4.1牛顿第一定律 讲义-2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理必修第一册word版含答案

第四章运动和力的关系
第1节牛顿第一定律
【素养目标】
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
3．理解力和运动的关系，知道物体的运动不需要力来维持
4．理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度
【必备知识】
知识点一、对力和运动关系的认识历程
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
知识点二、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，它又叫惯性定律．
2.物理意义：
（1）揭示了力和运动的关系：力是改变物体运动状态的原因（即力是产生加速度的原因），而不是维持物体运动的原因。
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)
定义了惯性：任何物体都具有保持原来运动状态的性质——惯性
理解
牛顿第一定律是在前人工作的基础上经过科学抽象、归纳推理总结出来的，是利用逻辑思维进行分析的产物，即牛顿第一定律不是实验定律。
牛顿第一定律描述的状态是不受力的理想状态，不受力作用的物体是不存在的，因此牛顿第一定律也不能用实验直接验证。
知识点三、惯性与质量
1．惯性定义：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．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）物体惯性大小的唯一量度是物体的质量，质量越大，惯性越大．
（3）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．
（4）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．
（5）物体的惯性总是以“保持原状”或“反抗改变”两种形式表现出来。
3.对质量的再认识
（1）质量：描述物体惯性的物理量是它的质量
（2）标矢性：质量是标量，只有大小，没有方向
（3）单位：在国际单位制中，质量的单位是千克，符号是Kg
知识点四、惯性参考系
定义：如果在一个参考系中，一个不受力的物体会保持匀速直线运动状态或静止状态，这样的参考系叫惯性参考系，简称惯性系。
实例：以地面或相对于地面静止或匀速直线运动的物体为参考系，都是惯性系。
【课堂检测】
1.如图，一小车在水平面上运动，某一时刻从车子顶上滴下一水滴。若水滴下落前后小车加速度a保持不变，则水滴在车厢地板上的落点（??
）
A.?恰好在正下方的P点?????????????????B.?在P点右方?????????????????C.?在P点左方?????????????????D.?与a的大小有关
【答案】
C
【解析】水滴滴下时水平方向与小车具有相同的速度，在水平方向由于小车做加速运动，所在在水滴下落过程中，相同的时间内，小车在水平方向走过的位移多，水滴相对小车向左运动，所以水滴将落在P点的左方，C符合题意。
故答案为：C
【分析】由于水滴水平方向做匀速运动，小车做匀加速运动所以水滴落后于小车，所以在P点的左方。
2.伽利略理想斜面实验是16世纪力学发展的重要起点，如图，小球从左斜面上的O点由静止释放后沿斜面向下运动，并沿右侧斜面上升，斜面上先后铺垫三种粗糙程度不同的材料时，小球沿右侧斜面上升的的最高位置依次为图中1、2、3，根据三次实验结果的对比，可以得到最直接的结论是(??
)
A.?粗糙程度越低，小球上升的位置越高，如果光滑小球，则能够到达与O点等高处
B.?如果小球受平衡力，它将一直保持匀速直线运动或静止状态
C.?如果小球受到力的作用，它的运动状态将发生改变
D.?如果小球受力一定时，质量越大，它的加速度越小
【答案】
A
【解析】A．如果斜面光滑，小球不会有能量损失，将上升到与O点等高的位置，A符合题意；
B．通过推理和假想，如果小球不受力，它将一直保持匀速运动，得不出静止的结论，B不符合题意；
C．根据三次实验结果的对比，不可以直接得到运动状态将发生改变的结论，C不符合题意；D．受到的力一定时，质量越大，它的加速度越小是牛顿第二定律的结论，与本实验无关，D不符合题意。
故答案为：A
【分析】利用能量守恒可以判别小球上升的位置；利用合外力等于0可以判别小球做匀速直线运动；实验得不出力是改变运动状态的原因；加速度与质量、合外力的大小关系不是本实验的结论。
【素养作业】
1.关于力和运动的关系，下列说法正确的是（??
）
A.?亚里士多德首先提出了力的概念
B.?伽利略利用理想实验说明力是维持物体运动的原因
C.?笛卡儿认为不受力时物体保持静止或匀速直线运动状态
D.?牛顿提出力是改变物体运动状态的原因
【答案】
D
【解析】A．伽利略首先提出了力的概念，A不符合题意；
B．伽利略利用理想实验说明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，B不符合题意；
C．牛顿认为不受力时物体保持静止或匀速直线运动状态，C不符合题意；
D．牛顿提出力是改变物体运动状态的原因，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】伽利略首先提出了力的概念；伽利略利用理想斜面实验说明力不是维持物体运动的原因；牛顿认为不受力时物体保持静止或匀速直线运动。
2.下列关于物体惯性的说法正确的是（???
）
A.?汽车速度越大，刹车后越难停下来，表明物体的速度越大，其惯性越大
B.?汽车转弯后前进方向发生了改变，表明物体速度方向改变，其惯性也随之改变
C.?被抛出的小球，其惯性会随速度的大小和方向的改变而改变
D.?要使速度相同的沙袋在相同时间内停下来，大沙袋需要的力大，表明质量大的物体惯性大
【答案】
D
【解析】物体的惯性只与质量有关，质量越大，惯性越大，与物体运动状态和受力情况等均无关，只有D选项符合题意，表明质量大的物体惯性大。
故答案为：D。
【分析】物体的惯性只有物体本身的质量决定，与速度的大小方向无关。
3.我国<<道路交通安全法》规定：机动车行驶时，驾驶人，乘坐人员应当按规定使用安全带，以下说法正确的是（??
