新人教版高中物理必修第一冊1：4.1牛頓第一定律

第四章運動和力的關系1.牛頓第一定律1.了解牛頓第一定律的建立過程。2.理解牛頓第一定律的內容和意義。3.了解什么是慣性，能解釋有關現(xiàn)象。學習目標對力與運動關系的認識過程比較漫長,把下列代表人物與其觀點對應連線。知識梳理一、力與運動的關系【思考】東漢王充在《論衡·狀留篇》中記述了球的運動:“圓物投之于地,東西南北,無之不可,策杖叩動,才微輒?！?由此可見力與運動關系如何?提示:運動狀態(tài)的改變需要受到力的作用。

二、牛頓第一定律1.牛頓第一定律:一切物體總保持_____________狀態(tài)或_____狀態(tài),除非作用在它上面的力____________________。2.慣性:物體具有保持原來_____________狀態(tài)或_____狀態(tài)的性質叫慣性。牛頓第一定律也叫作_____定律。勻速直線運動靜止迫使它改變這種狀態(tài)勻速直線運動靜止慣性【思考】“秋風蕭蕭,落葉匆匆”,輕微的“秋風”可以“掃落葉”,為什么不能“掃汽車”。三、慣性與質量提示:落葉質量小,慣性小,運動狀態(tài)容易改變;汽車質量大,慣性大,運動狀態(tài)不容易改變。

1.慣性的表現(xiàn):___________________________。2.慣性概念口訣:“物體有慣性,不論動與靜。慣性是屬性,大小質量定?！庇纱丝芍?___是物體慣性大小的唯一量度(選填:①壓強②重力③速度④加速度⑤質量⑥溫度)。物體運動狀態(tài)改變的難易程度⑤一科學探究——理想實驗的魅力1.實驗目的:研究力和運動的關系。2.設計思路:(1)實驗方法:理想實驗法。課堂探究(2)讓小球從第一個斜面由靜止?jié)L下,沖上第二個斜面。(3)如果沒有摩擦,小球將上升到原來釋放時的高度。(4)減小第二個斜面的傾角,小球滾動的距離增大,但所達到的高度相同。(5)當?shù)诙€斜面放平時,小球將永遠運動下去。3.結論:力不是維持物體運動的原因?！舅伎肌刻骄苛瓦\動的關系時,小球從同一高度還是不同高度滑下,為什么?提示:同一高度,因為這樣能使小球到達水平面時具有相同的速度。

例1理想實驗有時更能深刻地反映自然規(guī)律,伽利略設想了一個理想實驗,其中有一個是經(jīng)驗事實,其余是推論。如圖所示,小球運動至斜面最低點時,沒有速度損失。①減小第二個斜面的傾角,小球在這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,小球將滾上另一個斜面。③如果沒有摩擦,小球將上升到原來釋放時的高度。④繼續(xù)減小第二個斜面的傾角,最后使它成水平面,小球要沿水平面做持續(xù)的勻速運動。

在上述的設想步驟中,有的屬于可靠的事實,有的則是理想化的推論。下列對理想實驗各步驟順序的排列以及關于事實和推論的分類正確的是(

)A.順序②①③④,①是事實,②③④是推論B.順序②③①④,②是事實,①③④是推論C.順序③②①④,③是事實,①②④是推論D.順序③①②④,④是事實,①②③是推論【解題探究】(1)實驗步驟中,哪些是經(jīng)驗事實?哪些是推論?(2)伽利略的斜面實驗為什么稱為理想實驗?提示:②是經(jīng)驗事實,①③④是推論。提示:實驗結果無法用實際的實驗進行驗證,但得出的結論是對客觀世界的反映。【解析】選B。伽利略的理想實驗是以經(jīng)驗事實為基礎,設想實驗步驟和過程,運用分析推理得出結論的。之所以稱之為理想實驗,是因為實驗的結果是無法用實際的實驗進行驗證的。但是,分析推理的過程是合乎邏輯的,是嚴密的,是對實際過程的科學抽象,因此得出的結論是對客觀世界真實的反映。本題實驗的四個步驟中,只有②是經(jīng)驗事實,其余都是推理,實驗步驟的正確順序為②③①④。分類正確的選項是B項。故選B。【跟蹤練習】1.通過對例1中的實驗分析,我們可以得到的最直接的結論是(

