高中物理人教版 (2019)必修 第一册第四章 运动和力的关系1 牛顿第一定律导学案及答案

牛顿第一定律

【学习目标】

【学习重难点】

了解生活中的惯性现象，并解释常见的惯性现象

【学习过程】

一、知识纲要导引

二、基础导学

（一）理想实验的魅力（自学教材“理想实验的魅力”部分）

1．亚里士多德的观点：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要停止运动．

2．伽利略的斜面实验：

（1）理想实验过程

①让一个小球沿斜面从静止状态开始运动，小球将“冲”上另一个斜面．

②如果没有摩擦，小球将到达原来的高度．

③如果第二个斜面倾角减小，小球仍将到达原来的高度，但是运动的距离更长．

④当斜面最终变为水平面时，小球要到达原有高度将永远运动下去．

（2）实验结论：力不是维持物体运动的原因．

3．笛卡儿的观点：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．

（二）牛顿第一定律（自学教材“牛顿第一定律”部分）

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．这就是牛顿第一定律（Newton's first law）．

2．惯性：物体这种保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性（inertia）．

3．牛顿第一定律揭示了运动和力的关系：力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因．

（三）惯性与质量（自学教材第85页“惯性与质量”部分）

1．惯性：不同质量的物体，惯性的大小是不一样的，也就是说，不同物体维持其原有运动状态的“能力”不同，质量大的物体惯性大．描述物体惯性的物理量是它的质量（mass）．

2．质量：质量只有大小，没有方向，是标量．在国际单位制中质量的单位是千克，符号为kg．

三、思考判断

（1）亚里士多德认为物体的自然状态是静止，只有当它受到力的作用才会运动．（    ）

（2）伽利略认为力不是维持物体运动的原因．（    ）

（3）力不是使物体运动的原因，而是使物体运动状态改变的原因．（    ）

（4）速度大的物体不能很快停下来，是因为速度大时惯性也大．（    ）

（5）物体的运动状态的改变指的是速度的改变．（    ）

答案：（1）√（2）√（3）√（4）×（5）√

思考与讨论

从牛顿第一定律得知，物体都要保持它们原有的匀速直线运动状态或静止状态．也可以说，它们都具有抵抗运动状态变化的“能力”，即都具有惯性．那么，怎样描述惯性的大小呢？

问题解答：物体抵抗运动状态变化的“能力”与物体的质量有关，如小轿车比大货车启动时更容易提速；工厂的车床等一些机械，它们的质量很大，目的是增大惯性，使运动状态不易改变；又如战斗机在投入战斗前，为了提高其灵活性而抛掉副油箱．所以质量是惯性大小的量度．

四、启迪思维，突破重点

主题一：理想斜面实验及力与运动的关系

问题探究

探究点1：请阅读教材“理想实验的魅力”的内容，说说在研究力和运动的关系过程中三位代表人物的主要观点．

提示：亚里士多德：必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就要静止下来．

伽利略：力不是维持物体运动状态的原因．在水平面上运动的物体之所以会停下来，是受到摩擦阻力的缘故．

笛卡儿：如果没有其他原因，运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向．

探究点2：请同学们讨论回答：为什么说伽利略理想实验方法是科学的，结论是可靠的？

提示：伽利略的理想斜面实验虽然是理想的实验，但它是建立在可靠的事实基础之上的，以事实为依据，抓住主要因素，忽略次要因素，从而揭示了正确的自然规律．,

知识链接：运动的物体不一定受力，但物体的运动状态发生变化时一定受到了力的作用．

探究总结

1．历史上对力与运动关系的认识过程：

2．伽利略的理想实验推论：

力不是维持物体运动的原因，如果没有摩擦阻力，物体将一直运动下去．

3．科学实验与理想实验的比较

知识链接：伽利略理想实验的卓越之处不是实验本身，而是实验所使用的独特的方法，在实验的基础上，进行理想化推理（也叫合理外推）。它标志着物理学的真正开端．

典例示范

例1：伽利略用两个对接的斜面，一个斜面固定，让小球从斜面上滚下，又滚上另一个倾角可以改变的斜面，斜面倾角逐渐改变至零，如图所示．伽利略设计这个实验的目的是说明（    ）

A．如果没有摩擦，小球将运动到与释放时相同的高度

B．如果没有摩擦，物体运动时速度不变

C．维持物体做匀速直线运动并不需要力

D．如果物体不受到力，就不会运动

解析：伽利略的斜面实验证明了：运动不需力来维持，物体不受外力作用时，总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，选项A、B、D错误，C正确．

答案：C

知识链接：

（1）运动不需要力来维持，光滑水平面上的物体，可以一直做匀速直线运动．

（2）要使物体的速度改变，就必须有力的作用．区分“维持”与“改变”．

训练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：一旦物体具有某一速度，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

解析：亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体才能运动，A错；由伽利略理想斜面实验知，B对；由笛卡儿观点知，C对；由惯性定律知，D对．

