必修 第一册第四章 运动和力的关系1 牛顿第一定律学案设计

第1课  牛顿第一定律

知识点01  理想实验的魅力

【即学即练1】伽利略对自由落体运动及运动和力的关系的研究，开创了科学实验和逻辑推理相结合的重要科学研究方法.图(a)、(b)分别表示这两项研究中实验和逻辑推理的过程，对这两项研究，下列说法正确的是(　　)

A.图(a)通过对自由落体运动的研究，合理外推得出小球在斜面上做匀变速运动

B.图(a)中先在倾角较小的斜面上进行实验，可“冲淡”重力，使时间测量更容易

C.图(b)中完全没有摩擦阻力的斜面是实际存在的，实验可实际完成

D.图(b)的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持

答案　B

解析　伽利略设想物体下落的速度与时间成正比，因为当时无法测量物体的瞬时速度，所以伽利略通过数学推导证明，如果速度与时间成正比，那么位移与时间的二次方就成正比.由于当时用滴水法计时，无法记录自由落体的较短时间，伽利略设计了让铜球沿阻力很小的斜面滚下，来“冲淡”重力的作用效果，而小球在斜面上运动的加速度要比它竖直下落的加速度小得多，运动相同位移所用时间长得多，所以容易测量.伽利略做了上百次实验，

并通过抽象思维在实验结果上进行了合理外推，得出了正确结论，故A错误，B正确；完全没有摩擦阻力的斜面是不存在的，故C错误；伽利略用抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法得到物体的运动不需要力来维持的结论，故D错误.

知识点02  牛顿第一定律

1.牛顿第一定律

(1)内容：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)意义：①揭示了物体的固有属性：一切物体都具有惯性，因此牛顿第一定律又被叫作惯性定律；

②揭示了运动和力的关系：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，即力是产生加速度的原因.

2.牛顿第一定律与牛顿第二定律的关系

牛顿第一定律和牛顿第二定律是相互独立的.

(1)牛顿第一定律告诉我们改变运动状态需要力，力是如何改变物体运动状态的问题则由牛顿第二定律来回答.

(2)牛顿第一定律是经过科学抽象、归纳推理总结出来的，而牛顿第二定律是一条实验定律.

【即学即练2】[多选]在水平的路面上有一辆匀速行驶的小车，车上固定一盛满水的碗。现突然发现碗中的水洒出，水洒出的情况如图所示，则关于小车在此种情况下的运动，下列叙述正确的是(　　 )

A．小车匀速向左运动    B．小车可能突然向左加速

C．小车可能突然向左减速   D．小车可能突然向右减速

解析：选BD　原来水和小车相对静止以共同速度运动，水突然向右洒出有两种可能：①原来小车向左运动，突然加速，碗中水由于惯性保持原速度不变，故相对碗向右洒出。②原来小车向右运动，突然减速，碗中水由于惯性保持原速度不变，相对于碗向右洒出，故B、D正确。

知识点03  惯性与质量

1.惯性

(1)定义：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质.

(2)量度：质量是惯性大小的唯一量度，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小.

(3)普遍性：惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性，与物体的运动情况和受力情况无关.

2.惯性的两种表现形式

(1)物体在不受外力或所受的合外力为零时，惯性表现为使物体保持原来的运动状态不变(静止或匀速直线运动).

(2)物体受到外力时，惯性表现为抗拒运动状态的改变，惯性大，物体的运动状态较难改变；惯性小，物体的运动状态较易改变.

【即学即练3】某同学为了取出如图所示羽毛球筒中的羽毛球，一只手拿着球筒的中部，另一只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

答案　D

解析　羽毛球筒被手击打后迅速向下运动，而羽毛球具有惯性，要保持原来的静止状态，所以会从筒的上端出来，D正确.

