4.1 2019-2020年上学期人教版(2019)高一物理必修一 第四章牛顿运动定律 第一节 牛

第1节牛顿第一定律一、理想实验的魅力1．亚里士多德的观点：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止．即力是维持物体运动的原因．2．伽利略的观点(1)理想实验：让小球沿第一个斜面从静止状态开始向下运动，然后冲上第二个斜面，如果没有摩擦，小球上升的高度与释放时的高度相同．减小第二个斜面的倾角，小球滚动的距离增大．科学推论：当将第二个斜面放平时，小球将会永远运动下去．(2)结论：力不是维持物体运动的原因．3．笛卡尔的观点：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向．二、牛顿第一定律一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态．牛顿第一定律又叫惯性定律．三、惯性与质量1．惯性：物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质．2．惯性的量度：质量是物体惯性大小的唯一量度．思维辨析(1)伽利略理想斜面实验是不科学的假想实验．( )(2)理想实验所得到的结论是不可靠的．( )(3)伽利略的“理想实验＋科学推论”的方法是一种科学方法．( )(4)物体只有处于静止状态或匀速直线运动状态时才有惯性．( )(5)物体运动速度越大，惯性越大．( )(6)力无法改变物体的惯性．( )提示：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×(6)√基础理解(1)(2019·昭阳月考)运动和力的关系，下列说法中正确的是( )A．静止的物体一定不受力的作用B．物体的运动状态改变时，一定受到了外力的作用C．物体运动的方向一定是它的受力方向D．作用在物体上的力消失后，物体将会停止运动提示：选B.静止的物体可以受力，只不过各力的合力为零，故A错误；力是改变物体运动状态的原因，物体的运动状态改变时，一定受到了外力的作用，故B正确；物体运动的方向与受力方向无关，故C错误；作用在物体上的力消失后，物体保持静止状态或匀速直线运动状态运动，故D错误．(2)(2019·浙江期中)下列有关现象，分析正确的是( )A．草地上滚动的足球会停下来，是因为运动要靠力来维持B．汽车启动时乘客向后倒，是因为人在此刻才具有惯性的缘故C．100 m比赛中运动员跑到终点后会继续向前跑一段距离，这样做是为了减小惯性D．用力甩牙刷能把水甩走，是因为水具有惯性提示：选D.草地上滚动的足球会停下来，说明力是改变物体运动状态的原因，而不是维持运动的原因，故A错误；汽车任何时刻都具有惯性，与运动状态无关，故B错误；100 m比赛中运动员跑到终点后会继续向前跑一段距离，是由于惯性的原因，质量是惯性的唯一量度，故C错误；用力甩牙刷时，水与牙刷一起运动，牙刷受力静止，而水具有惯性继续运动，所以被甩下来，故D正确.对牛顿第一定律的理解问题导引如图所示，冰壶在冰面上的运动．如果摩擦阻力比较大，冰壶很快停下来；如果摩擦阻力很少，冰壶能滑得很远；如果摩擦阻力为零，冰壶将永远运动下去．试结合上述现象讨论：(1)牛顿第一定律中“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”说明运动与力有什么关系？(2)根据牛顿第一定律思考，如果物体不受外力作用，物体将处于什么状态？要点提示 (1)说明力是改变物体运动状态的原因．(2)原来静止的物体，不受外力时，仍然静止；原来运动的物体，不受外力时，将永远做匀速直线运动．【核心深化】1．伽利略理想实验的方法和意义当物体的速度发生变化时，则这个物体的运动状态发生了变化．物体的运动状态变化有以下三种情况：(1)速度的方向不变，只有大小改变．(2)速度的大小不变，只有方向改变．(3)速度的大小和方向都发生改变．3．对牛顿第一定律的理解关键能力1 对伽利略理想实验的理解理想实验有时能更深刻地反映自然规律．伽利略设想了一个理想实验，如图所示的斜面实验，其中有一个是实验事实，其余是推论．①减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度．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，小球将上升到原来释放时的高度．