高中物理教科版必修1第三章 牛顿运动定律1 牛顿第一定律学案及答案

牛顿第一定律

一、从亚里士多德到伽利略

1．物理学家的观点：

(1)亚里士多德的观点：必须依靠__外力的不断作用__才能维持。外力一旦消失，受迫运动也就停止了。

(2)伽利略的观点：在地面上运动的物体之所以会停下来，是因为__摩擦力__的缘故，如果物体不受任何阻力，物体应该__永远运动下去__。

2．伽利略的斜面实验：

在伽利略理想斜面实验中，假如斜面足够光滑(完全没有摩擦力)，下列说法符合实验规律的有__①②④__。

①让小球从第一个斜面由静止滚下，冲上第二个斜面，小球将上升到原来释放时的高度。

②减小第二个斜面的倾角，小球滚动的距离增大，但所达到的高度相同。

③减小第二个斜面的倾角，小球滚动的距离不变，所达到的高度减小。

④当第二个斜面放平，小球将永远运动下去。

⑤当第二个斜面放平，小球运动一段时间后停下来。

二、牛顿第一定律和惯性

　跳远运动员在起跳前要加速助跑，为什么？

提示：由于跳远运动员具有惯性，起跳前速度越大，跳的距离越远。

1．牛顿第一定律：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。

2．影响惯性大小的因素：__质量__。

知识点一　牛顿第一定律

1．物体运动状态的改变包括三种情况：

(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发生改变。

2．牛顿第一定律的意义：

(1)力是改变物体运动状态的原因。物体受到力的作用，其运动状态就一定改变，且产生加速度。

(2)力不是维持物体运动状态的原因。物体不受力的作用时，它将做匀速直线运动或保持静止状态。

(3)揭示了一切物体都有惯性。故牛顿第一定律又叫惯性定律。

3．运动和力的关系及应用步骤：

(1)由“因”推“果”：物体受力(合力不为零)，运动状态(速度大小、方向)一定改变，物体不受力(合力为零)，运动状态一定不变。

(2)由“果”索“因”：物体的运动状态不变，则不受力或合力为零，物体的运动状态变化，则一定受力。

(3)应用步骤：应用牛顿第一定律解释有关现象时，一要看物体原来的运动状态，二要看物体现在的受力情况，最后判断由于物体具有惯性将会出现的现象。

　小轩在旅途中拍下了火车内桌面上某个瞬间塑料杯状态，请分析火车的运动状态。

提示：火车向左加速或向右减速。

【典例】一天，下着倾盆大雨。某人乘坐列车时发现，车厢的双层玻璃窗内积水了。列车进站过程中，他发现水面的现状如图中的(　　)

【解析】选C。列车进站过程中，即车窗的速度变小，而双层玻璃窗内积水由于惯性仍然保持原来的运动状态，所以水向前运动。

　处理惯性问题的思路

(1)明确研究的问题，它原来处在怎样的运动状态。

(2)当外力作用在该物体的某一部分(或外力作用在该物体关联的其他物体上)时，这一部分的运动状态的变化情况。

(3)该物体由于惯性将保持怎样的运动状态，最后会出现什么现象。

1．在物理学的发展过程中，许多物理学家的研究推动了人类文明的进程。在对以下几位物理学家所做贡献的叙述中，正确的是(　　)

A．亚里士多德认为较重物体与较轻物体下落得一样快

B．伽利略通过理想斜面实验认为物体的运动不需要力维持

C．笛卡尔认为如果物体受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一方向运动下去

D．牛顿认为力不仅可以维持物体的运动，而且可以改变物体的运动状态

【解析】选B。亚里士多德认为较重物体比较轻物体下落得更快，故A错误；伽利略理想实验说明力不是维持物体运动的原因，故B正确；笛卡尔认为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，故C错误；牛顿提出牛顿第一定律，指出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，故D错误，所以选B。