答案：BCD

主题二：牛顿第一定律

问题探究

探究点2018年世界青年冰壶锦标赛B组比赛在芬兰洛赫亚落幕，中国男女队凭借出色发挥在决赛中战胜各自对手双双夺冠，如图甲所示是冰壶在冰面上的运动情景，如果摩擦阻力比较大，冰壶很快停下来．如图乙所示，一足球沿水平面滚动很远的距离停下．

（1）图甲中的冰壶和图乙中的足球为什么会停下来？它说明了什么问题？

（2）在问题（1）中，试猜想如果冰壶、足球不受外力作用将处于什么状态．

（3）从（1）、（2）两个问题中，我们能得到什么结论？

提示：（1）冰壶和足球停下来都是因为受到了地面的摩擦力的作用．这些现象说明力是改变物体运动状态的原因．

（2）原来静止的物体，不受外力作用时，仍然静止；原来运动的物体，不受外力作用时将永远做匀速直线运动．

（3）物体不受外力作用或所受合力为零时，总保持静止或匀速直线运动状态．

知识链接：牛顿第一定律关键词的理解

探究总结

1．对牛顿第一定律的理解

（1）明确了惯性的概念：

①定律的前半句话“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”，揭示了物体所具有的一个重要的属性——惯性，即物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质．

②牛顿第一定律指出一切物体在任何情况下都具有惯性．因此牛顿第一定律又叫惯性定律．

（2）揭示了力和运动的关系：定律的后半句话“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”，实质上是揭示了力和运动的关系，即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．

（3）反映了物体不受外力时的运动状态：

①匀速直线运动或静止（原来运动的保持其速度不变，原来静止的保持静止）．

②不受外力作用的物体是不存在的，但物体所受外力的合力为零与不受外力在效果上是等效的，这就使牛顿第一定律具有了实际意义．

2．物体的运动状态变化有以下三种情况

（1）速度的大小不变，只有方向改变．

（2）速度的方向不变，只有大小改变．

（3）速度的大小和方向都发生改变．

知识链接：

（1）力是改变物体运动状态的原因；

（2）惯性有维持物体原来运动状态的性质．

典例示范

例2：（多选）下列对牛顿第一定律的理解正确的是（    ）

A．牛顿第一定律反映了物体不受外力的作用时的运动规律

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，是没有外力维持木块运动的结果

D．奔跑的运动员，由于遇到障碍而被绊倒，这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态

解析：A、B对：牛顿第一定律描述的是物体不受外力作用时的运动规律，总保持匀速直线运动状态或静止状态不变．C错、D对：牛顿第一定律还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状态的原因．在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于摩擦力的作用而改变了运动状态；奔跑的运动员，遇到障碍而被绊倒，是因为他受到外力作用而改变了运动状态．

答案：ABD

训练2：（多选）如图所示，在匀速前进的磁悬浮列车里，小明将一小球放在水平桌面上，且小球相对桌面静止，关于小球与列车的运动，下列说法正确的是（    ）

A．若小球向前滚动，则磁悬浮列车在加速前进

B．若小球向后滚动，则磁悬浮列车在加速前进

C．磁悬浮列车急刹车时，小球向前滚动

D．磁悬浮列车急刹车时，小球向后滚动

解析：可通过以下表格对各选项逐一分析

答案：BC

主题三：惯性

问题探究

探究点1：为何“秋风”可以“扫落叶”，却不能“扫汽车”？

提示：因为汽车的质量大，运动状态难改变．

探究点2：沪杭高铁的列车最高速度可达到400多千米每小时，是世界上跑得最快的火车．有人说火车的速度越大，惯性越大，刹车停止所需时间越长，刹车距离越大，你认为这种说法正确吗？

提示：这种说法不正确．惯性是物体的固有属性，质量是物体惯性大小的唯一量度，火车的质量不变，则惯性不变．由t＝，x＝可知，火车速度越大，则刹车时间和刹车距离越大．

探究总结

1．惯性的三个特点

2．惯性理解的两点注意及表现形式

（1）惯性理解两注意

①注意一个“一切”，即一切物体具有惯性；

②注意一个“唯一”，即质量是惯性大小的“唯一”量度．

（2）惯性的表现形式

①在物体不受外力时，惯性表现为保持原来的运动状态．

②在物体受力时，惯性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．

典例示范

例3：关于物体的惯性，下述说法中正确的是（    ）

A．运动速度大的物体不能很快地停下来，是因为物体速度越大，惯性也越大

B．静止的火车启动时，速度变化慢，是因为静止的物体惯性大

C．乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球惯性小

D．在宇宙飞船中的物体不存在惯性，因此可飘浮起来

解析：A、D错：一切物体都有惯性，惯性大小只与物体的质量有关．惯性是物体本身的一种属性，与外界因素（受力大小及所处环境）无关．B错：静止的火车启动时，速度变化缓慢，是因为火车质量大，惯性大，而不是因为静止的物体惯性大．C对：乒乓球可以快速抽杀，是因为其质量小，惯性小，在相同力的作用下，运动状态容易改变．

