高中物理人教版 (2019)必修 第一册1 牛顿第一定律导学案

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[学科素养与目标要求]
物理观念：
1.理解牛顿第一定律的内容及意义.
2.明确惯性的概念，知道惯性的量度．
科学思维：
1.知道伽利略理想实验的推理过程，知道理想实验是科学研究的重要方法.
2.会用惯性解释有关现象．
一、理想实验的魅力
1．亚里士多德认为：必须 ，物体才能运动；没有力的作用，物体就要 ．
2．伽利略的理想实验
(1)斜面实验：如图1所示，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．如果没有摩擦，小球将到达 ．减小第二个斜面的倾角，小球运动的距离更长，但所达到的高度 ．当第二个斜面最终变为水平面时，小球将 ．
图1
(2)推理结论：力 (选填“是”或“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 沿同 运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向．
二、牛顿第一定律
1．牛顿第一定律的内容：一切物体总保持 状态或 状态，除非作用在它上面的力 ．
2．力和运动的关系:力不是维持物体运动状态的原因,而是 物体运动状态的原因。
3．不受力的物体是不存在的。牛顿第一定律所描述的状态是一种 。它是利用逻辑思维进行分析的产物, 用实验直接验证。
4．惯性
(1)物体保持原来 状态或 状态的性质叫作惯性．牛顿第一定律也被叫作 定律．
(2)惯性是物体的 属性，一切物体都具有惯性．
三、惯性与质量
1．不同物体维持其原有运动状态的“能力”不同， 的物体惯性大．描述物体惯性的物理量是它的 ．
2．对质量概念的认识
(1)质量是物体所含 ．
(2)从物体惯性的角度认识质量：质量是物体 的唯一量度．
(3)质量是 (选填“矢”或“标”)量，在国际单位制中的单位是 ，符号为kg.
情境链接 请根据如图所示的情境说明汽车所处的状态,并对这种情境作出解释。
汽车运动中的两种状态
教材拓展 阅读教材P85~86惯性相关内容,思考:公路上行驶的汽车,速度越大时,刹车停下来所经历的距离也越长,这说明速度越大惯性就越大吗?
1．判断下列说法的正误．
(1)伽利略认为力不是维持物体运动的原因。( )
(2)笛卡儿认为若没有力的作用,物体的运动状态就不会改变。( )
(3)牛顿第一定律是实验定律。( )
(4)由牛顿第一定律可知,当一个做匀加速直线运动的物体所受外力全部消失时,物体立刻停止运动。( )
(5)静止和匀速直线运动的物体没有惯性。( )
(6)物体的质量越大,惯性越大,运动状态越难改变。( )
(7)运动速度大的物体,不能很快停下来,是因为速度大时,惯性也大。( )
2．前进中的大巴车突然刹车时，乘客向前倾倒；在匀速直线运动的火车上竖直上抛一小球，小球会落在 (选填“原来位置”“原位置前”或“原位置后”)．
一、伽利略理想实验
导学探究
现代人验证“伽利略的理想斜面实验的描述中是由于摩擦作用导致小车停止”设计以下情境演示,让一个小车从同一斜面上同一高度处滑下,水平面上分别放置毛巾、木板和玻璃板,水平面与斜面平滑连接,小车行驶距离最大的是玻璃面,其次是木板面,距离最小的是毛巾面。
结合上述现象讨论:
(1)如果水平面是“绝对光滑”的,小车的运动情况会怎样?这样得出的结论正确吗?
(2)这个结论说明什么问题?
