新人教版高中物理必修第一冊1：4.1牛頓第一定律

第四章運動和力的關(guān)系1.牛頓第一定律1.了解牛頓第一定律的建立過程。2.理解牛頓第一定律的內(nèi)容和意義。3.了解什么是慣性，能解釋有關(guān)現(xiàn)象。學(xué)習(xí)目標(biāo)對力與運動關(guān)系的認(rèn)識過程比較漫長,把下列代表人物與其觀點對應(yīng)連線。知識梳理一、力與運動的關(guān)系【思考】東漢王充在《論衡·狀留篇》中記述了球的運動:“圓物投之于地,東西南北,無之不可,策杖叩動,才微輒?！?由此可見力與運動關(guān)系如何?提示:運動狀態(tài)的改變需要受到力的作用。

二、牛頓第一定律1.牛頓第一定律:一切物體總保持_____________狀態(tài)或_____狀態(tài),除非作用在它上面的力____________________。2.慣性:物體具有保持原來_____________狀態(tài)或_____狀態(tài)的性質(zhì)叫慣性。牛頓第一定律也叫作_____定律。勻速直線運動靜止迫使它改變這種狀態(tài)勻速直線運動靜止慣性【思考】“秋風(fēng)蕭蕭,落葉匆匆”,輕微的“秋風(fēng)”可以“掃落葉”,為什么不能“掃汽車”。三、慣性與質(zhì)量提示:落葉質(zhì)量小,慣性小,運動狀態(tài)容易改變;汽車質(zhì)量大,慣性大,運動狀態(tài)不容易改變。

1.慣性的表現(xiàn):___________________________。2.慣性概念口訣:“物體有慣性,不論動與靜。慣性是屬性,大小質(zhì)量定?！庇纱丝芍?___是物體慣性大小的唯一量度(選填:①壓強(qiáng)②重力③速度④加速度⑤質(zhì)量⑥溫度)。物體運動狀態(tài)改變的難易程度⑤一科學(xué)探究——理想實驗的魅力1.實驗?zāi)康?研究力和運動的關(guān)系。2.設(shè)計思路:(1)實驗方法:理想實驗法。課堂探究(2)讓小球從第一個斜面由靜止?jié)L下,沖上第二個斜面。(3)如果沒有摩擦,小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫艜r的高度。(4)減小第二個斜面的傾角,小球滾動的距離增大,但所達(dá)到的高度相同。(5)當(dāng)?shù)诙€斜面放平時,小球?qū)⒂肋h(yuǎn)運動下去。3.結(jié)論:力不是維持物體運動的原因?！舅伎肌刻骄苛瓦\動的關(guān)系時,小球從同一高度還是不同高度滑下,為什么?提示:同一高度,因為這樣能使小球到達(dá)水平面時具有相同的速度。

例1理想實驗有時更能深刻地反映自然規(guī)律,伽利略設(shè)想了一個理想實驗,其中有一個是經(jīng)驗事實,其余是推論。如圖所示,小球運動至斜面最低點時,沒有速度損失。①減小第二個斜面的傾角,小球在這斜面上仍然要達(dá)到原來的高度。②兩個對接的斜面,讓靜止的小球沿一個斜面滾下,小球?qū)L上另一個斜面。③如果沒有摩擦,小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫艜r的高度。④繼續(xù)減小第二個斜面的傾角,最后使它成水平面,小球要沿水平面做持續(xù)的勻速運動。

