【創(chuàng)新設(shè)計】2020-2021高中物理人教版必修1-學(xué)案-4.1-牛頓第一定律-(人教版必修1)

4.1牛頓第肯定律[目標(biāo)定位]1.知道伽利略的抱負(fù)試驗及其推理過程，知道抱負(fù)試驗是科學(xué)爭辯的重要方法.2.理解牛頓第肯定律的內(nèi)容及意義.3.明確慣性的概念，會解釋有關(guān)的慣性現(xiàn)象．一、抱負(fù)試驗的魅力1．亞里士多德認(rèn)為：必需有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體就要靜止在一個地方．2．伽利略的抱負(fù)試驗(1)斜面試驗：讓靜止的小球從第一個斜面滾下，沖上其次個斜面，假如沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫艜r的高度．減小其次個斜面的傾角，小球滾動的距離增大，當(dāng)其次個斜面放平，小球?qū)⒂谰眠\動下去．(2)推理結(jié)論：力不是(選“是”或者“不是”)維持物體運動的緣由．3．笛卡爾的觀點：假如運動中的物體沒有受到力的作用，它將連續(xù)以同一速度沿同始終線運動，既不停下來也不偏離原來的方向．想一想：伽利略的抱負(fù)試驗揭示了什么道理？答案伽利略的試驗揭示了力不是維持物體運動的緣由．二、牛頓物理學(xué)的基石——慣性定律1．牛頓第肯定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它轉(zhuǎn)變這種狀態(tài)．這就是牛頓第肯定律．2．慣性：物體具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)叫慣性．牛頓第肯定律也叫做慣性定律．三、慣性與質(zhì)量對于任何物體，在受到相同的力作用時，打算它們運動狀態(tài)的變化難易程度的唯一因素就是它們的質(zhì)量．想一想：(1)是不是只有勻速直線運動或靜止的物體才具有慣性？(2)有人說“速度越大慣性越大”“受力越小慣性越大”，對嗎？答案(1)不是；一切物體都具有慣性．物體的慣性與運動狀態(tài)無關(guān)．(2)不對，慣性只與質(zhì)量大小有關(guān)，而與速度大小無關(guān)，與受力大小也無關(guān)．一、對伽利略的抱負(fù)試驗的理解1．關(guān)于運動和力的兩種對立的觀點(1)亞里士多德的觀點：力是維持物體運動的緣由．這種錯誤的觀點統(tǒng)治了人們的思維近二千年．(2)伽利略的觀點(伽利略第一次提出)：物體的運動不需要力來維持，力是轉(zhuǎn)變物體速度的緣由．2．伽利略的抱負(fù)試驗的意義(1)伽利略的抱負(fù)試驗將牢靠的事實和理論思維結(jié)合起來，即接受“事實基礎(chǔ)＋抽象思維＋科學(xué)推論”的方法推翻了亞里士多德的觀點，初步揭示了運動和力的正確關(guān)系．(2)第一次確立了物理試驗在物理學(xué)中的地位．例1抱負(fù)試驗有時更能深刻地反映自然規(guī)律．伽利略設(shè)計了一個如圖411所示的抱負(fù)試驗，他的設(shè)想步驟如下：圖411①減小其次個斜面的傾角，小球在這個斜面上仍舊要達到原來的高度；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假如沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫诺母叨?；④連續(xù)減小其次個斜面的傾角，最終使它成為水平面，小球?qū)⒀厮矫孀龀掷m(xù)的勻速運動．