高中物理第四章力與運動第一節(jié)伽利略的理想實驗與牛頓第一定律學案粵教版必修1

第一節(jié)伽利略的理想實驗與牛頓第一定律[學習目標]1.知道伽利略的理想實驗及其推理過程，知道理想實驗是科學研究的重要方法.2.理解牛頓第一定律的內容及意義.3.明確慣性的概念，會解釋與慣性有關的現(xiàn)象．一、伽利略的理想實驗1．亞里士多德認為：力是維持物體運動的原因．2．伽利略的理想實驗(1)斜面實驗：讓靜止的小球從第一個斜面滾下，沖上第二個斜面，如果沒有摩擦，小球將上升到軌道另一邊與原來的釋放高度相同的點．減小第二個斜面的傾角，小球滾動的距離增大，但所達到的高度相同．當?shù)诙€斜面放平，小球將永遠運動下去．(2)推理結論：力不是(填“是”或“不是”)維持物體運動的原因．(3)意義：伽利略構想的理想實驗以可靠的事實為基礎，把實驗與邏輯推理和諧地結合在一起，其科學研究的方法有力地推動了科學發(fā)展．二、牛頓第一定律1．牛頓第一定律(1)內容：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止，這就是牛頓第一定律．(2)意義：說明了力不是維持(填“改變”或“維持”)物體運動的原因，而是改變(填“改變”或“維持”)物體運動的原因．2．慣性(1)定義：物體保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質叫做慣性．牛頓第一定律又叫做慣性定律．(2)慣性是物體的固有屬性，一切物體都具有慣性．判斷下列說法的正誤．(1)伽利略的理想實驗是永遠無法做到的．(√)(2)伽利略的理想實驗說明力是維持物體運動的原因．(×)(3)牛頓第一定律是由實驗直接歸納總結得出的．(×)(4)由牛頓第一定律可知，當一個做勻加速直線運動的物體所受外力全部消失時，物體將立刻停止運動．(×)(5)速度越大，物體的慣性越大．(×)(6)受力越大，物體的慣性越大．(×)一、對伽利略理想實驗的理解伽利略的斜面實驗的各個過程，哪些可以通過實驗完成？哪些是推理得出的？答案小球從斜面上滾下，可以滾上另一斜面，是實驗事實，可以通過實驗完成，其余各個結論均是由推理得出的，不可以用實驗完成．1．伽利略的理想實驗推論：一切運動著的物體在沒有受到外力的時候，它的速度將保持不變，并且一直運動下去．2．理想實驗的意義：伽利略理想實驗是以可靠的實驗事實為基礎，經過抽象思維，抓住主要因素，忽略次要因素，從而更深刻地揭示了自然規(guī)律．伽利略的研究方法的核心是把實驗和邏輯推理相結合．例1理想實驗有時更能深刻地反映自然規(guī)律．如圖1所示，伽利略設想了一個理想實驗，其中有一個是實驗事實，其余是推論．圖1①減小第二個斜面的傾角，小球在這一斜面上仍然要達到原來的高度；②兩個斜面對接，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球將滾上另一個斜面；③如果沒有摩擦，小球將上升到原來釋放的高度；④繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，最后使它成為水平面，小球將沿水平面做持續(xù)的勻速運動．(1)請將上述理想實驗的設想步驟按照正確的順序排列：____________(填寫序號即可)．(2)在上述的設想步驟中，有的屬于可靠的事實，有的則是理想化的推論．下列關于事實和推論的分類正確的是________．A．①是事實，②③④是推論B．②是事實，①③④是推論C．③是事實，①②④是推論D．④是事實，①②③是推論答案(1)②③①④(2)B解析步驟②是理想實驗的實驗基礎，屬于可靠的事實，在此基礎上利用推理，先得到小球不受阻力作用將上升到原來釋放時的高度的推論，再設想減小第二個斜面的傾角直至第二個斜面成為水平面時，得到小球將勻速運動的推論．所以正確的排列順序是②③①④，正確的分類是②是事實，①③④是推論．二、對牛頓第一定律的理解(1)日常生活中，我們有這樣的經驗：馬拉車，車就前進，停止用力，車就停下來，是否有力作用在物體上物體才能運動呢？馬不拉車時，車為什么會停下來呢？嗎？答案(1)不是．因為車受到阻力的作用．(2)如果沒有摩擦阻力，也不受其他任何力的作用，水平面上運動的物體將保持這個速度沿直線永遠運動下去．1．