4-1牛頓第一定律解析版-2022-2023學(xué)年高一物理上學(xué)期學(xué)案典例練習(xí)人教版必修第一冊

4.1牛頓第一定律基礎(chǔ)知識梳理基礎(chǔ)知識梳理一、理想實驗的魅力1．亞里士多德認為：必須有力作用在物體上，物體才能；沒有力的作用，物體就要在某個地方．2．伽利略的理想實驗(1)斜面實驗：如圖所示，讓一個小球沿從靜止狀態(tài)開始運動，小球?qū)ⅰ皼_”上另一個．如果沒有摩擦，小球?qū)⒌竭_原來的．減小第二個斜面的，小球運動的更長，但所達到的高度．當?shù)诙€斜面最終變?yōu)樗矫鏁r，小球?qū)⒂肋h下去．(2)推理結(jié)論：不是維持物體運動的原因．3．笛卡兒的觀點：如果運動中的物體沒有受到的作用，它將繼續(xù)以同一沿同一運動，既不會停下來，也不會原來的方向．二、牛頓第一定律1．牛頓第一定律的內(nèi)容：一切物體總保持運動狀態(tài)或狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)．2．慣性(1)物體保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)叫作．牛頓第一定律也被叫作定律．(2)慣性是物體的屬性，一切物體都具有．三、慣性與質(zhì)量物體慣性大小僅與有關(guān)，質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度，慣性大小與物體是否運動、運動快慢等因素．【參考答案】運動靜止斜面斜面高度傾角距離相同運動力力速度直線偏離勻速直線靜止慣性慣性固有慣性質(zhì)量均無關(guān)典型例題分析典型例題分析考點一：伽利略的理想斜面實驗【例1】科學(xué)研究方法對物理學(xué)的發(fā)展意義深遠，實驗法歸納法，演繹法。類比法，理想實驗法等對揭示物理現(xiàn)象的本質(zhì)十分重要。下列哪個成果是運用理想實驗法得到的（）A．伽利略發(fā)現(xiàn)“力不是維持物體運動的原因” B．牛頓發(fā)現(xiàn)“萬有引力定律”C．卡文迪什測出“萬有引力常量” D．庫侖發(fā)現(xiàn)“庫侖定律”【答案】A【解析】牛頓發(fā)現(xiàn)“萬有引力定律”；庫倫發(fā)現(xiàn)“庫侖定律”；卡文迪什測出“萬有引力常量”，這些都是建立在大量的實驗的基礎(chǔ)上直接得出的結(jié)論；而伽利略發(fā)現(xiàn)“力不是維持物體運動的原因”，是在實驗的基礎(chǔ)上經(jīng)過抽象推理得出的結(jié)論，即運用了即理想實驗法。故選A。【變式練習(xí)】1．17世紀，意大利物理學(xué)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(chǔ)，故沒有得出有用的結(jié)論B．該實驗是以可靠的事實為基礎(chǔ)，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(jié)論D．該實驗為牛頓第二定律的提出提供了有力的實驗依據(jù)【答案】B【解析】AB．“伽利略斜面實驗”是一理想實驗，但是建立在真實的實驗基礎(chǔ)之上，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，B正確，A錯誤；C．該實驗說明亞里士多德“力是維持物體運動的原因”的結(jié)論是錯誤的，C錯誤；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)，D錯誤。故選B。2．伽利略對“自由落體運動”和“運動和力的關(guān)系”的研究，開創(chuàng)了科學(xué)實驗和邏輯推理相結(jié)合的重要科學(xué)研究方法。圖1、圖2分別表示這兩項研究中實驗和邏輯推理的過程，對這兩項研究，下列說法正確的是（

