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高中物理必修一素养提升学案
第四章 运动和力的关系
第1节 牛顿第一定律
【课标解读】
1. 通过对力与运动关系认识简史的回顾,知道理想实验的科学推理方法及其意义。
2. 理解牛顿第一定律的内容和意义,知道它是逻辑推理的结果,解释生活中的有关现象。
3. 通过生活实例理解惯性的概念,知道质量是惯性大小的唯一量度.
【情景探究】
情境一、用力推动放在桌上的课本,观察现象,思考运动与力的关系?
思考:阅读课本79—80页内容,总结四位科学家在研究力和运动关系的过程中各自的观点,思考亚里士多德和伽利略支持自己观点的依据。
【理想实验的魅力】
1、根据下图叙述一下伽利略的理想斜面实验,在伽利略的斜面实验的各个过程中,哪些可以通过实验完成?哪些是推理得出的?
2、伽利略的实验被称为“理想实验”的两个原因是什么?
3、“理想实验” 可以通过实践检验吗?它有价值吗?
例题1、远在春秋战国时期,我国杰出学者墨子认为:“力,刑之所以奋也”.“刑”同“形”,即物体;“奋”,即开始运动或运动加快,对墨子这句关于力和运动观点的理解,下列说法不正确的是( )
A. 墨子认为力是改变物体运动状态的原因
B. 墨子认为力是使物体产生加速度的原因
C. 此观点与亚里士多德关于力和运动的观点基本相同
D. 此观点与牛顿关于力和运动的观点基本相同
【答案】ABD
例题2、(多选)伽利略是意大利物理学家和天文学家,他在研究工作中,开科学实验之先河,奠定了现代科学的基础.他完成了两个有名的斜面实验.一个实验如图甲所示,他让一个小铜球从阻力很小(忽略)的斜面上从静止开始滚下,且做了上百次.另一个实验如图乙所示,让小球从一个斜面静止滚下,再滚到另一个斜面.假定斜面光滑时,小球下落的高度和上升的高度一样.关于这两个实验,下列说法正确的是( )
A. 图甲的实验是伽利略研究自由落体运动时采用的方法,图乙是伽利略探究守恒量时采用的方法
B. 图乙是理想实验,该实验说明:一旦物体具有某一速度,如果它不受力,就将以这一速度永远运动下去
C. 在图甲中,伽利略设想,斜面的倾角越接近90°,小球沿斜面滚下的运动越接近自由落体运动,物体通过的位移与时间成正比
D. 伽利略通过数学运算得出结论:如果物体的初速度为0,而且速度随时间均匀变化,则物体通过的位移与时间的平方成正比,物体做匀加速直线运动,伽利略认为,图甲的小球都做匀加速直线运动,自由落体运动也是匀加速直线运动
【答案】D
【牛顿第一定律】
情境二、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;如果摩擦阻力很小,冰壶能滑得很远;如果摩擦阻力为零,冰壶将永远运动下去。
1、请结合上述现象阅读教材相关内容,复述牛顿第一定律的内容,并说一说“总保持”“除非”和“一切物体”的含义?
2、牛顿第一定律内容中第一句和第二句分别揭示了哪两种情况下力与运动的关系?
3、高中教材比初中教材多了“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”,可见牛顿从动力学角度定义了力的概念,力的动力学概念是什么?
思考:牛顿第一定律除了部分地表述了力与运动的规律以外,还隐含了什么?
【惯性与质量】
情境三、请结合下列情境思考什么是惯性?惯性与那些因素有关
提起物理教科书,用最大力气吹垂下的封面;用手提起封面,用最大力气吹垂下的书.
(1)你观察到了什么现象?这个现象说明物体惯性的大小和质量之间有什么关系?