運動狀態(tài)改變即速度發(fā)生變化，有三種情況(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發(fā)生改變．2．對牛頓第一定律的理解(1)定性說明了力和運動的關系：①力是改變物體運動狀態(tài)的原因，或者說力是產生加速度的原因，而不是維持物體運動狀態(tài)的原因．②物體不受外力時的運動狀態(tài)：勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)．(2)揭示了一切物體都具有的一種固有屬性——慣性．因此牛頓第一定律也叫慣性定律．例2關于牛頓第一定律，下列說法中錯誤的是()A．牛頓第一定律反映了物體不受外力作用時的運動規(guī)律B．牛頓第一定律就是慣性C．不受外力作用時，物體的運動狀態(tài)保持不變是由于物體具有慣性D．物體的運動狀態(tài)發(fā)生變化時，物體必定受到外力的作用答案B解析牛頓第一定律有三層含義：不受力時物體將保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，這是由于一切物體都具有慣性；受到力的作用時，物體的運動狀態(tài)就要發(fā)生變化，從而揭示出力是改變物體運動狀態(tài)的原因；指出了物體在不受力時的運動狀態(tài)，故選項A、C、D正確；牛頓第一定律并不是慣性，慣性是物體的一種固有屬性，而牛頓第一定律是物體的運動規(guī)律，兩者是不同的概念，不可混為一談，選項B錯誤．牛頓第一定律描述了物體不受外力作用時的狀態(tài)——總保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，同時揭示了力和運動的關系——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.分析此類問題時要注意牛頓第一定律與慣性的區(qū)別.針對訓練1下列說法正確的是()A．牛頓第一定律是科學家憑空想象出來的，沒有實驗依據(jù)B．牛頓第一定律無法用實驗直接驗證，因此是不成立的C．理想實驗的思維方法與質點概念的建立一樣，都是一種科學抽象D．由牛頓第一定律可知，靜止的物體一定不受外力作用答案C解析牛頓第一定律是在理想實驗的基礎上經過合理外推、歸納總結出來的，但無法用實驗來直接驗證，故A、B錯誤；理想實驗的思維方法與質點概念的建立相同，都是突出主要因誤．三、慣性的理解和應用的？(2)“同一物體在地球上的重力比在月球上大，所以物體在地球上的慣性比在月球上的大”，這種說法對嗎？為什么？答案(1)向前．這是因為人具有慣性．(2)不對．慣性只與質量大小有關，與地理位置無關．雖然物體在地球上的重力比在月球上大，但物體的質量不變，即慣性不變．1．慣性是物體的固有屬性，一切物體都具有慣性．2．物體慣性的大小由質量決定，與物體的運動狀態(tài)無關，與是否受力無關，與物體的速度大小無關．3．慣性的表現(xiàn)(1)在不受力的條件下，慣性表現(xiàn)出“保持”原來的運動狀態(tài)，有“惰性”的意思．(2)在受力的條件下，慣性表現(xiàn)為運動狀態(tài)改變的難易程度．質量越大，慣性越大，運動狀態(tài)越難以改變．例3關于物體的慣性，以下說法中正確的是()A．物體的運動速度越大，物體越難停下來，說明運動速度大的物體慣性大B．汽車突然減速時，車上的人向前傾，拐彎時人會往外甩，而汽車勻速前進時，車上的人感覺平穩(wěn)，說明突然減速和拐彎時人有慣性，勻速運動時沒有慣性C．在同樣大小的力的作用下，運動狀態(tài)越難改變的物體，其慣性一定越大D．在長直水平軌道上勻速運動的火車上，門窗緊閉的車廂內有一人向上跳起后，發(fā)現(xiàn)落回原處，這是因為人跳起后，車繼續(xù)向前運動，人落下后必定向后偏些，但因時間太短，偏后距離太小，不明顯而已答案C解析物體的慣性大小只由質量決定，與物體的速度大小無關，A錯誤；一切物體均有慣性，不論物體處于加速、減速還是勻速狀態(tài)，B錯誤；同樣大小的力作用于物體上，運動狀態(tài)越難改變，說明物體保持原來運動狀態(tài)的本領越大，慣性也越大，C正確；向上跳起后，人在水平方向不受外力作用，由于慣性，人在水平方向的速度不變，與車速相同，因此仍落在車廂原處，D錯誤．