人教版高一物理必修一4.1牛顿第一定律 学案

2020人教版高中物理―必修一第四章1节
学员姓名：
年
级：高一
辅导科目：物理课时数：
学科教师：
授课日期
2020
授课时段
组长签字
授课类型
T
C
T
星级
★★
★★★
★★★★
教学目的
1.知道伽利略的理想实验及其主要推理过程和推论，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．(重点)3．理解力和运动的关系，知道物体的运动不需要力来维持．(难点)4．理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度．(难点)
重点难点
1、理解牛顿第一定律的内容及意义．(重点)2、理解力和运动的关系，知道物体的运动不需要力来维持．(难点)
教学内容
什么是牛顿第一定律？1．人类对运动与力的关系的认识历程代表人物主要观点亚里士多德必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要停止伽利略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笛卡儿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2.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，它又叫惯性定律．3．运动状态：如果物体速度的大小或方向改变了，它的运动状态就发生了改变；如果物体做匀速直线运动或静止，它的运动状态就没发生改变．1．力不是使物体运动的原因，而是使物体运动状态改变的原因．(√)2．物体的运动状态改变指的是速度的改变．(√)3．任何物体只要运动状态不变，它一定不受外力作用．(×)4．如果物体的运动状态发生了改变，物体必受到了不为零的合外力．(√)1．有人认为伽利略斜面实验为理想实验，无法在实验中验证，故不能揭示自然规律，该说法是否正确？【答案】　该说法是错误的．伽利略的理想斜面实验反映了一种物理思想，它是建立在可靠的事实基础上的，抓住主要因素，忽略次要因素，从而深刻地揭示了自然规律．2．只要有力作用在物体上，物体的运动状态就会改变吗？【答案】　只有当做用在物体上的合力不为零时，物体的运动状态才会发生改变．如图4?1?1所示，让一个小球从斜面上滑下，斜面末端分别放毛巾、木板和玻璃板，让学生仔细观察实验现象．图4?1?1探讨1：实验观察到的现象是什么，说明了什么问题？【答案】　当斜面末端的接触面越光滑，小球滑动的距离越远，说明摩擦力是阻碍物体运动的原因，因为摩擦力的存在使物体运动状态发生了变化．探讨2：如果没有摩擦力的作用，小球又将会怎样运动呢？【答案】　如果没有摩擦力的作用，物体将永远运动下去．1．运动状态变化的三种情况(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．(物体做匀速圆周运动)(3)速度的大小和方向同时发生改变．(物体做曲线运动)2．对牛顿第一定律的理解(1)明确了惯性的概念牛顿第一定律的前半句话“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”，提示了物体所具有的一个重要的属性——惯性，即物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质，牛顿第一定律指出一切物体在任何情况下都具有惯性．因此牛顿第一定律又叫惯性定律．(2)揭示了力和运动的关系牛顿第一定律的后半句话“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”，实质上是揭示了力和运动的关系，即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．(3)反映了物体不受外力时的运动状态匀速直线运动或静止(即原来运动的保持其速度不变，原来静止的保持静止)．不受外力作用的物体是不存在的，但物体所受外力的合力为零与不受外力在效果上是等效的，这就使牛顿第一定律具有了实际意义．1．下列关于对运动的认识不正确的是
(　　)A．亚里士多德认为物体的自然状态是静止的，只有当它受到力的作用时才会运动B．伽利略认为力不是维持物体运动的原因C．牛顿认为力的真正效果是改变物体的速度，而不仅仅是使之运动D．伽利略根据理想实验推论出，如果没有摩擦力，在水平面上的物体，一旦具有某一个速度，将保持这个速度持续运动下去【答案】　亚里士多德认为力是维持物体运动的原因，有力作用在物体上它就运动，没有力作用时它就静止，A正确；伽利略认为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，他认为水平面上的物体若不受摩擦力，物体会保持原速度做匀速直线运动，B、D正确．牛顿第一定律揭示了力与物体运动的关系，即物体的运动不需要力来维持，力的作用效果是改变物体的运动状态(速度)，C错误．
2．下列说法正确的是(　　)
A．牛顿第一定律是科学家凭空想象出来的，没有实验依据B．牛顿第一定律无法用实验直接验证，因此是不成立的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，静止的物体一定不受外力作用【答案】　牛顿第一定律是在理想实验的基础上经过合理归纳总结出来的，但无法用实验来直接验证，故A、B错误；理想实验的思维方法与质点概念的建立相同，都是突出主要因素、忽略次要因素的科学抽象的思维方法，故C正确；物体静止时不受外力或合外力为零，故D错误．3．(多选)关于牛顿第一定律，下面说法中正确的是(　　)A．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时物体的运动规律B．牛顿第一定律就是惯性C．不受外力作用时，物体运动状态保持不变是由于物体具有惯性D．运动的物体状态发生变化时，物体必定受到外力的作用【答案】　牛顿第一定律又叫惯性定律，但不能说惯性定律就是惯性．惯性是指一切物体都具有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质，它是物体的固有性质，惯性大小仅由物体的质量决定，与物体是否受力及物体的运动状态无关．而惯性定律指物体在不受外力作用(合外力为零)的条件下所遵守的运动规律，它指出了力是改变物体运动状态的原因，而不是产生或维持物体运动的原因．总之，惯性和惯性定律是两个不同的概念，但惯性定律揭示出物体具有惯性．故选A、C、D.