請將上述抱負(fù)試驗的設(shè)想步驟依據(jù)正確的挨次排列________(只要填寫序號即可)．在上述的設(shè)想步驟中，有的屬于牢靠的事實，有的則是抱負(fù)化的推論．下列有關(guān)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是推論解析本題是在牢靠事實的基礎(chǔ)上進行合理的推理，將試驗抱負(fù)化，并符合物理規(guī)律，得到正確的結(jié)論．而②是牢靠事實，因此放在第一步，③①是在斜面上無摩擦的設(shè)想，最終推導(dǎo)出水平面上的抱負(fù)試驗④.因此正確挨次是②③①④.答案②③①④B二、對牛頓第肯定律的理解1．對牛頓第肯定律的理解(1)定性說明白力和運動的關(guān)系：①力是轉(zhuǎn)變物體運動狀態(tài)的緣由，或者說力是產(chǎn)生加速度的緣由，而不是維持物體運動狀態(tài)的緣由．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?fàn)顟B(tài)．(2)揭示了一切物體都具有的一種固有屬性——慣性．因此牛頓第肯定律也叫慣性定律．2．物體運動狀態(tài)的變化即物體運動速度的變化，有以下三種狀況：(1)速度的方向不變，只有大小轉(zhuǎn)變．(物體做直線運動)(2)速度的大小不變，只有方向轉(zhuǎn)變．(物體做曲線運動)(3)速度的大小和方向同時發(fā)生轉(zhuǎn)變．(物體做曲線運動)3．留意：(1)牛頓第肯定律所描述的是物體不受外力作用時的狀態(tài)，與物體所受合外力為零是等效的．(2)牛頓第肯定律不是試驗定律，它是在抱負(fù)試驗的基礎(chǔ)上總結(jié)得出的．例2關(guān)于牛頓第肯定律的理解正確的是()A．牛頓第肯定律反映了物體不受外力的作用時的運動規(guī)律B．不受外力作用時，物體的運動狀態(tài)保持不變C．在水平地面上滑動的木塊最終停下來，是由于沒有外力維持木塊運動的結(jié)果D．飛跑的運動員，由于遇到障礙而被絆倒，這是由于他受到外力作用迫使他轉(zhuǎn)變原來的運動狀態(tài)解析牛頓第肯定律描述的是物體不受外力作用時的狀態(tài)，即總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)不變，A、B正確；牛頓第肯定律揭示了力和運動的關(guān)系，力是轉(zhuǎn)變物體運動狀態(tài)的緣由，而不是維持物體運動狀態(tài)的緣由，在水平地面上滑動的木塊最終停下來，是由于摩擦阻力的作用而轉(zhuǎn)變了運動狀態(tài)，飛跑的運動員，遇到障礙而被絆倒，是由于他受到外力作用而轉(zhuǎn)變了運動狀態(tài)，C錯誤，D正確．答案ABD三、對慣性的理解1．慣性是物體的固有屬性，一切物體都具有慣性．2．質(zhì)量是慣性大小的唯一量度．質(zhì)量越大，慣性越大．3．慣性大小與物體運動狀態(tài)無關(guān)，與物體受力狀況以及地理位置無關(guān)．4．慣性的表現(xiàn)(1)不受力時，慣性表現(xiàn)為保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，有“惰性”的意思．(2)受力時，慣性表現(xiàn)為運動狀態(tài)轉(zhuǎn)變的難易程度．質(zhì)量越大，慣性越大，運動狀態(tài)越難以轉(zhuǎn)變．例3關(guān)于慣性，下列說法正確的是()A．慣性是物體固有的屬性，慣性越大的物體，它的運動狀態(tài)越難轉(zhuǎn)變B．同一物體運動時的慣性大于靜止時的慣性C．“嫦娥三號”衛(wèi)星在地球上的慣性與它繞月球飛行時的慣性相同(燃料消耗忽視不計)D．