高中物理 必修1 沪科版 5.1 牛顿第一定律 学案

学案1　牛顿第一定律
[学习目标定位]　1.知道关于运动和力的 ( http: / / www.21cnjy.com )两种对立的观点.2.知道伽利略的理想实验及其推理过程，知道理想实验是科学研究的重要方法.3.理解牛顿第一定律的内容及意义.4.理解惯性的概念，会解释有关的惯性现象．
一、亚里士多德认为：力是维持运动的原因．
二、伽利略的理想实验
1．理想实验：让小球从一个斜面的顶端滚下， ( http: / / www.21cnjy.com )紧接着又滚上另一个对接的斜面；如果没有摩擦力，无论对接斜面的倾角如何，小球所达到的高度相同，若将对接斜面放平，小球将以恒定的速度永远滚下去．
2．实验结论：力不是(填“是”或“不是”)维持物体运动的原因，它只是使物体加速或减速的原因．
三、牛顿第一定律与惯性
1．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，直到外力迫使它改变运动状态为止．
2．惯性：物体保持匀速直线运动或静止状态的特性，叫做惯性.
一、伽利略的实验和牛顿的总结
[问题设计]
1．日常生活中，我们有这样的经验：马拉车， ( http: / / www.21cnjy.com )车就前进，停止用力，车就停下来．是否有力作用在物体上物体才能运动呢？马不拉车时，车为什么会停下来呢？
答案　不是．车之所以会停下来是因为受到阻力的作用．
2．阅读课本“重新习惯地球上的生活”部分后请思考：如果没有摩擦阻力，也不受其他任何力的作用，水平面上运动的物体会怎样？
答案　如果没有摩擦阻力，也不受其他任何力，水平面上运动的物体将保持这个速度永远运动下去．
3．伽利略是如何由理想实验得出结论的？
答案　理想实验再现：如图甲 ( http: / / www.21cnjy.com )所示，让小球沿一个斜面由静止滚下，小球将滚上另一个斜面．如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度．如果减小第二个斜面的倾斜角度，如图乙所示，小球在这个斜面上达到原来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来的高度，而将沿水平面以恒定的速度永远运动下去．
[要点提炼]
1．伽利略理想斜面实验
(1)伽利略为了说明力和运动的关系，设 ( http: / / www.21cnjy.com )计了理想斜面实验，并由此推测，如果对接斜面变成水平，并且没有任何阻力，小球将永远运动下去．由此得出：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．
(2)理想实验是科学研究的重要方法，是在想象中进行的实验．它能达到现实科学实验无法达到的简化和纯化的程度，充分发挥理性思维的逻辑力量．
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说明了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说明力是改变物体运动状态即产生加速度的原因．
(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．物体运动状态的变化即物体运动速度的变化，有以下三种情况：
(1)速度的方向不变，只有大小改变．(物体做直线运动)
(2)速度的大小不变，只有方向改变．(物体做曲线运动)
(3)速度的大小和方向同时发生改变．(物体做曲线运动)
二、惯性有大小吗？
[问题设计]
坐在公共汽车里的人，当车突然启动时，有什么感觉？当运动的汽车突然停止时，又有什么感觉？解释上述现象．
答案　当汽车突然启动时，人身体后倾 ( http: / / www.21cnjy.com )．当汽车突然停止时，人身体前倾．这是因为人具有惯性，原来人和车一起保持静止状态，当车突然启动时，人的身体下部随车运动了，但上部由于惯性保持原来的静止状态，所以会向后倾；原来人和车一起运动，当车突然停止时，人的身体下部随车停止了，但上部由于惯性保持原来的运动状态，故向前倾．
[要点提炼]
1．惯性与质量的关系
(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．惯性与力的关系
(1)惯性不是力，而是物体本身固有的一种性质，因此物体“受到了惯性作用”、“产生了惯性”、“受到惯性力”等说法都是错误的．
(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．
3．惯性的表现
(1)不受力时，惯性表现为保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，有“惰性”的意思．
(2)受力时，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．
[延伸思考]
人能推动冰面上的重箱子，用同样的力却推不动粗糙地面上不太重的箱子，是不是冰面上的重箱子惯性小于粗糙地面上不太重的箱子呢？为什么？
答案　不是．质量是物体惯性大小的唯 ( http: / / www.21cnjy.com )一量度，重箱子的惯性大于轻箱子的惯性．判断物体惯性的大小应在相同情况下比较，比如用同样的力推都处于冰面上或都处于粗糙地面上质量不同的物体，比较哪个物体的运动状态更容易改变．
一、对伽利略理想实验的认识
例1　理想实验有时能更深刻地反映自然规律．伽利略设计了一个如图1所示的理想实验，他的设想步骤如下：
图1
①减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然 ( http: / / www.21cnjy.com )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的高度；④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成为水平面，小球将沿水平面做持续的匀速运动．
请将上述理想实验的设想步骤 ( http: / / www.21cnjy.com )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．下列有关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
解析　本题是在可靠事实的 ( http: / / www.21cnjy.com )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，③、①是在斜面上无摩擦的设想，最后推导出水平面上的理想实验④.因此正确顺序是②③①④.