2．(2020·榆林高一检测)关于力和运动的关系，下列说法中正确的是(　　)

A．力是物体运动的原因

B．力是维持物体运动的原因

C．力是物体获得速度的原因

D．力是改变物体运动状态的原因

【解析】选D。根据牛顿第一定律可知，力是改变物体运动状态的原因，不是物体运动的原因，也不是维持物体运动的原因，也不是物体获得速度的原因，故选D。

【加固训练】

1．(多选)由牛顿第一定律可知(　　)

A．物体的运动是依靠惯性来维持的

B．力停止作用后，物体的运动就不能维持

C．物体做变速运动时，一定有外力作用

D．力是改变物体惯性的原因

【解析】选A、C。物体具有的保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性，由于惯性的存在物体才保持原来的运动状态，A正确；力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因，B错误；当物体做变速运动时，运动状态发生了改变，一定有外力作用，C正确；惯性是物体的固有属性，不因为力而发生改变，D错误。

2．下列关于牛顿第一定律的说法中，正确的是(　　)

A．牛顿第一定律是实验定律

B．牛顿第一定律只是提出了惯性的概念

C．牛顿第一定律提出了当物体受到的合外力为零时，物体将处于静止状态

D．牛顿第一定律既提出了物体不受外力作用时的运动规律，又提出了力是改变物体运动状态的原因

【解析】选D。牛顿第一定律不是实验定律，A错误；牛顿第一定律既提出了惯性的概念，同时又指出了物体运动状态改变的原因，B错误；牛顿第一定律提出了物体不受外力作用时，物体将处于静止状态或匀速直线运动状态，所以C错误；牛顿第一定律不仅指出了物体不受外力作用时的运动规律，同时指出了力是改变物体运动状态的原因。综上所述，D选项正确。

知识点二　惯性

1．惯性与质量的关系：

(1)惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。

(2)质量是物体惯性大小的唯一量度，质量越大，惯性越大。

2．惯性与力的关系：

 (1)惯性不是力，而是物体本身固有的一种性质，因此“物体受到了惯性作用”“产生了惯性”“受到惯性力”等说法都是错误的。

(2)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。力越大，物体的运动状态改变越快；惯性越大，物体的运动状态越难改变。

(3)惯性与物体的受力情况无关。

3．惯性与速度的关系：

(1)速度是表示物体运动快慢的物理量，惯性是物体本身固有的性质。

(2)一切物体都有惯性， 并且惯性的大小由物体本身决定，与物体是否有速度及速度的大小无关。

4．惯性与惯性定律的关系：

(1)惯性是一切物体固有属性。惯性定律是物体不受外力作用时所遵守的一条规律，属性不同于规律。

(2)惯性使物体保持原来运动状态，但能否保持取决于其受力情况。惯性定律揭示了物体的惯性，正因为物体有惯性，故物体的运动不需要力来维持。

　情境：

讨论：

(1)如图1所示，快速行驶的汽车不能很快地停下来是因为速度越大惯性越大吗？

提示：惯性与速度大小无关。汽车刹车时间由t＝决定，由于汽车初速度大，所以需要的刹车时间长。

(2)火车匀速行驶时，火车上的人合力为零，人的惯性也为零吗？

提示：惯性与物体是否受力无关，人的惯性不为零。

【典例】关于惯性，下列说法中正确的是(　　)

A．同一汽车，速度越快，越难刹车，说明物体速度越大，惯性越大

B．物体只有静止或做匀速直线运动时才有惯性

C．乒乓球可以快速扣杀是因为乒乓球的惯性小

D．已知月球上的重力加速度是地球上的，故一个物体从地球移到月球惯性减小为

【解析】选C。物体的惯性大小与物体的运动状态无关，只与物体的质量有关，所以惯性与速度的大小无关，故选项A、B错误；乒乓球可以快速扣杀是因为乒乓球的质量小，所以它的惯性小，故选项C正确；在月球上和在地球上，重力加速度的大小不一样，所以受到的重力的大小也就不一样，但质量不变，惯性也不变，故选项D错误。

