因(3)慣性定律與慣性的實(shí)質(zhì)是相同的(4)物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來維持(5)質(zhì)量為m的物體，以20m/s的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)比以10m/s的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)慣性大(6)物體受到力的作用后，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，慣性也隨之改變(7)置于光滑水平面上的物體即使質(zhì)量很大也能被拉動(dòng)，說明慣性與物體的質(zhì)量無關(guān)(8)讓物體的速度發(fā)生改變，無論多快，都需要一定時(shí)間，這是因?yàn)槲矬w具有慣性答案：(2)(4)(8)3.下列關(guān)于牛頓運(yùn)動(dòng)定律說法正確的是()A．力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因B．牛頓第一定律可以用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證C．作用力與反作用力只存在于相互接觸的兩個(gè)物體之間D．作用力與反作用力的性質(zhì)一定相同解析：選D由牛頓第一定律可知，力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，A錯(cuò)誤；牛頓第一定律是利用邏輯思維對(duì)事實(shí)進(jìn)行分析的產(chǎn)物，不可能用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證，B錯(cuò)誤；不相互接觸的兩個(gè)物體之間也可能存在作用力與反作用力，如相互吸引且并未接觸的兩塊磁鐵，C錯(cuò)誤；作用力與反作用力的性質(zhì)相同，D正確。4.在物理學(xué)史上，正確認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系且推翻“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”這個(gè)觀點(diǎn)的物理學(xué)家及建立慣性定律的物理學(xué)家分別是()A．亞里士多德、伽利略 B．伽利略、牛頓C．伽利略、愛因斯坦 D．亞里士多德、牛頓解析：選B伽利略通過斜面實(shí)驗(yàn)正確認(rèn)識(shí)了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，從而推翻了亞里士多德“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”的錯(cuò)誤觀點(diǎn)；牛頓在歸納總結(jié)伽利略、笛卡兒等科學(xué)家的結(jié)論基礎(chǔ)上得出了牛頓第一定律，即慣性定律，故選項(xiàng)B正確。5.關(guān)于物體的慣性，下列說法中正確的是()A．騎自行車的人，上坡前要緊蹬幾下，是為了增大慣性沖上坡B．子彈從槍膛中射出后在空中飛行，速度逐漸減小，因此慣性也減小C．物體慣性的大小，由物體質(zhì)量的大小決定D．物體由靜止開始運(yùn)動(dòng)的瞬間，它的慣性最大解析：選C質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度，慣性與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。故C正確。6．[多選]伽利略根據(jù)小球在斜面上運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)和理想實(shí)驗(yàn)，提出了慣性的概念，從而奠定了牛頓力學(xué)的基礎(chǔ)。早期物理學(xué)家關(guān)于慣性有下列說法，其中正確的是()A．物體抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的性質(zhì)是慣性B．沒有力作用，物體只能處于靜止?fàn)顟B(tài)C．行星在圓周軌道上保持勻速率運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)是慣性D．運(yùn)動(dòng)物體如果沒有受到力的作用，將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運(yùn)動(dòng)解析：選AD慣性是物體本身的一種屬性，是物體抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的本領(lǐng)(性質(zhì))，A正確，C錯(cuò)誤。沒有力作用時(shí)，物體可能靜止也可能做勻速直線運(yùn)動(dòng)，B錯(cuò)誤，D正確。題組C培優(yōu)拔尖練1.如圖所示，一容器固定在一個(gè)小車上，在容器中分別懸掛一只鐵球和一只乒乓球，容器中鐵球和乒乓球都處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)容器隨小車突然向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩球的運(yùn)動(dòng)情況是(以小車為參考系)()A．鐵球向左，乒乓球向右 B．鐵球向右，乒乓球向左C．鐵球和乒乓球都向左 D．鐵球和乒乓球都向右解析：選C由于慣性，當(dāng)容器隨小車突然向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，鐵球和乒乓球都相對(duì)容器向左運(yùn)動(dòng)，C正確。2.如圖所示，一盛水的容器固定在一個(gè)小車上，在容器中分別懸掛和拴住一只鐵球和一只乒乓球。容器中的水和鐵球、乒乓球都處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)容器隨小車突然向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩球的運(yùn)動(dòng)狀況是(以小車為參考系)()A．鐵球向左，乒乓球向右 B．鐵球向右，乒乓球向左C．鐵球和乒乓球都向左 D．鐵球和乒乓球都向右解析：選A因?yàn)樾≤囃蝗幌蛴疫\(yùn)動(dòng)，鐵球和乒乓球都有向右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，但由于與同體積的“水球”相比，鐵球質(zhì)量大、慣性大，鐵球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)難改變，即速度變化慢，而同體積的“水球”的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)容易改變，即速度變化快，而且水和車一起向右運(yùn)動(dòng)，所以小車向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，鐵球相對(duì)小車向左運(yùn)動(dòng)。同理，由于乒乓球與同體積的“水球”相比，質(zhì)量小，慣性小，乒乓球相對(duì)小車向右運(yùn)動(dòng)。3.如圖所示，在一輛表面光滑且足夠長(zhǎng)的小車上，有質(zhì)量為m1和m2的兩個(gè)小球(m1>m2)隨車一起勻速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)車突然停止時(shí)，若不考慮其他阻力，則兩個(gè)小球()A．一定相碰 B．一定不相碰C．不一定相碰 D．無法確定解析：選B因小車表面光滑，因此小球在水平方向上不會(huì)受到外力作用，原來兩小球與小車有相同的速度，當(dāng)車突然停止時(shí)，由于慣性，兩小球的速度將不變，所以不會(huì)相碰。4.伽利略對(duì)“自由落體運(yùn)動(dòng)”和“運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系”的研究，開創(chuàng)了科學(xué)實(shí)驗(yàn)和邏輯推理相結(jié)合的重要科學(xué)研究方法。圖(a)、(b)分別表示這兩項(xiàng)研究中實(shí)驗(yàn)和邏輯推理的過程，對(duì)這兩項(xiàng)研究，下列說法正確的是()A．圖