）A．圖1中通過對傾角較小的斜面實驗的觀察與計算，直接得到了自由落體的運動規(guī)律B．圖1中在傾角較小的斜面上進行實驗，可“沖淡”重力，使速度的測量更容易C．圖2的實驗為“理想斜面實驗”，由此推翻了以亞里士多德為代表的關(guān)于“力是維持物體運動的原因”的觀點D．兩圖中的丁都可以證明運動不需要力來維持【答案】C【解析】A．斜面實驗是在已有實驗現(xiàn)象基礎(chǔ)上做了合理外推，并沒有直接得到自由落體運動規(guī)律，A錯誤；B．在傾角較小的斜面上進行實驗，是為了使時間的測量更容易，B錯誤；C．圖2的“理想斜面實驗”推翻了以亞里士多德為代表的關(guān)于“力是維持物體運動的原因”的觀點，C正確；D．圖1中的丁不能證明運動不需要力來維持，D錯誤。故選C?？键c二：牛頓第一定律的內(nèi)容【例2】下列說法正確的是（）A．牛頓第一定律是科學(xué)家憑空想象出來的，沒有實驗依據(jù)B．牛頓第一定律無法用實驗直接驗證，因此是不成立的C．理想實驗的思維方法與質(zhì)點概念的建立一樣，都是一種科學(xué)抽象的思維方法D．由牛頓第一定律可知，靜止的物體一定不受外力作用【答案】C【解析】AB．牛頓第一定律不是實驗得出的，是在大量實驗事實的基礎(chǔ)上通過推理而概括出來的，有著重要意義，故AB錯誤；C．理想實驗的思維方法與質(zhì)點概念的建立一樣，都是一種科學(xué)的抽象思維方法，故C正確；D．由牛頓第一定律可知，靜止的物體一定不受外力作用或受到的合外力為零，故D錯誤。故選C?！咀兪骄毩?xí)】1．“物理”二字最早出現(xiàn)在中文中，是取“格物致理”四字的簡稱，即考察事物的形態(tài)和變化，總結(jié)研究它們的規(guī)律的意思。同學(xué)們要在學(xué)習(xí)物理知識之外，還要了解物理學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的，領(lǐng)悟并掌握處理物理問題的思想與方法。下列敘述不正確的是（）A．合力、分力概念的建立體現(xiàn)了等效替代的思想B．牛頓第一定律是利用邏輯思維對事實進行分析的結(jié)果，能用實驗直接驗證C．在不需要考慮物體本身的大小和形狀時，用質(zhì)點來代替物體的方法叫理想模型法D．研究變速運動時，把變速運動看成很多小段勻速直線運動的累加，采用了微元法【答案】B【解析】A．合力、分力概念的建立體現(xiàn)了等效替代的思想，選項A正確；B．牛頓第一定律是利用邏輯思維對事實進行分析的結(jié)果，但是不能用實驗直接驗證，選項B錯誤；C．在不需要考慮物體本身的大小和形狀時，用質(zhì)點來代替物體的方法叫理想模型法，選項C正確；D．研究變速運動時，把變速運動看成很多小段勻速直線運動的累加，采用了微元法，選項D正確。此題選擇不正確的選項，故選B。2．人類自古以來就對自然界充滿好奇，這種好奇心和人類提高生產(chǎn)力水平的需求，構(gòu)成了自然科學(xué)發(fā)展最主要的兩個動力。結(jié)合所學(xué)知識，下列說法正確的是（）A．伽利略用推理與實驗相結(jié)合的方法，為物理學(xué)的研究奠定了基礎(chǔ)B．亞里士多德認為物體下落的快慢跟它的輕重?zé)o關(guān)C．胡克定律說明了彈簧彈力越大，彈簧的勁度系數(shù)越大D．牛頓第一定律只研究了物體做勻速直線運動時的情況【答案】A【解析】A．