各種機床和發(fā)電機的底座做得很笨重，并用螺絲固定在地面上，目的是增大慣性．解析慣性是物體固有的屬性，慣性越大的物體，保持原來運動狀態(tài)的性質(zhì)越強，即它的運動狀態(tài)越難轉(zhuǎn)變，A正確；質(zhì)量是慣性大小的唯一量度，慣性大小與運動狀態(tài)無關(guān)，B錯誤；“嫦娥三號”衛(wèi)星在地球上的慣性與它繞月球飛行時的質(zhì)量不變，慣性不變，C正確；質(zhì)量大的物體慣性大，各種機床和發(fā)電機的底座做得很笨重，目的是增大慣性，D正確．故選A、C、D.答案ACD借題發(fā)揮分析有關(guān)慣性的問題時，應(yīng)留意慣性的三共性質(zhì)：(1)普遍性：一切物體在任何狀況下都具有慣性；(2)無關(guān)性：慣性與物體的運動狀態(tài)和受力狀況均無關(guān)；(3)唯一性：慣性由物體的質(zhì)量唯一打算．圖412例4在勻速行駛的火車車廂內(nèi)，有一人從B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．可能落在A處B．肯定落在B處C．可能落在C處D．以上都有可能解析勻速行駛的火車車廂內(nèi)，相對車廂靜止釋放一個小球，由于慣性，在水平方向保持與車速相同的速度，因此在下落這段時間內(nèi)，水平位移相等，即落回到B點，故選B.答案B對伽利略的抱負(fù)試驗的理解1．伽利略的抱負(fù)斜面試驗說明()A．亞里士多德關(guān)于運動和力的關(guān)系是正確的B．亞里士多德關(guān)于運動和力的關(guān)系是錯誤的C．力是維持物體運動的緣由D．物體的運動不需要力來維持解析伽利略的抱負(fù)試驗中斜面放平后，小球?qū)⒂谰眠\動下去，說明物體的運動不是由力來維持的，故而推翻了亞里士多德的觀點，B、D正確．答案BD對牛頓第肯定律的理解2．關(guān)于牛頓第肯定律，下列說法中正確的是()A．牛頓第肯定律是在伽利略“抱負(fù)試驗”的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的B．不受力作用的物體是不存在的，故牛頓第肯定律的建立毫無意義C．牛頓第肯定律表明，物體只有在不受外力作用時才具有慣性D．牛頓第肯定律表明，物體只有在靜止或做勻速直線運動時才具有慣性解析牛頓第肯定律是在伽利略“抱負(fù)試驗”的基礎(chǔ)上經(jīng)過抽象、加工、推理后總結(jié)出來的，A正確；雖然不受力作用的物體是不存在的，但是它與受合外力為零時是等效的，故牛頓第肯定律仍有實際意義，B錯誤；物體的慣性是物體本身的屬性，與物體是否受外力無關(guān)，與物體靜止還是勻速直線運動無關(guān)，C、D錯誤．故選A.答案A對慣性的理解圖4133．如圖413所示，冰壺在冰面運動時受到的阻力很小，可以在較長時間內(nèi)保持運動速度的大小和方向不變，我們可以說冰壺有較強的抵制運動狀態(tài)變化的“本事”．這里所指的“本事”是冰壺的慣性，則慣性的大小取決于()A．冰壺的速度B．冰壺的質(zhì)量C．冰壺受到的推力D．冰壺受到的阻力解析一個物體慣性的大小，與其運動狀態(tài)，受力狀況是沒有任何關(guān)系的，衡量物體慣性大小的唯一因素是質(zhì)量，故B正確．答案B4．依據(jù)牛頓運動定律，以下選項中正確的是()A．人只有在靜止的車廂內(nèi)，豎直向上高高跳起后，才會落在車廂的原來位置B．人在沿直線勻速前進的車廂內(nèi)，豎直向上高高跳起后，將落在起跳點的后方C．人在沿直線加速前進的車廂內(nèi)，豎直向上高高跳起后，將落在起跳點的后方D．