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4.1 牛顿第一定律
第4章
内容索引
01
02
课前篇
自主预习
课堂篇
探究学习
学习目标
思维导图
1.学会用理想实验的方法解决问题。(科学思维)
2.理解牛顿第一定律的内容和意义。(物理观念)
3.明确惯性的概念,知道质量是惯性大小的唯一量度。(物理观念)
4.会用惯性解释有关现象。(科学思维)
课前篇
自主预习
必备知识
一、伽利略的理想实验和牛顿的总结
1.伽利略的理想实验
(1)如图所示,让一个小球从斜面的顶端由静止向下运动,紧接着又冲上另一个对接的斜面。如果没有摩擦力,这个小球将达到跟原来同样的高度;如果减小对接斜面的倾斜度,小球仍会达到同一高度,但经过的路程会更长些。如果不断减小对接斜面的倾斜度,小球经过的路程就会越来越长。当把对接的斜面变成水平面,这时既没有使小球加速的因素,也没有使它减速的因素,小球将以恒定的速度永远运动下去。
(2)推理结论:力不是维持运动的原因。
2.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,直到有外力迫使它改变运动状态为止。
(2)惯性
物体保持匀速直线运动或静止状态的特性叫惯性。牛顿第一定律又叫
惯性定律。
二、惯性有大小吗
1.惯性是一切物体的固有属性。
2.在受到相同的作用力时,物体的质量越大,其运动状态越难改变,表明它的惯性也越大。所以物体的惯性是有大小的,物体的质量就是惯性大小的量度。
自我检测
1.正误辨析
(1)伽利略的理想实验说明了力是维持物体运动的原因。( )
答案
×
(2)由牛顿第一定律可知,做加速直线运动的物体所受外力全部消失时,物体立刻静止。( )
答案
×
(3)物体从竖直向上运动的气球上掉落后,立即向下运动。( )
答案
×
(4)速度越大,物体的惯性越大。( )
答案
×
(5)受力越大,物体的惯性越大。( )
答案
×
2.前进中的大巴车突然刹车时,乘客向 (选填“前”或“后”)倾倒;在匀速直线运动的火车上竖直跳起,人会落在 (选填“原来位置”“原位置前”或“原位置后”)。?
答案
前 原来位置
课堂篇
探究学习
探究一
伽利略理想实验
情境探究
在伽利略的理想实验的各个过程中,哪些可以通过实验完成?哪些是推理得出的?
要点提示
小球由静止状态从斜面上滚下,可以滚上另一斜面,是实验事实,可以通过实验完成,把对接斜面换成水平面后小球将以恒定的速度永远运动下去是由推理得出的,不可以通过实验完成。
关键能力
1.理想实验是一种思维活动,虽然它是抽象思维中设想出来的,在实验室无法验证,但它建立在可靠的事实基础上,以物理事实为依据,经过科学抽象和逻辑推理,从而得出结论,理想实验反映了一种重要的物理思想。
2.理想实验的意义:理想实验是以可靠的实验事实为基础,经过抽象思维,抓住主要因素,忽略次要因素,从而更深刻地揭示了自然规律。
探究应用
例1理想实验有时更能深刻地反映自然规律。如图所示,伽利略设想了一个理想实验,其中有一个是实验事实,其余是推论。
①减小第二个斜面的倾角,小球在这一斜面上仍然要达到原来的高度;
②两个斜面对接,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,最后使它成为水平面,小球将沿水平面做持续的匀速直线运动。
(1)请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列: (填数字序号)。?
(2)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 (填选项前的字母)。?
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
(1)②③①④ (2)B
规律方法
分清事实与推论的方法
(1)事实是真实发生的事情,是在实验时我们可以亲眼观测到的现象。
(2)推论是根据现象推测发生这件事的条件或会出现的结果。
变式训练1(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( )
A.只要接触面足够光滑,物体在水平面上就能匀速直线运动下去
B.理想实验是在想象中进行的实验
C.利用气垫导轨,就能使实验成功
D.虽然是想象中的实验,但它是建立在可靠的实验基础上的
答案
ABD
探究二
牛顿第一定律
情境探究
(1)日常生活中,我们有这样的经验:用力拉小车,小车就前进,停止用力,小车就停下来,是否有力作用在物体上物体才能运动呢?不拉小车时,小车为什么会停下来呢?
