人教版高中物理新教材同步講義 必修第一冊第4章　1　牛頓第一定律（含解析）

1牛頓第一定律[學習目標]1.了解科學家對“運動和力”認識的發(fā)展歷程。2.理解牛頓第一定律的內容和意義(重難點)。3.明確慣性的概念，會用慣性解釋有關現(xiàn)象，知道質量是慣性大小的唯一量度(重點)。一、伽利略實驗1．亞里士多德的研究亞里士多德從日常生活經(jīng)驗出發(fā)：必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體就要靜止在某個地方，他得出結論，力是維持物體運動的原因。2．伽利略的研究(1)伽利略認為，運動的物體之所以會停下來是因為摩擦力的作用。(2)理想斜面實驗：如圖所示，讓靜止的小球從第一個斜面滾下，沖上第二個斜面，如果沒有摩擦，小球將上升到原來的高度。減小第二個斜面的傾角，小球運動的距離增大，但所到達的高度相同。當?shù)诙€斜面放平，小球將永遠運動下去。(3)推理結論：力不是(填“是”或“不是”)維持物體運動的原因。(4)意義：伽利略的理想實驗是想象著把實際存在影響物體運動的摩擦力去掉，抓住事物的本質，這種依據(jù)邏輯推理把實際實驗理想化的思想是研究物理問題的重要方法之一。伽利略第一次確定了物理實驗在物理研究中的基礎地位。3．笛卡兒的觀點：如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運動，既不會停下來，也不會偏離原來的方向。4．牛頓在伽利略等人工作的基礎上得出牛頓第一定律。伽利略理想斜面實驗為牛頓第一定律提供了實驗依據(jù)。(1)伽利略的理想實驗是無法實現(xiàn)的。(√)(2)伽利略的理想實驗說明了力是維持物體運動的原因。(×)(3)理想化的思想也是研究物理問題的重要方法。(√)例1如圖所示為現(xiàn)代人在實驗室所做的伽利略斜面實驗的頻閃照片的組合圖，實驗中把小球從左側斜面的某個位置由靜止釋放，它將沖上右側斜面，頻閃照片顯示小球在右側斜面運動過程中相鄰的兩個小球間的距離依次減小；如果右側斜面變成水平，頻閃照片顯示小球在右側斜面運動過程中相鄰的兩小球間的距離幾乎相等。對于這個實驗，以下敘述正確的是()A．小球沖上右側斜面后做減速運動，表明“力是維持物體運動的原因”的結論是正確的B．小球最終也會在右側水平面上停下來，表明“力是維持物體運動的原因”的結論是正確的C．因為沒有絕對光滑的斜面或者平面，所以伽利略提出的“如果沒有摩擦力，小球將在水平面上永遠運動下去”的結論是荒謬可笑的D．上述實驗表明“如果沒有摩擦力，小球將在水平面上永遠運動下去”的結論是正確的答案D解析小球沖上右側斜面后做減速運動，表明“力是維持物體運動的原因”的結論是錯誤的，故A錯誤；小球最終也會在右側水平面上停下來，是由于受到摩擦力的作用，故B錯誤；因為沒有絕對光滑的斜面或者平面，所以伽利略提出的“如果沒有摩擦力，小球將在水平面上永遠運動下去”的結論是一種理想的推論，但是卻有著非常重要的現(xiàn)實意義，它開創(chuàng)了研究物理問題的新的方法，該結論是正確的，故C錯誤，D正確。二、牛頓第一定律1．牛頓第一定律的內容：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。說明：運動狀態(tài)改變即速度發(fā)生變化，有三種情況：(1)速度的方向不變，大小改變。(2)速度的大小不變，方向改變。(3)速度的大小和方向同時改變。2．對牛頓第一定律的理解(1)定性揭示了力和運動的關系：①力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而不是維持物體運動的原因。②物體不受外力時的運動狀態(tài)：勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)。(2)牛頓第一定律無法用實驗直接驗證，它所描述的是一種理想狀態(tài)，即不受外力的狀態(tài)，但其得到的一切結論經(jīng)過實踐證明都是正確的。