必修1：牛顿第一定律同步讲义

牛顿第一定律授课讲义
【知识点梳理】
1.理解牛顿第一定律的内容和意义，知道亚里士多德的观点．
2.知道伽利略理想实验及推理方法．
3.明确惯性概念，知道惯性是物体的固有属性．
一、伽利略的理想斜面实验
如图甲所示，让小球沿一个斜面从静止滚下，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．
如果第二个斜面倾斜角度较小如图乙，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，使它最终成为水平面，小球就再也达不到原来的高度，而沿水平面以恒定的速度持续运动下去．
伽利略的思想方法:
伽利略用“实验+科学推理”的方法推翻了亚里士多德的观点．
伽利略的理想斜面实验虽然是想象中的实验，但这个实验反映了一种物理思想，它是建立在可靠的事实基础之上的．以事实为依据，以抽象为指导，抓住主要因素，忽略次要因素，从而深刻地揭示了自然规律．
惯性与质量
惯性的大小由什么决定呢?惯性的大小又意味着什么呢?
我们知道，推动一辆自行车要比推动一辆汽车容易得多．这表明质量越大的物体，运动状态越难改变，也就是说该物体的惯性越大；而质量较小的物体，运动状态较容易改变，也就是该物体的惯性较小．即：质量是物体惯性大小的量度，而一个物体惯性的大小，则意味着改变物体运动状态的难易程度．
对质量的理解：
从物质角度理解：质量为物体所含物质的多少
从惯性角度理解：质量是决定物体惯性大小的唯一因素．
【注意】惯性是一个重要的概念，在学习时，许多同学对惯性存在着一些错误认识：如认为做匀速直线运动的物体，才有惯性，做变速运动的物体没有惯性；物体在匀速直线运动或静止时有惯性，一旦速度改变了就没有惯性；或把惯性看成一种力，认为物体保持原来运动状态是因为受到惯性力；认为物体的速度越大，物体的惯性就越大等等其实惯性是一切物体的固有属性，与物体的运动状态以及是否受力没有关系，仅由物体的质量决定．
关于伽利略理想实验，下列说法正确的是（　 ）　　A．完全是理想的，没有事实为基础　　B．是以可靠事实为基础的，经科学抽象，深刻反映自然规律的　　C．没有事实为基础，只是理想推理　　D．以上说法都不对
【答案】B【解析】伽利略的理想实验是经过科学抽象，能深刻反映自然规律。【总结升华】理想实验只是不能通过实验实现，但只要是建立在可靠事实基础上，就能揭示自然规律。
【变式】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，还要注意运用科学的方法。理想实验有时更能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，其中有一个是经验事实，其余是推论。　　①减小第二个斜面的倾角，小球在这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的高度；　　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
【答案】②③①④　 B【解析】该实验是让一个静止的小球从一个斜面滚下，滚上另一个对接的斜面。如果没有摩擦，小球将上升到原来滚下时的高度，在这个实验的基础上进行合理的推论：逐步减小倾角，直至水平，小球将沿水平面以恒定的速度运动下去。所以理想实验设想的步骤顺序应该是：②③①④。其中②是事实，③①④是推论。
如图所示，在一辆表面光滑且足够长的小车上，有质量为m1和m2的两个小球(m1＞m2)，两小球原来随车一起运动．当车突然停止时，若不考虑其他阻力，则两个小球( )
A．一定相碰 B．一定不相碰 C．不一定相碰 D．无法确定
【答案】B
【解析】小车表面光滑，因此球在水平方向上没有受到外力作用．原来两球与小车有相同速度，当车突然停止时，因为惯性，两小球的速度不变，所以不会相碰．
【总结升华】当物体不受外力，或所受合外力为零时，物体都将保持原来的速度运动．这是物体具有惯性的原因．
【变式】下列说法正确的是（　 ）　　A．如果物体在运动，那么它一定受到力的作用　　
B．力是使物体做变速运动的原因　　C．撤去作用力，运动的物体最终总要停下来　　　
D．力只能改变物体运动速度的大小
