高中物理教科版 (2019)必修 第一册1 牛顿第一定律学案设计

这是一份高中物理教科版 (2019)必修 第一册1 牛顿第一定律学案设计，共11页。

[学习目标] 1.理解牛顿第一定律的内容和意义.2.明确惯性的概念，会用惯性解释有关现象.
3.知道质量是惯性大小的唯一量度．
一、亚里士多德的运动理论
亚里士多德认为地面上的物体唯有依靠推、拉等外力的不断作用才能使它们运动起来．外力一旦消失，受迫运动也就停止了．
二、伽利略的研究工作
1．理想实验：如图1所示，让一个小球沿左斜面从静止状态开始运动，小球将“冲”上另一个斜面．如果没有摩擦，小球将到达与左斜面同样的高度．减小右斜面的倾角，小球运动的距离更长，但所达到的高度相同．当右斜面最终变为水平面时，小球将永远运动下去．
图1
2．推理结论：原来运动的物体，如果没有其他物体的作用，将会一直保持运动下去．
3．笛卡儿的观点：不受其他物体作用时，原来运动的物体将会做匀速直线运动．
三、牛顿第一定律 惯性
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这种状态为止．
2．惯性
(1)物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性．牛顿第一定律也被叫作惯性定律．
(2)惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性．
四、质量是惯性大小的量度
物体惯性大小仅与质量有关，质量是物体惯性大小的唯一量度，惯性大小与物体是否运动、运动快慢等因素均无关．
1．判断下列说法的正误．
(1)伽利略的理想实验是永远无法做到的．( √ )
(2)伽利略的理想实验说明了力是维持物体运动的原因．( × )
(3)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．
( × )
(4)物体从竖直向上运动的气球上掉落后，立即向下运动．( × )
(5)速度越大，物体的惯性越大．( × )
(6)受力越大，物体的惯性越大．( × )
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
一、伽利略理想实验
导学探究
在伽利略的理想实验的各个过程中(如图2所示)，哪些可以通过实验完成？哪些是推理得出的？
图2
答案 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，其余各个结论是由推理得出的，不能用实验完成．
知识深化
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，从而深刻揭示了物理现象的本质，理想斜面实验反映了一种重要的物理思想．
2．理想实验的意义：伽利略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．伽利略的研究方法的核心是把实验和逻辑推理相结合．
理想实验有时更能深刻地反映自然规律．如图3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．
图3
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
针对训练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运动下去
B．这个实验实际上是永远无法做到的
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
二、牛顿第一定律
导学探究 (1)日常生活中，我们有这样的经验：马拉车，车就前进，停止用力，车就停下来，是否有力作用在物体上物体才能运动呢？马不拉车时，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？
答案 (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．
知识深化
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，但其得到的一切结论经过实践证明都是正确的．
(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，即不受外力的状态．
(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由于物体具有惯性
D．物体的运动状态发生变化时，物体必定受到外力的作用
答案 ACD
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，故选项A、C、D正确，B错误．
针对训练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，不可能用实验直接验证
答案 D
三、惯性
导学探究
(1)如图4所示，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？
图4
(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大”，这种说法对吗？为什么？
答案 (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．虽然同一物体在地球上的重力比在月球上大，但物体的质量不变，即惯性不变．
知识深化
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．
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．在同样大小的刹车力作用下超载车更不容易停下来，是因为超载车惯性更大
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
答案 C
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．
针对训练3 (2020·太原市高一期末)从惯性的角度对生活中的现象进行分析，下列解释正确的是( )
A．赛车的速度可以超过螺旋桨飞机的速度，这表明质量小的物体可以获得大惯性
B．射出枪膛的子弹在运动相当长一段距离后连一件棉衣也穿不透，这表明它的惯性变小了
C．火车运行到不同的车站时，经常要摘下或加挂一些车厢，这会改变它的惯性
D．摩托车转弯时车手要控制适当的速度和角度，也就是调控人和车的惯性
答案 C
(多选)(2020·大同铁路一中高一上学期期末)在水平路面上有一辆匀速行驶的小车，小车上固定着盛满水的碗．若突然发现碗中的水向右洒出，如图5所示，则关于小车在此种情况下的运动，下列描述正确的是( )
图5
A．小车匀速向左运动
B．小车可能突然向左加速运动
C．小车可能突然向左减速运动
D．小车可能突然向右减速运动
答案 BD
解析 若小车原来向左匀速运动，突然开始向左加速运动，碗随小车开始向左加速，根据牛顿第一定律可知，碗中水由于惯性仍保持原来的匀速运动状态，水相对于碗向右运动，水向右洒出，选项A错误，B正确；若小车突然向左减速运动，碗随小车一起开始向左减速，根据牛顿第一定律可知，水由于惯性，仍保持向左的匀速运动，水相对于碗向左运动，水向左洒出，选项C错误；若小车原来向右匀速运动，突然向右减速运动，碗随小车开始向右减速，根据牛顿第一定律可知，水由于惯性仍要保持向右的匀速运动状态，水相对于碗向右运动，水将向右洒出，选项D正确．
1.(伽利略的理想实验)(多选)如图6所示是伽利略的“理想实验”，根据该实验，下列说法正确的是( )
图6