)A.自然界的一切物體都具有慣性B.如果小球受到力的作用,其運動狀態(tài)將發(fā)生改變C.小球所受的力一定時,質量越大,它的加速度越小D.光滑水平面上運動的小球,運動狀態(tài)的維持不需要外力

【解析】選D。理想斜面實驗只能說明小球具有慣性,推廣到一切物體的是牛頓,A不符合題意;如果小球受到力的作用,其運動狀態(tài)將發(fā)生改變,這是牛頓總結得出的,B不符合題意;小球受到的力一定時,質量越大,它的加速度越小,這是牛頓第二定律的內容,C不符合題意;伽利略通過“理想斜面實驗”和科學推理,得出的結論是:力不是維持物體運動的原因,光滑水平面上運動的小球,運動狀態(tài)的維持并不需要外力,D符合題意。2.(多選)對典例1中的理想實驗,愛因斯坦對于伽利略的工作給予了高度的評價:伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應用的科學推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一,而且標志著物理學的真正開始。伽利略對自由落體運動的研究,是科學實驗和邏輯思維的完美結合,如圖所示,可大致表示其實驗和思維的過程,對這一過程的分析,下列說法正確的是(

)A.其中的甲、乙圖是實驗現(xiàn)象,丁圖是經(jīng)過合理外推得到的結論B.其中的丁圖是實驗現(xiàn)象,甲圖是經(jīng)過合理外推得到的結論C.運用甲圖實驗,可“沖淡”重力的作用,更方便進行實驗測量D.運用丁圖實驗,可“放大”重力的作用,從而使實驗現(xiàn)象更明顯【解析】選A、C。伽利略設想物體下落的速度與時間成正比,因為當時無法測量物體的瞬時速度,所以伽利略通過數(shù)學推導證明如果速度與時間成正比,那么位移與時間的平方成正比;由于當時用滴水法計算,無法記錄自由落體的較短時間,伽利略設計了讓銅球沿阻力很小的斜面滾下,由于“沖淡”重力的作用,小球在斜面上運動的加速度要比它豎直下落的加速度小得多,所用時間長得多,所以容易測量。伽利略做了上百次實驗,并通過抽象思維在實驗結果上做了合理外推。故A、C正確,B、D錯誤。3.17世紀,意大利物理學家伽利略根據(jù)“伽利略斜面實驗”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,你認為下列陳述正確的是(

)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.該實驗不能作為牛頓第一定律的實驗依據(jù)【解析】選B。伽利略的斜面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,推理得出的結論,所以A錯誤,B正確;伽利略由此推翻了亞里士多德的觀點,認為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,C錯誤;牛頓總結了前人的經(jīng)驗,指出了物體運動的原因,即牛頓第一定律,D錯誤。4.理想實驗是科學研究中的一種重要方法,它把可靠事實和合理的推理相結合,可以深刻地揭示自然規(guī)律。以下實驗中屬于理想實驗的是(

)A.平行四邊形法則的科學探究B.伽利略設想的對接光滑斜面實驗C.用打點計時器測物體的加速度D.利用刻度尺的落體運動,測定人的反應時間的小實驗【解析】選B。平行四邊形法則的科學探究屬于等效替代,A錯誤;伽利略的斜面實驗,抓住主要因素,忽略了次要因素,從而更深刻地反映了自然規(guī)律,屬于理想實驗,B正確;用打點計時器測物體的加速度是在實驗室進行,是實際實驗,故C錯誤;利用自由落體運動測定反應時間是實際進行的實驗,不是理想實驗,故D錯誤。二牛頓第一定律1.物體運動狀態(tài)改變的三種情況:(1)速度的方向不變,大小改變。(2)速度的大小不變,方向改變。(3)速度的大小和方向同時改變。2.牛頓第一定律的意義——揭示了力和運動的關系:(1)物體的固有屬性是保持原有運動狀態(tài):物體若不受力,它將保持勻速直線運動狀態(tài)或者保持靜止狀態(tài)。(2)力是改變物體運動狀態(tài)的原因:只有受到力的作用,物體的運動狀態(tài)才會改變,即產(chǎn)生加速度?！舅伎肌炕疖囋谀扯螙|西方向水平軌道上勻速行駛,某時刻發(fā)現(xiàn)杯子向西傾倒,火車可能如何運動? (模型建構)提示:可能向東加速,也可能向西減速。例2(多選)關于牛頓第一定律,下列說法中正確的是(