巧用牛顿第一定律1．由“因”索“果”：在判断力与运动之间的关系时，一定要把握准牛顿第一定律的含义，即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．由“果”索“因”：如果物体的运动状态发生改变，则物体必然受到不为零的合外力的作用，所以判断物体的运动状态是否改变以及如何改变，应分析物体的受力情况．3．应用步骤：应用牛顿第一定律解释有关现象时，一要看物体原来的运动状态，二要看物体现在的受力情况及所受合力是否为零，最后判断由于物体具有惯性将会出现的现象．
1．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．2．物体惯性大小的唯一量度是物体的质量．1．惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性．(√)2．物体运动的速度越大，惯性越大．(×)3．力无法改变物体的惯性．(√)1．球A质量为2
kg，以10
m/s的速度做匀速直线运动，球B质量为5
kg，以2
m/s的速度做匀速直线运动．球A和球B中哪个球的惯性大？为什么？【答案】　B球的惯性大．物体惯性的大小是由物体的质量大小决定的，质量越大，惯性越大；而物体惯性的大小与速度的大小无关．2．试从惯性的角度分析国家交通管理部门严禁客车超员的原因．【答案】　客车超员时，质量增大，当遇到意外情况时，由于惯性大，很难较快地停下来，易造成交通事故．探讨1：坐在公共汽车里的人，当汽车突然启动时，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．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．探讨2：沪杭高铁的列车最高速度可以达到400多千米每小时，是世界上跑得最快的火车，火车速度快了，惯性大了，刹车也困难了，你认为这种说法正确吗？【答案】　这种说法是错误的，惯性是物体的固有属性，火车提速后，其质量不变，惯性也不变．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惟一量度，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，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．惯性越小，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．3．惯性与速度(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性质．(2)一切物体都有惯性，和物体是否有速度及速度的大小均无关．4．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．4．“严禁超载，严禁超速，严禁疲劳驾驶”是预防车祸的有效方法，下列说法正确的是(　　)A．汽车超速会增大汽车的惯性B．汽车超速会减小汽车的刹车距离C．疲劳驾驶会缩短司机的反应时间D．汽车超载会增大汽车的惯性【答案】　“严禁超速”是为了在紧急情况下减小制动时间，由于汽车的质量不变，所以汽车的惯性仍不变，故A错误；“严禁超载”是禁止质量变大，是为了减小汽车的惯牲，故B错误；疲劳驾驶会增加司机的反应时间，故C错误；汽车超载，质量变大，从而使汽车的惯性增加，故D正确．5．如图4?1?2所示，在一辆表面光滑足够长的小车上，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，如不考虑其他阻力，则两个小球(　　)
图4?1?2A．一定相碰　　　
B．一定不相碰C．不一定相碰
D．无法确定【答案】　因小车表面光滑，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，由于惯性，两小球的速度不变，所以不会相碰．
　B6．如图4?1?3所示，滑板运动员沿水平地面向前滑行，在横杆前相对于滑板竖直向上起跳，人与滑板分离，分别从横杆的上、下通过，忽略人和滑板在运动中受到的阻力，则运动员(　　)
A．起跳时脚对滑板的作用力斜向后B．在空中水平方向先加速后减速C．越过杆后落在滑板的后方D．越过杆后仍落在滑板上起跳的位置
图4?1?3【答案】　运动员相对于滑板竖直向上起跳，所以脚对滑板的作用力竖直向下，A错；人在空中时，水平方向不受力的作用，水平方向速度不变，B错；由于人和滑板的水平速度始终相同，所以人落在滑板上起跳的位置，C错，D对．