在上述的設(shè)想步驟中,有的屬于可靠的事實,有的則是理想化的推論。下列對理想實驗各步驟順序的排列以及關(guān)于事實和推論的分類正確的是(

)A.順序②①③④,①是事實,②③④是推論B.順序②③①④,②是事實,①③④是推論C.順序③②①④,③是事實,①②④是推論D.順序③①②④,④是事實,①②③是推論【解題探究】(1)實驗步驟中,哪些是經(jīng)驗事實?哪些是推論?(2)伽利略的斜面實驗為什么稱為理想實驗?提示:②是經(jīng)驗事實,①③④是推論。提示:實驗結(jié)果無法用實際的實驗進(jìn)行驗證,但得出的結(jié)論是對客觀世界的反映?！窘馕觥窟xB。伽利略的理想實驗是以經(jīng)驗事實為基礎(chǔ),設(shè)想實驗步驟和過程,運用分析推理得出結(jié)論的。之所以稱之為理想實驗,是因為實驗的結(jié)果是無法用實際的實驗進(jìn)行驗證的。但是,分析推理的過程是合乎邏輯的,是嚴(yán)密的,是對實際過程的科學(xué)抽象,因此得出的結(jié)論是對客觀世界真實的反映。本題實驗的四個步驟中,只有②是經(jīng)驗事實,其余都是推理,實驗步驟的正確順序為②③①④。分類正確的選項是B項。故選B。【跟蹤練習(xí)】1.通過對例1中的實驗分析,我們可以得到的最直接的結(jié)論是(

)A.自然界的一切物體都具有慣性B.如果小球受到力的作用,其運動狀態(tài)將發(fā)生改變C.小球所受的力一定時,質(zhì)量越大,它的加速度越小D.光滑水平面上運動的小球,運動狀態(tài)的維持不需要外力

【解析】選D。理想斜面實驗只能說明小球具有慣性,推廣到一切物體的是牛頓,A不符合題意;如果小球受到力的作用,其運動狀態(tài)將發(fā)生改變,這是牛頓總結(jié)得出的,B不符合題意;小球受到的力一定時,質(zhì)量越大,它的加速度越小,這是牛頓第二定律的內(nèi)容,C不符合題意;伽利略通過“理想斜面實驗”和科學(xué)推理,得出的結(jié)論是:力不是維持物體運動的原因,光滑水平面上運動的小球,運動狀態(tài)的維持并不需要外力,D符合題意。2.(多選)對典例1中的理想實驗,愛因斯坦對于伽利略的工作給予了高度的評價:伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一,而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開始。伽利略對自由落體運動的研究,是科學(xué)實驗和邏輯思維的完美結(jié)合,如圖所示,可大致表示其實驗和思維的過程,對這一過程的分析,下列說法正確的是(

)A.其中的甲、乙圖是實驗現(xiàn)象,丁圖是經(jīng)過合理外推得到的結(jié)論B.其中的丁圖是實驗現(xiàn)象,甲圖是經(jīng)過合理外推得到的結(jié)論C.運用甲圖實驗,可“沖淡”重力的作用,更方便進(jìn)行實驗測量D.運用丁圖實驗,可“放大”重力的作用,從而使實驗現(xiàn)象更明顯【解析】選A、C。伽利略設(shè)想物體下落的速度與時間成正比,因為當(dāng)時無法測量物體的瞬時速度,所以伽利略通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)證明如果速度與時間成正比,那么位移與時間的平方成正比;由于當(dāng)時用滴水法計算,無法記錄自由落體的較短時間,伽利略設(shè)計了讓銅球沿阻力很小的斜面滾下,由于“沖淡”重力的作用,小球在斜面上運動的加速度要比它豎直下落的加速度小得多,所用時間長得多,所以容易測量。伽利略做了上百次實驗,并通過抽象思維在實驗結(jié)果上做了合理外推。故A、C正確,B、D錯誤。3.17世紀(jì),意大利物理學(xué)家伽利略根據(jù)“伽利略斜面實驗”指出:在水平面上運動的物體之所以會停下來,是因為受到摩擦阻力,你認(rèn)為下列陳述正確的是(