）
A.?使用安全带可以减小驾、乘人员惯性
B.?使用安全带可以增大驾、乘人员惯性
C.?使用安全带可以防止或减轻因人的惯性而造成的伤害
D.?使用安全带可以防止或减轻因机动车的惯性而造成的伤害
【答案】
C
【解析】AB．使用安全带不能改变人的质量，不能改变人的惯性，AB不符合题意；
C．使用安全带可以防止或减轻因人的惯性而造成的伤害，C符合题意；
D．使用安全带不能改变机动车的质量，不能防止或减轻因机动车的惯性，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】乘车人员的惯性大小与安全带无关；使用安全带可以减轻因人惯性造成的伤害。
4.本组照片记录了一名骑车人因自行车前轮突然陷入一较深的水坑而倒地的过程。下列各选项是从物理的角度去解释此情境的，其中正确的是（??
）
A.?这是因为水坑里的水对自行车前轮的阻力太大，而使人和车一起倒地的
B.?因为自行车的前轮陷入水坑后，自行车还能加速运动，所以人和车一起倒地
C.?因为自行车的前轮陷入水坑后，自行车的惯性立即消失，而人由于惯性将保持原有的运动状态，故人向原来的运动方向倒下了
D.?骑车人与自行车原来处于运动状态，车前轮陷入水坑后前轮立刻静止，但人与车的后半部分由于惯性仍保持原来的运动状态，因此人和车摔倒
【答案】
D
【解析】A.
不是因为水坑里的水对自行车前轮的阻力太大，是前轮停止运动而使人和车一起倒地的，A不符合题意；
B.
因为自行车的前轮陷入水坑后，自行车不能运动了，所以人和车一起倒地，B不符合题意；
C.
惯性与质量有关，自行车的惯性不能消失，C不符合题意；
D.
骑车人与自行车原来处于运动状态，车前轮陷入水坑后前轮立刻静止，但人与车的后半部分由于惯性仍保持原来的运动状态，因此人和车摔倒，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】人和自行车摔倒是由于前轮静止导致的；前轮静止后，自行车不能继续运动；摔倒是由于自行车和人保持原来的运动状态。
5.如图甲所示为某景区内的高空滑索运动，质量为m的游客可利用轻绳通过轻质滑环悬吊下滑．假设某阶段钢索与水平方向的夹角θ=
30°
，轻绳始终保持竖直，示意图如图乙，在这一阶段（??
）
A.?钢索对滑环的摩擦力为0?????????????????????????????????????B.?钢索对滑环的支持力为0.5mg
C.?游客运动的加速度为0?????????????????????????????????????????D.?钢索与滑环间的动摩擦因数为
【答案】
C
【解析】A.以人为研究对象，受力分析如图1所示，由于细线竖直，所以人受到的绳子拉力和重力平衡；再以圆环为研究对象如图2所示，圆环受到拉力、支持力和摩擦力作用，A不符合题意；
B.钢索对环的支持力大小为N=Tcos30°=
mg，
B不符合题意；
C.游客做匀速直线运动，所以游客运动的加速度为零，C符合题意；
D.钢索受到的摩擦力为f=mgsin30°=μN，
解得μ=tan30°=
，
D不符合题意．
故答案为：C
【分析】对游客进行受力分析，受到重力、摩擦力和支持了，在沿斜面方向和垂直于斜面两个方向上分解，在沿斜面方向利用牛顿第二定律求解物体的加速度。
6.伽利略利用“斜面实验”研究自由落体运动的规律，其实验思想是（??
）
A.?小球沿斜面运动时加速度较小，速度的测量比较容易
B.?小球沿斜面运动时速度较小，位移的测量比较容易
C.?测量小球沿斜面运动时位移与时间平方的比值
，合理外推到
D.?测量小球沿斜面运动时速度平方与位移的比值
，合理外推到
【答案】
C
【解析】AB、小球沿斜面运动时加速度较小，同一位移，所用时间较长，时间测量较容易，AB不符合题意；
CD、“斜面实验”研究自由落体运动的规律，其实验思想通过测量斜面上物体运动的情况，然后进行合理的外推，从而得出自由落体是匀变速直线运动，因而需要测量位移与时间平方的比值
情况，合理外推到90°，C符合题意，D不符合题意。
故答案为：C。
【分析】小球沿斜面运动时，测量位移和时间的规律，外推到斜面为900时则为自由落体运动的规律。
7.我国高铁列车在运行过程中十分平稳。某高铁列车沿直线匀加速启动时，车厢内水平桌面上水杯内的水面形状可能是（??
）
A.??????????????????B.??????????????????C.??????????????????D.?
【答案】
B
【解析】当高铁列车沿直线向右匀加速启动时，由于惯性，水保持原来的运动状态，水相对于水杯会向左偏移，故水面形状接近B图。
故答案为：B。
【分析】利用惯性结合其列车的速度变化可以判别水面的形状。
8.如图所示，在超市内倾角为θ的电梯斜面上有一车西瓜随电梯匀速向上运动，在箱子的中央有一只质量为m的西瓜，则在该西瓜随箱一起匀速前进的过程中，周围其它西瓜对它的作用力的方向为(???
)
A.?沿斜面向上???????????????????????B.?沿斜面向下???????????????????????C.?竖直向上???????????????????????D.?垂直斜面向上
【答案】
C
【解析】电梯匀速前进时，该西瓜处于平衡状态，对其受力分析知，其受重力和其它西瓜对它的作用力，根据平衡可知，其它西瓜对它的作用力与其重力平衡即方向为竖直向上。
故答案为：C．
【分析】对西瓜进行受力分析，在重力、周围西瓜的作用力的作用下，物体处于平衡状态，合力为零，故两者等大反向。