高中物理鲁科版新教材必修第一册学案 第5章 第1节　牛顿第一运动定律Word版含解析

第1节　牛顿第一运动定律
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)速度变化，物体的运动状态就改变． (√)
(2)物体不受外力就是物体受到的合外力等于零． (×)
(3)惯性是物体的本质属性，与除质量之外的因素无关． (√)
(4)牛顿第一定律说明了力是改变物体运动状态的原因． (√)
2．(多选)在力学理论的建立过程中，有许多伟大的科学家做出了贡献．关于科学家和他们的贡献，下列说法正确的是(　　)
A．伽利略认为力不是维持物体运动的原因
B．亚里士多德认为物体的运动不需要力来维持
C．牛顿最早指出力不是维持物体运动的原因
D．伽利略认为力是改变物体运动状态的原因
AD　[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，A、D正确，C错误；在历史上，亚里士多德认为力是维持物体运动的原因，他的观点是错误的，B错误．]
3．(多选)下列说法中正确的是(　　)
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
C．理想实验的思维方法与建立质点模型的思维方法一样，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
BC　[牛顿第一定律是以实验为基础，加以想象推理出来的，有实验依据，但无法用实验直接验证，故A错误，B正确；理想实验是人们在思想中塑造的理想过程，与建立质点模型的思维方法一样，故C正确；静止的物体可能不受外力，也可能受外力但合外力为零，故D错误．]
对牛顿第一定律的理解
几个同学合作，利用如图所示的装置演示伽利略的理想斜面实验，装置为两个对接的斜面，让小球沿左边的斜面滑下并滚上右边的斜面，然后改变右边斜面的倾角，重复操作，利用曝光频率一定的相机拍下小球在运动过程中的图片．
探究：(1)甲同学认为“该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的依据，因此牛顿第一定律是实验定律”你认为对吗？请说明理由．
(2)当右侧的斜面水平时，小球近似做匀速直线运动．因此乙同学认为“如果没有外力作用，小球将在水平面上永远运动下去”你认为此观点是否正确？
提示：(1)错误．伽利略的理想斜面实验的核心是将假想实验和逻辑推理结合起来，该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的依据，但是牛顿第一定律并不是在实验的基础上得出的，因此牛顿第一定律不是实验定律．
(2)正确．
牛顿第一定律的意义
1．明确了惯性概念
定律的前半部分内容“一切物体总保持静止或匀速直线运动状态”，揭示了所有物体普遍具有的一种属性——惯性，即物体保持静止状态或匀速直线运动状态，是本质属性，不需要条件．一切物体在任何情况下都具有保持静止状态或匀速直线运动状态的性质．因此，牛顿第一定律又叫惯性定律．
2．明确了力的作用效果
定律的后半部分内容“除非有外力迫使它改变这种状态”，说明了力的作用效果可以改变物体的运动状态．定律中明确指出力可以改变物体的运动状态．
3．揭示了力和运动的关系
牛顿第一定律指出物体不受外力时的运动规律，定律描述的只是一种理想状态，而实际中物体不受外力作用的情况是不存在的，当物体所受到的合外力为零时，其效果跟不受外力的作用效果相同．力与运动的关系：运动不需要力维持，但运动状态的改变离不开力的作用．
【例1】　下列关于牛顿第一定律的说法中正确的是(　　)
A．牛顿第一定律是实验定律
B．牛顿第一定律只是提出了惯性的概念
C．牛顿第一定律提出了当物体受到的合外力为零时，物体将处于静止状态
D．牛顿第一定律既提出了物体不受外力作用时的运动规律，又提出了力是改变物体运动状态的原因
思路点拨： 解答本题时应注意以下三点：
①牛顿第一定律和惯性的区别．
②力和运动的关系．
③力和运动状态变化的关系．
D　[牛顿第一定律不是实验定律，A错误；牛顿第一定律提出了惯性的概念，同时又指出了物体运动状态改变的原因，B错误；牛顿第一定律提出了物体不受外力作用时，物体将处于静止状态或匀速直线运动状态，所以C错误；综上所述，选项D是正确的．]
牛顿第一定律描述了物体不受外力作用时的状态——总保持匀速直线运动或静止状态，同时揭示了力和运动的关系——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.分析此类问题时要注意牛顿第一定律与惯性的区别.