)A.該實驗是一理想實驗,是在思維中進(jìn)行的,無真實的實驗基礎(chǔ),故其結(jié)果是荒謬的B.該實驗是以可靠的事實為基礎(chǔ),經(jīng)過抽象思維,抓住主要因素,忽略次要因素,從而更深刻地反映自然規(guī)律C.該實驗證實了亞里士多德“力是維持物體運動的原因”的結(jié)論D.該實驗不能作為牛頓第一定律的實驗依據(jù)【解析】選B。伽利略的斜面實驗是以可靠的事實為基礎(chǔ),經(jīng)過抽象思維,抓住主要因素,忽略次要因素,推理得出的結(jié)論,所以A錯誤,B正確;伽利略由此推翻了亞里士多德的觀點,認(rèn)為力不是維持物體運動的原因,而是改變物體運動狀態(tài)的原因,C錯誤;牛頓總結(jié)了前人的經(jīng)驗,指出了物體運動的原因,即牛頓第一定律,D錯誤。4.理想實驗是科學(xué)研究中的一種重要方法,它把可靠事實和合理的推理相結(jié)合,可以深刻地揭示自然規(guī)律。以下實驗中屬于理想實驗的是(

)A.平行四邊形法則的科學(xué)探究B.伽利略設(shè)想的對接光滑斜面實驗C.用打點計時器測物體的加速度D.利用刻度尺的落體運動,測定人的反應(yīng)時間的小實驗【解析】選B。平行四邊形法則的科學(xué)探究屬于等效替代,A錯誤;伽利略的斜面實驗,抓住主要因素,忽略了次要因素,從而更深刻地反映了自然規(guī)律,屬于理想實驗,B正確;用打點計時器測物體的加速度是在實驗室進(jìn)行,是實際實驗,故C錯誤;利用自由落體運動測定反應(yīng)時間是實際進(jìn)行的實驗,不是理想實驗,故D錯誤。二牛頓第一定律1.物體運動狀態(tài)改變的三種情況:(1)速度的方向不變,大小改變。(2)速度的大小不變,方向改變。(3)速度的大小和方向同時改變。2.牛頓第一定律的意義——揭示了力和運動的關(guān)系:(1)物體的固有屬性是保持原有運動狀態(tài):物體若不受力,它將保持勻速直線運動狀態(tài)或者保持靜止?fàn)顟B(tài)。(2)力是改變物體運動狀態(tài)的原因:只有受到力的作用,物體的運動狀態(tài)才會改變,即產(chǎn)生加速度?！舅伎肌炕疖囋谀扯螙|西方向水平軌道上勻速行駛,某時刻發(fā)現(xiàn)杯子向西傾倒,火車可能如何運動? (模型建構(gòu))提示:可能向東加速,也可能向西減速。例2(多選)關(guān)于牛頓第一定律,下列說法中正確的是(

)A.牛頓第一定律又叫慣性定律B.牛頓第一定律說明一切物體都有慣性C.牛頓第一定律是通過大量實驗總結(jié)出來的實驗結(jié)論D.牛頓第一定律說明力可以改變物體的運動狀態(tài)ABD【解析】牛頓第一定律說明一切物體都具有保持速度不變的性質(zhì),故又叫慣性定律,A正確;牛頓第一定律揭示了一切物體都具有慣性,慣性是物體的固有屬性,B正確;牛頓第一定律是在實驗的基礎(chǔ)上進(jìn)一步推理概括出來的科學(xué)理論,而不是直接通過實驗得出的,C錯誤;牛頓第一定律告訴我們,一切物體都有保持原來速度不變的性質(zhì),力不是維持物體運動的原因,力是改變物體運動狀態(tài)的原因,故D正確。