考法01  惯性的决定因素及其具体表现

【典例1】下列关于惯性的说法中，正确的是 (　　)

A.汽车刹车时，乘客的身子会向前倾斜，是因为汽车有惯性

B.做匀速直线运动的物体和静止的物体没有惯性

C.物体的惯性只有在物体速度改变时才表现出来

D.物体都具有惯性，与物体是否运动无关，与物体速度是否变化也无关

答案　D

解析　汽车刹车时，乘客的身子会向前倾斜，是因为人有惯性，A错；一切物体都具有惯性，与物体是否运动无关，与物体速度是否变化也无关，B、C错，D对.

考法02  应用牛顿第一定律分析问题

【典例2】有一只小球以2 m/s的速度运动着，如果受到的合外力等于0，5 s后它的速度将是多大？

解析：由于小球受到的合外力为0，可知小球将保持原来的速度一直运动下去，故5 s  后它的速度仍为2 m/s。

答案：2 m/s

题组A  基础过关练

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.下列说法中符合历史事实的是(　　)

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：运动必具有一定的速度，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，物体都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，必须有力作用在物体上，物体才能运动，故A错误；伽利略通过“理想实验”得出结论：力不是维持运动的原因，即运动必具有一定的速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去，故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，故C正确；牛顿认为物体都具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，故D正确.

2.下列对运动的认识不正确的是(　　)

A.亚里士多德认为物体的自然状态是静止的，只有当它受到力的作用才会运动

B.伽利略认为力不是维持物体速度的原因

C.牛顿认为力的真正效果总是改变物体的运动状态

D.伽利略根据理想实验推出，如果没有摩擦，在水平面上的物体，一旦具有某一个速度，将保持这个速度继续运动下去

答案　A

解析　亚里士多德认为力是维持物体速度的原因，故A错误；伽利略认为力不是维持物体运动的原因，力是改变物体运动状态的原因，故B正确；牛顿认为力的真正效果总是改变物体的速度，即产生加速度，故C正确；伽利略根据理想实验推出，如果没有摩擦，在水平面上的物体，一旦具有某一个速度，将保持这个速度继续运动下去，故D正确.

3.一汽车在路面情况相同的公路上沿直线行驶，下面关于车速、惯性、质量和滑行路程的讨论正确的是(　　)

A.车速越大，它的惯性越大

B.质量越大，它的惯性越大

C.车速越大，刹车后滑行的路程越长

D.车速越大，刹车后滑行的路程越长，所以惯性越大

答案　BC

解析　惯性是物体的固有属性，它与物体的质量有关，与物体的速度无关，故A错误，B正确；根据x＝可知，车速越大，刹车后滑行的路程越长，与惯性的大小无关，故C正确，D错误.

4.判断正误：(1)牛顿第一定律是实验定律。(×)

(2)在水平面上运动的物体最终停下来，是因为水平方向没有外力维持其运动的结果。(×)

(3)运动的物体惯性大，静止的物体惯性小。(×)

(4)物体的惯性越大，运动状态越难改变。(√)

(1)伽利略认为力是维持物体运动的原因。(×)

(2)亚里士多德认为力是改变物体运动状态的原因。(×)

5.伽利略的斜面实验证明了(　　)

A．使物体运动必须有力的作用，没有力的作用，物体将静止

B．使物体静止必须有力的作用，没有力的作用，物体将运动

C．物体不受外力作用时，一定处于静止状态

D．物体不受外力作用时，总保持原来的匀速直线运动状态或者静止状态

解析：选D　伽利略的斜面实验证明了：运动不需要力来维持，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，故D正确。

6.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．力不是维持物体运动的原因

B．力是使物体产生加速度的原因

C．自由落体运动是一种匀变速直线运动

D．物体都具有保持原来运动状态的属性，即惯性

解析：选C　测量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，这时铜球做自由落体运动，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C正确。

题组B  能力提升练

1.下列说法正确的是(　　)

