【高一】牛顿第一定律 学案

【高一】牛顿第一定律 学案

【高一】牛顿第一定律学案

第一节牛顿第一定律学习计划

一.内容：

牛顿第一定律

二.本周目标

1.了解伽利略和亚里士多德对力和运动之间关系的不同理解。

2.知道伽利略的理想实验及其推理过程和结论．

3.了解惯性是什么，正确理解相关现象

4.理解牛顿第一定律的内容和意义．

[教学过程]

1.理想实验的魅力

（1） 伽利略的理想斜面实验

理想实验：

如图a所示，让球沿着一个斜面从静止处滚下来，球将滚到另一个斜面上。如果没有摩擦力，球就会上升到原来的高度

如果第二个斜面倾斜角度小，如图乙所示，小球在这个斜面上达到原的高度就要通过更长的路程，继续减小第二个斜面的倾斜角度，如图丙所示，使它最终成为水平面，小球就再也达不到原的高度，而是沿水平面以恒定的速度持续运动下去．

伽利略的思维方式

伽利略的“实验+科学推理”的方法推翻了亚里士多德的观点。

虽然伽利略的理想斜面实验是一个虚构的实验，但它反映了一种基于可靠事实的物理思想。它以事实为依据，以抽象为指导，抓住主要因素，忽视次要因素，深刻揭示了自然规律

（2）伽利略的观点：在水平面上的物体，设想没有摩擦，一旦物体具有某一速度，物体将保持这个速度继续运动下去. （3） 笛卡尔的观点：除非物体受到外力的作用，否则它将始终保持静止或运动。它永远不会沿着曲线移动，只能沿着直线移动。笛卡尔补充和完善了伽利略的观点

2.牛顿物理学的基石――惯性定律

牛顿总结了伽利略等人的工作，提出了三条运动定律。首先看看牛顿第一定律：

牛顿第一定律：

（1） 内容：所有物体始终保持匀速直线运动或静止，直到外力迫使它们改变这种状态

（2）如何正确理解牛顿第一定律？

牛顿第一定律应该从以下几个方面来理解：

①明确了惯性的概念:

该定律的前半句话“所有物体始终保持匀速直线运动或静态”，揭示了物体的一个重要属性——惯性，即保持匀速直线运动或静态的物体的性质。牛顿第一定律指出所有物体在任何情况下都有惯性，所以牛顿第一定律也被称为惯性定律

②确定了力的含义：

该定律的后半句“直到外力迫使它改变这种运动状态”实际上是力的定义，也就是说，力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因，这一点应该实际理解

③定性揭示了力和运动的关系：

牛顿第一定律指出了物体在没有外力的情况下的运动规律。它只描述了一种理想状态，但实际上，没有外力的物体是不存在的。当物体上的组合外力为零时，其效果与没有外力时相同。然而，我们不能将“没有外力”理解为“合力为零”

3.理解惯性和惯性定律

（1） 对惯性定律的理解

牛顿第一定律揭示了一切物体都具有保持原运动状态不变的性质，即一切物体都具有惯性．同时，牛顿第一定律还定性地指出了力的动力学意义：力是改变物体运动状态的原因，即改变速度的原因．物体在速度发生改变时，就有加速度．因此也可以说：力是使物体产生加速度的原因．不能认为力是维持物体运动（匀速直线运动）的原因，也不能认为有力就有运动，没有力就没有运动，更不能认为物体向哪个方向运动就一定受到那个方向的力的作用．

（2） 对惯性的理解 ①惯性是物体的固有属性：一切物体都具有惯性．

② 惯性与运动状态无关：无论物体处于何种运动状态，惯性总是存在的。当物体静止时，它总是“想要”保持这种静止状态；当一个物体移动时，它总是“想要”以匀速直线移动

③惯性与物体是否受力无关，与物体速度大小无关，仅由物体的质量决定．

4.惯性和力的比较

（1）从概念比较

“惯性”是指物体保持匀速直线运动或静止状态的特性，“力”是指物体之间的相互作用，而力是迫使物体改变其运动状态的原因

（2）从意义比较

任何物体都有惯性，物质无处不在。惯性无处不在。所有物体都有惯性。我们生活的世界是惯性的世界，也被称为惯性系统。

惯性不是力，惯性与力毫无关系，二者有着本质的区别。

力是物体之间的相互作用。这是迫使物体改变其运动状态并使物体产生加速度的原因

5.决定物体运动状态发生变化的内因与外因

决定物体运动状态变化的因素有两个：一是物体上的外力；另一个是物体本身的质量。外力是改变物体运动状态的外部因素，质量是决定改变物体运动状态难度的内部因素。

在物体的质量一定时，物体受到的力越大，其运动状态的变化就越迅速；反之，物体受到的力越小，其运动状态的变化就越缓慢。

当物体上的外力恒定时，物体的质量越大，改变其运动状态就越困难；相反，物体的质量越小，其运动状态就越容易改变。物体质量的大小决定了改变运动状态的难度。

6.明确区分“运动状态改变的难易”与“让运动物体停止运动的难易”的不同

一些学生认为，车速越高，停车时间越长，也就是说，刹车时间越长，也就是说，停车越困难。因此，他们认为汽车的速度越快，惯性就越大。事实上，这是错误的

比较物体惯性大小的方法是：在相同外力作用下，加速度大的其惯性小；加速度小的其惯性大；加速度相等时其惯性等大．同辆汽车，刹车时所受阻力相同，加速度相同，即单位时间内速度改变量相同，惯性大小就相同．行驶速度大的汽车，停下的速度改变量越大所用时间就越长，而单位时间内的速度改变量仍然相同，即加速度相同，惯性大小相同．所以惯性的大小与速度大小无关。 [典型示例]