(2)如果没有摩擦阻力,也不受其他任何力的作用,水平面上运动的物体的运动状态会改变吗?
要点提示
(1)不是。因为受到阻力的作用。
(2)如果没有摩擦阻力,也不受其他任何力的作用,水平面上运动的物体将保持原来的速度沿直线永远运动下去,即运动状态不变。
关键能力
1.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)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。
(3)牛顿第一定律是牛顿在总结前人工作的基础上得出的,是在理想实验的基础上加以科学抽象和逻辑推理得到的。
(4)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。
探究应用
例2关于牛顿第一定律(惯性定律),下列理解正确的是( )
A.向上抛出的物体,在向上运动的过程中,一定受到向上的作用力,否则不可能向上运动
B.汽车在运动过程中,速度大时的惯性一定比速度小时的惯性大
C.牛顿第一定律中提出的物体不受外力作用的条件是不可能达到的,所以这条定律可能是错的
D.牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物,不能用实验直接验证
解析
向上抛出的物体,由于惯性继续向上运动,故A错误;惯性大小只取决于物体的质量,质量越大,惯性越大,故B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,并不是实验定律,但它是正确的,故C错误,D正确。
答案
D
规律方法
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,则物体所受合外力一定不为零,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,最后判断物体由于惯性将会出现的现象。
变式训练2(多选)下列说法正确的是( )
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.牛顿第一定律说明力是维持物体运动状态的原因
C.不受外力作用时,物体的运动状态保持不变是因为物体具有惯性
D.物体的运动状态发生变化时,物体必定受到外力的作用
解析
牛顿第一定律的含义:不受外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;牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因,故A、C、D正确,B错误。
答案
ACD
探究三
惯性
情境探究
(1)公交车在运行时突然急刹车,车内乘客身体为什么会向前倾倒?
(2)“同一物体在地球上的重力比在月球上大,所以物体在地球上的惯性比在月球上的惯性大”,这种说法对吗?为什么?
要点提示
(1)乘客随车一起运动,当急刹车时,车停止运动,乘客的下半部分受到车的摩擦力作用也随车停止运动,而上半部分由于要保持原来的运动状态,故向前倾倒。
(2)不对。惯性大小只与质量有关,与位置无关。虽然物体在地球上的重力比在月球上大,但物体的质量不变,故惯性不变。
关键能力
1.惯性是物体的固有属性,一切物体都具有惯性。
2.物体惯性的大小由质量决定,与物体的运动状态无关,与是否受力无关,与物体的速度大小无关。
3.惯性的表现
(1)在不受力的条件下,惯性表现出维持其原来运动状态的“能力”,有“惰性”的意思。
(2)在受力的条件下,惯性的大小表现为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。
探究应用
例3(2021福建泉州高一期末)关于物体的惯性,以下说法正确的是( )
A.惯性是物体抵抗运动状态改变的一种性质
B.同一辆汽车,速度越快,惯性越大
C.物体从地球转移到月球上,其惯性减小
D.战斗机在战斗前丢弃副油箱,这是为了增大战斗机的惯性
解析