伽利略用推理與實驗相結(jié)合的方法，為物理學(xué)的研究奠定了基礎(chǔ)，故A正確；B．亞里士多德認為物體下落的快慢跟它的輕重有關(guān)，重的物體下落得快，故B錯誤；C．彈簧的勁度系數(shù)由彈簧本身決定，故C錯誤；D．牛頓第一定律對做勻速直線運動和靜止狀態(tài)的物體均有研究，故D錯誤。故選A。考點三：慣性與質(zhì)量的關(guān)系【例3】關(guān)于力與運動，下列說法正確的是（）A．伽利略通過理想斜面實驗說明了力是維持物體運動的原因B．物體不受力或者所受合外力為零時，物體一定處于靜止狀態(tài)C．牛頓在伽利略研究成果的基礎(chǔ)上總結(jié)出了牛頓第一定律D．物體的速度越大，其所具有的慣性就越大【答案】C【解析】A．伽利略通過“理想斜面實驗”和科學(xué)推理證明了力不是維持物體運動的原因，A錯誤；B．物體不受力或者所受合外力為零時，將處于靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，B錯誤；C．牛頓在伽利略研究成果的基礎(chǔ)上總結(jié)出了牛頓第一定律，指明了力是改變物體運動狀態(tài)的原因，C正確；D．物體的慣性只與質(zhì)量有關(guān)，與物體的速度無關(guān)，D錯誤；故選C?！咀兪骄毩?xí)】1．關(guān)于一輛汽車的慣性，下列說法正確的是（）A．汽車的運動速度越來越大，其慣性也越來越大B．汽車靜止或做勻速直線運動時才有慣性C．汽車受到的牽引力大小改變時，其慣性大小也改變D．汽車裝貨的過程，其慣性增大【答案】D【解析】慣性指物體保持原有運動狀態(tài)不變的性質(zhì)，任何物體都有慣性。質(zhì)量是衡量物體慣性大小的唯一量度。所以汽車的慣性僅由汽車的質(zhì)量決定，與汽車的運動狀態(tài)無關(guān)。裝貨的過程中，汽車質(zhì)量增大，慣性增大。故選D。2．下列有關(guān)物體慣性的說法中正確的是（）A．同一物體，不管速度大小如何，慣性大小是相同的B．力是改變物體慣性的原因C．物體只有靜止或做勻速直線運動時才有慣性D．受力物體的慣性將隨著所受力的增大而逐漸消失【答案】A【解析】A．慣性只與物體的質(zhì)量有關(guān)，則同一物體，不管速度大小如何，慣性大小是相同的，選項A正確；B．力是改變物體運動狀態(tài)的原因，物體的慣性是不變的，選項B錯誤；C．物體慣性只與質(zhì)量有關(guān)，在任何狀態(tài)下都均有慣性，選項C錯誤；D．物體的慣性與受力的大小無關(guān)，選項D錯誤。故選A。方法探究方法探究一、伽利略理想實驗1．理想實驗是一種思維活動，雖然它是抽象思維中設(shè)想出來的，在實驗室無法驗證，但它建立在可靠的事實基礎(chǔ)上，以物理事實為依據(jù)，經(jīng)過科學(xué)抽象和邏輯推理，從而深刻揭示了物理現(xiàn)象的本質(zhì)，理想斜面實驗反映了一種重要的物理思想．2．理想實驗的意義：伽利略理想實驗是以可靠的實驗事實為基礎(chǔ)，經(jīng)過抽象思維，抓住主要因素，忽略次要因素，從而更深刻地揭示了自然規(guī)律．伽利略的研究方法的核心是把實驗和邏輯推理相結(jié)合．二、牛頓第一定律1．運動狀態(tài)改變即速度發(fā)生變化，有三種情況：(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．對牛頓第一定律的理解(1)定性揭示了力和運動的關(guān)系：①力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而不是維持物體運動的原因．