知识深化
1．理想斜面实验
(1)事实：如图2所示，AB、BC是两个对接的斜面，让小球从AB斜面上某高度处由静止滚下，小球将滚上BC斜面，所达到的高度略低于在AB上释放时的高度．
图2
(2)推理1：如果斜面光滑，小球将上升到原来释放时的高度．
推理2：减小右侧斜面的倾角(如BD、BE)，小球在这个斜面上仍将达到同一高度，但这时它要运动得远些．
推理3：继续减小右侧斜面的倾角，最后变成水平面(如BF)，小球无法达到释放时的高度，将以恒定的速度永远运动下去．
(3)理想实验推论：一切运动着的物体在没有受到外力的时候，它的速度将保持不变，并且一直运动下去．
2．理想实验的意义：
(1)伽利略用“实验+科学推理”的方法推翻了亚里士多德的观点。伽利略的理想斜面实验虽然是理想实验,但这个实验反映了一种物理思想,它是建立在可靠的事实基础之上,以事实为依据,以抽象为指导,抓住主要因素,忽略次要因素,从而深刻揭示自然规律。
(2)第一次确立了物理实验在物理研究中的基础地位。
(3)揭示了力不是维持物体运动的原因。
特别提示 “理想实验”虽然在研究中有重大作用,但是它只是一种思维过程,只限于逻辑上的证明与反驳,不能用作检验认识正确与否的标准。
例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
分清事实与推论的方法
(1)事实是真实发生的事情,在实验时我们可以亲眼观测到的现象。
(2)推论是根据现象推测发生这件事的条件或会出现的结果。
针对训练1 (2023山东淄博高一期末)伽利略对“运动和力的关系”和“自由落体运动”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。图甲、图乙分别展示了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.图甲的实验为理想实验,通过逻辑推理得出力是维持物体运动的原因
B.图甲中的实验,可以在实验室中真实呈现
C.图乙中先在倾角较小的斜面上进行实验,可“冲淡”重力,使速度的测量更容易
D.图乙中通过逐渐改变斜面的倾角,合理外推得出自由落体运动是匀变速运动

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？
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推理和抽象得到的，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．
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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．牛顿第一定律就是惯性
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
针对训练1 关于牛顿第一定律的说法中正确的是( )
A．由牛顿第一定律可知，物体在任何情况下始终处于静止状态或匀速直线运动状态
B．牛顿第一定律既揭示了物体保持原有运动状态的原因，又揭示了运动状态改变的原因
C．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律，因此物体在不受力时才有惯性
D．牛顿第一定律只是反映惯性大小的，因此也叫惯性定律
例3 (2023山西长治高一期末)复兴号高铁在某段水平轨道上匀速行驶,假设高铁上固定着盛满水的水杯。若突然发现水杯中的水向右洒出,如图所示,则关于高铁在此种情况下的运动,下列描述正确的是( )
A.高铁一定匀速向左运动
B.高铁可能突然向左加速运动
C.高铁可能突然向左减速运动
D.高铁可能突然向右加速运动
巧用牛顿第一定律
(1)由“因”索“果”:在判断力与运动之间的关系时,一定要把握准牛顿第一定律的含义,即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。
(2)由“果”索“因”:如果物体的运动状态发生改变,则物体必然受到不为零的合力的作用,所以判断物体的运动状态是否改变以及如何改变,应分析物体的受力情况。
(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及所受合力是否为零,最后判断由于物体具有惯性将会出现的现象。
针对训练2 (2023河南商丘高一月考)如图所示,在平直轨道上匀加速行驶的封闭车厢中,悬挂一个有滴管的盛油的容器,当滴管依次滴下三滴油时,三滴油落在车厢的地板上,下列说法正确的是( )
A.三滴油依次落在O点
B.三滴油依次落在同一位置上
C.三滴油依次落在O到A之间,而且后一滴比前一滴离O点近些
D.三滴油依次落在O到B之间,而且后一滴比前一滴离O点远些
三、惯性
导学探究
(1)在自行车比赛中，高速行驶的自行车受到障碍物阻碍，人会向哪倒地？这是什么原因造成的？
(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)向前．这是因为人具有惯性．
(2)不对．惯性只与质量大小有关，与位置无关．虽然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．惯性的“三性”
2．惯性与力无关
(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。
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．
特别提示 惯性和惯性定律的区别:惯性是一切物体所具有的一种性质,不需要附加限制条件;而惯性定律(牛顿第一定律)是一切物体在不受外力作用时,物体运动所遵循的规律。在惯性定律中所说的物体没有受到外力作用是一种理想情况。
例4 关于物体的惯性，以下说法中正确的是( )
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．在同样大小的力的作用下，运动状态越难改变的物体，其惯性一定越大
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
解答惯性现象的思路
(1)明确研究的物体原来处于怎样的运动状态。
(2)当外力作用在物体的某一部分时,这一部分运动状态的变化情况。
(3)明确物体由于惯性要保持怎样的运动状态,然后判断物体会出现什么 现象。
针对训练3 打水漂是人类最古老的游戏之一(如图3)，仅需要一块小瓦片，在手上呈水平放置后，用力水平抛出，瓦片擦着水面飞行，瓦片不断地在水面上向前弹跳，直至下沉．下列判断正确的是( )
图3
A．飞出时的初速度越大，瓦片的惯性一定越大
B．飞行时所用时间越长，瓦片的惯性一定越大
C．飞出去的距离越长，瓦片的惯性一定越大
D．瓦片的质量越大，惯性一定越大
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A.同一物体在地球上和在月球上的惯性一样大
B.乒乓球运动状态容易改变,是因为乒乓球的惯性小
C.人走路时没有惯性,被绊倒时有惯性
D.标枪运动员通过助跑提高成绩,说明助跑增大了标枪的惯性
1.(伽利略的理想实验)(多选)如图5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5