(3)揭示了一切物體都具有的一種固有屬性——慣性。因此牛頓第一定律也叫慣性定律。3．慣性：物體保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質叫作慣性。(1)牛頓第一定律是在伽利略和笛卡兒工作的基礎上總結出來的。(√)(2)牛頓第一定律是從實驗中直接得出的結論。(×)(3)不受力作用的物體是不存在的，故牛頓第一定律的建立毫無意義。(×)例2(2022·哈爾濱市第三十二中學高二期末)一個做勻加速直線運動的物體，在運動過程中，若所受的一切外力都突然消失，則由牛頓第一定律可知，該物體將()A．立即靜止B．改做勻速直線運動C．繼續(xù)做勻加速直線運動D．改做變加速直線運動答案B解析根據(jù)牛頓第一定律可知，一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非有力來改變這種狀態(tài)，所以當物體所受的一切外力都突然消失時，物體之后的運動狀態(tài)將保持不變，將以該時刻的瞬時速度做勻速直線運動，故B正確。三、慣性與質量1．如圖所示，公交車在運行時突然急剎車，車內乘客身體為什么會向前傾倒？答案乘客隨車一起運動，當急剎車時，車停止運動，乘客的下半部分受到車的摩擦力作用也隨車停止運動，而上半部分由于要保持原來的運動狀態(tài)，故向前傾倒。2．如圖，一個彈簧壓縮后用細線拴住，兩邊緊靠兩輛質量不同的小車(m甲>m乙)，剪斷細線后，彈簧同時彈射兩小車，我們發(fā)現(xiàn)質量小的乙車加速度大，運動狀態(tài)容易改變，質量大的甲車加速度小，運動狀態(tài)不容易改變，這說明什么？答案說明車的慣性與質量有關，質量大慣性大，質量小慣性小。物體慣性大小僅與質量有關，質量是物體慣性大小的唯一量度，慣性大小與物體是否運動、運動快慢等因素均無關。(1)速度越大，物體的慣性越大。(×)(2)受力越大，物體的慣性越大。(×)(3)物體從豎直向上運動的氣球上掉落后，立即向下運動。(×)例3(2022·無錫市高一期末)關于慣性，下列說法正確的是()A．汽車的速度越大，它的慣性就越大B．同一物體運動時的慣性大于靜止時的慣性C．各種機床的底座做得很笨重，目的是增大慣性D．“嫦娥五號”衛(wèi)星在地球上的慣性與它繞月球飛行時的慣性不同(燃料消耗忽略不計)答案C解析物體的慣性大小與物體的質量有關，質量不變，則慣性不變，與物體的運動狀態(tài)無關，與所處的地理位置無關，A、B、D錯誤；各種機床的底座做得很笨重，目的是增大慣性，使其靜止的狀態(tài)不易改變，C正確。例4下列選項是四位同學根據(jù)圖中駕駛員和乘客的身體姿勢，分別對向前(向左)運動的汽車運動情況做出的判斷，其中正確的是()A．汽車一定做勻加速直線運動B．汽車一定做勻速直線運動C．汽車可能是突然減速D．汽車可能是突然加速答案C解析當汽車突然向前加速時，人會向后傾，反之人會向前傾，由題圖可知，汽車此時可能突然減速，故選項C正確，A、B、D錯誤。例5(2022·玉林市高一期末)如圖所示，在水平且足夠長的上表面光滑的小車上，質量分別為2m、m的A、B兩個物塊隨車一起以2m/s的速度在水平地面上向右做勻速運動。若某時刻車突然停下，空氣阻力不計，則下列說法正確的是()A．A與B可能會相碰B．A與B不可能會相碰，因為B的質量較小，慣性較小，B比A的速度更大C．由于A的質量較大，慣性較大，A、B間的距離逐漸減小，直至A與B相碰D．由于慣性，A、B均保持2m/s的速度做勻速運動，A與B不會相碰答案D解析因為小車上表面光滑，所以兩個物塊在水平方向上沒有受到外力作用，當車突然停下時，由于慣性，兩物塊將保持2m/s的速度不變而繼續(xù)做勻速運動，不會相碰，故D正確。課時對點練考點一對牛頓第一定律的理解1．(多選)(2022·沁源縣第一中學高一期末)許多科學家在物理學發(fā)展過程中做出了重要貢獻，下列表述正確的是()A．伽利略的理想斜面實驗說明力不是維持物體運動狀態(tài)的原因B．伽利略對牛頓第一定律的建立做出了一定的貢獻C．牛頓最早指出力不是維持物體運動的原因D．