1．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

【解析】选C。惯性的大小只与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，小质量的物体不可能获得大惯性，故A错误；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，是因为它的动能减小了，而它的惯性大小只与其质量有关，即子弹的惯性大小是不变的，故B错误；质量是惯性大小的唯一量度，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，故C正确；惯性的大小只与物体的质量有关，车手可以调整人和车的运动速度和方向，但不能调控惯性大小，故D错误。所以选C。

2.漫画中的情景在公交车急刹车时常会出现。为提醒乘客注意，公交公司征集到几条友情提示语，其中对惯性的理解正确的是(　　)

A．站稳扶好，克服惯性

B．稳步慢行，避免惯性

C．当心急刹，失去惯性

D．谨防意外，惯性恒在

【解析】选D。惯性是具有的保持原来运动状态的性质，是物体固有的属性，不能被克服或避免，也不会失去，故A、B、C错误；当公交车突然刹车时，公交车和乘客的脚同时受到阻力的作用而停止运动，而乘客的上半身由于惯性，继续保持向前的运动状态而向前倾倒，所以谨防意外，惯性恒在是对惯性的正确理解。故D正确。

【加固训练】

1.某同学为了取出如图所示羽毛球筒中的羽毛球，一手拿着球筒的中部，另一手用力击打羽毛球筒的上端，则(　　)

A．此同学无法取出羽毛球

B．羽毛球会从筒的下端出来

C．羽毛球筒向下运动过程中，羽毛球受到向上的摩擦力才会从上端出来

D．该同学是在利用羽毛球的惯性

【解析】选D。一手拿着球筒的中部，另一手用力击打羽毛球筒的上端，羽毛球筒在力的作用下向下运动，而羽毛球由于惯性而保持静止，所以羽毛球会从筒的上端出来，故D正确。

2．下列说法中正确的是(　　)

A．掷出的铅球速度不大，所以其惯性很小

B．用力拍出的乒乓球速度很大，因此其惯性很小

C．相同的两辆车，速度大的比速度小的难以停下，是因为速度大的车惯性大

D．相同的两辆车，速度大的比速度小的难以停下，是因为速度大的车运动状态变化大

【解析】选D。因为惯性的大小仅由质量来决定，铅球质量大，不管速度怎样，其惯性都大；而乒乓球则与其相反，尽管速度大，但质量小，其惯性也小，所以A、B错误；对于C、D，相同的两辆车惯性相同，要让速度大的车停下来，其运动状态变化大，因此较难停下，故D正确。

【拓展例题】考查内容：惯性在生活中的应用

　 【典例】有一仪器中的电路如图所示，其中M是质量较大的一个金属块，将仪器固定在一辆汽车上，汽车起动时，______灯亮，原理___________；

汽车急刹车时，________灯亮。

【解析】汽车起动时，金属块由于惯性向后移动，使绿灯电路接通，绿灯亮；汽车急刹车时，金属块由于惯性向前运动，使红灯电路接通，红灯亮。

答案：绿　金属块由于惯性向后移动，使绿灯电路接通　红

1．物理学发展历程中，持有“力是维持物体运动的原因”这一观点的代表人物是(　　)

A．亚里士多德

B．牛顿

C．伽利略

D．阿基米德

【解析】选A。亚里士多德是持有“力是维持物体运动的原因”的代表人物，伽利略通过理想斜面实验，假设没有摩擦，物体将一直运动下去不会停止，从而推翻“力是维持物体运动的原因”，故A正确，B、C、D错误。

2．下列有关惯性的说法，正确的是(　　)