人在沿直線減速前進的車廂內(nèi)，豎直向上高高跳起后，將落在起跳點的后方解析人起跳后，水平方向保持起跳前的速度做勻速直線運動；車速假如不變(靜止或勻速)，則人和車水平方向相對靜止；車假如加速，人相對滯后，掉在后面；車假如減速，人相對超前，掉在前面．故選C.答案C(時間：60分鐘)題組一對伽利略的抱負(fù)試驗的理解1．16世紀(jì)末，伽利略用試驗和推理，推翻了已在歐洲流行了近兩千年的亞里士多德關(guān)于力和運動的理論，開頭了物理學(xué)進展的新紀(jì)元．在以下說法中，與亞里士多德觀點相反的是()A．四匹馬拉的車比兩匹馬拉的車跑得快，這說明，物體受的力越大，速度就越大B．一個運動的物體，假如不再受力了，它總會漸漸停下；這說明，靜止?fàn)顟B(tài)才是物體長時間不受力時的“自然狀態(tài)”C．兩物體從同一高度自由下落，較重的物體下落較快D．一個物體維持勻速直線運動，不需要受力解析亞里士多德的觀點：力是使物體運動的緣由，有力物體就運動，沒有力物體就停止運動，與此觀點相反的選項是D.答案D2．關(guān)于伽利略的抱負(fù)試驗，下列說法正確的是()A．只要接觸面摩擦相當(dāng)小，物體在水平面上就能勻速運動下去B．這個試驗實際上是永久無法做到的C．利用氣墊導(dǎo)軌，就能使試驗成功D．雖然是想象中的試驗，但是它建立在牢靠的試驗基礎(chǔ)上解析伽利略的抱負(fù)斜面試驗反映了一種物理思想．它是建立在牢靠的事實基礎(chǔ)上的，它把試驗和規(guī)律推理結(jié)合在一起，抓住主要因素，忽視次要因素，從而深刻地揭示了自然規(guī)律．故選B、D.答案BD3．關(guān)于力和運動的關(guān)系，下列說法中正確的是()A．物體的速度不斷增大，表示物體必受外力的作用B．物體向著某個方向運動，則在這個方向上必受力的作用C．物體的速度大小不變，則其所受的合外力必為零D．物體處于平衡狀態(tài)，則該物體必不受外力作用解析當(dāng)物體速度增大時，運動狀態(tài)發(fā)生了變化，而力是轉(zhuǎn)變運動狀態(tài)的緣由，故物體必受外力作用，A正確；力不是維持物體運動的緣由，所以物體向某個方向運動，可以不在此方向上受力的作用，B錯誤；當(dāng)物體的速度大小不變時，其速度方向可能發(fā)生變化，即運動狀態(tài)可能變化，合外力不肯定為零，C錯誤；物體處于平衡狀態(tài)時，所受合外力為零，并不是物體不受外力作用，故D錯誤．答案A題組二對牛頓第肯定律的理解4．由牛頓第肯定律可知()A．物體的運動是依靠慣性來維持的B．力停止作用后，物體的運動就不能維持C．物體做變速運動時，可以沒有外力作用D．力是轉(zhuǎn)變物體慣性的緣由解析依據(jù)牛頓第肯定律可得力不是維持物體運動的緣由，而是轉(zhuǎn)變物體運動的緣由，A正確；慣性是物體固有的屬性，跟外界因素?zé)o關(guān)，即力的存在和消逝對慣性沒有影響，D錯誤；力停止作用后，物體將保持靜止或者勻速直線運動狀態(tài)，B錯誤；物體做變速運動，速度發(fā)生變化，則肯定存在外力轉(zhuǎn)變物體的運動，C錯誤．故選A.答案A5．做自由落體運動的物體，假如下落過程中某時刻重力突然消逝，物體的運動狀況將是()A．懸浮在空中不動B．速度漸漸減小C．保持肯定速度向下做勻速直線運動D．無法推斷解析物體自由下落時，僅受重力作用，重力消逝以后，物體將不受力，依據(jù)牛頓第肯定律的描述，物體將以重力消逝瞬間的速度做勻速直線運動，故C正確．答案C圖4146．如圖414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．肯定相碰B．肯定不相碰C．不肯定相碰D．無法確定解析小車表面光滑，因此小球在水平方向上沒有受到外力的作用．