②物體不受外力時的運動狀態(tài)：勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)．(2)揭示了一切物體都具有的一種固有屬性——慣性．因此牛頓第一定律也叫慣性定律．(3)牛頓第一定律是牛頓在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上得出的，是在理想實驗的基礎(chǔ)上加以科學(xué)抽象和邏輯推理得到的，但其得到的一切結(jié)論經(jīng)過實踐證明都是正確的．(4)牛頓第一定律無法用實驗直接驗證．它所描述的是一種理想狀態(tài)，即不受外力的狀態(tài)．三、慣性1．慣性是物體的固有屬性，一切物體都具有慣性．2．物體慣性的大小由質(zhì)量決定，與物體的運動狀態(tài)無關(guān)，與是否受力無關(guān)，與物體的速度大小無關(guān)．3．慣性的表現(xiàn)(1)在不受力的條件下，慣性表現(xiàn)出維持其原來運動狀態(tài)的“能力”，有“惰性”的意思．(2)在受力的條件下，慣性的大小表現(xiàn)為運動狀態(tài)改變的難易程度．質(zhì)量越大，慣性越大，運動狀態(tài)越難改變．課后小練課后小練一、單選題1．許多物理學(xué)家的科學(xué)研究椎動了人類文明的進程。在對以下幾位物理學(xué)家所做科學(xué)貢獻的敘述中，正確的是（）A．伽利略猜想自由落體運動的速度與下落時間成正比，并直接用實驗進行了驗證B．亞里士多德認為兩個從同一高度自由落下的物體，重物體與輕物體下落一樣快C．胡克認為只有在一定的條件下，彈簧的彈力才與彈簧的形變量成正比D．牛頓最先推翻了亞里士多德認為“力是維持物體運動的原因”的觀點【答案】C【解析】A．伽利略猜想自由落體運動的速度與下落時間成正比，但沒有直接用實驗進行驗證，故A錯誤。B．亞里士多德認為兩個物體從同一高度自由落下，重物體比輕物體下落得要快，故B錯誤。C．胡克認為只有在不超過彈簧的彈性限度時，彈簧的彈力才與彈簧的形變量成正比，故C正確。D．伽利略最先通過理想斜面實驗得出了力不是維持物體運動的原因，故D錯誤。故選C。2．如圖所示，用輕繩將物體懸掛在天花板上靜止不動，下列說法錯誤的是（）A．剪斷繩的瞬間，若所有力都消失了，物體將豎直下落B．天花板對繩的拉力和繩對天花板的拉力是一對作用力和反作用力C．物體對繩的拉力大小等于繩對物體的拉力大小D．將該物體移到月球上，其慣性大小不變【答案】A【解析】A．剪斷繩的瞬間，若所有力都消失了，物體不受力，初速度為0，根據(jù)牛頓第一定律，物體將保持靜止狀態(tài)，A錯誤，符合題意；B．根據(jù)牛頓第三定律，天花板對繩的拉力和繩對天花板的拉力是一對作用力和反作用力，B正確，不符合題意；C．物體對繩的拉力大小與繩對物體的拉力是一對作用力和反作用力，大小相等，C正確，不符合題意；D．慣性由物體的質(zhì)量決定，將該物體移到月球上，質(zhì)量不變，則其慣性大小不變，D正確，不符合題意。故選A。3．就一些實際生活中的現(xiàn)象，某同學(xué)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(xué)進步使小質(zhì)量的物體獲得大慣性B．射出槍膛的子彈在運動相當長一段距離后連一件棉衣也穿不透，這表明它的慣性變小了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(zhuǎn)彎時，車手一方面要控制適當?shù)乃俣?，另一方面要將身體稍微向里傾斜，通過調(diào)控人和車的慣性達到轉(zhuǎn)彎的目的【答案】C【解析】A．質(zhì)量不變，慣性不變，不可能使小質(zhì)量的物體獲得大慣性，故A錯誤；B．