　D惯性与力的三点区别1．性质方面惯性是物体保持原来运动状态不变的性质，是物体本身的属性，而力是物体对物体的作用．2．大小方面惯性的大小取决于物体本身质量的大小，力的大小取决于物体之间相互作用的强弱．3．效果方面力是改变物体运动状态的原因，而惯性却要物体保持原来的运动状态不变．1．伽利略理想实验揭示了(　　)A．若物体运动，那么它一定受力B．力不是维持物体运动的原因C．只有受力才能使物体处于静止状态D．只有受力才能使物体运动【答案】　伽利略理想实验指出：如果水平面没有摩擦，那么在水平面上的物体一旦获得某一速度，物体将保持这一速度一直运动下去，而不需要外力来维持，故A、D错误；运动和静止都不需要力来维持，故B正确，C错误．
　B2．下列关于惯性的说法中正确的是
(　　)A．同一物体运动速度大比速度小时难以停下来，所以物体运动速度大时具有较大的惯性B．同一物体受的力越大，停下来就越困难，所以物体受的推力越大，则惯性越大C．不同物体比较，体积越大，惯性越大D．不同物体比较，质量越大，惯性越大【答案】　惯性是物体的固有属性，它的大小只由质量大小决定，与其他因素无关，质量越大，惯性越大，A、B、C错误，D正确．3．关于牛顿第一定律，下列说法正确的是
(　　)A．牛顿第一定律是一条实验定律B．牛顿第一定律说明力是维持物体运动状态的原因C．惯性定律和惯性的实质是相同的D．物体的运动不需要力来维持【答案】　牛顿第一定律反映的是物体在不受力的情况下所遵循的运动规律，而自然界中不受力的物体是不存在的，因此它是理想条件下的运动定律，但不是实验定律，它来源于大量真实的科学实验，但不能用真实的实验来验证，A错误；由牛顿第一定律可知，物体的运动不需要力来维持，力的本质是使物体发生形变的原因、是改变物体运动状态的原因、是使物体产生加速度的原因，B错误，D正确；惯性是物体的固有属性，惯性定律是在一定条件下物体运动遵循的规律，二者实质不同，C错误．　D4．(多选)运动着的物体，若所受的一切力突然同时消失，那么它将(　　)A．立即停止　　
B．作匀速直线运动C．惯性改变
D．惯性不变【答案】　因为物体在运动，当物体所受的一切外力都消失时，物体将保持原来的速度做匀速直线运动，故A错误，B正确；惯性只与质量有关，质量不变，惯性不变，与受力情况无关，故C错误，D正确．　BD5．关于惯性和牛顿第一定律，下列说法中正确的是(　　)A．静止的物体可能没有惯性B．速度越大的物体惯性越大C．同一物体在地球上和月球上惯性不同D．伽利略的斜槽实验以可靠的事实为基础并把实验探究和逻辑推理和谐地结合在一起【答案】　惯性是物体的固有属性，与运动状态无关，故A错误；质量是惯性大小的唯一量度，与速度、环境等因素无关，故B、C错误；伽利略的斜槽实验以可靠的事实为基础并把实验探究和逻辑推理和谐地结合在一起，故D正确．　D6．(多选)在列车的车厢内，有一个自来水龙头C.第一段时间内，水滴落在水龙头的正下方B点，第二段时间内，水滴落在B点的右方A点，如图4?1?4所示．那么列车可能的运动是(　　)图4?1?4A．先静止，后向右做加速运动B．先做匀速运动，后做加速运动C．先做匀速运动，后做减速运动D．上述三种情况都有可能【答案】　水滴下落时，水平方向保持原来的速度，若车匀速运动，车的水平位移与水滴的水平位移相同，则落在B点；若车向左加速运动，则水滴仍保持下落时的水平速度，而车的水平位移增大，故水滴可落在A处；同理，车向右减速运动，水滴也会落在A处．故选BC.
7．2013年1月1日起实施的新交通法规中规定，坐在小汽车前排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下列哪种情况出现时可能对人造成的伤害(　　)
图4?1?5A．车速太快　　　
B．车速太慢C．紧急刹车
D．突然启动【答案】小汽车车速无论快慢，若车速不变，则车、人相对静止，所以不会使人受伤，故A、B选项不合题意；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，故C选项符合题意；突然启动时，人会向后仰，有靠背支撑，安全带不起作用，故D不合题意．
　C8．在一次交通事故中，一辆载有30吨“工”字形钢材的载重汽车由于避让横穿马路的摩托车而紧急制动，结果车厢上的钢材向前冲出，压扁驾驶室．关于这起事故原因的物理分析正确的是(　　)
A．由于车厢上的钢材有惯性，在汽车制动时，继续向前运动，压扁驾驶室B．由于汽车紧急制动，使其惯性减小，而钢材惯性较大，所以继续向前运动C．由于车厢上的钢材所受阻力太小，不足以克服其惯性，所以继续向前运动D．由于汽车制动前的速度太大，汽车的惯性比钢材的惯性大，在汽车制动后，钢材继续向前运动【答案】　钢材原来随汽车一起向前运动，在汽车制动时，由于摩擦，车迅速停止，而钢材由于惯性要保持原来向前的速度前进，压扁驾驶室，故A正确．质量是惯性大小的量度，与速度大小无关，质量不变，惯性不变，所以汽车紧急制动时，汽车和钢材的惯性都没有改变，故B、C、D错误．故选A.
