第14課牛頓第一定律（教師版）-高一物理講義（人教2019）

第1課牛頓第一定律目標導航目標導航課程標準課標解讀1．知道伽利略的理想實驗及其推理過程，知道理想實驗是科學研究的重要方法。2．理解牛頓第一定律的內(nèi)容及意義。3．理解慣性的概念，會解釋慣性的有關現(xiàn)象。4．能夠應用牛頓第一定律分析求解問題。1、通過閱讀或者查閱資料等途徑了解牛頓第一定律的發(fā)現(xiàn)過程，體會人類認識事物本質(zhì)的曲折過程，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。2、能準確敘述牛頓第一定律的內(nèi)容，并能對該定律所揭示的運動和力的關系問題有較深刻的理解。3、了解伽利略關于運動和力的關系的認識，了解他的理想實驗和相應的推理過程，領會實驗加推理的科學研究方法，培養(yǎng)學生科學推理和想象能力。4、能通過實例說明質(zhì)量是物體慣性大小的量度。知識精講知識精講知識點01理想實驗的魅力【即學即練1】伽利略對自由落體運動及運動和力的關系的研究，開創(chuàng)了科學實驗和邏輯推理相結(jié)合的重要科學研究方法.圖(a)、(b)分別表示這兩項研究中實驗和邏輯推理的過程，對這兩項研究，下列說法正確的是()A.圖(a)通過對自由落體運動的研究，合理外推得出小球在斜面上做勻變速運動B.圖(a)中先在傾角較小的斜面上進行實驗，可“沖淡”重力，使時間測量更容易C.圖(b)中完全沒有摩擦阻力的斜面是實際存在的，實驗可實際完成D.圖(b)的實驗為“理想實驗”，通過邏輯推理得出物體的運動需要力來維持答案B解析伽利略設想物體下落的速度與時間成正比，因為當時無法測量物體的瞬時速度，所以伽利略通過數(shù)學推導證明，如果速度與時間成正比，那么位移與時間的二次方就成正比.由于當時用滴水法計時，無法記錄自由落體的較短時間，伽利略設計了讓銅球沿阻力很小的斜面滾下，來“沖淡”重力的作用效果，而小球在斜面上運動的加速度要比它豎直下落的加速度小得多，運動相同位移所用時間長得多，所以容易測量.伽利略做了上百次實驗，并通過抽象思維在實驗結(jié)果上進行了合理外推，得出了正確結(jié)論，故A錯誤，B正確；完全沒有摩擦阻力的斜面是不存在的，故C錯誤；伽利略用抽象思維、數(shù)學推導和科學實驗相結(jié)合的方法得到物體的運動不需要力來維持的結(jié)論，故D錯誤.知識點02牛頓第一定律1.牛頓第一定律(1)內(nèi)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).(2)意義：①揭示了物體的固有屬性：一切物體都具有慣性，因此牛頓第一定律又被叫作慣性定律；②揭示了運動和力的關系：力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因，即力是產(chǎn)生加速度的原因.2.牛頓第一定律與牛頓第二定律的關系牛頓第一定律和牛頓第二定律是相互獨立的.(1)牛頓第一定律告訴我們改變運動狀態(tài)需要力，力是如何改變物體運動狀態(tài)的問題則由牛頓第二定律來回答.(2)牛頓第一定律是經(jīng)過科學抽象、歸納推理總結(jié)出來的，而牛頓第二定律是一條實驗定律.【即學即練2】[多選]在水平的路面上有一輛勻速行駛的小車，車上固定一盛滿水的碗。現(xiàn)突然發(fā)現(xiàn)碗中的水灑出，水灑出的情況如圖所示，則關于小車在此種情況下的運動，下列敘述正確的是()A．小車勻速向左運動 B．小車可能突然向左加速C．小車可能突然向左減速 D．小車可能突然向右減速解析：選BD原來水和小車相對靜止以共同速度運動，水突然向右灑出有兩種可能：①原來小車向左運動，突然加速，碗中水由于慣性保持原速度不變，故相對碗向右灑出。②原來小車向右運動，突然減速，碗中水由于慣性保持原速度不變，相對于碗向右灑出，故B、D正確。知識點03慣性與質(zhì)量1.慣性(1)定義：物體具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì).(2)量度：質(zhì)量是慣性大小的唯一量度，質(zhì)量大的物體慣性大，質(zhì)量小的物體慣性小.(3)普遍性：慣性是物體的固有屬性，一切物體都具有慣性，與物體的運動情況和受力情況無關.2.慣性的兩種表現(xiàn)形式(1)物體在不受外力或所受的合外力為零時，慣性表現(xiàn)為使物體保持原來的運動狀態(tài)不變(靜止或勻速直線運動).(2)物體受到外力時，慣性表現(xiàn)為抗拒運動狀態(tài)的改變，慣性大，物體的運動狀態(tài)較難改變；慣性小，物體的運動狀態(tài)較易改變.【即學即練3】某同學為了取出如圖所示羽毛球筒中的羽毛球，一只手拿著球筒的中部，另一只手用力擊打羽毛球筒的上端，則()A.此同學無法取出羽毛球B.羽毛球會從筒的下端出來C.羽毛球筒向下運動過程中，羽毛球受到向上的摩擦力才會從上端出來D.該同學是在利用羽毛球的慣性答案D解析羽毛球筒被手擊打后迅速向下運動，而羽毛球具有慣性，要保持原來的靜止狀態(tài)，所以會從筒的上端出來，D正確.能力拓展能力拓展考法01慣性的決定因素及其具體表現(xiàn)【典例1】下列關于慣性的說法中，正確的是()A.汽車剎車時，乘客的身子會向前傾斜，是因為汽車有慣性B.做勻速直線運動的物體和靜止的物體沒有慣性C.物體的慣性只有在物體速度改變時才表現(xiàn)出來D.物體都具有慣性，與物體是否運動無關，與物體速度是否變化也無關答案D解析汽車剎車時，乘客的身子會向前傾斜，是因為人有慣性，A錯；一切物體都具有慣性，與物體是否運動無關，與物體速度是否變化也無關，B、C錯，D對.考法02應用牛頓第一定律分析問題【典例2】有一只小球以2m/s的速度運動著，如果受到的合外力等于0，5s后它的速度將是多大？解析：由于小球受到的合外力為0，可知小球?qū)⒈３衷瓉淼乃俣纫恢边\動下去，故5s后它的速度仍為2m/s。答案：2m/s分層提分分層提分題組A基礎過關練1．(多選)科學家關于物體運動的研究對樹立正確的自然觀具有重要作用.下列說法中符合歷史事實的是()A.亞里士多德認為，必須有力作用在物體上，物體的運動狀態(tài)才會改變B.伽利略通過“理想實驗”得出結(jié)論：運動必具有一定的速度，如果它不受力，它將以這一速度永遠運動下去C.笛卡兒指出，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，既不停下來也不偏離原來的方向D.牛頓認為，物體都具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)答案BCD解析亞里士多德認為，必須有力作用在物體上，物體才能運動，故A錯誤；伽利略通過“理想實驗”得出結(jié)論：力不是維持運動的原因，即運動必具有一定的速度，如果它不受力，它將以這一速度永遠運動下去，故B正確；笛卡兒指出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，既不停下來也不偏離原來的方向，故C正確；牛頓認為物體都具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)，故D正確.2.下列對運動的認識不正確的是()A.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B.伽利略認為力不是維持物體速度的原因C.牛頓認為力的真正效果總是改變物體的運動狀態(tài)D.伽利略根據(jù)理想實驗推出，如果沒有摩擦，在水平面上的物體，一旦具有某一個速度，將保持這個速度繼續(xù)運動下去答案A解析亞里士多德認為力是維持物體速度的原因，故A錯誤；伽利略認為力不是維持物體運動的原因，力是改變物體運動狀態(tài)的原因，故B正確；牛頓認為力的真正效果總是改變物體的速度，即產(chǎn)生加速度，故C正確；伽利略根據(jù)理想實驗推出，如果沒有摩擦，在水平面上的物體，一旦具有某一個速度，將保持這個速度繼續(xù)運動下去，故D正確.3.一汽車在路面情況相同的公路上沿直線行駛，下面關于車速、慣性、質(zhì)量和滑行路程的討論正確的是()A.車速越大，它的慣性越大B.