④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成一水平面，小球要沿水平面永远运动下去．请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列______________________________ (只要填写序号即可)．在上述的设想步骤中，有的属于可靠的事实，有的则是理想化的推论．下列关于事实和推论的分类正确的是( )A．①是事实，②③④是推论B．②是事实，①③④是推论C．③是事实，①②④是推论D．④是事实，①②③是推论[思路点拨] 理解理想实验，应注意以下几点(1)真实实验是一种实践活动，是可以通过一定的实验器材和实验方法来实现的实验．(2)理想实验是一种思维活动，是抽象思维中设想出来的、无法做到的实验．(3)理想实验是以可靠的实验事实为基础的．[解析] 体会伽利略的理想实验，可知排列顺序为②③①④，分类正确的是选项B.[答案] ②③①④ B关键能力2 对牛顿第一定律的理解(2019·醴陵期末)关于牛顿第一定律，下列说法中正确的是( ) A．牛顿第一定律是利用逻辑思维对事物进行分析的产物，不可能用实验直接证明B．不受力作用的物体是不存在的，故牛顿第一定律的建立毫无意义C．牛顿第一定律表明，物体只有在不受外力作用时才具有惯性D．牛顿第一定律表明，物体只有在静止或做匀速直线运动时才具有惯性[思路点拨] 牛顿第一定律给出了物体不受力作用时的运动规律，同时也说明了力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因；牛顿第一定律是牛顿在前人实验的基础上，根据逻辑推理得出的，是以实验为基础，但又不是完全通过实验得出．[解析] 牛顿第一定律是牛顿在伽利略等前人实验的基础上，根据逻辑推理得出的，是以实验为基础，但又不是完全通过实验得出，故A正确；虽然在地球上不受力作用的物体是不存在的，但牛顿第一定律给出了物体不受力作用时的运动规律，是牛顿第二定律的基础，也为科学的发展奠定了基础，故B错误；牛顿第一定律表明物体具有保持原来运动状态的性质，即惯性，惯性的大小与物体的受力情况和运动情况均无关，故C、D错误．[答案] A力和运动的关系(1)力的作用效果是使物体发生形变或速度发生改变，而速度的改变就意味着物体的运动状态发生了改变，因此，力的作用效果是改变了物体的运动状态，也可以说“力是使物体运动状态改变的原因”．(2)力是改变物体运动状态的原因，不是维持物体运动状态的原因，物体运动状态发生改变必定受到不为零的外力作用．【达标练习】1．(2019·北京学业考试)中国古代科技取得了辉煌的成就，在很多方面走在世界前列．例如春秋战国时期，墨家的代表人物墨翟在《墨经》中，就已对力做了比较科学的阐述：“力，刑(形)之所以奋也”．这句话的意思是：力能使物体由静止开始运动，或使运动的物体运动得越来越快．下列说法中，与墨翟对力的阐述最接近的是( )A．力是维持物体运动的原因B．力是物体位移变化的原因C．力是物体位置变化的原因D．力是物体运动状态改变的原因解析：选D.由题意可知：“力，刑(形)之所以奋也”这句话的意思是：力能使物体由静止开始运动，或使运动的物体运动得越来越快，即力起到了改变物体运动状态的作用，与力是改变物体运动状态的原因相接近，故D正确，A、B、C错误．2．(多选)(2019·郑州高一检测)关于牛顿第一定律的理解正确的是( )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．不受外力作用时，物体的运动状态保持不变C．在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于没有外力维持木块运动D．飞跑的运动员遇到障碍而被绊倒，这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态解析：选ABD.牛顿第一定律描述了物体不受外力作用时的状态，即总保持匀速直线运动状态或静止状态，A、B正确；牛顿第一定律还揭示了力和运动的关系，力是改变物体运动状态的原因，不是维持物体运动状态的原因，在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于受到摩擦阻力的作用而改变了运动状态，飞跑的运动员遇到障碍而被绊倒，是因为他受到外力作用而改变了原来的运动状态，C错误，D正确．