9．如图4?1?6所示，一个劈形物体M，各面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在上表面放一个光滑小球m.劈形物体由静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是(　　)
图4?1?6A．沿斜面向下的直线B．竖直向下的直线C．无规则的曲线D．抛物线【答案】　由于小球处在物体M上，接触面光滑，在M滑下过程中，由于小球水平方向上不受外力作用，该方向上运动状态不会改变，原来静止，则下滑过程中，小球在水平方向上没有位移，故B正确．10．(多选)足够长的水平木板，沿水平方向向右做匀速直线运动．木板上有两个质量不等、摩擦因数相同的铁块与木板一块做匀速直线运动，两个铁块沿运动方向分布，质量大的在前，质量小的在后，并有一定的间隔．某时刻木板突然停止运动，下列说法正确的是(　　)
A．若木板光滑，由于前面的铁块惯性大，两个铁块之间距离将增大B．若木板光滑，由于后面的铁块惯性小，两个铁块之间距离将减小C．若木板不光滑，两个铁块有可能相撞D．无论木板是否光滑，两个铁块之间距离总是保持不变【答案】　如果木板光滑，木板停止运动后两铁块做匀速直线运动，两铁块的速度相等，在相等时间内两铁块的位移相等，两铁块间的距离保持不变，故A、B错误；若木板不光滑，对铁块，由牛顿第二定律得：a＝μg，由于两铁块与木板的动摩擦因数μ相同，则两铁块的加速度a相同，木板停止运动后两铁块均做匀减速直线运动，由于铁块的初速度与加速度相等，在相等时间内两铁块的位移相等，两铁块间的距离保持不变，两铁块不可能相撞，故C错误；由以上分析可知，无论木板是否光滑，两个铁块之间距离总是保持不变，故D正确．
11．如图4?1?7所示，一个盛水的容器固定在一个小车上，在容器中分别悬挂和拴住一个铁球和一个乒乓球．容器中的水、铁球和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)(　　)图4?1?7A．铁球向左
B．铁球向右C．乒乓球向左
D．乒乓球向右【答案】　因为小车突然向右运动，铁球和乒乓球都有向右运动的趋势，但由于与同体积的“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，而且水和车一起加速运动，所以小车加速运动时，铁球相对小车向左运动，A正确；同理，由于乒乓球与同体积的“水球”相比，质量小，惯性小，乒乓球相对小车向右运动，D正确．
　AD12．如图4?1?8所示，重球系于DC绳下端，重球下再系一根同样的BA绳，回答下列问题：图4?1?8(1)在绳的A端慢慢增加拉力时，哪根绳先断？为什么？(2)在绳的A端突然用力一拉时，哪根绳先断？为什么？【答案】　(1)当拉力缓慢增大时，AB绳的张力等于拉力，而DC绳的张力等于拉力与重球重力的合力，DC绳承受的拉力大，故DC绳先断．(2)瞬间用力拉A端，由于重球具有保持原来静止状态的性质，对DC绳的拉力来不及变化时，AB绳由于不能承受巨大的拉力而先断裂．13．在做匀速直线运动的小车上水平放置一密闭的装有水的瓶子，瓶内有一气泡，如图4?1?9所示，当小车突然停止运动时，气泡相对于瓶子怎样运动？
图4?1?9【答案】　首先确定本题应该用惯性知识来分析，但此题涉及的不仅仅是气泡，还有水，由于惯性的大小与质量有关，而水的质量远大于同体积气泡的质量，因此水的惯性远大于气泡的惯性，当小车突然停止时，水保持向前运动的趋势远大于气泡向前运动的趋势，当水相对于瓶子向前运动时，水将挤压气泡，使气泡相对于瓶子向后运动．
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课堂导入
知识模块1、牛顿第一定律
经典例题
归纳和总结
C专题
知识模块2、惯性和质量
经典例题
归纳和总结
T能力
课后作业
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