任何物体都有保持原来运动状态的性质,叫惯性,所以物体抵抗运动状态变化的性质是惯性,A正确;物体的惯性大小仅与质量有关,质量越大,惯性越大,B错误;物体的惯性大小仅与质量有关,物体从地球转移到月球上,其惯性不变,C错误;战斗机在战斗前丢弃副油箱,这是为了减小战斗机的惯性,D错误。
答案
A
规律方法
解答惯性现象有关问题的思路
(1)明确研究的物体原来处于怎样的运动状态。
(2)当外力作用在物体的某一部分时,这一部分运动状态的变化情况。
(3)明确物体由于惯性要保持怎样的运动状态,然后判断物体会出现什么现象。
变式训练3关于物体的惯性,以下说法正确的是( )
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,说明突然减速和拐弯时人有惯性,匀速运动时人没有惯性
C.在同样大小的力作用下刹车,超载车更不容易停下来,是因为超载车惯性大
D.在沿长直水平轨道匀速运动的火车上,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
物体的惯性大小只由质量决定,与物体的速度大小无关,A错误;一切物体都具有惯性,不论物体处于加速、减速还是匀速运动状态,B错误;超载车质量大,保持原来运动状态的本领强,惯性大,C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,因此仍落在车厢内原处,D错误。
答案
C
随堂检测
1.(多选)如图所示是伽利略的理想实验,根据该实验,下列说法正确的是( )
A.该实验为牛顿第一定律的提出打下了基础
B.该实验是理想实验,是在思维中进行的,无真实的实验基础,故其结果并不可信
C.该实验充分证实了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的结论
D.该实验说明物体的运动不需要力来维持
解析
该实验为牛顿第一定律的提出打下了基础,故A正确;虽然是借助想象的实验,但它是建立在可靠的实验基础上,其结果是可信的,故B错误;伽利略由此推翻了亚里士多德的观点,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,故C错误,D正确。
答案
AD
2.(多选)关于力和运动的关系,下列说法正确的是( )
A.力是维持物体运动状态的原因
B.物体的惯性是指物体保持原来运动状态不变的性质
C.没有力的作用,物体只能处于静止状态或匀速直线运动状态
D.要改变物体的运动状态,必须有力的作用
解析
力不是维持物体运动状态的原因,力是改变物体运动状态的原因,故A错误,D正确;惯性是指物体保持原来运动状态不变的性质,故B正确;由牛顿第一定律可知C正确。
答案
BCD
3.下列关于惯性的说法正确的是( )
A.高速行驶的汽车紧急刹车时,乘客向前倾倒,说明乘客具有惯性
B.把手中的球由静止释放,球竖直下落,说明球没有惯性
C.运动员投掷标枪时,用力越大,标枪飞行越远,说明力越大则惯性越大
D.短跑比赛,运动员通过终点后很难停下来,说明速度越大则惯性越大
解析
惯性是指物体总有保持原来运动状态不变的性质,惯性大小只与物体的质量有关,与物体的运动状态、受力情况等均无关,一切物体在任何时刻、任何情况下都具有惯性,选项A正确。
答案
A
本
课
结
束第4章牛顿运动定律
4.1 牛顿第一定律
课后篇巩固提升
合格考达标练
1.(多选)(2020山西太原高一期末)如图是伽利略著名的斜面实验示意图。将小球从左侧斜面某一位置由静止释放,小球将“冲”上右侧的斜面。如果没有摩擦,小球将到达原来的高度。如果右侧斜面倾角减小,小球仍将到达原来的高度,但是运动的距离会更长……根据这一实验( )
A.伽利略合理外推出小球在水平面丁上运动的结果
B.伽利略推断出任何物体都具有惯性
C.伽利略提出惯性定律
D.伽利略推断出物体的运动不需要力来维持
2.(多选)下列关于牛顿第一定律的说法中正确的是
( )
A.物体保持静止状态,它所受合外力一定为零
B.物体所受合外力为零时,它一定处于静止状态
C.物体处于匀速直线运动状态时,它所受的合外力可能是零,也可能不是零
D.物体所受合外力为零时,它可能做匀速直线运动,也可能是静止的
3.关于牛顿第一定律,下列理解不正确的是( )