对惯性的理解和应用问题导引会向前跌倒；而如果你踩到西瓜皮，会向后倒？要点提示奔跑时碰到石块，人的下半身就停了下来，而人的上半身由于惯性，仍然保持原来的运动状态，所以会向前跌倒．如果你踩到西瓜皮，脚有一个向前运动的较大速度，而人的上半身由于惯性，仍保持原来的状态，所以会向后倒．【核心深化】1．惯性与质量(1)惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性．(2)质量是物体惯性大小的唯一量度，质量越大，惯性越大．2．惯性与力(1)惯性不是力，而是物体本身固有的一种性质，始终具有且与外界条件无关；力只有在物体间相互作用时才有，离开了物体就无所谓力．因此说“物体受到了惯性作用”“产生了惯性”“受到惯性力”等都是错误的．(2)力是改变物体运动状态的原因，惯性是维持物体运动状态的原因．对同一物体，力越大，运动状态越易改变；惯性越大，运动状态越难改变．(3)惯性与物体的受力情况无关．惯性与力的区别可由下表反映(1)速度是表示物体运动快慢的物理量，惯性是物体本身固有的属性．(2)一切物体都具有惯性，和物体是否有速度及速度的大小无关．关键能力1 对惯性的理解B．在月球上举重比在地球上容易，所以质量相同的物体在月球上比在地球上惯性小C．推动地面上静止的物体，要比维持这个物体做匀速运动所需的力大，所以物体静止时惯性大D．两个质量相同的物体，不论速度大小，它们的惯性的大小一定相同[思路点拨] 惯性是物体本身的一种基本属性，其大小只与质量有关，质量越大、惯性越大；惯性的大小和物体是否运动、是否受力以及运动的快慢没有任何关系．[解析] 物体的惯性只与物体的质量有关，两个质量相同的运动物体，惯性大小相等，与速度和所处位置无关，故A、B、C错误，D正确．[答案] D关键能力2 对惯性现象的分析如图所示，一个盛水的容器固定在一个小车上，在容器中分别用绳悬挂和拴住一只铁球和一只乒乓球．容器中的水和铁球、乒乓球都处于静止状态．当容器随小车突然向右运动时，两球的运动状况是(以小车为参考系)( )A．铁球向左，乒乓球向右B．铁球向右，乒乓球向左C．铁球和乒乓球都向左D．铁球和乒乓球都向右[解析] 静止的小车突然向右运动，即向右加速运动，由于与同体积的“水球”相比，铁球质量大、惯性大，铁球的运动状态难改变，即速度变化慢，而同体积的“水球”的运动状态容易改变，即速度变化快，而且水和车一起向右加速运动，所以当小车突然向右运动时，铁球相对于小车向左运动．同理，由于乒乓球与同体积的“水球”相比，质量小、惯性小，故乒乓球相对于小车向右运动．[答案] A1．惯性与惯性定律(1)惯性不是惯性定律．惯性没有条件限制，是物体的一种固有属性．(2)惯性定律是物体不受外力作用时物体运动所遵守的一条规律．2．惯性的表现形式(1)在不受力的条件下，惯性表现为保持原来的运动状态，有“惰性”的意思．(2)在受力的条件下，惯性表现为运动状态改变的难易程度，质量越大，惯性越大，运动状态越难改变．3．惯性现象的分析方法(1)明确研究对象原来的运动状态．(2)明确当外力作用在该物体的某一部分(或外力作用在与该物体有关联的其他物体上)时，这一部分的运动状态的变化情况．(3)该物体由于惯性将保持怎样的运动状态，判断最后会出现什么现象．【达标练习】1．(2019·渝中校级期末)下列关于惯性的说法中正确的是( )A．物体惯性的大小仅由质量决定，与物体的运动状态和受力情况无关B．物体加速度越大，说明它的速度改变的越快，因此加速度越大的物体惯性越小C．行驶的火车速度大，刹车后向前运动距离长，这说明物体速度越大，惯性越大D．做自由落体运动的物体处于完全失重状态，因此做自由落体运动的物体无惯性解析：选A.惯性是物体的固有属性，任何物体惯性的大小仅由质量决定，与物体的运动状态和受力情况无关，故A正确；惯性大小只与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，与其他因素无关，故B、C错误；物体惯性的大小仅由质量决定，与物体运动状态无关，故D错误．2.如图所示，在一辆表面光滑的小车上，有质量分别为m1和m2的两个小球(m1>m2)随车一起匀速运动．当车突然停止时，如不考虑其他阻力，设车无限长，则两个小球( )A．一定相碰B．