高中物理人教版（2019）必修1： 4.1 牛顿第一定律 学案

【标题】第四章　运动和力的关系
第一节　牛顿第一定律
解读课程　学科素养
课标要点 核心素养
1．知道伽利略实验及其推理过程，知道理想实验是科学研究的重要方法． 2．理解牛顿第一定律的内容及意义． 3．理解惯性的概念，会解释有关的惯性现象． 1．会区分惯性定律与惯性，理解力和运动的关系．（科学思维） 2．探究力和运动的关系，并获得结论．（科学探究） 3．领悟理想实验的魅力，激发学习和探索的兴趣．（科学态度与责任）
预习新知　自主学习
一、理想实验的魅力
1．亚里士多德认为：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．即力是维持物体运动的原因．
2．伽利略的理想实验
（1）斜面实验：让静止的小球从第一个斜面滚下，冲上第二个斜面，如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度．减小第二个斜面的倾角，小球滚动的距离增大，但所达到的高度相同．当第二个斜面放平，小球将永远运动下去．
（2）推理结论：力不是（填“是”或“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、牛顿物理学的基石——惯性定律
1．牛顿第一定律：
内容：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．
2．惯性：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫惯性．牛顿第一定律也叫做惯性定律．
牛顿第一定律指出物体不受外力作用时的运动规律，它描述的只是一种理想状态，而实际中不受外力作用的物体是不存在的，当物体所受合外力为零时，其效果跟不受外力的作用相同．但是，我们不能把“不受外力”理解为“合外力为零”．
三、惯性与质量
　描述物体惯性的物理量是它们的质量，质量是物体惯性大小的唯一量度．
探究知识　提升素养
知识点1 对伽利略理想斜面实验的理解
兴趣探究
伽利略的斜面实验的各个过程，哪些可以通过实验完成？哪些是推理得出的？
【答案】小球从斜面上滚下，可以滚上另一斜面，是实验事实，可以通过实验完成，其余各个结论是由推理得出的，不可以用实验完成．
知识归纳
1．伽利略的理想实验推论：一切运动着的物体在没有受到外力的时候，它的速度将保持不变，并且一直运动下去．
2．理想实验的意义：伽利略理想实验是以可靠的实验事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，从而更深刻地揭示了自然规律．伽利略的研究方法的核心是把实验和逻辑推理相结合．
考向例题
考向　考查理想斜面实验的理解
【例1】（多选）理想实验是科学研究中的一种重要方法，它把可靠的事实和合理的推论结合起来，可以深刻地揭示自然规律．关于伽利略的理想实验，下列说法正确的是 （　　）
A．只要接触面足够光滑，物体在水平面上就能匀速运动下去
B．这个实验实际上是永远无法做到的
C．利用气垫导轨，就能使实验成功
D．虽然是想象中的实验，但它是建立在可靠的实验基础上的
【解析】只要接触面有摩擦力，物体就不会永远匀速运动下去，而实际的接触面不可能达到理想状态的光滑；伽利略的理想实验是在可靠的事实基础上的合理推理，故选项C错误，A、B、D正确．
【答案】ABD
知识点2 对牛顿第一定律的理解
兴趣探究
如图所示是冰壶在冰面上的运动．如果摩擦阻力比较大，冰壶很快就会停下来；如果摩擦阻力很小，冰壶能滑的很远；如果摩擦阻力为零，冰壶将一直运动下去．
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？
【答案】（1）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，将以原来速度做匀速直线运动
知识归纳
1．运动状态改变即速度发生变化，有三种情况：
（1）速度的方向不变，大小改变．
（2）速度的大小不变，方向改变．
（3）速度的大小和方向同时发生改变．
2．对牛顿第一定律的理解
（1）定性说明了力和运动的关系：
①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．
②物体不受外力时的运动状态：匀速直线运动状态或静止状态．
（2）揭示了一切物体都具有的一种固有属性——惯性．因此牛顿第一定律也叫惯性定律．
（3）牛顿第一定律是牛顿在总结前人工作的基础上得出的，是在理想实验的基础上加以科学推理和抽象得到的，但其得到的一切结论经过实践证明都是正确的．
（4）牛顿第一定律无法用实验直接验证．它所描述的是一种理想状态，即不受外力的状态．
考向例题
考向　牛顿第一定律的理解