A.划船时桨向后推水，水就向前推桨，因为水推桨的力大于桨推水的力，船才被推着前进

B.完全失重的物体将不受到重力，所以此刻一切由重力引起的现象都将消失

C.人在沿直线加速前进的车厢内，竖直向上跳起后，将落在起跳点的后方

D.物体的运动与外界的推、拉等行为相联系，如果不再推、拉，原来的运动将停下来，这说明必须有力作用，物体才能运动

答案　C

解析　划船时桨向后推水，水就向前推桨，水推桨的力与桨推水的力是一对作用力和反作用力，大小相等，选项A错误；完全失重的物体仍将受到重力作用，但此刻一切由重力引起的现象都将消失，选项B错误；人在沿直线加速前进的车厢内，竖直向上跳起后，人在水平方向匀速运动，而车加速运动，可知人的水平位移比车的水平位移小，人将落在起跳点的后方，选项C正确；力是改变物体运动状态的原因，而不是使物体运动的原因，选项D错误.

2.关于牛顿第一定律及惯性的说法正确的是__________。

(1)牛顿第一定律是理想的实验定律

(2)牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因

(3)惯性定律与惯性的实质是相同的

(4)物体的运动不需要力来维持

(5)质量为m的物体，以20 m/s的速度运动时比以10 m/s的速度运动时惯性大

(6)物体受到力的作用后，运动状态发生改变，惯性也随之改变

(7)置于光滑水平面上的物体即使质量很大也能被拉动，说明惯性与物体的质量无关

(8)让物体的速度发生改变，无论多快，都需要一定时间，这是因为物体具有惯性

答案：(2)(4)(8)

3.下列关于牛顿运动定律说法正确的是(　　)

A．力是维持物体运动的原因

B．牛顿第一定律可以用实验直接验证

C．作用力与反作用力只存在于相互接触的两个物体之间

D．作用力与反作用力的性质一定相同

解析：选D　由牛顿第一定律可知，力不是维持物体运动的原因，A错误；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，B错误；不相互接触的两个物体之间也可能存在作用力与反作用力，如相互吸引且并未接触的两块磁铁，C错误；作用力与反作用力的性质相同，D正确。

4.在物理学史上，正确认识运动和力的关系且推翻“力是维持物体运动的原因”这个观点的物理学家及建立惯性定律的物理学家分别是(　　)

A．亚里士多德、伽利略　　 B．伽利略、牛顿

C．伽利略、爱因斯坦   D．亚里士多德、牛顿

解析：选B　伽利略通过斜面实验正确认识了运动和力的关系，从而推翻了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的错误观点；牛顿在归纳总结伽利略、笛卡儿等科学家的结论基础上得出了牛顿第一定律，即惯性定律，故选项B正确。

5. 关于物体的惯性，下列说法中正确的是(　　)

A．骑自行车的人，上坡前要紧蹬几下，是为了增大惯性冲上坡

B．子弹从枪膛中射出后在空中飞行，速度逐渐减小，因此惯性也减小

C．物体惯性的大小，由物体质量的大小决定

D．物体由静止开始运动的瞬间，它的惯性最大

解析：选C　质量是物体惯性大小的唯一量度，惯性与物体的运动状态无关。故C正确。

6．[多选]伽利略根据小球在斜面上运动的实验和理想实验，提出了惯性的概念，从而奠定了牛顿力学的基础。早期物理学家关于惯性有下列说法，其中正确的是(　　)

A．物体抵抗运动状态变化的性质是惯性

B．没有力作用，物体只能处于静止状态

C．行星在圆周轨道上保持匀速率运动的性质是惯性

D．运动物体如果没有受到力的作用，将继续以同一速度沿同一直线运动

解析：选AD　惯性是物体本身的一种属性，是物体抵抗运动状态变化的本领(性质)，A正确，C错误。没有力作用时，物体可能静止也可能做匀速直线运动，B错误，D正确。

题组C  培优拔尖练

1.如图所示，一容器固定在一个小车上，在容器中分别悬挂一只铁球和一只乒乓球，容器中铁球和乒乓球都处于静止状态，当容器随小车突然向右运动时，两球的运动情况是(以小车为参考系)(　　)