答案　②③①④　B
二、对牛顿第一定律的理解
例2　由牛顿第一定律可知(　　)
A．物体的运动是依靠惯性来维持的
B．力停止作用后，物体的运动就不能维持
C．物体做变速运动时，一定有外力作用
D．力是改变物体惯性的原因
解析　物体具有保持原来静止状态或匀速直 ( http: / / www.21cnjy.com )线运动状态的性质叫做惯性，由于惯性的存在，物体才保持原来的运动状态，A对．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，B错，C对．惯性是物体的固有属性，力不能改变物体的惯性大小，D错．
答案　AC
针对训练　做自由落体运动的物体，如果下落过程中某时刻重力突然消失，物体的运动情况将是(　　)
A．悬浮在空中不动
B．速度逐渐减小
C．保持一定速度向下做匀速直线运动
D．无法判断
答案　C
解析　物体自由下落时，仅受重力作用，重 ( http: / / www.21cnjy.com )力消失以后，物体将不受力，根据牛顿第一定律的描述，物体将以重力消失瞬间的速度做匀速直线运动，故选项C正确．
三、惯性的理解
例3　关于物体的惯性，下述说法中正确的是(　　)
A．运动速度大的物体不能很快地停下来，是因为物体速度越大，惯性也越大
B．静止的火车启动时，速度变化慢，是因为静止的物体惯性大
C．乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球惯性小
D．在宇宙飞船中的物体不存在惯性
解析　惯性大小只与物体质量有关，与 ( http: / / www.21cnjy.com )物体的速度无关，故A错误；质量是物体惯性大小的唯一量度，火车速度变化慢，表明它的惯性大，是因为它的质量大，与是否静止无关，故B错误；乒乓球能被快速抽杀，表明它的运动状态容易发生改变，是因为它的惯性小，故C正确；一切物体在任何情况下都有惯性，故D错误．
答案　C
( http: / / www.21cnjy.com )
1.(对伽利略理想实验的认识)关于伽利略的理想实验，下列说法正确的是(　　)
A．只要接触面摩擦相当小，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，但是它建立在可靠的实验基础上
答案　BD
解析　只要接触面摩擦存在，物体就受到摩擦 ( http: / / www.21cnjy.com )力的作用，物体在水平面上就不能匀速运动下去，故A错误．没有摩擦是不可能的，这个实验实际上是永远无法做到的，故B正确．若使用气垫导轨进行理想实验，可以提高实验精度，但是仍然存在摩擦力，故C错误；虽然是想象中的实验，但是它建立在可靠的实验基础上，故D正确．
2．(对牛顿第一定律的理解)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的结果
D．飞跑的运动员，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
答案　ABD
解析　牛顿第一定律描述的是物体不受外 ( http: / / www.21cnjy.com )力作用时的状态，即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迫使他改变了原来的运动状态，C错误，D正确．
3．(力与运动的关系)某人用力推一下原来静止在水平面上的小车，小车便开始运动，以后改用较小的力就可以维持小车做匀速直线运动，可见(　　)
A．力是维持物体速度不变的原因
B．力是维持物体运动的原因
C．力是改变物体惯性的原因
D．力是改变物体运动状态的原因
答案　D
解析　力是改变物体运动状态的原因，小车 ( http: / / www.21cnjy.com )原来静止，在力的作用下小车开始运动，是力使其运动状态发生了改变．用较小的力就能使小车做匀速直线运动是推力与摩擦力的合力为零的缘故．
4．(对惯性的理解)关于惯性，下列说法中正确的是(　　)
A．受力越大的物体惯性越大
B．速度越大的物体惯性越大
C．已知物体在月球上所受的重力是地球上的1/6，故一个物体从地球移到月球惯性减小为1/6
D．质量越大的物体惯性越大
答案　D
解析　惯性是物体的固有属性，物 ( http: / / www.21cnjy.com )体惯性的大小与其运动状态和受力情况无关，A、B错误；物体的惯性大小仅由其质量大小决定，与其他因素无关，C错误，D正确．