針對訓練2打水漂是人類最古老的游戲之一(如圖2)，僅需要一塊小瓦片，在手上呈水平放置后，用力水平拋出，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()圖2A．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．瓦片的質量越大，慣性一定越大答案D解析慣性是物體本身的一種性質，慣性的大小只與物體的質量有關，所以瓦片的質量越大，慣性一定越大，與初速度、時間、飛行距離等因素無關，故A、B、C錯誤，D正確．例4(多選)(2019·大同鐵路一中高一上學期期末)在水平路面上有一輛勻速行駛的小車，小車上固定著盛滿水的碗．若突然發(fā)現(xiàn)碗中的水向右灑出，如圖3所示，則關于小車在此種情況下的運動，下列描述正確的是()圖3A．小車勻速向左運動B．小車可能突然向左加速運動C．小車可能突然向左減速運動D．小車可能突然向右減速運動答案BD解析若車原來向左勻速運動，突然開始向左加速運動，碗隨車開始向左加速，根據(jù)牛頓第一定律可知，碗中水由于慣性仍保持原來的勻速運動狀態(tài)，水相對于碗向右運動，水向右灑出，選項A錯誤，B正確；若車突然向左減速運動，碗隨車一起開始減速，根據(jù)牛頓第一定律可知，水由于慣性，仍保持向左的勻速運動，水相對于碗向左運動，水向左灑出，選項C錯誤；若車原來向右勻速運動，突然向右減速運動，碗隨車開始向右減速，根據(jù)牛頓第一定律可知，水由于慣性仍要保持向右的勻速運動狀態(tài)，水相對于碗向右運動，水將向右灑出，選項D正確.1．(伽利略的理想實驗)理想實驗是科學研究中的一種重要方法，它把可靠的事實和合理的推論結合起來，可以深刻地揭示自然規(guī)律．關于伽利略的理想實驗，下列說法正確的是()A．只要接觸面“相當光滑”，物體在水平面上就能勻速運動下去B．這個實驗實際上是永遠無法做到的C．利用氣墊導軌，就能使實驗成功D．要使物體運動就必須有力的作用，沒有力的作用物體就靜止答案B解析理想實驗在實際情況下是永遠不能實現(xiàn)的，其條件永遠是理想化的，選項B正確；即使接觸面“相當光滑”，也不會達到沒有摩擦力的程度，選項A錯誤；利用氣墊導軌當然也不能實現(xiàn)“理想”的條件，仍然存在一定的阻力，只不過阻力很小而已，選項C錯誤；力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而不是維持物體運動狀態(tài)的原因，選項D錯誤．2．(牛頓第一定律的理解)關于牛頓第一定律，下列說法正確的是()A．力是維持物體運動的原因，不受力的物體將保持靜止，比如自行車B．物體的速度不斷增大，表示物體必受力的作用C．物體如果向正北方向運動，其受外力方向必須指向正北D．不受力的物體將保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，而受力的物體運動狀態(tài)一定改變答案B解析根據(jù)牛頓第一定律的內容可以判斷力是改變物體運動狀態(tài)的原因，不受力的物體將保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，故A錯誤，B正確；若物體向正北方向做勻速直線運動，則物體不受力或所受合外力為零，C錯誤；物體受到力的作用，若合外力為零，則物體也可以保持運動狀態(tài)不變，故D錯誤．3.(牛頓第一定律的應用)如圖4，水平桌面上有一光滑的木塊，木塊上表面水平，木塊上有一光滑小球，快速向右推動木塊，小球可能落在桌面上的()圖4A．A點B．B點C．O點D．無法確定答案C解析小球在水平方向上不受摩擦力的作用，所以水平方向的運動狀態(tài)不變，在重力的作用下，小球落在O點．故選C.4．(對慣性的理解)物體具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質稱為慣性．下列有關慣性的說法中，正確的是()A．乘坐汽車時系好安全帶可減小慣性B．運動員跑得越快慣性越大C．宇宙飛船在太空中也有慣性D．