A．惯性是使物体保持原来运动状态的力

B．物体的速度越大，惯性越大

C．只有在物体运动状态发生改变时，物体才具有惯性

D．物体的质量越大惯性越大

【解析】选D。惯性是使物体保持原来运动状态的性质，不是力，选项A错误；物体的惯性只与物体的质量有关，物体的质量越大惯性越大，与运动状态以及速度大小均无关，选项D正确，B、C错误；故选D。

【加固训练】

意大利科学家伽利略在研究物体变速运动规律时，做了著名的“斜面实验”，他测量了铜球在较小倾角斜面上的运动情况，发现铜球做的是匀变速直线运动，且铜球加速度随斜面倾角的增大而增大，于是他对大倾角情况进行了合理的外推，由此得出的结论是(　　)

A．物体都具有保持原来运动状态的属性，即惯性

B．自由落体运动是一种匀变速直线运动

C．力是使物体产生加速度的原因

D．力不是维持物体运动的原因

【解析】选B。铜球在较小倾角斜面上的运动情况，发现铜球做的是匀变速直线运动，且铜球加速度随斜面倾角的增大而增大，倾角最大的情况就是90°时，这时物体做自由落体运动，由此得出的结论是自由落体运动是一种匀变速直线运动，故B正确，A、C、D错误。

3．(多选)关于伽利略的两个斜面实验(外推法研究自由落体运动的示意图(a)和理想斜面实验的示意图(b))，下面说法正确的是(　　)

A．伽利略在图(a)中使用了光滑斜面进行实验

B．伽利略在图(b)中把实验和逻辑推理和谐地结合起来

C．伽利略从图(a)中得出：自由落体运动是匀加速直线运动

D．伽利略从图(b)中得出：力是维持物体运动的原因

【解析】选B、C。伽利略从图(a)中将斜面实验的结论外推到斜面倾角90°的情形，从而间接证明了自由落体运动是匀加速直线运动。所以没有必要斜面一定光滑，故A错、C对；伽利略在图(b)中把实验和逻辑推理和谐地结合起来，选项B正确； 伽利略从图(b)中得出：力不是维持物体运动的原因，选项D错误；故选B、C。

4．如图所示，小球A静止放在小车的光滑底板上(设小车底板足够长)，当小车受到水平向右的力F作用时，小车从静止开始在水平面上做加速直线运动，则小球A相对于地面的运动情况是(　　)

A.做匀速直线运动

B．处于静止状态

C．做与小车同方向速度越来越大的直线运动

D．做与小车反方向速度越来越大的直线运动

【解析】选B。对小球受力分析可知，车内的小球只受竖直方向的重力和支持力，这两个力是一对平衡力，小球所受合外力为零，所以无论车厢如何运动，小球相对于地面仍然处于静止状态，B正确。

【加固训练】

某时刻，质量为2 kg的物体甲受到的合力是6 N，速度是10 m/s；质量为3 kg的物体乙受到的合力是5 N，速度是10 m/s，则(　　)

A．甲比乙的惯性小　　　

B．甲比乙的惯性大

C．甲和乙的惯性一样大

D．无法判定哪个物体惯性大

【解析】选A。质量是物体惯性大小的唯一的量度，甲的质量小于乙的质量，所以甲的惯性要比乙的小。故选A。

5.找两个瓶子，内盛水，一个小铁球、一个与小铁球体积相同的小泡沫塑料球、两根细绳。将铁球和泡沫塑料球系好，小铁球在水中下沉，瓶正放(图甲)，泡沫塑料球在水中上浮，瓶倒放(图乙)。当瓶突然向右运动时，观察比较小球的运动状态。说出你观察到的现象并解释。

【解析】因为相同体积的水的质量与球的质量不相同，质量越大，运动状态越难以改变，故铁球运动状态的改变比瓶子(及瓶子中的水)慢，所以铁球会相对瓶子向左偏，而泡沫塑料球运动状态的改变比瓶子(及瓶子中的水)快，所以泡沫塑料球会相对瓶子向右偏。

答案：见解析