(2)请说出几个熟悉的惯性现象的例子,并用所学知识解释
例题3、关于牛顿第一定律,下列说法正确的是( )
A.牛顿第一定律是牛顿想象出来的,没有实验依据
B.牛顿第一定律只适用于不受外力或所受合外力为零的物体
C.理想实验的思维方法与质点概念的建立一样,都是一种科学抽象的思维方法
D.由牛顿第一定律可知,只有不受外力的物体才具有保持原来运动状态的性质
【答案】BC
例题4、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
【答案】D
【总结归纳】
一、四位科学家的观点与研究
1.亚里士多德的观点
亚里士多德从日常生活经验出发:必须有力作用在物体上,物体才能运动;没有力的作用,物体就要静止在某个地方,他得出结论,力是维持物体运动的原因。
2.伽利略的研究
(1)伽利略认为,运动的物体之所以会停下来是因为摩擦力的作用。
(2)理想斜面实验:如图所示,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,小球将上升到原来的高度。减小第二个斜面的倾角,小球运动的距离增大,但所到达的高度相同。当第二个斜面放平,小球将永远运动下去。
(3)推理结论:力不是(填“是”或“不是”)维持物体运动的原因。
(4)意义:伽利略的理想实验的本质是想象着把实际中存在、影响物体运动的摩擦力去掉,抓住事物的本质。这种依据逻辑推理把实际实验理想化的思想也是研究物理问题的重要方法之一。
伽利略第一次确定了物理实验在物理研究中的基础地位。
3.笛卡儿的观点: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,既不会停下来,也不会偏离原来的方向。
4.牛顿在伽利略等人工作的基础上得出牛顿第一定律。伽利略理想斜面实验为牛顿第一定律提供了实验依据。
二、牛顿第一定律
1.牛顿第一定律的内容: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。
说明: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改变。
2.对牛顿第一定律的理解
(1)定性揭示了力和运动的关系:
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)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,但其得到的一切结论经过实践证明都是正确的。
(3)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。
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叫作惯性。惯性是物体固有的,一切物体都有惯性。
2.物体惯性大小仅与质量有关,质量是物体惯性大小的唯一量度,惯性大小与物体是否运动、运动快慢等因素无关(填“有关”或“无关”)。
【针对性训练】
(2023·湖州市高一期末)用理想斜面实验推翻“力是维持物体运动的原因”观点的科学家是 ( )
A.牛顿 B.伽利略
C.亚里士多德 D.笛卡儿
答案 B
解析 伽利略利用理想斜面实验推翻“力是维持物体运动的原因”观点,故选B。
2.(2023·怒江高一期末)下列说法符合物理学史的是 ( )
A.亚里士多德认为,力不是维持物体运动的原因
B.伽利略通过理想实验得出:力是维持物体运动的原因
C.伽利略的理想实验毫无依据是凭空想象出来的
D.牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物,不可能直接用实验验证
答案 D
解析 亚里士多德认为,力是维持物体运动的原因,伽利略通过理想实验得出,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,选项A、B错误;伽利略的理想实验是建立在实验的基础上通过逻辑推理得出来的,不是毫无依据凭空想象出来的,选项C错误;牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物,不可能直接用实验验证,选项D正确。
3、下列说法正确的是
A. 速度越大,物体的惯性越大。
B. 受力越大,物体的惯性越小。
C. 物体从竖直向上运动的气球上掉落后,立即向下运动
D. 飞机在投入战斗时有时要抛掉副油箱是为了减小惯性。
3 .答案 D
4. (2024·北京市延庆区高一期末)伽利略曾设计过一个斜面实验:让小球沿一个斜面从静止开始向下运动,小球将“冲”上另一个斜面;减小第二个斜面的倾角,重复实验,直至斜面最终变为水平。如图是现代所做的伽利略斜面实验的频闪照片。关于小球在斜面上的运动说法正确的是 ( )
A.小球在第二个斜面上运动越来越慢,主要是摩擦作用的影响
B.该实验说明了物体的运动不需要力来维持
C.该实验完全是理想实验,是在思维中进行的,无真实的实验基础