汽車僅在剎車時才有慣性答案C解析乘坐汽車時系好安全帶，不是可以減小慣性，而是在緊急剎車時可以防止人由于慣性飛離座椅，所以A錯誤；質量是物體慣性大小的唯一量度，與物體的速度的大小無關，所以B、D錯誤；一切物體都有慣性，在太空中宇宙飛船的質量是不變的，所以其慣性也不變，所以C正確．選擇題考點一伽利略的理想實驗及物理學史1．(多選)科學家關于物體運動的研究對樹立正確的自然觀具有重要作用．下列說法符合歷史事實的是()A．亞里士多德認為，必須有力作用在物體上，物體的運動狀態(tài)才會改變B．伽利略通過“理想實驗”得出結論：一旦物體具有一定的速度，如果不受力，它將以這一速度永遠運動下去C．伽利略的理想實驗為牛頓第一定律的提出提供了有力的實驗依據(jù)D．牛頓認為，物體具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質答案BCD解析亞里士多德認為物體的運動需要力來維持，A錯誤；伽利略通過“理想實驗”得出：一旦物體具有某一速度，如果不受力，它將以這一速度永遠運動下去，B正確；伽利略的理想實驗為牛頓第一定律的提出提供了有力的實驗依據(jù)，C正確；由牛頓第一定律知，D正確．2．(多選)17世紀，意大利物理學家伽利略根據(jù)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，你認為下列說法正確的是()A．該實驗是一理想實驗，是在思維中進行的，無真實的實驗基礎，故其結果是荒謬的B．該實驗是以可靠的事實為基礎，經過抽象思維，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”的結論D．伽利略認為力是改變物體運動狀態(tài)的原因答案BD3．(2019·杭州市高一上學期期末)伽利略推翻了已在歐洲流行近兩千年的亞里士多德關于力和運動的觀點，開啟了物理學發(fā)展的新紀元．以下說法中正確的是()A．兩物體從同一高度靜止下落，不計空氣阻力，較輕的物體下落慢B．用力推車車前進，撤去推力車就停下來，說明運動需要力來維持C．一個運動的物體，如果不再受力了，它總會逐漸停下來，這說明靜止狀態(tài)才是物體長時間不受力時的“自然狀態(tài)”D．一個物體維持勻速直線運動，不需要力答案D考點二對牛頓第一定律的理解4．(多選)下列關于牛頓第一定律的說法中正確的是()A．物體保持靜止狀態(tài)，它所受合外力一定為零B．物體所受合外力為零時，它一定處于靜止狀態(tài)C．物體處于勻速直線運動狀態(tài)時，它所受的合外力可能是零，也可能不是零D．物體所受合外力為零時，它可能做勻速直線運動，也可能是靜止的答案AD解析物體處于靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)時，它受到的合外力一定為零，A正確，C錯誤；所受合外力為零時，物體可能處于靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，B錯誤，D正確．5．關于牛頓第一定律的下列說法中，正確的是()A．牛頓第一定律是以伽利略的理想實驗為基礎的，因此可用實驗來直接驗證B．牛頓第一定律中提出的物體不受外力作用的條件是不可能達到的，所以這條定律可能是錯誤的C．牛頓第一定律實際上是伽利略一個人的研究成果D．牛頓第一定律是在大量實驗事實的基礎上，通過進一步推理而概括總結出來的答案D6．(多選)遠在春秋戰(zhàn)國時期(公元前770年至前221年)，我國杰出學者墨子認為：“力，刑之所以奮也”．“刑”同“形”，即物體；“奮”，即開始運動或運動加快，對墨子這句關于力和運動觀點的理解，下列說法不正確的是()A．墨子認為力是改變物體運動狀態(tài)的原因B．墨子認為力是維持物體運動的原因C．此觀點與亞里士多德關于力和運動的觀點基本相同D．此觀點與牛頓關于力和運動的觀點基本相同答案BC解析由題意可知“力，刑之所以奮也”這句話的意思是：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．這句話反映出力是改變物體運動狀態(tài)的原因，故與亞里士多德關于力和運動的觀點不相同，故本題應選B、C.7．一裝有水的碗置于火車車廂內的水平桌面上．