)A.牛頓第一定律又叫慣性定律B.牛頓第一定律說明一切物體都有慣性C.牛頓第一定律是通過大量實驗總結出來的實驗結論D.牛頓第一定律說明力可以改變物體的運動狀態(tài)ABD【解析】牛頓第一定律說明一切物體都具有保持速度不變的性質,故又叫慣性定律,A正確;牛頓第一定律揭示了一切物體都具有慣性,慣性是物體的固有屬性,B正確;牛頓第一定律是在實驗的基礎上進一步推理概括出來的科學理論,而不是直接通過實驗得出的,C錯誤;牛頓第一定律告訴我們,一切物體都有保持原來速度不變的性質,力不是維持物體運動的原因,力是改變物體運動狀態(tài)的原因,故D正確。

注意關于牛頓第一定律的三點注意(1)牛頓第一定律不是實驗定律,它是在理想實驗的基礎上總結出來的。(2)牛頓第一定律所描述的是物體不受外力作用時的狀態(tài),與物體所受合力為零是等效的。(3)牛頓第一定律只適用于慣性參考系中的運動,在非慣性參考系中不適用。(慣性參考系是指以相對地面靜止或勻速直線運動的物體作為參考,簡稱慣性系)【跟蹤練習】1.中國古代科技取得了輝煌的成就,在很多方面走在世界前列。例如春秋戰(zhàn)國時期,墨家的代表人物墨翟在《墨經(jīng)》中就已對力做了比較科學的闡述:“力,刑(形)之所以奮也?！边@句話的意思是:力能使物體由靜止開始運動,或使運動的物體運動得越來越快。下列說法中,與墨翟對力的闡述最接近的是(

)A.力是維持物體運動的原因B.力是物體位移變化的原因C.力是物體位置變化的原因D.力是物體運動狀態(tài)改變的原因【解析】選D。根據(jù)題意可以知道:“力,刑(形)之所以奮也。”這句話的意思是:力能使物體由靜止開始運動,或使運動的物體運動得越來越快,即力起到了改變物體運動狀態(tài)的作用,故與力是改變物體運動狀態(tài)的原因相接近,所以D正確,A、B、C錯誤。2.關于牛頓第一定律的說法中正確的是 (

)A.由牛頓第一定律可知,物體在任何情況下始終處于靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)B.牛頓第一定律既揭示了物體保持原有運動狀態(tài)的原因,又揭示了運動狀態(tài)改變的原因C.牛頓第一定律反映了物體不受外力作用時的運動規(guī)律,因此,物體在不受力時才有慣性D.牛頓第一定律只是反映慣性大小的,因此也叫慣性定律B【解析】物體在不受力的作用時,總保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài),A錯誤;牛頓第一定律既揭示了物體保持原有運動狀態(tài)的原因,又揭示了運動狀態(tài)改變的原因,B正確;慣性是物體的固有屬性,慣性大小只與質量有關,與物體是否受力等無關,C錯誤;牛頓第一定律反映了慣性大小以及力是改變物體運動狀態(tài)的原因,故D錯誤。3.如圖所示,小球A靜止放在小車的光滑底板上(設小車底板足夠長),當小車受到水平向右的力F作用時,小車從靜止開始在水平面上做加速直線運動,則小球A相對于地面的運動情況是(

)A.做勻速直線運動B.處于靜止狀態(tài)C.做與小車同方向速度越來越大的直線運動D.做與小車反方向速度越來越大的直線運動B【解析】對小球受力分析可知,車內的小球只受豎直方向的重力和支持力,這兩個力是一對平衡力,小球所受合外力為零,所以無論小車如何運動,小球相對于地面仍然處于靜止狀態(tài),本題只有B正確。2.關于牛頓第一定律,下列說法正確的是 (