A．该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据
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
答案 AD
解析 该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据，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．
2．(对牛顿第一定律的理解)(多选)(2021·鹤岗第一中学高一上月考)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在不受外力作用时仍保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质
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
答案 BCD
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；惯性是指物体总有保持原有运动状态不变的性质，原有运动状态包括静止状态和匀速直线运动状态，故B正确；由牛顿第一定律可知C正确．
3．(对惯性的理解)关于惯性的大小，下列说法正确的是( )
A．两个质量相同的物体，在阻力相同的情况下，速度大的不容易停下来，所以速度大的物体惯性大
B．两个物体的质量相同，惯性就一定相同
C．推动地面上静止的物体比维持这个物体做匀速运动所需的力大，所以静止的物体惯性大
D．在月球上举重比在地球上容易，所以同一个物体在月球上比在地球上惯性小
答案 B
解析 惯性的大小只与物体的质量有关，与其他因素无关，质量相同的物体惯性相同，A错误，B正确；推动静止的物体比维持这个物体做匀速运动所需的力大，是由于最大静摩擦力大于滑动摩擦力，不是由于静止的物体惯性大，物体惯性的大小与物体的运动状态无关，C错误；同一物体的质量不变，在月球上和地球上惯性一样大，D错误．
4．(惯性的应用)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
答案 A
解析 惯性是物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质，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．
考点一 伽利略的理想实验
1．(多选)科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用．下列说法符合历史事实的是( )
A．亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体的运动状态才会改变
B．伽利略通过“理想实验”得出结论：一旦物体具有一定的速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去
C．笛卡儿指出：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
D．牛顿认为，物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质
答案 BCD
解析 亚里士多德认为物体的运动需要力来维持，A错误；伽利略通过“理想实验”得出结论：一旦物体具有一定的速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去，B正确；笛卡儿指出：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，C正确；由牛顿第一定律知，D正确．
考点二 对牛顿第一定律的理解
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
答案 AD
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．
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
答案 C
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和运动的关系，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．
4．(2020·黄冈市期末)远在春秋战国时期，我国杰出学者墨子认为：“力，刑之所以奋也”．“刑”同“形”，即物体；“奋”，即开始运动或运动加快，对墨子这句关于力和运动观点的理解，下列说法不正确的是( )
A．墨子认为力是改变物体运动状态的原因
B．墨子认为力是使物体产生加速度的原因
C．此观点与亚里士多德关于力和运动的观点基本相同
D．此观点与牛顿关于力和运动的观点基本相同
答案 C
解析 由题意可知“力，刑之所以奋也”这句话的意思是：力能使物体由静止开始运动，或使运动的物体运动得越来越快．这句话反映出力是改变物体运动状态的原因，故与亚里士多德关于力和运动的观点不相同，故本题应选C.
考点三 惯性的理解与应用
5．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
答案 A
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．
6．(2020·吴忠高一检测)关于惯性，下列说法正确的是( )
A．用相同的水平力分别推放在地面上的两个材料不同的物体，则难以推动的物体惯性大
B．同一物体运动时的惯性大于静止时的惯性
C．“嫦娥一号”卫星在地球上的惯性与它绕月球飞行时的惯性相同(燃料消耗忽略不计)
D．由于惯性，当汽车突然刹车时，乘客会向车尾倾倒
答案 C
7．如图1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( )
图1
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
答案 D
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(与质量大小无关)，故D正确．
8．如图2所示，一个劈形物体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，A由静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是( )
图2
A．沿斜面向下的直线 B．竖直向下的直线
C．无规则曲线 D．抛物线
答案 B
解析 小球原来静止时受重力和支持力作用，其合力为零．当劈形物体A由静止释放，A应沿斜面下滑，故B也将运动，运动状态就要发生改变，但由于惯性，小球原来速度为零，而小球又光滑，除竖直方向受力外，其他方向上不受力，因为力是使物体运动状态改变的原因，故小球只能在竖直方向上运动，在碰到斜面之前，运动轨迹应为竖直向下的直线，故选B.
9.在做匀速直线运动的小车上水平放置一密闭的装有水的瓶子，瓶内有一气泡，如图3所示，当小车突然停止运动时，气泡相对于瓶子怎样运动( )
图3
A．相对瓶子向后运动
B．相对瓶子向前运动
C．与瓶子相对静止
D．运动方向不确定
答案 A
解析 首先确定本题应该用惯性知识来分析，但此题涉及的不仅仅是气泡，还有水，由于惯性的大小与质量有关，而水的质量远大于气泡质量，因此水的惯性远大于气泡的惯性，当小车突然停止时，水保持向前运动的趋势远大于气泡向前运动的趋势，当水相对于瓶子向前运动时，水将挤压气泡，使气泡相对于瓶子向后运动，故选A.