原來兩個小球與小車具有相同的速度，當(dāng)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．答案B7.圖415如圖415所示，一個劈形物體A，各面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在上表面上放一光滑的小球B，劈形物體A從靜止開頭釋放，則小球在遇到斜面前的運動軌跡是()A．沿斜面對下的直線B．豎直向下的直線C．無規(guī)章曲線D．拋物線解析小球原來靜止時受重力和支持力作用，其合力為零．當(dāng)劈形物體A由靜止釋放，A應(yīng)沿斜面下滑，故B也將運動，運動狀態(tài)就要發(fā)生轉(zhuǎn)變，但由于慣性，小球原來速度為零，沒有水平或其他方向上的速度，而小球又光滑，除豎直方向可以有合力外，其他方向上沒有合力，由于力是使物體運動狀態(tài)轉(zhuǎn)變的緣由，故小球只能在豎直方向上運動，在遇到斜面之前，運動軌跡應(yīng)為一條直線，即豎直向下的直線．答案B題組三對慣性的理解和應(yīng)用8．關(guān)于慣性的理解，下列說法正確的是()A．物體含的物質(zhì)越多，慣性越大B．靜止的火車啟動時，速度變化慢，是由于靜止的物體慣性大C．在月球上舉重比在地球上簡潔，所以同一物體在地球上慣性比在月球上大D．乒乓球可以快速抽殺(球接觸球板后速度很大)，是由于乒乓球慣性小的原因解析質(zhì)量是指物體所含物質(zhì)的多少，而質(zhì)量是物體慣性的唯一量度，質(zhì)量越大，物體的慣性越大，慣性與物體的速度和所在地理位置無關(guān)，A正確，B、C錯誤；乒乓球可以快速抽殺(球接觸球板后速度很大)，運動狀態(tài)很簡潔轉(zhuǎn)變，由于它的質(zhì)量很小，即乒乓球慣性小的原因，D正確．答案AD9．下列說法中正確的是()A．運動越快的汽車越不簡潔停下來，是由于汽車運動得越快，慣性越大B．小球由于受重力的作用而自由下落時，它的慣性就不存在了C．一個小球被豎直上拋，當(dāng)拋出后能連續(xù)上升，是由于小球受到向上的推力D．物體的慣性是物體保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的一種屬性，與物體的速度大小無關(guān)解析做變速運動的物體速度之所以轉(zhuǎn)變是由于受到了外力，外力迫使它轉(zhuǎn)變運動狀態(tài)，不是物體失去了慣性．答案D10．月球表面的重力加速度為地球表面的重力加速度的eq\f(1,6)，同一個飛行器在月球表面上時與在地球表面上時相比較()A．慣性減小為eq\f(1,6)，重力不變B．慣性和重力都減小為eq\f(1,6)C．慣性不變，重力減小為eq\f(1,6)D．慣性和重力都不變解析物體的慣性大小僅與物體的質(zhì)量有關(guān)，因質(zhì)量是恒量，同一物體的質(zhì)量與它所在的位置及運動狀態(tài)無關(guān)，所以這個飛行器從地球到月球，其慣性大小不變．物體的重力是個變量，這個飛行器在月球表面上的重力為G月＝mg月＝m·eq\f(1,6)g地＝eq\f(1,6)G地．故正確選項為C.答案C圖41611．如圖416所示，在沿東西方向直線運動的小車上，放一豎直木塊，突然發(fā)覺木塊向西倒，則小車可能的運動狀況()A．向東做勻速運動B．向東做減速運動C．向東做加速運動D．向西做減速運動解析由牛頓第肯定律可知，木塊突然向西倒，說明小車具有向東的加速度，由力和運動關(guān)系可知，小車可能向東加速或向西減速，所以A、B錯誤；C、D正確．答案CD圖41712．如圖417所示，在光滑水平面上有一密閉水箱，A、