【答案】B【解析】运动的物体不一定受到力的作用，可能物体具有速度，由于惯性，物体可以一直运动。撤去力，物体有可能保持原来的速度匀速直线运动。力不仅可以改变速度的大小还可以改变速度的方向。力是改变物体运动状态的原因。
例3、关于物体的惯性，下列说法正确的是（　 ）　　A.只有处于静止状态或匀速直线运动状态的物体才具有惯性　　B.物体做变速运动时，其惯性也不断变化　　C.惯性的大小和物体的速度有关，速度大惯性大　　D.质量是物体惯性大小的唯一量度
【答案】D【解析】惯性是指物体保持原来的静止状态或匀速直线运动状态的性质，一切物体都有惯性，物体的惯性和物体的运动状态、受力情况无关，质量是物体惯性大小的唯一量度，选项D正确。【总结升华】惯性是物体本身固有的属性。惯性的大小只与质量有关，与物体所处的状态没有关系。
【变式1】下列关于惯性及有关现象的说法中正确的是：（　 ）　　A.人在走路时没有惯性，被绊倒时才有惯性　　B.物体在不受外力作用时有惯性，受到外力作用后惯性就改变了　　C.参加百米赛跑的运动员到达终点时不能立即停下来，是由于惯性　　D.向上抛出的球，受的重力向下，但还向上运动，也是由于惯性的缘故
【答案】CD【解析】惯性是物体的根本属性，惯性的大小只与物体的质量有关，与物体所处的状态、运动情况、受力情况都无关，故A、B错误；C、D选项所述的现象都是惯性的缘故，故C、D正确。
【变式2】下列说法正确的是( )
A．掷出的铅球速度不大，所以其惯性很小，可以用手去接
B．用力打出乒乓球速度很大，因此其惯性很大，不能用手去接
C．相同的两辆车，速度大的比速度小的难以停下，是因为速度大的车惯性大
D．相同的两辆车，速度大的比速度小的难以停下，是因为速度大的车状态变化大
【答案】D
【解析】因为惯性的大小仅由质量来决定，铅球质量很大，其惯性大，尽管速度不大，但是运动状态很难改变。故不能用手接而乒乓球则与其相反，运动状态容易改变，尽管速度大，也可以用手去接(这一点同学们都有经验)，所以A、B是错误的．对于C、D，相同的两辆车惯性相同，要让速度大的车停下来，其运动状态变化大，因此较难，故D正确．
如图所示(俯视图)，以速度v匀速行驶的列车车厢内有一光滑水平桌面，桌面上的A处有一小球．若车厢中的旅客突然发现小球沿图中虚线由A向B运动．则由此可判断列车( )
A．减速行驶，向南转弯 B．减速行驶，向北转弯
C．加速行驶，向南转弯 D．加速行驶，向北转弯
【答案】A
【解析】本题考查了惯性的概念．由牛顿第一定律可知，小球在水平桌面向前匀速运动．小球的运动以车为参考系，小球按图示轨迹运动．由于小球匀速运动，判断车的运动时以小球为参考系，由图可知，列车相对小球向南运动，同时车相对小球沿车运动的反方向运动，故知车做减速运动．所以选项A正确．
【变式2】如图所示，一个劈形物体A，各面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在上表面上放一个光滑的小球B，劈形物体从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是( )
A．沿斜面向下的直线
B．竖直向下的直线
C．无规则曲线
D．抛物线
【答案】B
【解析】本题考查力和物体运动状态变化的关系．力是改变物体运动状态的原因，物体不受力将保持原来的静止或匀速直线运动状态．由于劈形物体A各面均光滑，所以小球B在水平方向上不受力作用，故小球B在水平方向上将保持“静止”状态，小球B由于在竖直方向上受到重力和物体A的支持力作用，运动状态改变做竖直方向的运动．
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图所示中的( )
【答案】C
【解析】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，液面形状和选项C中一致．
【变式2】从水平匀速向右飞行的飞机上按相等的时间间隔，依次放出a、b、c三个球，不考虑空气阻力，站在地面上的人看到它在空中的排列情况是图中的( )
【答案】B
【解析】飞机上释放(非抛出)的球都具有与飞机相同的水平速度，在水平方向上，a、b、c三个球以相同的速度做匀速直线运动，故三个球一定在飞机的正下方，三球连线是一条竖直线．