質(zhì)量越大，它的慣性越大C.車速越大，剎車后滑行的路程越長D.車速越大，剎車后滑行的路程越長，所以慣性越大答案BC解析慣性是物體的固有屬性，它與物體的質(zhì)量有關，與物體的速度無關，故A錯誤，B正確；根據(jù)x＝eq\f(v2,2a)可知，車速越大，剎車后滑行的路程越長，與慣性的大小無關，故C正確，D錯誤.4.判斷正誤：(1)牛頓第一定律是實驗定律。(×)(2)在水平面上運動的物體最終停下來，是因為水平方向沒有外力維持其運動的結(jié)果。(×)(3)運動的物體慣性大，靜止的物體慣性小。(×)(4)物體的慣性越大，運動狀態(tài)越難改變。(√)(1)伽利略認為力是維持物體運動的原因。(×)(2)亞里士多德認為力是改變物體運動狀態(tài)的原因。(×)5.伽利略的斜面實驗證明了()A．使物體運動必須有力的作用，沒有力的作用，物體將靜止B．使物體靜止必須有力的作用，沒有力的作用，物體將運動C．物體不受外力作用時，一定處于靜止狀態(tài)D．物體不受外力作用時，總保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或者靜止狀態(tài)解析：選D伽利略的斜面實驗證明了：運動不需要力來維持，物體不受外力作用時，總保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，故D正確。6.意大利科學家伽利略在研究物體變速運動規(guī)律時，做了著名的“斜面實驗”，他測量了銅球在較小傾角斜面上的運動情況，發(fā)現(xiàn)銅球做的是勻變速直線運動，且銅球加速度隨斜面傾角的增大而增大，于是他對大傾角情況進行了合理的外推，由此得出的結(jié)論是()A．力不是維持物體運動的原因B．力是使物體產(chǎn)生加速度的原因C．自由落體運動是一種勻變速直線運動D．物體都具有保持原來運動狀態(tài)的屬性，即慣性解析：選C測量銅球在較小傾角斜面上的運動情況，發(fā)現(xiàn)銅球做的是勻變速直線運動，且銅球加速度隨斜面傾角的增大而增大，傾角最大的情況就是90°時，這時銅球做自由落體運動，由此得出的結(jié)論是自由落體運動是一種勻變速直線運動。故C正確。題組B能力提升練1.下列說法正確的是()A.劃船時槳向后推水，水就向前推槳，因為水推槳的力大于槳推水的力，船才被推著前進B.完全失重的物體將不受到重力，所以此刻一切由重力引起的現(xiàn)象都將消失C.人在沿直線加速前進的車廂內(nèi)，豎直向上跳起后，將落在起跳點的后方D.物體的運動與外界的推、拉等行為相聯(lián)系，如果不再推、拉，原來的運動將停下來，這說明必須有力作用，物體才能運動答案C解析劃船時槳向后推水，水就向前推槳，水推槳的力與槳推水的力是一對作用力和反作用力，大小相等，選項A錯誤；完全失重的物體仍將受到重力作用，但此刻一切由重力引起的現(xiàn)象都將消失，選項B錯誤；人在沿直線加速前進的車廂內(nèi)，豎直向上跳起后，人在水平方向勻速運動，而車加速運動，可知人的水平位移比車的水平位移小，人將落在起跳點的后方，選項C正確；力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而不是使物體運動的原因，選項D錯誤.2.關于牛頓第一定律及慣性的說法正確的是__________。(1)牛頓第一定律是理想的實驗定律(2)牛頓第一定律說明力是改變物體運動狀態(tài)的原因(3)慣性定律與慣性的實質(zhì)是相同的(4)物體的運動不需要力來維持(5)質(zhì)量為m的物體，以20m/s的速度運動時比以10m/s的速度運動時慣性大(6)物體受到力的作用后，運動狀態(tài)發(fā)生改變，慣性也隨之改變(7)置于光滑水平面上的物體即使質(zhì)量很大也能被拉動，說明慣性與物體的質(zhì)量無關(8)讓物體的速度發(fā)生改變，無論多快，都需要一定時間，這是因為物體具有慣性答案：(2)(4)(8)3.下列關于牛頓運動定律說法正確的是()A．力是維持物體運動的原因B．牛頓第一定律可以用實驗直接驗證C．