伽利略認為物體的自然狀態(tài)是靜止的，只有當它受到力的作用才會運動答案AB解析伽利略的理想斜面實驗說明力不是維持物體運動狀態(tài)的原因，故A正確；笛卡兒和伽利略對牛頓第一定律的建立做出了貢獻，故B正確；伽利略最早指出力不是維持物體運動的原因，故C錯誤；亞里士多德認為物體的自然狀態(tài)是靜止的，只有當它受到力的作用才會運動，故D錯誤。2．(2022·北京市延慶區(qū)高一期末)教科書中這樣表述牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。其中“改變這種狀態(tài)”指的是改變物體的()A．時間 B．速度C．位置 D．質量答案B解析狀態(tài)與時刻對應，過程與時間間隔對應，故描述運動狀態(tài)的物理量可以是瞬時速度，與質量、位置、時間以及受力無關，故A、C、D錯誤，B正確。3．下列說法正確的是()A．牛頓第一定律是科學家憑空想象出來的，沒有實驗依據(jù)B．牛頓第一定律無法用實驗直接驗證，因此是不成立的C．理想實驗的思維方法與質點概念的建立一樣，都是一種科學抽象的思維方法D．由牛頓第一定律可知，物體的運動需要力來維持答案C解析牛頓第一定律是在實驗的基礎上經(jīng)過合理歸納總結出來的，無法用實驗來直接驗證，但其結論是正確的，故選項A、B錯誤；理想實驗的思維方法與質點概念的建立相同，都是突出主要因素、忽略次要因素的科學抽象的思維方法，故選項C正確；物體的運動不需要力來維持，故選項D錯誤。4．(2022·滄州市高一期末)伽利略通過理想斜面實驗推翻了亞里士多德的觀點。如圖，實驗時，水平面上鋪上不同的材料，將小車由斜面體的同一高度靜止釋放，經(jīng)過一段時間小車停止時距離斜面體底端的距離不同。則下列說法正確的是()A．通過該實驗直接得出了牛頓第一定律B．該實驗說明力是維持物體運動的原因C．如果小車與水平面間沒有摩擦力，則小車最終會停止D．實驗時，將小車由同一高度釋放是為了使小車到斜面體底端的速度相等答案D解析牛頓第一定律不是實驗定律，A錯誤；該實驗說明力不是維持物體運動狀態(tài)的原因，B錯誤；摩擦力越小，則小車運動得越遠，由此得出的結論是如果水平面光滑，則小車將沿著水平面一直運動下去，C錯誤；控制小車從斜面同一高度滑下是為了讓小車滑到水平面時的初速度相同，D正確?？键c二慣性的理解與應用5．《中華人民共和國道路交通安全法》規(guī)定，機動車行駛時，駕駛人、乘坐人員應當按規(guī)定使用安全帶，這是因為使用安全帶可以()A．減小人的慣性B．減小車的慣性C．增大人的慣性D．減小因慣性造成的傷害答案D解析慣性只與質量有關，故使用安全帶不能改變慣性的大小，但可以減小因慣性造成的傷害，故D正確，A、B、C錯誤。6．(2023·南京市高一期末)下列說法中正確的是()A．小球由于受重力的作用而自由下落時，它的慣性就不存在了B．一個小球被豎直上拋，拋出后能繼續(xù)上升，是因為小球受到向上的推力C．運動越快的汽車越不容易停下來，是因為汽車運動得越快，慣性越大D．超載卡車不容易停下來，是因為卡車質量越大，慣性越大答案D解析物體的慣性與物體的運動狀態(tài)無關，其大小取決于物體質量，小球自由下落時，質量不變，慣性不變，故A錯誤；小球拋出后能繼續(xù)上升，是因為慣性，而不是還受到向上的推力，故B錯誤；汽車慣性大小取決于其質量大小，與汽車的運動狀態(tài)無關，故C錯誤；質量大的物體慣性大，運動狀態(tài)難以改變，所以超載卡車不容易停下來，故D正確。7．(2022·天津和平區(qū)高二學業(yè)考試)足球運動中蘊含著豐富的物理知識，關于慣性下列說法正確的是()A．足球在空中靜止釋放后能豎直下落，是因為慣性的緣故B．踢出去的足球能繼續(xù)飛行，是因為慣性的緣故C．踢出去的足球速度在不斷變化，慣性也在不斷變化D．足球若被帶到太空，慣性將會消失答案B解析足球在空中靜止釋放后能豎直下落，是因為重力的緣故，故A錯誤；慣性是物體維持原有運動狀態(tài)的固有屬性，所以踢出去的足球能繼續(xù)飛行，是因為慣性的緣故，故B正確；慣性只與物體質量有關，與運動狀態(tài)無關，故C錯誤；慣性與物體所在位置無關，故D錯誤。