【例2】（多选）下列对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的作用时的运动规律
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，是没有外力维持木块运动的结果
D．奔跑的运动员，由于遇到障碍而被绊倒，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】牛顿第一定律描述的是物体不受外力作用时的运动规律，总保持匀速直线运动状态或静止状态不变，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，而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，是由于摩擦力的作用而改变了运动状态；奔跑的运动员，遇到障碍而被绊倒，是因为他受到外力作用而改变了运动状态，C错D对．
【答案】ABD
即时巩固
1．（多选）如图所示，在匀速前进的磁悬浮列车里，小明将一小球放在水平桌面上，且小球相对桌面静止，关于小球与列车的运动，下列说法正确的是 （　　）
A．若小球向前滚动，则磁悬浮列车在加速前进
B．若小球向后滚动，则磁悬浮列车在加速前进
C．磁悬浮列车急刹车时，小球向前滚动
D．磁悬浮列车急刹车时，小球向后滚动
【解析】若小球向前滚动，可知小球的速度大于列车的速度，知列车的速度减小，A错误；若小球向后滚动，可知列车的速度大于小球的速度，可知列车的速度增加，做加速运动，B正确；磁悬浮列车急刹车时，小球因为有惯性，要保持原来的匀速直线运动状态，所以小球运动的速度要大于磁悬浮列车运动的速度，即小球要相对磁悬浮列车向前滚，C正确D错误．
【答案】BC
知识点3 对惯性的理解和应用
兴趣探究
（1）在路上奔跑的人被绊倒时总是向前趴着倒下，而慢走的人在滑倒时多是向后仰着摔倒，如图所示，这是什么原因呢？
（2）“同一物体在地球上的重力比在月球上大，所以物体在地球上的惯性比在月球上的大”，这种说法对吗？为什么？
【答案】（1）路上奔跑的人被绊倒时，首先是人的脚由于受力而停止向前运动，而人的上半身由于惯性仍要前进，所以人总是向前趴着倒下．慢走的人，脚所受阻力突然减小，脚的速度加快，而人的上半身由于惯性仍将维持原来较慢的速度，所以人将向后仰倒．
（2）不对．惯性只与质量大小有关，与地理位置无关．虽然物体在地球上的重力比在月球上大，但物体的质量不变，即惯性不变．
知识归纳
1．惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性．
2．物体惯性的大小由质量决定，与物体的运动状态无关，与是否受力无关，与物体的速度大小无关．
3．惯性的表现
（1）在不受力的条件下，惯性表现出“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，运动状态越难以改变．
考向例题
考向一　对惯性的理解
【例4】关于物体的惯性，下列有关说法正确的是 （　　）
A．物体抵抗运动状态变化的性质是惯性
B．已知月球上的重力加速度是地球上的，故一个物体从地球移到月球惯性减小为原来的
C．同一物体运动越快越难停止运动，说明物体的速度越大，其惯性越大
D．由于巨轮惯性很大，施力于巨轮，经过很长一段时间后惯性变小
【解析】惯性是指物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，所以物体抵抗运动状态变化的性质是惯性，其大小和物体的质量有关系，与物体的运动状态及是否受力无关，A正确，C、D错误；在月球上和在地球上，重力加速度的大小不一样，所受的重力大小也就不一样了，但质量不变，惯性也不变，B错误．
【答案】A
考向二　用惯性解释生活中的现象
【例5】找两个相同的瓶子，内盛清水，用细绳分别系一铁球、一泡沫塑料球置于水中，使铁球悬挂、塑料球悬浮，如图甲所示．当瓶子突然向右运动时（有向右的加速度），观察比较两个球的运动状态．你看到的现象也许会让你惊讶，小铁球的情况正如你所想的一样，相对瓶子向左运动，但塑料球却相对瓶子向右运动，如图乙所示．为什么会这样呢？
甲
乙
【解析】当容器随小车突然向右运动时，铁球由于惯性要保持原来状态，故相对小车向左运动；当容器随小车突然向右运动时，容器中的水也有惯性，故也有相对小车向左运动的趋势，水的密度大于整个塑料球的密度，则水的质量大于塑料球的质量，质量大的惯性大，故塑料球故相对小车向右运动．
【答案】见解析
即时巩固
2．打水漂是人类最古老的游戏之一（如图），仅需要一块小瓦片，在手上呈水平放置后，用力水平抛出，瓦片擦着水面飞行，瓦片不断地在水面上向前弹跳，直至下沉．下列判断正确的是 （　　）
A．飞出时的初速度越大，瓦片的惯性一定越大
B．飞行时所用时间越长，瓦片的惯性一定越大