一定不相碰C．不一定相碰D．难以确定解析：选B.因为小车表面光滑，因此，不论小车如何运动，两小球在水平方向均不受力，根据牛顿第一定律可知它们将保持匀速运动状态，又因为两球速度相等，故两球一定不会相碰．1．(多选)(2019·沂水期末)关于古代先贤们对力与运动关系的探究史实，下列说法正确的是( )A．亚里士多德根据直接经验得出物体的运动需要有力来维持B．伽利略认为在水平面上运动的物体之所以会停下来是由于受到摩擦力的作用C．笛卡尔认为如果运动物体不受任何力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动D．牛顿提出了惯性定律，用实验直接验证了不受力的物体会保持匀速直线运动状态或静止状态解析：选ABC.亚里士多德根据现实经验得出的结论：必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就要静止在一个地方，故A正确；意大利物理学家伽利略根据“伽利略斜面实验”指出：在水平面上运动的物体之所以会停下来，是因为受到摩擦阻力的缘故，故B正确；笛卡尔认为如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向，故C正确；牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，不能用实验直接验证，故D错误．2．(2019·浙江模拟)伽利略研究变速运动规律时做了著名的“斜面实验”：他测量了铜球在较小倾角斜面上运动的位移和时间，发现位移与时间的平方成正比，增大斜面倾角，该规律仍然成立．于是，他外推到倾角为90°的情况，得出结论( )A．自由落体运动是一种匀变速直线运动B．力是使物体产生加速度的原因C．力不是维持物体运动的原因D．物体具有保持原来运动状态的惯性解析：选A.铜球在较小倾角斜面上的运动情况，发现铜球做的是匀变速直线运动，且铜球加速度随斜面倾角的增大而增大，倾角最大的情况就是90°时，这时物体做自由落体运动，由此得出的结论是自由落体运动是一种匀变速直线运动．3．(2019·江苏月考)中华民族的优秀文化博大精深，其中古典诗词是优秀文化的代表，从物理角度看古诗词会发现别有一番韵味．下面四句诗词中涉及惯性知识的是( ) A．明代冯梦龙的《醒世恒言》中“临崖立马收缰晚，船到江心补漏迟”B．毛泽东的《长征》中“红军不怕远征难，万水千山只等闲”C．唐代高骈的《山亭夏日》中“水晶帘动微风起，满架蔷薇一院香”D．唐代李白的《望天门山》中“两岸青山相对出，孤帆一片日边来”解析：选A.明代冯梦龙的《醒世恒言》中“临崖立马收缰晚，船到江心补漏迟”是由于惯性，故A正确；“红军不怕远征难，万水千山只等闲”描述红军到过很多有山有水的地方，与惯性无关，故B错误；唐代高骈的《山亭夏日》中“水晶帘动微风起，满架蔷薇一院香”是分子运动，与惯性无关，故C错误；唐代李白的《望天门山》中“两岸青山相对出，孤帆一片日边来”与惯性无关，故D错误．4．(2019·吉林长春高一测试)对一些实际生活中的现象，某同学试图从惯性角度加以解释，其中正确的是( )A．采用大功率的发动机后，某些一级方程式赛车的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度．这表明通过科学手段能使小质量的物体获得大的惯性B．射出枪膛的子弹在运动相当长一段距离后连一件棉衣也穿不透，这表明它的惯性小了C．货运列车运行到不同的车站时，经常要摘下或加挂一些车厢，这会改变它的惯性D．摩托车转弯时，车手一方面要控制适当的速度，另一方面要将身体稍微向里倾斜，通过调控人和车的惯性达到安全行驶的目的解析：选C.采用了大功率的发动机后，一级方程式赛车的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度，不是由于使小质量的物体获得大惯性，而是由于功率增大的缘故，A错误；射出枪膛的子弹在运动一段距离后连一件棉衣也穿不透，是由于速度减小了，不是由于惯性减小了，子弹的惯性没有变化，B错误；货运列车运行到不同的车站时，经常要摘下或加挂一些车厢，质量改变了，它的惯性也会改变，C正确；摩托车转弯时，车手一方面要控制适当的速度，另一方面要将身体稍微向里倾斜，防止侧滑，而人和车的惯性并没有改变，D错误．一、单项选择题1.