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
2．(牛顿第一定律)(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作用时的运动规律
B．不受外力作用时，物体一定静止
C．在水平地面上滑动的木块最终停下来，是不受任何外力的结果
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
3．(对惯性的理解)(多选)关于惯性的大小，下列说法错误的是( )
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
4．(惯性的应用)对于一些实际生活中的现象，某同学试图从惯性角度加以解释，其中正确的是( )
A．采用了大功率的发动机后，某些一级方程式赛车的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度，这表明：可以通过科学进步使小质量的物体获得大惯性
B．“强弩之末，势不能穿鲁缟”，这表明强弩的惯性减小了
C．货运列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．自行车转弯时，车手一方面要适当地控制速度，另一方面要将身体稍微向里倾斜，这是为了通过调控人和车的惯性达到安全行驶的目的
考点一 伽利略的理想实验及物理学史
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
2．如图1所示，伽利略理想实验将可靠的实验事实和逻辑推理结合起来，能更深刻地反映自然规律，伽利略的理想实验如下：
①减小第二个斜面的倾角，小球在该斜面上仍然要达到原来的高度；
②两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一斜面；
③如果没有摩擦，小球将上升到释放时的高度；
④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它变为水平面，小球将沿水平面做匀速直线运动．
按先后顺序排列，并指出它属于可靠的实验事实，还是通过抽象思维的推论，下列选项正确的是( )
图1
A．事实②→推论③→事实①→推论④
B．事实②→推论③→推论①→推论④
C．事实②→推论①→推论③→推论④
D．事实②→推论①→事实③→推论④
3．伽利略推翻了已在欧洲流行近两千年的亚里士多德关于力和运动的观点，开启了物理学发展的新纪元．以下说法中正确的是( )
A．两物体从同一高度静止下落，不计空气阻力，较轻的物体下落慢
B．用力推车车前进，撤去推力车就停下来，说明运动需要力来维持
C．一个运动的物体，如果不再受力了，它总会逐渐停下来，这说明静止状态才是物体长时间不受力时的“自然状态”
D．一个物体维持匀速直线运动，不需要力
考点二 对牛顿第一定律的理解
4．(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
5．关于牛顿第一定律的下列说法中，正确的是( )
A．牛顿第一定律是以伽利略的理想实验为基础的，因此可用实验来直接验证
B．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误的
C．牛顿第一定律实际上是伽利略一个人的研究成果
D．牛顿第一定律是在大量实验事实的基础上，通过进一步推理而概括总结出来的
6．(2018·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
考点三 惯性的理解与应用
7．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
8．(2019·杭州市高一第一学期期末模拟)火车在长直水平轨道上匀速行驶．门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起，发现仍落回到车上原处．这是因为( )
A．人跳起后，车厢内空气给他向前的力，带着他随同火车一起向前运动
B．人跳起的瞬间，车厢的地板给他一个向前的力，推动他随同火车一起向前运动
C．人跳起后，车在继续向前运动，所以人落下后必定偏后一些，只是由于时间很短，偏后距离太小，不明显而已
D．人跳起后直到落地，在水平方向上人和车具有相同的速度
9．(多选)(2019·夏津一中高一上学期期末)对下列现象解释正确的是( )
A．在一定拉力作用下，车沿水平面匀速前进，没有这个拉力，小车就会停下来，所以力是维持物体运动的原因
B．向上抛出的物体由于惯性，所以向上运动，以后由于重力作用，惯性变小，所以速度也越来越小
C．乒乓球可快速抽杀，是因为乒乓球惯性小
D．两个物体只要质量相同，那么惯性就一定相同
10．(2019·豫南九校高一第一学期期末联考)关于物体的惯性，下列有关说法正确的是( )
A．物体抵抗运动状态变化的性质是惯性
B．已知月球上的重力加速度是地球上的eq \f(1,6)，故一个物体从地球移到月球惯性减小为原来的eq \f(1,6)
C．同一物体运动越快越难停止运动，说明物体的速度越大，其惯性越大
D．巨轮惯性很大，施力于巨轮，经过很长一段时间后惯性变小
11．一装有水的碗置于火车车厢内的水平桌面上．当火车向右做匀减速运动时，水面形状接近图( )
12．如图2，水平桌面上有一光滑的木块，木块上表面水平，木块上有一静止的光滑小球，快速向右拉动木块，小球可能落在桌面上的( )
图2
A．A点 B．B点
C．O点 D．无法确定
13．如图3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运动，当车突然停止时，如不考虑其他阻力，设车足够长，则( )
图3
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
14．如图4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从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是( )
图4
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
15．(多选)小轩很喜欢爸爸新买的数码照相机，在旅途中拍下了直线行驶的火车内水平桌面上塑料杯不同瞬间的状态，如图5中的甲、乙、丙所示．则下列关于火车运动状态的判断可能正确的是( )
图5
A．甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向左加速，丙图中火车突然向左减速
B．甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向右加速，丙图中火车突然向左加速
C．甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向右减速，丙图中火车突然向右加速
D．甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向左加速，丙图中火车突然向右减速
普遍性
一切物体都具有惯性,惯性是物体的固有属性
相关性
惯性仅与物体的质量有关,与物体的受力或运动情况等无关
唯一性
质量是惯性大小的唯一量度