8．(多選)(2022·宜賓市高一期末)對下列有關現(xiàn)象的分析正確的是()A．奔跑的運動員遇到障礙而被絆倒，這是因為他受到外力作用迫使他改變原來的運動狀態(tài)B．在水平勻速直線行駛的高鐵上，小明豎直向上跳起，由于慣性，小明將落回起跳位置C．踢出的足球最終要停下來，是由于沒有外力來維持足球的運動D．航天員在繞地球飛行的宇宙飛船中，可以“飄來飄去”，是因為他的慣性消失了答案AB解析奔跑的運動員遇到障礙而被絆倒，踢出的足球最終要停下來，都是因為他(它)受到外力作用迫使他(它)改變原來的運動狀態(tài)，故選項A正確，C錯誤；在水平勻速直線行駛的高鐵上，由于慣性，小明豎直向上跳起后與高鐵具有相同的水平速度，則小明將落回起跳位置，選項B正確；慣性是物體的固有屬性，不會消失，選項D錯誤。9．(2022·北京人大附中高一期末)下列對牛頓第一定律的理解正確的是()A．地球上不存在不受力的物體，所以牛頓第一定律沒有實際意義B．不受力的物體運動狀態(tài)有可能改變C．公共汽車緊急剎車時乘客站著比坐著容易摔倒是因為站著比坐著慣性大D．慣性是指物體有保持原來運動狀態(tài)的性質，與物體的運動狀態(tài)是否改變無關答案D解析牛頓第一定律是在實驗的基礎上進一步邏輯推理概括出來的科學理論，是不能直接通過實驗得出的，但能經(jīng)受住實踐的檢驗，故A錯誤；不受力的物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，運動狀態(tài)不可能改變，故B錯誤；物體慣性大小僅與質量有關，與其他因素無關，故C錯誤；慣性是指物體有保持原來運動狀態(tài)的性質，是物體的固有屬性，與物體的運動狀態(tài)是否改變無關，故D正確。10．很多城市公交車內的橫桿上掛著多只“手環(huán)”。一乘客面向行車方向坐在車上觀察前方的“手環(huán)”，下列說法正確的是()A．車突然加速時，“手環(huán)”仍然自然下垂B．車突然減速時，“手環(huán)”仍然自然下垂C．若“手環(huán)”偏向右側，則說明車在右轉彎D．若“手環(huán)”偏向右側，則說明車在左轉彎答案D解析車突然加速時，由于慣性作用，“手環(huán)”要保持原來的運動狀態(tài)，所以要向后偏，故A錯誤；車突然減速時，由于慣性作用，“手環(huán)”要保持原來的運動狀態(tài)，所以要向前偏，故B錯誤；車轉彎時，由于慣性的作用，“手環(huán)”要保持原來的運動狀態(tài)，此時車轉彎方向和“手環(huán)”偏轉的情況相反，若“手環(huán)”偏向右側，則車向左轉變，故C錯誤，D正確。11.(2022·上海市浦東新區(qū)高一期末)科學技術的不斷發(fā)展，給我們的工作和生活帶來了方便。如圖為手機拍攝豎直放置的水瓶在向左水平直線運動時，形成的水面形狀。其中(a)圖反映水瓶在______運動，(b)圖反映水瓶在______運動。(均選填“勻速”“加速”或“減速”)答案勻速減速解析題圖(a)水面是水平的，表明水在水平方向并未受到其他力的影響，即水瓶做的是勻速運動；題圖(b)中大部分的水聚集在瓶子的左側，因為水瓶原本是向左運動的，當瓶子水平向左做減速運動時，瓶中的水由于慣性保持向左的運動，但在瓶壁阻礙作用下聚集到左側。12.理想實驗有時更能深刻地反映自然規(guī)律。如圖所示，伽利略設想了一個理想實驗，其中有一個是實驗事實，其余是推論。①減小第二個斜面的傾角，小球在這一斜面上仍然要達到原來的高度；②兩個斜面對接，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球將滾上另一個斜面；③如果沒有摩擦，小球將上升到原來釋放時的高度；④繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，最后使它成為水平面，小球將沿水平面做持續(xù)的勻速運動。(1)