伽利略创造的把实验、假设和逻辑推理相结合的科学方法，有力地促进了人类科学认识的发展．利用如图所示的装置做如下实验：小球从左侧斜面上的O点由静止释放后沿斜面向下运动，并沿右侧斜面上升．斜面上先后铺垫三种粗糙程度逐渐降低的材料时，小球沿右侧斜面上升到的最高位置依次为1、2、3.根据三次实验结果的对比，可以得到的最直接的结论是( )A．如果斜面光滑，小球将上升到与O点等高的位置B．如果小球不受力，它将一直保持匀速运动或静止状态C．如果小球受到力的作用，它的运动状态将发生改变D．小球受到的力一定时，质量越大，它的加速度越小解析：选A.根据题意，铺垫材料粗糙程度降低时，小球上升的最高位置升高，当斜面绝对光滑时，小球在斜面上没有能量损失，因此可以上升到与O点等高的位置，而B、C、D三个选项从题目不能直接得出，所以选项A正确．2．围绕“力与运动”的关系的认识与研究人类经历了漫长的历史时期，下列叙述不符合历史事实的是( )A．亚里士多德根据“用力推车，车子前进，停止用力，车子就停下来”这一现象，提出了力是维持物体运动的原因B．亚里士多德在分析“推车问题”时，只强调了推力，而忽视了摩擦力的作用，因而得到了错误的结论C．伽利略用自己设计的理想实验，观察到了没有摩擦力的作用时小球就可以以恒定的速度运动下去，从而推翻了力是维持物体运动的原因的错误结论D．伽利略的理想实验虽然是假想实验，无法完成，但由此得到的结论是可靠的解析：选C.围绕“力与运动”的关系的认识，由物理学史可知A、B两选项是正确的；在伽利略的实验中不可能真正观察到无摩擦力时小球以恒定速度做直线运动这一现象，故C选项错误；“理想实验”是人们假想的实验，但是由此推理得到的结论是可靠的，故D选项正确．3．(2019·泉州期末)关于牛顿第一定律的理解，下列说法中正确的是( )A．物体受到的外力越大时惯性越小B．物体运动状态发生变化时必定受到外力的作用C．物体不受外力作用时一定处于静止状态D．在水平地面上滑动的物体最终要停下来，是因为没有外力来维持解析：选B.牛顿第一定律反映力是改变物体运动状态的原因，惯性是物体的运动状态保持不变的性质，是物体本身固有的属性，与物体的运动状态无关，与物体受力情况无关，故A 错误；牛顿第一定律既揭示了物体保持原有运动状态的原因——惯性，又揭示了运动状态改变的原因——力．运动状态发生变化时，物体必定受到外力的作用，故B正确；物体只有不受外力时，能处于静止状态或匀速直线运动状态，故C错误；在水平地面上滑动的物体最终要停下来，是因为有摩擦力改变了物体运动的状态，故D错误．4．(2019·西藏拉萨高一期中)关于物体的惯性，下列说法中正确的是( )A．骑自行车的人，上坡前要紧蹬几下，是为了增大惯性冲上坡B．子弹从枪膛中射出后，在空中飞行速度逐渐减小，因此惯性也减小C．宇航员在绕地球飞行的宇宙飞船中，可以“飘来飘去”，是因为他的惯性消失了D．做自由落体运动的小球，速度越来越大，但惯性不变解析：选D.惯性的大小只与物体的质量有关，与其他因素无关，骑自行车的人质量没有改变，所以惯性不变，故A错误；子弹从枪膛中射出后质量不变，惯性不变，故B错误；宇航员在绕地球飞行的宇宙飞船中，可以“飘来飘去”，处于完全失重状态，有质量就有惯性，故C错误；做自由落体运动的小球，质量不变，惯性不变，故D正确．5．一天下着倾盆大雨，某人乘坐列车时发现，车厢的双层玻璃窗内积水了．列车进站过程中(箭头表示列车进站的方向)，他发现水面的形状如选项图中的( )解析：选C.列车进站时刹车，速度减小，而水由于惯性仍要保持原来较大的速度，所以水向前涌，水面形状和选项C中一致．6．(2019·阜阳期末)如图，在车厢中的A是用绳拴在底部上的氢气球，B是用绳挂在车厢顶的金属球，开始时它们和车顶一起向右做匀速直线运动，若忽然刹车使车向右做匀减速运动．则下列哪个图能正确表示刹车期间车内的情况( )解析：选D.开始时金属球、车厢及氢气球有向右的相同速度，突然刹车使车厢做减速运动时，由于金属球比车厢内同体积的空气质量大，惯性大，运动状态不易改变，相对车厢还是向右运动，因此B向右偏，故B、C错误；氢气球虽然有惯性因为氢气密度小，空气的密度大(惯性比气球大)，所以向前会撞到空气，力的作用是相互的，被空气向后推开，相对车厢向左运动，故A错误，D正确．7．(2019·贵阳一模)我国已成为世界上高铁商业运营速度最快的国家．一乘客在一列匀加速直线行驶的“复兴号”车厢里相对车厢以一定的速度竖直向上抛出一个小球，则小球( )。