子彈穿不透棉衣，是由于速度減小了，不是慣性變小了，故B錯誤；C．摘下或加掛一些車廂時，改變了列車的質(zhì)量，這會改變它的慣性，故C正確；D．摩托車轉(zhuǎn)彎時，車手一方面要控制適當?shù)乃俣龋硪环矫嬉獙⑸眢w稍微向里傾斜，改變向心力，防止側(cè)滑，沒有改變慣性，故D錯誤。故選C。4．關(guān)于物體的慣性，下列說法正確的是（）A．速度越大，慣性越大 B．加速度越大，慣性越大C．不受力時，才有慣性 D．質(zhì)量越大，慣性越大【答案】D【解析】質(zhì)量是慣性大小的量度，質(zhì)量越大，慣性越大；慣性的大小與物體的速度、加速度以及是否受力均無關(guān)，則選項ABC錯誤，D正確。故選D。5．關(guān)于科學(xué)家在牛頓運動定律建立過程中作出的貢獻，下列說法錯誤的是（）A．亞里士多德最早提出了力與運動之間存在關(guān)系B．伽利略的理想實驗為力與運動的關(guān)系的研究提供了重要的思想方法C．笛卡兒認為，如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將不會停下來，但會偏離原來的方向D．牛頓最早將物體間復(fù)雜多樣的相互作用抽象為力【答案】C【解析】A．亞里士多德最早提出了力與運動之間存在關(guān)系，認為力是維持物體運動的原因，A正確；B．伽利略的理想實驗說明力不是維持物體運動的原因，理想實驗為力與運動的關(guān)系的研究提供了重要的思想方法，B正確；C．笛卡兒認為：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，既不會停下來也不會偏離原來的方向，C錯誤；D．牛頓通過牛頓第一定律，最早將物體間復(fù)雜多樣的相互作用抽象為力，D正確。故選C。6．如圖所示，一個劈形物體A放在斜面上，A的各個表面光滑且上表面水平，在A的上表面上放置一個小球B，由靜止釋放A，則小球B在碰到斜面之前的運動軌跡是（）A．沿斜面向下的直線 B．豎直向下的直線C．拋物線 D．雙曲線【答案】B【解析】小球原來靜止時受重力和支持力作用，其合力為零，當劈形物體由靜止釋放，A應(yīng)沿斜面下滑，故B也將運動，運動狀態(tài)就要發(fā)生改變，但由于慣性，小球原來速度為零，沒有水平或其他方向上的速度，而A的上表面又光滑，除豎直方向可以有合力外，其他方向上沒有合力，加之力是使物體運動狀態(tài)改變的原因，小球只能在豎直方向上有運動，在碰到斜面之前，運動軌跡應(yīng)為一條直線，即豎直向下的直線，故B正確，ACD錯誤。故選B。7．張老師從鄭州科學(xué)技術(shù)館東門乘坐出租車去鄭州市教育局。張老師通過手機APP查詢得知全程為8公里，約行駛20分鐘，拐彎三次，預(yù)計15點36分到達。下列描述正確的是（）A．全程“8公里”指的是位移為8kmB．行駛“20分鐘”和“15點36分”到達都是指時間間隔C．預(yù)計出租車全程的平均速率約為24km/h，研究此平均速率時可以把出租車看成質(zhì)點D．途中有一次急剎車，安全帶對張老師的作用力減小了張老師的慣性，保證了安全【答案】C【解析】A．全程“8公里”指的是路程為8km，A錯誤；B．行駛“20分鐘”指的是時間間隔，“15點36分”到達指的是時刻，B錯誤；C．預(yù)計出租車全程的平均速率約為24km/h，研究此平均速率時可以把出租車看成質(zhì)點，C正確；D．質(zhì)量是慣性的唯一量度，急剎車過程張老師的質(zhì)量不變，慣性不變，D錯誤。故選C。8．關(guān)于慣性的說法，下列正確的是（）A．只有靜止和勻速運動的物體有慣性，其他運動的物體沒有慣性B．