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.不受外力作用时,物体的运动状态保持不变
C.在水平地面上滑动的木块最终停下来,是由于没有外力维持木块运动
D.奔跑的运动员由于遇到障碍而被绊倒,这是因为运动员具有惯性
4.下列关于惯性的说法正确的是( )
A.质量越大的物体惯性越大
B.物体的运动状态改变了,则惯性大小随之变化
C.惯性是物体在匀速直线运动或静止时才表现出来的性质
D.由于子弹的速度越大,其杀伤力就越大,所以子弹的惯性大小与其速度大小有关
5.(多选)对下列现象解释正确的是( )
A.在一定拉力作用下,车沿水平面匀速前进,没有这个拉力,小车就会停下来,所以力是维持物体运动的原因
B.向上抛出的物体由于惯性向上运动,之后由于重力作用,惯性变小,速度也越来越小
C.乒乓球可快速抽杀,是因为乒乓球惯性小
D.两个物体只要质量相同,那么惯性就相同
等级考提升练
6.如图所示,在一辆上表面光滑的小车上,有质量分别为m1、m2的两个小球随车一起做匀速直线运动,当车突然停止时,如不考虑其他阻力,设车足够长,则( )
A.若m1B.若m1=m2,则两个小球一定相碰
C.若m1>m2,则两个小球一定相碰
D.两个小球一定不相碰
7.(2020湖北高一期末)小华坐在一列正在向前行驶的火车车厢里,突然看到原来静止在水平桌面上的小球向后滚动,假设桌面是光滑的,则下列说法错误的是
( )
A.小球在水平方向受到了向后的力使它向后运动
B.小球所受的合力为零,以地面为参考系,小球的运动状态并没有改变
C.火车是在向前加速
D.以火车为参考系,此时牛顿第一定律已经不能适用
8.(多选)小轩在旅途中拍下了火车内桌面上塑料杯不同瞬间的状态,如图甲、乙、丙所示。则下列关于火车运动状态的判断可能正确的是( )
A.图甲中火车在匀速运动,图乙中火车突然向左加速,图丙中火车突然向左减速
B.图甲中火车在匀速运动,图乙中火车突然向右加速,图丙中火车突然向左加速
C.图甲中火车在匀速运动,图乙中火车突然向右减速,图丙中火车突然向右加速
D.图甲中火车在匀速运动,图乙中火车突然向左加速,图丙中火车突然向右减速
第4章牛顿运动定律
4.1 牛顿第一定律
课后篇巩固提升
合格考达标练
1.(多选)(2020山西太原高一期末)如图是伽利略著名的斜面实验示意图。将小球从左侧斜面某一位置由静止释放,小球将“冲”上右侧的斜面。如果没有摩擦,小球将到达原来的高度。如果右侧斜面倾角减小,小球仍将到达原来的高度,但是运动的距离会更长……根据这一实验( )
A.伽利略合理外推出小球在水平面丁上运动的结果
B.伽利略推断出任何物体都具有惯性
C.伽利略提出惯性定律
D.伽利略推断出物体的运动不需要力来维持
解析如果没有摩擦,小球将上升到释放时的高度,进一步假设若减小右侧斜面的倾角,小球在右侧斜面上仍然要达到原来的高度,继续减小角度,最后使它成水平面,小球将沿水平面做持续匀速运动,即伽利略合理外推出小球在水平面上运动的结果,A正确;理想斜面实验并不能说明一切物体都有惯性,牛顿提出了惯性定律,B、C错误;该实验证实了力不是维持物体运动的原因,即物体的运动不需要力来维持,D正确。
答案AD
2.(多选)下列关于牛顿第一定律的说法中正确的是
( )
A.物体保持静止状态,它所受合外力一定为零
B.物体所受合外力为零时,它一定处于静止状态
C.物体处于匀速直线运动状态时,它所受的合外力可能是零,也可能不是零
D.物体所受合外力为零时,它可能做匀速直线运动,也可能是静止的
解析物体处于静止状态或匀速直线运动状态时,它受到的合外力一定为零,A正确,C错误;所受合外力为零时,物体可能处于静止状态,也可能处于匀速直线运动状态,B错误,D正确。
答案AD
3.关于牛顿第一定律,下列理解不正确的是( )
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.不受外力作用时,物体的运动状态保持不变
C.在水平地面上滑动的木块最终停下来,是由于没有外力维持木块运动
D.奔跑的运动员由于遇到障碍而被绊倒,这是因为运动员具有惯性
