高一物理人教版必修1学案 4.1　牛顿第一定律 Word版含解析

第四章　牛顿运动定律
1　牛顿第一定律
载重货车启动时，由静止到高速需要较长一段时间；百米冲刺到终点后，体重大的运动员较难停下来．为什么？
提示：运动状态变化的难易程度与质量有关，即惯性大小与质量有关，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小．
【例1】　理想实验有时能深刻地反映自然规律．伽利略设想了一个理想斜面实验，如图所示．
①减小第二个斜面的倾角，小球在这个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时的高度．
④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成为水平面，小球要沿水平面做持续的匀速直线运动．
请将上述理想实验的步骤按照正确的顺序排列：________.(只要填写序号即可)
在上述步骤中，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
本题可按以下思路进行分析
【解析】　根据伽利略理想斜面实验可知，②是可靠事实，应放在第一步；①③是在可靠事实基础上提出的设想(斜面没有摩擦)，④是进行合理外推得出的推论，因此，正确的顺序是②③①④，其中②是事实，其余的是推论．
【答案】　②③①④　B
总结提能 对理想实验的理解，应注意以下几点：(1)真实实验是一种实践活动，是可以通过一定的实验器材和实验方案来实现的实验．(2)理想实验是一种思维活动，是以可靠的事实为基础，在抽象思维中设想出来的、无法做到的实验．
(多选)理想实验是科学研究中的一种重要方法，它把可靠的事实和合理的推论结合起来，可以深刻地揭示自然规律．关于伽利略的理想实验，下列说法正确的是(　BD　)
A．只要水平面相当光滑，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．这个实验虽然是想象中的实验，但它是建立在可靠的实验基础上的
解析：理想实验在实际中是永远不能实现的，其条件是理想化的，即使是水平面“相当光滑”，也不会达到没有摩擦力的程度，利用气垫导轨当然也不能实现“理想”的状态，仍会存在一定的摩擦，只不过摩擦力很小而已，选项A、C错误，B正确；理想实验是从实践中总结、提炼、加工出来的，是建立在可靠的实验基础之上的，它能够由观察或实验的结果来检验，选项D正确．
考点二　牛顿第一定律
1．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．
2．对牛顿第一定律的理解
(1)明确了惯性的概念
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”，揭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)确定了力的含义
定律的后半句话“除非作用在它上面的力迫使它改变这种运动状态”，实际上是对力的含义的确定，即力是改变物体运动状态的原因，并不是维持物体运动状态的原因，这一点要切实理解．即物体由静止到运动和由运动到静止都是力作用的结果．
(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作用时的运动规律，它描述的只是一种理想状态，而实际中不受外力作用的物体是不存在的．当物体所受合外力为0时，其效果跟不受外力的作用相同．但是，我们不能把“不受外力”理解为“合外力为0”．
3．定律成立的条件：惯性参考系
在研究地面上物体的运动时，一般选取地面或相对地面静止或做匀速直线运动的物体为惯性系．
例如，当火车沿直轨道匀速运动时，可将火车看做惯性系来研究火车内其他物体的运动．当火车由静止加速启动时，如果以火车为参考系，原来静止在火车内光滑水平桌面上的物体会相对火车向后加速运动，但物体在水平方向上并没有受力，此时牛顿第一定律不成立，因为此时火车为非惯性系．
温馨提示：牛顿第一定律不是实验定律．因为牛顿第一定律反映的是物体在不受力的情况下的运动规律，而自然界中不受力的物体是不存在的，不可能由实验直接得到，也无法由实验验证．它是由“理想实验”加以科学推理得到的，是一个理想定律．
【例2】　(多选)关于牛顿第一定律，下列说法中正确的是(　　)
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，物体的运动状态保持不变是由于物体具有惯性
D．物体的运动状态发生变化时，物体必定受到外力的作用
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．
【解析】　牛顿第一定律有三层含义：不受力时物体将保持静止状态或匀速直线运动状态，这是由于一切物体都具有惯性；受到力的作用物体的运动状态就要发生变化，从而揭示出力是改变物体运动状态的原因；指出了物体在不受力时的运动状态，故选项A、C、D正确．牛顿第一定律并不是惯性，惯性是物体的一种性质，而牛顿第一定律是物体的运动规律，两者是不同的概念，不可混为一谈，选项B错误．