當火車向右做勻減速運動時，水面形狀接近圖()答案A解析火車向右做勻減速運動，由于慣性，水具有保持原來運動狀態(tài)的性質，即繼續(xù)向右運動，導致右側水面高于左側水面，故A正確．8.如圖1所示，在一輛上表面水平且光滑的小車上，有質量分別為m1、m2的兩個小球隨車一起勻速運動，當車突然停止時，如不考慮其他阻力，假設車足夠長，則()圖1A．若m1＜m2，則兩個小球一定相碰B．若m1＝m2，則兩個小球一定相碰C．若m1＞m2，則兩個小球一定相碰D．兩個小球一定不相碰答案D解析小車上表面水平且光滑，因此兩小球在水平方向上沒有受到外力的作用．當勻速運動時，兩個小球與小車具有相同的速度，當車突然停止運動時，由于慣性，兩個小球的速度不變，所以不會相碰(與質量大小無關)．9．如圖2所示，一個劈形物體A，各面均光滑，放在固定的斜面上，A的上表面水平，在A的上表面上放一光滑的小球B，劈形物體A從靜止開始釋放，則小球在碰到斜面前的運動軌跡是()圖2A．沿斜面向下的直線 B．豎直向下的直線C．無規(guī)則曲線 D．拋物線答案B解析小球原來靜止時受重力和支持力作用，其合力為零．當劈形物體A由靜止釋放，A應沿斜面下滑，故B也將運動，運動狀態(tài)就要發(fā)生改變，但由于慣性，小球原來速度為零，而小球又光滑，除豎直方向受力外，其他方向上不受力，因為力是使物體運動狀態(tài)改變的原因，故小球只能在豎直方向上運動，在碰到斜面之前，運動軌跡應為一條直線，即豎直向下的直線，故選B.考點三慣性的理解與應用10．下列關于慣性的說法正確的是()A．質量越大，物體的慣性越大B．物體的運動狀態(tài)改變了，則慣性大小隨之變化C．慣性是物體在勻速直線運動或靜止時才表現(xiàn)出來的性質D．由于子彈的速度越大，其殺傷力就越大，所以子彈的慣性大小與其速度大小有關答案A解析物體在任何狀態(tài)下均有慣性，并且物體的慣性大小只與質量有關，和物體的速度無關，A正確，B、C、D錯誤．11．關于慣性，下列說法正確的是()A．球由靜止釋放后加速下落，說明力改變了慣性B．物體隨著“神舟十一號”飛船進入太空，其慣性將消失C．投擲出去的標槍靠慣性向遠處運動D．物體沿水平面滑動，速度越大滑行的時間越長，說明速度越大慣性越大答案C解析慣性大小只與物體的質量有關，與運動的狀態(tài)、受力情況無關，故A、B、D錯誤；投擲出去的標槍是靠慣性向遠處運動的，故C正確．12．(多選)關于慣性的下列說法，其中正確的是()A．物體抵抗運動狀態(tài)變化的性質是慣性B．沒有力的作用，物體只能處于靜止狀態(tài)C．行星在圓周軌道上保持勻速率運動的性質是慣性D．運動物體如果沒有受到力的作用，將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運動下去答案AD解析物體的慣性是指物體本身要保持原來運動狀態(tài)不變的性質，或者說是指物體抵抗運動狀態(tài)變化的性質，選項A正確；沒有力的作用，物體將保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，選項B錯誤；行星在圓周軌道上做勻速圓周運動，而慣性是指物體保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)的性質，選項C錯誤；運動物體如果沒有受到力的作用，根據(jù)牛頓第一定律可知，物體將繼續(xù)以同一速度沿同一直線一直運動下去，選項D正確．13．對下列現(xiàn)象解釋正確的是()A．在一定拉力作用下，車沿水平面勻速前進，沒有這個拉力，小車就會停下來，所以力是維持物體運動的原因B．向上拋出的物體由于慣性，所以向上運動，以后由于重力作用，慣性變小，所以速度也越來越小C．急剎車時，車上的乘客由于慣性一樣大，所以都會向前傾倒D．質量大的物體運動狀態(tài)不容易改變是由于物體的質量越大，慣性就越大答案D解析在一定拉力作用下，車沿水平面勻速前進，說明拉力與摩擦力平衡，沒有這個拉力，小車就會逐漸停下來，是由于受到摩擦力作用，故A錯誤；慣性大小的唯一量度是質量，與速度大小無關，質量越大，慣性越大，運動狀態(tài)越難改變，故B錯誤，D正確；急剎車時，車上的乘客由于慣性，所以都會向前傾倒，但慣性的大小與質量有關，不同的乘客質量不一定相等，故慣性不一定同樣大，故C錯誤．14．(2019·豫南九校