)A.牛頓第一定律可以用實驗直接驗證B.由于不受力的物體不存在,因此牛頓第一定律沒有實際意義C.牛頓第一定律就是慣性D.當物體受到的外力為零時,物體可能做勻速直線運動【解析】牛頓第一定律是在實驗的基礎上推理概括出來的科學理論,而不是直接通過實驗得出的,但它符合物理規(guī)律,故有一定的物理意義,A、B錯誤;牛頓第一定律是描述運動和力的關系的定律,慣性是物體的性質,C錯誤;由牛頓第一定律的內容可知D正確。D三慣性與質量1.慣性的“三性”:普遍性一切物體都有慣性,慣性是物體的固有屬性相關性慣性僅與質量有關唯一性質量是物體慣性大小的唯一量度2.慣性與慣性定律:慣性慣性定律基本含義物體本身固有的一種屬性物體運動的規(guī)律(牛頓第一定律)理解要點①與是否運動無關,與速度大小無關②與是否受力無關③與所在位置無關④只與質量有關①無法用實驗直接驗證,它所描述的是一種理想狀態(tài),即不受力的狀態(tài)②當物體所受合力為0時,其效果跟不受力作用相同,但“所受合力為0”不能說成“不受力作用”與力的關系①無關②慣性不是一種特殊的力強調了力的作用效果——改變運動狀態(tài)(產(chǎn)生加速度)【思考】正在勻速行駛的校車,發(fā)現(xiàn)前方有車禍,立即緊急剎車。學生沒有系安全帶,為什么會向前方傾倒?提示:緊急剎車,校車很快停下來,但學生上半身因慣性還向前運動,故學生在沒有系安全帶的情況下,會向前傾倒。例3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(

)

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.摩托車轉彎時,車手一方面要適當?shù)乜刂扑俣?另一方面要將身體稍微向里傾斜,這是通過調控人和車的慣性達到安全行駛的目的【解析】選C。慣性是物體的固有屬性,大小與物體的質量有關,質量越大,慣性越大,與其他任何因素無關,故A、B錯誤;摘下或加掛一些車廂,改變了質量,從而改變慣性,C正確;人和車的質量不變,則其慣性不變,D錯誤?！靖櫨毩暋?.打水漂是人類最古老的游戲之一(如圖),僅需要一塊小瓦片,在手上呈水平放置后,用力水平飛出,瓦片擦著水面飛行,瓦片不斷地在水面上向前彈跳,直至下沉。下列判斷正確的是(

)A.飛出時的初速度越大,瓦片的慣性一定越大B.飛行時所用時間越長,瓦片的慣性一定越大C.飛出去的距離越長,瓦片的慣性一定越大D.瓦片的質量越大,慣性一定越大【解析】選D。慣性是物體本身具有的一種性質,慣性的大小只與物體的質量有關,所以瓦片的質量越大,慣性一定越大,與初速度、時間、飛行距離無關,故A、B、C錯誤,D正確。2.如圖所示,在一輛表面光滑且足夠長的小車上,有質量為m1和m2的兩個小球(m1>m2),兩個小球隨車一起運動,當車突然停止運動時,若不考慮其他阻力,則兩個小球(

)A.一定相碰B.不一定相碰C.一定不相碰 D.無法確定C【解析】車停止前,兩個小球和小車一起做勻速直線運動,并且兩個小球和小車具有共同的速度,當小車突然停止時,由于小球在光滑接觸面上,因此兩個小球由于慣性,還要保持原來大小不變的速度做勻速直線運動,由于兩球的速度相同,相等時間內通過的距離相等,因此兩個小球間的距離不變,一定不會相碰。故選C。1.在勻速行駛的火車車廂內,有人在A點正上方相對車廂靜止釋放一個小球,不計空氣阻力,則小球(

)A.一定落在A處 B.可能落在A點前方C.可能落在A點后方 D.以上都有可能A課堂達標【