注意關(guān)于牛頓第一定律的三點注意(1)牛頓第一定律不是實驗定律,它是在理想實驗的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的。(2)牛頓第一定律所描述的是物體不受外力作用時的狀態(tài),與物體所受合力為零是等效的。(3)牛頓第一定律只適用于慣性參考系中的運動,在非慣性參考系中不適用。(慣性參考系是指以相對地面靜止或勻速直線運動的物體作為參考,簡稱慣性系)【跟蹤練習(xí)】1.中國古代科技取得了輝煌的成就,在很多方面走在世界前列。例如春秋戰(zhàn)國時期,墨家的代表人物墨翟在《墨經(jīng)》中就已對力做了比較科學(xué)的闡述:“力,刑(形)之所以奮也?！边@句話的意思是:力能使物體由靜止開始運動,或使運動的物體運動得越來越快。下列說法中,與墨翟對力的闡述最接近的是(

)A.力是維持物體運動的原因B.力是物體位移變化的原因C.力是物體位置變化的原因D.力是物體運動狀態(tài)改變的原因【解析】選D。根據(jù)題意可以知道:“力,刑(形)之所以奮也?！边@句話的意思是:力能使物體由靜止開始運動,或使運動的物體運動得越來越快,即力起到了改變物體運動狀態(tài)的作用,故與力是改變物體運動狀態(tài)的原因相接近,所以D正確,A、B、C錯誤。2.關(guān)于牛頓第一定律的說法中正確的是 (

)A.由牛頓第一定律可知,物體在任何情況下始終處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)B.牛頓第一定律既揭示了物體保持原有運動狀態(tài)的原因,又揭示了運動狀態(tài)改變的原因C.牛頓第一定律反映了物體不受外力作用時的運動規(guī)律,因此,物體在不受力時才有慣性D.牛頓第一定律只是反映慣性大小的,因此也叫慣性定律B【解析】物體在不受力的作用時,總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài),A錯誤;牛頓第一定律既揭示了物體保持原有運動狀態(tài)的原因,又揭示了運動狀態(tài)改變的原因,B正確;慣性是物體的固有屬性,慣性大小只與質(zhì)量有關(guān),與物體是否受力等無關(guān),C錯誤;牛頓第一定律反映了慣性大小以及力是改變物體運動狀態(tài)的原因,故D錯誤。3.如圖所示,小球A靜止放在小車的光滑底板上(設(shè)小車底板足夠長),當(dāng)小車受到水平向右的力F作用時,小車從靜止開始在水平面上做加速直線運動,則小球A相對于地面的運動情況是(

)A.做勻速直線運動B.處于靜止?fàn)顟B(tài)C.做與小車同方向速度越來越大的直線運動D.做與小車反方向速度越來越大的直線運動B【解析】對小球受力分析可知,車內(nèi)的小球只受豎直方向的重力和支持力,這兩個力是一對平衡力,小球所受合外力為零,所以無論小車如何運動,小球相對于地面仍然處于靜止?fàn)顟B(tài),本題只有B正確。2.關(guān)于牛頓第一定律,下列說法正確的是 (

)A.牛頓第一定律可以用實驗直接驗證B.由于不受力的物體不存在,因此牛頓第一定律沒有實際意義C.牛頓第一定律就是慣性D.當(dāng)物體受到的外力為零時,物體可能做勻速直線運動【解析】牛頓第一定律是在實驗的基礎(chǔ)上推理概括出來的科學(xué)理論,而不是直接通過實驗得出的,但它符合物理規(guī)律,故有一定的物理意義,A、B錯誤;牛頓第一定律是描述運動和力的關(guān)系的定律,慣性是物體的性質(zhì),C錯誤;由牛頓第一定律的內(nèi)容可知D正確。D三慣性與質(zhì)量1.慣性的“三性”:普遍性一切物體都有慣性,慣性是物體的固有屬性相關(guān)性慣性僅與質(zhì)量有關(guān)唯一性質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度2.慣性與慣性定律:慣性慣性定律基本含義物體本身固有的一種屬性物體運動的規(guī)律(牛頓第一定律)理解要點①與是否運動無關(guān),與速度大小無關(guān)②與是否受力無關(guān)③與所在位置無關(guān)④只與質(zhì)量有關(guān)①無法用實驗直接驗證,它所描述的是一種理想狀態(tài),即不受力的狀態(tài)②當(dāng)物體所受合力為0時,其效果跟不受力作用相同,但“所受合力為0”不能說成“不受力作用”與力的關(guān)系①無關(guān)②慣性不是一種特殊的力強(qiáng)調(diào)了力的作用效果——改變運動狀態(tài)(產(chǎn)生加速度)【思考】正在勻速行駛的校車,發(fā)現(xiàn)前方有車禍,立即緊急剎車。學(xué)生沒有系安全帶,為什么會向前方傾倒?提示:緊急剎車,校車很快停下來,但學(xué)生上半身因慣性還向前運動,故學(xué)生在沒有系安全帶的情況下,會向前傾倒。例3對于一些實際生活中的現(xiàn)象,某同學(xué)試圖從慣性角度加以解釋,其中正確的是(