例1.关于牛顿第一定律，下面说法正确的是（）

a、 牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律

b.牛顿第一定律就是惯性

c、 当物体不受惯性作用时，由于外力的作用，它保持恒定状态

d.物体的运动状态发生变化时，物体必定受到外力的作用

分析：从牛顿第一定律可以看出，该定律反映了物体在没有外力的情况下静态或匀速直线运动的规律。因此，选择a是正确的

对b，惯性与惯性定律二者的物理意义截然不同．惯性是一切物体都具有维持匀速直线运动或静止状态的性质，无论物体处于什么状态，物体的惯性都会以不同的形式表现出．而惯性定律则是说：一切物体在不受外力作用时总是保持匀速直线运动或静止状态，直到有外力迫使物体改变这种状态为止．它是物体不受外力作用的条下所遵守的规律．惯性与惯性定律这二者极易混淆，只有从概念的物理意义上分析、对比，从而作出正确判断．故b选项错误。

对于C，根据牛顿第一定律，物体在其原始运动状态下保持不变的原因是物体不受外力且具有惯性。因此，选项C是正确的

对d，由牛顿第一定律的含义可知，力就是迫使物体运动状态发生改变的原因，故d选项正确．

答：A，C，D

点评：要辨析选择这一类的题目，必须明确基本概念及其物理意义；必须明确、区分、对比此题中的“力”、“惯性”、“惯性定律”、“运动状态”等概念的异同，以避免出现概念混淆，难辨是非的低级错误．

惯性与质量关系的定性分析

例2.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，另外谷粒中也有瘪粒．为了将它们分离，可用扬场机分选，如图所示。它的分选原理是（）

a、 卵石的质量最大，空气阻力最小，飞行距离最远

b.空气阻力对质量不同的物体影响不同

c、 干瘪的谷物和草屑的重量最小。在空气阻力作用下，反向加速度最大，飞行距离最远 d.空气阻力使它们的速度变化不同

分析：各种杂物以相同的速度从机器中抛出。由于空气阻力和加速度不同，它们的速度变化也不同，因此D选项是正确的。或是这种认识：小石块具有大质量和惯性，它们的运动状态比杂质更难改变，所以它们飞得最远，而固体颗粒的质量和惯量介于小石子和瘪谷之间，因此，最后一粒的位置在中间。

答案：d

例3如图（1）所示，重球系在细线DC的下端，同一细线Ba系在重球下方。下面的陈述是正确的（）

（1）

a、 当线的a端慢慢增加张力时，线DC首先断开

b.在线的a端缓慢加大拉力时，线ba先断

c、 当线的a端被猛拉时，线Ba首先断开

d.在线的a端猛力一拉，线dc先断

分析：重球上的力如图（2）所示

（2）

对于a，当张力在线的a端缓慢增加时，重球可以有一个小的向下位移，从而使上部细线CD的张力逐渐增加。因为这个过程非常缓慢，所以可以认为重球始终处于力平衡状态，重球上的力是平衡的。当AB线下端的力增加时，它也会增加，上部的CD绳总是首先达到应力极限，因此CD绳将首先被拉下。因此，选项a是正确的

对b，由上面的分析可知，b选项错误．

对于C，当力在a的末端被拉动时，重球的质量大，惯性大，力的作用时间很短，因此重球的向下位移也很小，因此上线CD的变形没有延长，下线的张力已经达到极限强度，所以下线AB肯定会先断裂。因此，C选项是正确的。

对d，由上面的分析可知，d选项错误．

答：A，C

点评：本题具有一定的难度，综合性较强．

例4（2022年的广东）以下对体育的错误理解是（）

a.亚里士多德认为物体的自然状态是静止的，只有当它受到力的作用时才会运动 b、 伽利略认为力不是保持物体速度的原因

c.牛顿认为力的真正效应总是改变物体的速度，而不仅仅是使之运动

d、 伽利略根据理想实验推断，如果没有摩擦力，一旦水平面上的物体有一定的速度，它就会保持这个速度并继续运动

解析：亚里士多德认为力是维持物体运动的原因，故a项错，其他三项与史实吻合。

答：a

例5.（2021年上海市综合试题）科学思维和科学方法是我们认识世界的基本手段．在研究和解决问题过程中，不仅需要相应的知识，还要注意运用科学方法．理想实验有时更能深刻地反映自然规律．咖利略设想了一个理想实验，其中有一个是实验事实，其余是推论．

① 减小第二斜面的倾角，球仍需达到该斜面上的原始高度；

②两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面；

③ 如果没有摩擦，球将上升到原来的释放高度；

④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面做持续的匀速运动．

请按照正确的顺序安排上述理想实验的设想步骤（只需填写序列号）。在上述假设步骤中，有些是可靠的事实，有些是理想化的推论。以下事实和推论的分类是正确的（）

a.①是事实，②③④是推论

B② 事实是，① ③ ④ 这就是推论

c.③是事实，①②④是推论

D④ 事实是，① ② ③ 这就是推论

解析：本题是在可靠事实的基础上进行合理的推理，将实验理想化，并符合物理规律，得到正确的结论，而②是可靠事实，因此放在第一步，③①是在高度上作无摩擦的设想，最后推导出水平面④上的理想实验，因此正确顺序是②③①④。