【答案】　ACD
总结提能 牛顿第一定律描述了物体不受外力作用时的状态——总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，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．
下列关于牛顿第一定律的说法中，正确的是(　D　)
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
解析：牛顿第一定律不是实验定律，选项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，选项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，故选项C错误；综上分析可知，选项D正确．
考点三　　惯性与质量
1．惯性的概念
物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质．
观察下面的事例进一步认识惯性的存在．
如图所示，一个玻璃杯内盛半杯水，上面盖一块塑料板，板上放一枚鸡蛋，用小棒猛击塑料板，塑料板飞出，鸡蛋却稳稳地落入杯中．
如图所示，小车上竖直放置一个木块，让木块随小车沿着桌面向右运动，当小车被挡板制动时，车上的木块向右倾倒．
以上两例说明静止物体或运动的物体都有惯性．
2．对惯性的理解
(1)惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性．
(2)惯性与运动状态无关，不论物体处于怎样的运动状态，惯性总是存在的．当物体原来静止时，它一直“想”保持这种静止状态；当物体原来运动时，它一直“想”以那一时刻的速度做匀速直线运动．
(3)惯性与是否受力无关，与速度大小无关，其大小由质量唯一确定．
(4)物体不受力时惯性表现为保持匀速直线运动状态或静止状态，物体受力时惯性表现为改变运动状态的难易程度．
3．惯性大小的决定因素
我们知道，推动一辆自行车要比推动一辆汽车容易很多．这表明质量越大的物体，运动状态越难改变，也就是说物体的惯性越大；而质量越小的物体，运动状态越容易改变，也就是说物体的惯性越小．
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．
4．惯性不是力
(1)惯性是物体保持原来运动状态的性质，是物体本身的属性，而力是物体对物体的作用．
(2)惯性的大小决定于物体本身质量的大小，力的大小决定于物体之间相互作用的强弱．
(3)力是改变物体运动状态的原因，而惯性要保持原来的运动状态不变．
(4)惯性不是力，“物体保持原来的运动状态是因为受到了惯性力”的说法是错误的．
5．惯性与惯性定律是不同的
(1)惯性是物体固有的、基本的属性，而惯性定律则是涉及物体运动的一条动力学规律．
(2)惯性与物体是否受力及物体的运动状态无关，物体不受力时，惯性表现为物体保持匀速直线运动状态或静止状态，受力时，惯性表现为物体运动状态改变的难易程度；而惯性定律则是有条件的，其成立的条件是物体不受力的作用．
(3)惯性的大小决定于物体质量的大小，而惯性定律所描述的物体的匀速直线运动状态或静止状态，则决定于物体是否受力，决定于是否有力迫使它改变这种状态．
6．两个角度理解质量
(1)从物质的角度：质量是物体所含物质的多少．
(2)从惯性的角度：质量是决定物体惯性大小的唯一因素．
7．常见惯性现象的分析方法
运用惯性解释有关现象时，通常可按下面的步骤思考分析：
(1)明确研究的物体原来处在怎样的运动状态；
(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，这一部分的运动状态的变化情况；
(3)该物体由于惯性将保持怎样的运动状态，最后会出现什么现象．
【例3】　关于物体的惯性以下说法中正确的是(　　)
A．物体的运动速度越大，物体越难停下来，说明运动速度大的物体惯性大
B．汽车突然减速时，车上的人向前倾，拐弯时人会往外甩，而汽车匀速前进时，车上的人感觉平稳，说明突然减速和转弯时有惯性，匀速运动时没有惯性
C．在同样大小的力作用下，运动状态越难改变的物体，其惯性一定越大
D．在长直水平轨道上匀速运动的火车上，门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起后，发现落回原处，这是因为人跳起后，车继续向前运动，人落下后必定向后偏些，但因时间太短，偏后距离太小，不明显而已
【解析】　物体的惯性大小由质量唯一确定，与物体的速度无关，A项错误；一切物体均有惯性，不论物体处于加速，减速还是匀速状态，B项错误；同样大小的力作用于物体，状态越难改变，说明物体保持原来状态的本领越大，惯性也越大，所以C项正确；人向上跳起后，人在水平方向不受外力作用，由于惯性，人在水平方向的速度不变，与车速相同，因此仍落在车上原处，D项错误．