)

A.采用了大功率的發(fā)動機(jī)后,某些一級方程式賽車的速度甚至能超過某些老式螺旋槳飛機(jī)的速度,這表明可以通過科學(xué)進(jìn)步使小質(zhì)量的物體獲得大慣性B.“強(qiáng)弩之末,勢不能穿魯縞”,這表明強(qiáng)弩的慣性減小了C.貨運列車運行到不同的車站時,經(jīng)常要摘下或加掛一些車廂,這會改變它的慣性D.摩托車轉(zhuǎn)彎時,車手一方面要適當(dāng)?shù)乜刂扑俣?另一方面要將身體稍微向里傾斜,這是通過調(diào)控人和車的慣性達(dá)到安全行駛的目的【解析】選C。慣性是物體的固有屬性,大小與物體的質(zhì)量有關(guān),質(zhì)量越大,慣性越大,與其他任何因素?zé)o關(guān),故A、B錯誤;摘下或加掛一些車廂,改變了質(zhì)量,從而改變慣性,C正確;人和車的質(zhì)量不變,則其慣性不變,D錯誤?！靖櫨毩?xí)】1.打水漂是人類最古老的游戲之一(如圖),僅需要一塊小瓦片,在手上呈水平放置后,用力水平飛出,瓦片擦著水面飛行,瓦片不斷地在水面上向前彈跳,直至下沉。下列判斷正確的是(

)A.飛出時的初速度越大,瓦片的慣性一定越大B.飛行時所用時間越長,瓦片的慣性一定越大C.飛出去的距離越長,瓦片的慣性一定越大D.瓦片的質(zhì)量越大,慣性一定越大【解析】選D。慣性是物體本身具有的一種性質(zhì),慣性的大小只與物體的質(zhì)量有關(guān),所以瓦片的質(zhì)量越大,慣性一定越大,與初速度、時間、飛行距離無關(guān),故A、B、C錯誤,D正確。2.如圖所示,在一輛表面光滑且足夠長的小車上,有質(zhì)量為m1和m2的兩個小球(m1>m2),兩個小球隨車一起運動,當(dāng)車突然停止運動時,若不考慮其他阻力,則兩個小球(

)A.一定相碰B.不一定相碰C.一定不相碰 D.無法確定C【解析】車停止前,兩個小球和小車一起做勻速直線運動,并且兩個小球和小車具有共同的速度,當(dāng)小車突然停止時,由于小球在光滑接觸面上,因此兩個小球由于慣性,還要保持原來大小不變的速度做勻速直線運動,由于兩球的速度相同,相等時間內(nèi)通過的距離相等,因此兩個小球間的距離不變,一定不會相碰。故選C。1.在勻速行駛的火車車廂內(nèi),有人在A點正上方相對車廂靜止釋放一個小球,不計空氣阻力,則小球(

)A.一定落在A處 B.可能落在A點前方C.可能落在A點后方 D.以上都有可能A課堂達(dá)標(biāo)【