2019-2020年高中物理第四章第一节牛顿第一定律教案新人教版必修1教材依据人民教育出版社高中物理必修一第四章第一节教学流程悬疑→提出问题→自学阅读→分角色辩论→教师点拨→总结→应用教学目标一、知识与技能1.理解牛顿第一定律，能运用牛顿第一定律分析解决问题。

2.了解什么是惯性，知道惯性的决定因素。

二、过程与方法1.培养学生分析、表达和概括能力。

2.让学生体验牛顿第一定律的形成过程。

3.培养学生透过现象抓住事物的本质的能力。

4.让学生体会经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，把可靠的事实和理论思维结合起来的科学方法。

三、情感态度与价值观1.体验规律探索过程的曲折性。

2.培养学生实事求是的科学态度和科学精神。

教学重点体验牛顿第一定律的形成过程，会用牛顿第一定律解决问题教学难点力是物体运动状态改变的原因教学方法角色体验探索教学法教学器材椅子、气垫导轨、滑块、小车、木块、伽利略理想实验演示器、鸡蛋、塑料板、玻璃杯（有水）教学环境电脑、投影机、屏幕、飞机投弹动画、客车急拐弯录象教学实录一、引入新课上课铃响后，教师手里拖着一把椅子，走走停停，进了教室。

（学生很惊讶，老师平时很注意学生学习环境的保护，今天怎么不注意自己的行为？教学设计起到了提高学生注意，引起学生兴奋的效果。

）教师：同学们！根据刚才老师进教室这一过程，对某一现象进行描述，并提出一些与物理相关的问题。

学生：（讨论，并积极回答）（１）椅子与地面间有摩擦，产生噪音，摩擦力和噪音的产生条件？（２）为什么拖椅子比搬椅子省“劲”？（３）椅子拖就走，不拖不走，说明椅子的运动需要力的作用来维持。

教师：对“椅子拖就走，不拖不走”，这位同学的解释正确吗？这种现象应该怎么解释？学生：（刚才那为同学坚持自己的观点，引起大多数同学的反对）二、进行新课教师：我们现在争论的焦点是“力是否是维持物体运动的原因？”学生：（一片反对声）教师：人们能正确认识力是否是维持物体运动的原因，经历了千年的时间。