D.该实验证明了力是维持物体运动的原因
4 答案 B
解析 小球在斜面上运动越来越慢,主要是重力作用的影响,摩擦作用影响很小,故A错误;该实验说明了物体的运动不需要力来维持,故B正确,D错误;该理想实验是以斜面实验真实的实验为基础,再通过合理逻辑推理得到的结果,故C错误。
5、 (2023·济宁市高一期中)正在加速滑行的雪橇,如果所受外力突然消失,则雪橇 ( )
A.速度越来越快
B.速度越来越慢,最后停下来
C.立刻保持静止
D.做匀速直线运动
5. 答案 D
解析 正在加速滑行的雪橇,如果所受外力突然消失,则雪橇做匀速直线运动。故选D。
6. (2024·大理市高一期末)下列说法正确的是 ( )
A.路面结冰后汽车不容易停下来,是因为结冰的路面使汽车惯性增大
B.汽车速度快时不容易停下来,是因为汽车速度越大其惯性越大
C.超载的汽车不容易停下来,是因为超载的汽车惯性较大
D.汽车停止运动时,因为没有速度,因此也就没有惯性
6 答案 C
解析 物体的惯性由质量决定,与速度、物体是否运动及路面的情况都没有关系,故A、B、D错误,C正确。
7. 如图所示,要将卡在球筒中的羽毛球取出,可以有多种方案,方案一:一手拿着球筒的中部,另一手用力击打羽毛球筒的上端;方案二:手持球筒,使球与球筒一起下落撞击水平面,假设球筒与水平面碰后速度立即变为0,下列说法正确的是 ( )
A.方案一利用羽毛球的惯性,使其从球筒上端出来
B.方案一利用球筒的惯性,使羽毛球从下端出来
C.方案二利用羽毛球受到的重力,使其从下端出来
D.方案二中球筒撞击水平面后速度变为0,其惯性随之消失
7. 答案 A
解析 方案一中用力击打羽毛球筒的上端,球筒向下运动,利用羽毛球的惯性,使其从球筒上端出来,故A正确,B错误;方案二中球与球筒一起下落撞击水平面,球筒与水平面碰后速度立即变为0,利用羽毛球的惯性,使其从下端出来,故C错误;惯性是物体本身的属性,与速度无关,故D错误。
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8 .(2024·上海市长宁区延安中学高一期末)一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非有作用力迫使它改变这种状态。这句话中,改变物体的“这种状态”就是改变物体的 ( )
A.质量 B.加速度
C.速度 D.惯性
8. 答案 C
9 .(多选)(2023·信阳市潢川一中高一期末)下列说法正确的是 ( )
A.由牛顿第一定律可知,物体在任何情况下始终处于静止或匀速直线运动状态
B.伽利略的理想斜面实验证明了力不是维持物体运动的原因
C.牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律,因此物体只在不受外力时才有惯性
D.牛顿第一定律既揭示了物体保持原有运动状态的原因,又揭示了运动状态改变的原因
9. 答案 BD
解析 物体只有不受外力或者所受合外力为零时,才能处于静止状态或匀速直线运动状态,故A错误;伽利略的理想斜面实验证明了力不是维持物体运动的原因,故B正确;牛顿第一定律反映物体不受外力或所受外力的合力为零时的运动规律,物体在任何情况下都具有惯性,故C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,即惯性,又揭示了运动状态改变的原因,即力,故D正确。
10 .(2023·天津市南开区高一期末)关于惯性,下列说法中正确的是 ( )
A.汽车速度越大,刹车后越难停下来,表明物体的速度越大,其惯性越大
B.相同的两个推车,载货质量大的更难使其停下来,表明质量大的物体惯性大
C.汽车转弯后前进方向发生了改变,表明物体速度方向改变,其惯性也随之改变
D.被抛出的小球,因为速度的大小和方向都发生了改变,所以其惯性也发生变化
10. 答案 B
解析 惯性是物体本身的一种属性,任何物体都具有惯性,质量是物体惯性大小的唯一量度,惯性与物体的运动状态以及速度的大小和方向均无关,A、C、D错误,B正确。
11 .“复兴号”高铁在某段水平轨道上匀速行驶,假设高铁上固定着盛满水的水杯。若发现水杯中的水突然向右洒出,如图所示,则关于高铁在此种情况下的运动,下列描述正确的是 ( )
A.高铁一定匀速向左运动
B.高铁可能突然向左加速运动
C.高铁可能突然向左减速运动
D.高铁可能突然向右加速运动
11. 答案 B
解析 若高铁匀速向左运动,则水也匀速运动,速度相等,水不会从杯中洒出,故A错误;高铁突然向左加速,由于惯性,水还没有来得及加速,所以高铁向左的速度大于水向左的速度,可以出现题图所示情况,故B正确;高铁突然向左减速,由于惯性,水还没有来得及减速,所以高铁向左的速度小于水向左的速度,水向左洒出,故C错误;高铁突然向右加速,由于惯性,水还没有来得及加速,所以高铁向右的速度大于水向右的速度,水向左洒出,故D错误。
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