C．飞出去的距离越长，瓦片的惯性一定越大
D．瓦片的质量越大，惯性一定越大
【解析】惯性是物体本身的一种性质，惯性的大小只与物体的质量有关，所以瓦片的质量越大，惯性一定越大，与初速度、时间、飞行距离等因素无关，故A、B、C错误，D正确．
【答案】D
基础性达标作业
1．（多选）科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用．下列说法符合历史事实的是 （　　）
A．亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体的运动状态才会改变
B．伽利略通过“理想实验”得出结论：一旦物体具有一定的速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去
C．笛卡儿指出：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
D．牛顿认为，物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质
【解析】亚里士多德认为物体的运动需要力来维持，A错误；伽利略通过“理想实验”得出：一旦物体具有某一速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去，B正确；笛卡儿指出：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，C正确；由牛顿第一定律知，D正确．
【答案】BCD
2．伽利略用两个对接的斜面，一个斜面固定，让小球从斜面上滚下，又滚上另一个倾角可以改变的斜面，斜面倾角逐渐改变至零，如图所示．伽利略设计这个实验的目的是为了说明 （　　）
A．如果没有摩擦，小球将运动到与释放时相同的高度
B．如果没有摩擦，物体运动时能量守恒
C．维持物体做匀速直线运动并不需要力
D．如果物体不受到力，就不会运动
【解析】伽利略通过“理想斜面实验”推翻了力是维持运动的原因的错误观点，说明匀速直线运动不需要力来维持，C选项正确．
【答案】C
3．牛顿第一定律揭示了 （　　）
A．若物体运动，它一定受力
B．物体不受力，它一定静止
C．力的作用就是维持物体运动
D．物体在任何情况下都有惯性
【解析】牛顿第一定律揭示了力与运动的关系，即力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因，A、C错；物体若不受力，将会保持静止或匀速直线运动状态不变，B错；牛顿第一定律还揭示了任何物体都具有惯性，因此又叫惯性定律，D对．
【答案】D
4．我国的道路交通安全法规定，坐在机动车内的司机和乘客都应在胸前系上安全带，这主要是为了减轻在紧急刹车时可能对人造成的伤害．当紧急刹车时，车停止而人由于惯性向前冲，安全带可以防止人冲向前而受伤．关于惯性，以下说法中正确的是 （　　）
A．惯性与速度无关，跟质量有关
B．静止时，人没有惯性
C．速度越快，人的惯性越大
D．加速运动时，人没有惯性
【解析】惯性大小只与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，与其他任何因素无关，故A正确，C错误；惯性是物体的固有属性，任何物体在任何情况下都有惯性，故B、D错误．故选A．
【答案】A
5．下列说法正确的是 （　　）
A．人推不动汽车，是因为汽车的惯性大
B．用枪发射出去的子弹速度很大，因此其惯性很大，不能用手去接
C．物体的运动状态难以改变是因为物体的惯性大
D．完全相同的两辆车，速度大的更难停下来，是因为速度大的车的惯性大
【解析】人推不动汽车，是因为推力等于静摩擦力，A选项错误；用枪发射出去的子弹速度很大，但是质量比较小，所以惯性很小，B选项错误；惯性是物体保持原来的运动状态的性质，运动物体的运动状态难以改变是因为物体的惯性大，C选项正确；完全相同的两辆车，速度大的更难停下来，是因为速度大的车要想停下来，速度变化量大，时间长，D选项错误．
【答案】C
6．下面是一些关于惯性的说法，它们对不对呢？
（1）放在地上的足球，被运动员飞起一脚，用力克服了它的惯性，所以足球滚动了．
（2）物体不受力或受到平衡力时才有惯性，做加速运动时速度时刻变化，因此就没有惯性．
（3）车子速度大的时候，制动后不易停住，惯性大；车子速度小的时候，制动后容易停住，惯性小．
【解析】（1）物体的惯性与物体是否运动无关，与运动状态是否变化无关，故（1）错；
（2）物体的惯性与物体是否受力无关，与受力的大小和方向无关，故（2）错；
（3）物体的惯性与物体的速度大小无关，故（3）错．
【答案】（1）错　（2）错　（3）错
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