答案：C

知识链接：一切物体都有惯性，和物体是否有速度及速度的大小均无关．

训练3：[2019·济宁高一检测]关于惯性，下列说法正确的是（    ）

A．质量相同的物体，惯性相同

B．只有不受外力的物体才具有惯性

C．“强弩之末，势不能穿鲁缟也”，这表明箭的惯性减小了

D．在月球上举重比在地球上容易，所以同一物体在月球上比在地球上惯性小

解析：惯性是物体的固有属性，大小与物体的质量有关，质量相同的物体，惯性相同，A项正确；惯性是物体的固有属性，所有物体都有惯性，与是否受力无关，B项错误；惯性是物体的固有属性，大小与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，与速度的大小无关，C项错误；惯性是物体的固有属性，大小与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，与其他任何因素无关，D项错误．

答案：A

达标检测

1．关于伽利略的理想实验，以下说法中正确的是（    ）

A．完全是理想的，没有事实为基础

B．是以可靠事实为基础的，经科学抽象，深刻反映了自然规律

C．没有事实为基础，只是理想推理

D．以上说法都不对

解析：伽利略的理想实验是建立在可靠的事实基础之上的．以事实为依据，以抽象为指导，抓住主要因素，忽略次要因素，从而深刻地揭示了自然规律．

答案：B

2．交通法规中规定，坐在小汽车前排的司机和乘客都应系上安全带，这主要是为了减轻在下列哪种情况出现时可能对人造成的伤害（    ）

A．车速太快

B．车速太慢

C．紧急刹车

D．突然启动

解析：小汽车车速太快或太慢时，只要速度不发生变化，人就不会向前冲或向后仰，所以不会使人受伤，故选项A、B不符合题意；当紧急刹车时，车停止而人由于惯性向前冲，安全带可以防止人向前冲而受伤，故选项C符合题意；突然启动时，人会向后仰，有靠背支撑，安全带不起作用，故选项D不符合题意．

答案：C

3．[2019·丰台区高一检测]如图所示，小明用水平方向的力推一木箱．小明发现：用力推时，木箱才能运动；撤去推力，木箱便停下来．有四位同学对此过程发表了自己的看法，你认为正确的是（    ）

A．木箱的运动需要力来维持

B．木箱由静止到运动需要力的作用，由运动到静止不需要力的作用

C．撤去推力，木箱停下来是木箱具有惯性的表现

D．撤去推力，木箱停下来是由于摩擦力的作用

答案：D

4．[2019·洛阳高一检测]关于牛顿第一定律，以下说法错误的是（    ）

A．牛顿第一定律又叫惯性定律

B．牛顿第一定律是牛顿通过大量实验总结出来的实验结论

C．牛顿第一定律说明一切物体都有惯性

D．牛顿第一定律说明力可以改变物体的运动状态

解析：牛顿第一定律又叫惯性定律，选项A正确；牛顿第一定律是牛顿在伽利略实验的基础上，通过抽象推理总结出来的结论，选项B错误；牛顿第一定律说明一切物体都有惯性，选项C正确；牛顿第一定律说明力可以改变物体的运动状态，选项D正确．

答案：B

5．[2019·岳阳高一检测]如图所示，小车上竖直放置一个小木块，让木块随小车沿着桌面向右运动，当小车碰到挡板时，车上的木块向右倾倒．下列分析正确的是（    ）

A．木块上部有惯性，下部没有惯性

B．惯性使木块具有倾倒的性质

C．小车碰到挡板时，木板上部受到了惯性力的作用而向前运动

D．木块底部受到摩擦力很快停止运动，上部没有受摩擦力由于惯性要继续运动

解析：惯性的大小与物体的运动状态无关，木块的上部与下部都有惯性，选项A错误；当小车碰到挡板后，由于惯性，木块具有保持原来的速度运动的性质，选项B错误；小车碰到挡板时，木块上部由于惯性才具有倾倒的性质，不能说受到了惯性力的作用而向前运动，选项C错误、选项D正确．

答案：D

6．下列利用惯性或防止惯性带来危害的实例中，属于防止惯性带来危害的是（    ）

A．运动员跳远时，要奋力助跑

B．弓箭手拉弓射箭时，离弦的箭会继续飞行

C．驾驶员驾车行驶时，发现前方有障碍物要提前刹车

D．飞机飞行中空投物品时，要在到达空投目标上方前投下

解析：运动员跳远时，要奋力助跑，是利用人的惯性，选项A错误；弓箭手拉弓射箭时，离弦的箭会继续飞行是利用箭的惯性，选项B错误；驾驶员驾车行驶时，发现前方有障碍物要提前刹车，避免紧急刹车时人由于惯性而继续向前运动，发生交通事故，选项C正确；飞机空投物品是利用物品具有惯性保持继续向前运动的状态，从而顺利到达目的地，是利用惯性，选项D错误．

答案：C