【答案】　C
总结提能 (1)物体惯性的大小正是反映了改变物体运动状态的难易程度，物体的质量越大，惯性就越大，要改变它的运动状态也就越困难．(2)惯性的记忆可用如下口诀：物体有惯性，惯性物属性，大小看质量，不论动与静．
对于一些实际生活中的现象，某同学试图从惯性角度加以解释，其中正确的是(　C　)
A．采用了大功率的发动机后，某些一级方程式赛车的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度，这表明：可以通过科学进步使小质量的物体获得大惯性
B．“强弩之末势不能穿鲁缟”，这表明强弩的惯性减小了
C．货运列车运行到不同的车站时，经常要摘下或加挂一些车厢，这会改变它的惯性
D．自行车转弯时，车手一方面要适当地控制速度，另一方面要将身体稍微向里倾斜，这是通过调控人和车的惯性达到安全行驶的目的
解析：惯性是物体的固有属性，大小与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，与其他任何因素无关，A、B错误；摘下或加挂一些车厢，改变了质量，从而改变惯性，C正确；人和车的质量不变，则其惯性不变，D错误．
1．17世纪意大利科学家伽利略在研究运动和力的关系时，提出了著名的斜面实验，其中应用的物理思想方法属于(　C　)
A．等效替代　　　　　　　 B．实验归纳
C．科学推理 D．控制变量
2．关于牛顿第一定律的理解，下列说法正确的是(　B　)
A．力是维持物体运动状态的原因
B．力是改变物体运动状态的原因
C．物体的质量较小，但运动的速度较大时，惯性也可以很大
D．物体自由下落时比竖直上抛时的惯性小
解析：力是改变物体运动状态的原因，选项A错误，B正确；惯性与质量有关，和物体的速度、运动情况无关，选项中C、D错误．
3．(多选)17世纪，意大利物理学家伽利略根据“斜面实验”指出：在水平面上运动的物体之所以会停下来，是因为受到摩擦阻力的缘故．则下列说法正确的是(　BD　)
A．该实验是一理想实验，是在思维中进行的，无真实的实验基础，故其结果是荒谬的
B．该实验是以可靠的事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，从而更深刻地反映自然规律
C．该实验证实了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的结论
D．该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据
解析：伽利略的斜面实验尽管是理想实验，但是以可靠的事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，反映了自然规律．推翻了“力是维持物体运动的原因”的观点，为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据．
4．在某停车场，甲、乙两辆同型号的车发生了碰撞事故．甲车司机背部受伤，乙车司机胸部受伤．以下根据两位司机的伤情判定的说法中，可能正确的是(　C　)
A．甲车车头撞了静止的乙车车尾或甲车倒车时车尾撞了静止的乙车车头
B．甲车车头撞了静止的乙车车尾或乙车倒车时车尾撞了静止的甲车车头
C．乙车车头撞了静止的甲车车尾或甲车倒车时车尾撞了静止的乙车车头
D．乙车车头撞了静止的甲车车尾或乙车倒车时车尾撞了静止的甲车车头
解析：由于甲车司机的背部受伤，故应该是甲车司机相对于甲车向后运动，故有两种可能：第一种可能是甲车原来静止，甲车受到后面的撞击而突然向前运动，甲车司机由于惯性要保持不动，即相对于甲车向后运动而使背部受伤；第二种可能是甲车向后倒车撞到乙车而停止运动，甲车司机由于惯性继续向后运动而使背部受伤．乙车司机胸部受伤，应该是乙车司机相对于乙车向前运动，故也有两种可能：第一种可能是乙车向前运动车头撞到甲车而停止，乙车司机由于惯性继续向前运动而撞到乙车造成胸部受伤；第二种可能是乙车静止，乙车车头由于受到撞击而向后运动，乙车司机由于惯性要保持静止而和乙车相碰造成胸部受伤．故只有C正确．
5．科学探究活动通常包括以下要素：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等．伽利略对落体运动的规律的探究过程如下：
A．伽利略依靠逻辑的力量推翻了亚里士多德的观点．
B．伽利略提出了“落体运动的速度v与时间t成正比”的观点．
C．为“冲淡”重力，伽利略设计用斜面来研究小球在斜面上运动的情况．
D．伽利略换用不同质量的小球，沿同一斜面从不同位置由静止释放，并记录相应数据．
E．伽利略改变斜面的倾角，重复实验，记录相应数据．
F．伽利略对实验数据进行分析．
G．伽利略将斜面实验得到的结论推广到斜面的倾角增大到90°时．
(1)与上述过程中B步骤相对应的科学探究要素是猜想与假设．
(2)与上述过程中F步骤相对应的科学探究要素是分析与论证．