解析牛顿第一定律描述的是物体不受外力作用时的运动规律,即总保持匀速直线运动状态或静止状态,选项A、B正确;牛顿第一定律揭示了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,在水平地面上滑动的木块最终停下来,是由于受到摩擦阻力的作用,选项C错误;奔跑的运动员遇到障碍而被绊倒,是因为运动员具有惯性,选项D正确。本题选不正确的,故选C。
答案C
4.下列关于惯性的说法正确的是( )
A.质量越大的物体惯性越大
B.物体的运动状态改变了,则惯性大小随之变化
C.惯性是物体在匀速直线运动或静止时才表现出来的性质
D.由于子弹的速度越大,其杀伤力就越大,所以子弹的惯性大小与其速度大小有关
解析物体在任何状态下均有惯性,并且物体惯性的大小只与质量有关,A正确,B、C、D错误。
答案A
5.(多选)对下列现象解释正确的是( )
A.在一定拉力作用下,车沿水平面匀速前进,没有这个拉力,小车就会停下来,所以力是维持物体运动的原因
B.向上抛出的物体由于惯性向上运动,之后由于重力作用,惯性变小,速度也越来越小
C.乒乓球可快速抽杀,是因为乒乓球惯性小
D.两个物体只要质量相同,那么惯性就相同
解析在一定拉力作用下,车沿水平面匀速前进,说明拉力与摩擦力平衡,没有这个拉力,小车就会停下来,是由于受到摩擦力作用,故A错误;惯性大小的唯一量度是质量,与速度大小无关,与受力无关,故B错误;乒乓球质量小,惯性小,运动状态容易改变,故C正确;惯性大小只与质量有关,质量相同的物体,惯性相同,故D正确。
答案CD
等级考提升练
6.如图所示,在一辆上表面光滑的小车上,有质量分别为m1、m2的两个小球随车一起做匀速直线运动,当车突然停止时,如不考虑其他阻力,设车足够长,则( )
A.若m1B.若m1=m2,则两个小球一定相碰
C.若m1>m2,则两个小球一定相碰
D.两个小球一定不相碰
解析小车上表面光滑,因此两小球在水平方向上没有受到外力的作用。原来两个小球与小车具有相同的速度,当车突然停止运动时,由于惯性,两个小球的速度不变,所以一定不会相碰,故D正确。
答案D
7.(2020湖北高一期末)小华坐在一列正在向前行驶的火车车厢里,突然看到原来静止在水平桌面上的小球向后滚动,假设桌面是光滑的,则下列说法错误的是
( )
A.小球在水平方向受到了向后的力使它向后运动
B.小球所受的合力为零,以地面为参考系,小球的运动状态并没有改变
C.火车是在向前加速
D.以火车为参考系,此时牛顿第一定律已经不能适用
解析小球因为有惯性,要保持原来的运动状态,突然看到原来静止在水平桌面上的小球向后滚动,是小球相对于火车向后运动,说明火车正在向前做加速运动,小球在水平方向并不受力的作用,以地面为参考系,小球的运动状态并没有改变。故A错误,符合题意,B、C正确,不符合题意。牛顿第一定律适用于惯性参考系,火车加速运动,不是惯性参考系,故以火车为参考系,此时牛顿第一定律已经不能适用,故D正确,不符合题意。
答案A
8.(多选)小轩在旅途中拍下了火车内桌面上塑料杯不同瞬间的状态,如图甲、乙、丙所示。则下列关于火车运动状态的判断可能正确的是( )
A.图甲中火车在匀速运动,图乙中火车突然向左加速,图丙中火车突然向左减速
B.图甲中火车在匀速运动,图乙中火车突然向右加速,图丙中火车突然向左加速
C.图甲中火车在匀速运动,图乙中火车突然向右减速,图丙中火车突然向右加速
D.图甲中火车在匀速运动,图乙中火车突然向左加速,图丙中火车突然向右减速
解析题图甲中,塑料杯相对于桌面的位置没有发生改变,因此它们的运动状态是相同的,说明此时在匀速运动,题图乙中,塑料杯向右倾倒,说明火车突然向左加速(或向右减速),火车突然向左加速时,塑料杯的下部由于摩擦也随着加速,而上部由于惯性仍保持原来的运动状态,所以才会向右倾倒,火车向右减速时的情形也可用类似的方法解释;题图丙中,塑料杯向左倾倒,说明火车突然向左减速(或向右加速),火车突然向左减速时,塑料杯的下部由于摩擦也随着减速,而上部由于惯性仍保持原来的运动状态,所以才会向左倾倒,火车向右加速时的情形也可用类似的方法解释;所以,题图甲中火车在匀速运动,题图乙中火车突然向左加速(或向右减速),题图丙中火车突然向左减速(或向右加速),选项A、C正确。
答案AC