同一物體速度較大時，停下來比較困難，說明速度大慣性大C．鉛球被拋出離開手后，能繼續(xù)向前運動是由于人們繼續(xù)對鉛球施加有向前作用力D．分別位于月球和地球上質(zhì)量相同的兩個物體，它們的慣性一定相同【答案】D【解析】ABD．任何物體都有慣性，慣性只和質(zhì)量有關(guān)，與物體所處的環(huán)境及運動狀態(tài)無關(guān)，AB錯誤，D正確；C．鉛球被拋出離開手后，能繼續(xù)向前運動是由于慣性，鉛球要保持原有的運動狀態(tài)導(dǎo)致，C錯誤。故選D。二、多選題9．下列關(guān)于慣性的說法正確的是（）A．汽車速度越大越難剎車，表明速度越大慣性越大B．兩個物體只要質(zhì)量相同，那么慣性就一定相同C．乒乓球可快速抽殺，是因為乒乓球慣性小D．宇宙飛船中的物體處于完全失重狀態(tài)，所以沒有慣性【答案】BC【解析】AB．慣性是描述物體運動狀態(tài)改變的難易程度的物理量，由質(zhì)量唯一量度，與運動的快慢無關(guān)，質(zhì)量相同，慣性一定相等，故B正確，A錯誤；C．乒乓球質(zhì)量較小，慣性小，運動狀態(tài)容易改變，可快速抽殺，故C正確；D．宇宙飛船中的物體處于完全失重狀態(tài)，但質(zhì)量沒有消失，所以有慣性，故D錯誤。故選BC。10．伽利略在研究力與運動的關(guān)系時成功地設(shè)計了理想斜面實驗。下面關(guān)于理想實驗的敘述中正確的是（）A．理想實驗是建立在經(jīng)驗事實基礎(chǔ)上的合乎邏輯的科學(xué)推斷B．理想實驗完全是邏輯思維的結(jié)果，不需要經(jīng)過客觀事實的檢驗C．理想實驗抓住了客觀事實的主要因素，忽略了次要因素，從而更深刻地揭示了自然規(guī)律D．理想實驗所提出的設(shè)想是不合乎實際的，因此得出的結(jié)論是脫離實際的、不可靠的【答案】AC【解析】A．在伽利略研究力與運動的關(guān)系時，是在斜面實驗的基礎(chǔ)上，成功地設(shè)計了理想斜面實驗，他以實際的實驗為依據(jù)，抓住了客觀事實的主要因素，忽略了次要因素，從而能夠更深刻地揭示了自然規(guī)律，因此，理想實驗是實際實驗的延伸，而不是實際的實驗，是建立在實際事實基礎(chǔ)上的合乎邏輯的科學(xué)推斷，故A項正確；B．理想實驗的結(jié)果，要經(jīng)過客觀事實的檢驗，才能證明其是否正確，故B項錯誤；CD．理想實驗抓住了客觀事實的主要因素，忽略了次要因素，從而能夠更深刻地揭示了自然規(guī)律，并沒有脫離實際，是可靠的，故C正確，D錯誤。故選AC。11．關(guān)于牛頓第一定律，以下說法中正確的有（）A．牛頓第一定律是依靠實驗事實，直接歸納總結(jié)得出的B．牛頓第一定律是以可靠實驗為基礎(chǔ)，通過抽象出理想化實驗而得出的結(jié)論C．根據(jù)牛頓第一定律可知，力是維持物體運動的原因D．根據(jù)牛頓第一定律可知，力是改變物體速度的原因【答案】BD【解析】AB．牛頓第一定律不是實驗定律，但它是以可靠實驗為基礎(chǔ)，通過抽象出理想化實驗而得出的結(jié)論，故A錯誤，B正確；CD．牛頓第一定律揭示了力與運動的關(guān)系，指出力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而不是維持物體運動的原因，故C錯誤，D正確。故選BD。12．“吃水不忘挖井人”，我們必須銘記物理學(xué)家們的艱苦研究，巨大貢獻，他們的付出，帶來了人類科學(xué)進步，留下了科學(xué)的物理方法；下列說法正確的是（）A．在推導(dǎo)勻變速直線運動位移公式時，把整個運動過程劃分成很多