[跟进训练]
1．根据牛顿第一定律，下列说法中正确的是(　　)
A．人只有在静止的车厢内，竖直向上高高跳起后，才会落到车厢原来的位置
B．人在沿直线匀速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方
C．人在沿直线加速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方
D．人在沿直线减速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方
C　[依据牛顿第一定律可知，人竖直跳起离开车厢瞬间，人与车在水平方向上的速度相同．如果车子静止或做匀速直线运动，则人都将落回原地；如果车加速前进，则在相同时间内人的水平位移比车子的水平位移小，故人会落在起跳点的后方；反之，如果车子减速前进，则在相同时间内人的水平位移将比车子的水平位移大，故人会落在起跳点的前方，故C正确．]
对惯性的理解和应用
先进的生产工具可以大大提高生产效率，节省人力物力．
在谷物的收割和脱粒过程中，小石子、草屑等杂物很容易和谷物混在一起．另外，谷还有瘪粒．为了将它们分离，农民常用一种叫作“风谷”的农具分选．
探究：(1)为什么小石子、草屑等杂物和谷物都能脱离传送带飞出？
(2)此农具分选的原理根据是什么？
提示：(1)由于惯性，它们都能脱离传送带飞出．
(2)分选原理是：石子、实谷粒、草屑和瘪粒飞出时初速度基本相同，但由于质量不同，它们受到相同阻力时速度变化快慢不同，质量大的速度变化慢，质量小的速度变化快．草屑和瘪粒速度变化得快，故落点近；小石子速度变化得最慢，故落点最远．
1．惯性现象的“一只”“二有”“三区别”
(1)“一只”：惯性的大小只跟物体的质量有关．
(2)“二有”：惯性是一切物体固有的属性；物体在任何情况下都有惯性．
(3)“三区别”：惯性与第一定律的区别；惯性与力的区别；惯性与速度的区别．
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．力越大，运动状态改变越快；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．惯性与速度的关系
(1)惯性与运动状态无关，不论物体是处于怎样的运动状态，惯性总是存在的，当物体静止时，它一直“想”保持这种静止状态；当物体运动时，它一直“想”以那一时刻的速度做匀速直线运动．
(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．惯性的“两表现”
(1)不受外力的条件下，惯性表现出“保持”“原来的”运动状态．
(2)在受力条件下，惯性表现出运动状态改变的难易程度，质量越大，惯性越大，运动状态越难改变．
【例2】　如图所示是一种汽车安全带控制装置示意图．当汽车处于静止或匀速直线运动时，刹车摆锤竖直悬挂，锁棒水平，棘轮可以自由转动，安全带能被拉动．当汽车突然刹车时，摆锤由于惯性绕轴摆动，使得锁棒锁定棘轮的转动，安全带不能被拉动．若摆锤从图中实线位置摆到虚线位置，汽车的可能运动方向和运动状态是(　　)
A．向右行驶、匀速直线运动
B．向左行驶、匀速直线运动
C．向右行驶、突然刹车
D．向左行驶、突然刹车
思路点拨：
C　[若汽车做匀速直线运动，则摆锤不会从实线位置摆到虚线位置，故A、B均错误；由图可知摆锤向右摆动，可知摆锤具有水平向左的加速度，故汽车加速度向左，汽车可能向左加速或向右减速，故C正确，D错误．]
利用惯性解释现象的方法
(1)明确研究的物体原来处于怎样的运动状态．
(2)当外力作用在该物体的某一部分(或外力作用在与该物体有关联的其他物体上)时，分析这一部分的运动状态的变化情况．
(3)该物体由于惯性保持怎样的运动状态，判断最后会出现什么现象．
[跟进训练]
2.(多选)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
BC　[列车加(减)速时，小球由于惯性保持原来的运动状态不变，相对于车向后(前)滚动，故B、C正确．]
1．物理观念：牛顿第一定律、惯性．
2．科学思维：牛顿第一定律的理解应用．
3．科学方法：理想实验的推理方法.
1．下列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．牛顿认为力的效果是改变物体的速度
D．伽利略根据理想实验推导出，如果没有摩擦，在水平面上的物体一旦具有某一个速度，将保持这个速度永远运动下去
A　[运动是物体的自然属性，并不需要力来维持，故A项错误，B项正确．力产生的效果是改变物体的运动状态，即改变速度，故C项正确．如果物体不受外力，则其运动状态不变，即速度不变，故D项正确．]
2．以下几种情况中，不需要对物体施加力的是(　　)
A．物体从静止变为运动
B．物体从运动变为静止
C．物体的运动方向不断改变
D．物体的速度大小和运动方向都不改变
D　[物体从静止变为运动，从运动变为静止，表明物体的速度大小变化；物体的运动方向不断改变，表明物体的速度方向变化．力是使物体速度发生变化的原因，所以，物体的速度发生变化，一定受到力的作用．故选D.]
3．下列说法中正确的是(　　)
A．静止或匀速直线运动的物体一定不受外力的作用
B．战斗机在战斗前丢掉副油箱，目的是减小惯性
C．从高处下落的玻璃杯比低处下落的玻璃杯容易碎，是因为前者惯性比较大
D．物体运动状态改变的难易程度取决于速度的大小
B　[物体处于静止状态或匀速直线运动状态也可能是因为受到的合外力为零，选项A错误；战斗机为了提高作战
的灵活性，战斗前丢掉副油箱，从而减小飞机的质量，减小飞机的惯性，增加飞机的机动性，选项B正确；从高处下落的玻璃杯比低处下落的玻璃杯容易碎，是因为从高处下落的玻璃杯受到的冲击力大，所以容易碎，惯性大小取决于玻璃杯的质量，选项C错误；对于运动的物体，惯性表现为运动状态改变的难易，选项D错误．]
4．下列有关惯性的说法中，正确的是(　　)
A．乘坐汽车时系好安全带可减小惯性
B．宇宙飞船在太空中也有惯性
C．运动员跑得越慢惯性越小
D．汽车在启动时才有惯性
B　[惯性的大小只与物体的质量大小有关，质量不变，惯性不变，A错，B对；物体的惯性与物体的运动状态无关，C、D错．]
5．(思维拓展)如图所示，物体B在气球A的带动下匀速上升，运动到某一时刻，连接A、B的绳子断了，关于A、B后来的运动情况，下列判断正确的是(不考虑空气阻力)
试求：(1)B是否立即下落？请描述B的运动情况．
(2)绳子断后A是否仍是匀速上升？请描述A的运动情况．
[解析]　(1)否．物体B与A整体匀速上升，气球的浮力与总重力等大反向；绳子断后，B由于惯性仍有向上的速度，在重力作用下，B将先减速上升再加速下落．
(2)否．绳子断后，A受浮力大于其重力，合力方向向上，所以A的运动状态发生变化做变速运动．
[答案]　见解析