作用力與反作用力只存在于相互接觸的兩個物體之間D．作用力與反作用力的性質(zhì)一定相同解析：選D由牛頓第一定律可知，力不是維持物體運動的原因，A錯誤；牛頓第一定律是利用邏輯思維對事實進行分析的產(chǎn)物，不可能用實驗直接驗證，B錯誤；不相互接觸的兩個物體之間也可能存在作用力與反作用力，如相互吸引且并未接觸的兩塊磁鐵，C錯誤；作用力與反作用力的性質(zhì)相同，D正確。4.在物理學史上，正確認識運動和力的關系且推翻“力是維持物體運動的原因”這個觀點的物理學家及建立慣性定律的物理學家分別是()A．亞里士多德、伽利略 B．伽利略、牛頓C．伽利略、愛因斯坦 D．亞里士多德、牛頓解析：選B伽利略通過斜面實驗正確認識了運動和力的關系，從而推翻了亞里士多德“力是維持物體運動的原因”的錯誤觀點；牛頓在歸納總結(jié)伽利略、笛卡兒等科學家的結(jié)論基礎上得出了牛頓第一定律，即慣性定律，故選項B正確。5.關于物體的慣性，下列說法中正確的是()A．騎自行車的人，上坡前要緊蹬幾下，是為了增大慣性沖上坡B．子彈從槍膛中射出后在空中飛行，速度逐漸減小，因此慣性也減小C．物體慣性的大小，由物體質(zhì)量的大小決定D．物體由靜止開始運動的瞬間，它的慣性最大解析：選C質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度，慣性與物體的運動狀態(tài)無關。故C正確。6．[多選]伽利略根據(jù)小球在斜面上運動的實驗和理想實驗，提出了慣性的概念，從而奠定了牛頓力學的基礎。早期物理學家關于慣性有下列說法，其中正確的是()A．物體抵抗運動狀態(tài)變化的性質(zhì)是慣性B．沒有力作用，物體只能處于靜止狀態(tài)C．行星在圓周軌道上保持勻速率運動的性質(zhì)是慣性D．運動物體如果沒有受到力的作用，將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運動解析：選AD慣性是物體本身的一種屬性，是物體抵抗運動狀態(tài)變化的本領(性質(zhì))，A正確，C錯誤。沒有力作用時，物體可能靜止也可能做勻速直線運動，B錯誤，D正確。題組C培優(yōu)拔尖練1.如圖所示，一容器固定在一個小車上，在容器中分別懸掛一只鐵球和一只乒乓球，容器中鐵球和乒乓球都處于靜止狀態(tài)，當容器隨小車突然向右運動時，兩球的運動情況是(以小車為參考系)()A．鐵球向左，乒乓球向右 B．鐵球向右，乒乓球向左C．鐵球和乒乓球都向左 D．鐵球和乒乓球都向右解析：選C由于慣性，當容器隨小車突然向右運動時，鐵球和乒乓球都相對容器向左運動，C正確。2.如圖所示，一盛水的容器固定在一個小車上，在容器中分別懸掛和拴住一只鐵球和一只乒乓球。容器中的水和鐵球、乒乓球都處于靜止狀態(tài)。當容器隨小車突然向右運動時，兩球的運動狀況是(以小車為參考系)()A．鐵球向左，乒乓球向右 B．鐵球向右，乒乓球向左C．鐵球和乒乓球都向左 D．鐵球和乒乓球都向右解析：選A因為小車突然向右運動，鐵球和乒乓球都有向右運動的趨勢，但由于與同體積的“水球”相比，鐵球質(zhì)量大、慣性大，鐵球的運動狀態(tài)難改變，即速度變化慢，而同體積的“水球”的運動狀態(tài)容易改變，即速度變化快，而且水和車一起向右運動，所以小車向右運動時，鐵球相對小車向左運動。同理，由于乒乓球與同體積的“水球”相比，質(zhì)量小，慣性小，乒乓球相對小車向右運動。3.如圖所示，在一輛表面光滑且足夠長的小車上，有質(zhì)量為m1和m2的兩個小球(m1>m2)隨車一起勻速運動，當車突然停止時，若不考慮其他阻力，則兩個小球()A．一定相碰 B．一定不相碰C．不一定相碰 D．無法確定解析：選B因小車表面光滑，因此小球在水平方向上不會受到外力作用，原來兩小球與小車有相同的速度，當車突然停止時，由于慣性，兩小球的速度將不變，所以不會相碰。4.伽利略對“自由落體運動”和“運動和力的關系”的研究，開創(chuàng)了科學實驗和邏輯推理相結(jié)合的重要科學研究方法。圖(a)、(b)分別表示這兩項研究中實驗和邏輯推理的過程，對這兩項研究，下列說法正確的是()A．圖