A．铁球向左，乒乓球向右　　 B．铁球向右，乒乓球向左

C．铁球和乒乓球都向左   D．铁球和乒乓球都向右

解析：选C　由于惯性，当容器随小车突然向右运动时，铁球和乒乓球都相对容器向左运动，C正确。

2.如图所示，一盛水的容器固定在一个小车上，在容器中分别悬挂和拴住一只铁球和一只乒乓球。容器中的水和铁球、乒乓球都处于静止状态。当容器随小车突然向右运动时，两球的运动状况是(以小车为参考系)(　　)

A．铁球向左，乒乓球向右   B．铁球向右，乒乓球向左

C．铁球和乒乓球都向左   D．铁球和乒乓球都向右

解析：选A　因为小车突然向右运动，铁球和乒乓球都有向右运动的趋势，但由于与同体积的“水球”相比，铁球质量大、惯性大，铁球的运动状态难改变，即速度变化慢，而同体积的“水球”的运动状态容易改变，即速度变化快，而且水和车一起向右运动，所以小车向右运动时，铁球相对小车向左运动。同理，由于乒乓球与同体积的“水球”相比，质量小，惯性小，乒乓球相对小车向右运动。

3.如图所示，在一辆表面光滑且足够长的小车上，有质量为m1和m2的两个小球(m1>m2)随车一起匀速运动，当车突然停止时，若不考虑其他阻力，则两个小球(　　)

A．一定相碰   B．一定不相碰

C．不一定相碰   D．无法确定

解析：选B　因小车表面光滑，因此小球在水平方向上不会受到外力作用，原来两小球与小车有相同的速度，当车突然停止时，由于惯性，两小球的速度将不变，所以不会相碰。

4.伽利略对“自由落体运动”和“运动和力的关系”的研究，开创了科学实验和逻辑推理相结合的重要科学研究方法。图 (a)、(b)分别表示这两项研究中实验和逻辑推理的过程，对这两项研究，下列说法正确的是(　　 )

A．图(a)通过对自由落体运动的研究，合理外推得出小球在斜面上做匀变速运动

B．图(a)中先在倾角较小的斜面上进行实验，可“冲淡”重力，使时间测量更容易

C．图(b)中完全没有摩擦阻力的斜面是实际存在的，实验可实际完成

D．图(b)的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持

解析：选B　伽利略设想物体下落的速度与时间成正比，因为当时无法测量物体的瞬时速度，所以伽利略通过数学推导证明如果速度与时间成正比，那么位移与时间的平方成正比；由于当时用滴水法计时，无法记录自由落体的较短时间，伽利略设计了让铜球沿阻力很小的斜面滚下，来“冲淡”重力的作用效果，而小球在斜面上运动的加速度要比它竖直下落的加速度小得多，所用时间长得多，所以容易测量。伽利略做了上百次实验，并通过抽象思维在实验结果上做了合理外推。故A错误，B正确。完全没有摩擦阻力的斜面是实际不存在的，故C错误。伽利略用抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法得到物体的运动不需要力来维持，故D错误。

5．关于惯性，下列说法正确的是(　　 )

A．静止的火车启动时速度变化缓慢，是因为火车静止时惯性大

B．战斗机投入战斗时，必须抛掉副油箱，是要减小惯性，保证其运动的灵活性

C．在绕地球运转的宇宙飞船内的物体处于失重状态，因而不存在惯性

D．快速抛出的乒乓球和网球，乒乓球运动距离小，是因为乒乓球惯性大的缘故

解析：选B　物体的质量是物体惯性大小的唯一量度，物体的惯性是物体的固有属性，只与质量有关，与物体的运动状态无关，抛掉副油箱可以减小质量，B正确，A、C错误；乒乓球运动距离小是空气阻力造成的，其质量小，惯性小，D错误。