初升高物理暑假預(yù)習(xí)課（人教版）4.1 牛頓第一定律（講義）（教師版）

4.1牛頓第一定律——?jiǎng)澲攸c(diǎn)之初升高暑假預(yù)習(xí)強(qiáng)化精細(xì)講義知識(shí)點(diǎn)1：理想實(shí)驗(yàn)的魅力1.歷史上關(guān)于力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系的認(rèn)識(shí)代表人物對(duì)力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的看法研究方法局限性必須有力作用在物體上，物體才能運(yùn)動(dòng)；沒有力的作用，物體就會(huì)停下來，即力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因基于生活經(jīng)驗(yàn)得來亞里士多徳沒有對(duì)觀察到的物理現(xiàn)象進(jìn)行深入的分析.只看到對(duì)物體施加的推力，而未考慮到運(yùn)動(dòng)的物體之所以會(huì)停下，是因?yàn)槭艿侥Σ磷枇Φ茸饔萌绻麤]有摩擦阻力，運(yùn)動(dòng)的物體將保持某個(gè)速度一直運(yùn)動(dòng)下去，即力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因(理想實(shí)驗(yàn))實(shí)驗(yàn)+邏輯推理伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)、設(shè)計(jì)思路、科學(xué)推論這一思維過程，雖不同于科學(xué)實(shí)臉.但仍能解釋力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系如果運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，既不停下來，也不偏離原來的方向數(shù)學(xué)演繹法笛卡兒強(qiáng)調(diào)了伽利略沒有明確表述的慣性運(yùn)動(dòng)的直線性維持運(yùn)動(dòng)需要力嗎？你一定有過這樣的生活經(jīng)驗(yàn)：在平地上騎自行車的時(shí)候,即使不踩踏板，車也會(huì)前進(jìn)一段距離，但因?yàn)闆]有繼續(xù)用力，它最終還是要停下來.但物體的運(yùn)動(dòng)并不需要力來維持，運(yùn)動(dòng)之所以會(huì)停下來，是因?yàn)槭艿搅四Σ磷枇Α?.伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)(1)事實(shí):AB、BC是兩個(gè)對(duì)接的斜面，讓小球從M斜面上某高度處由靜止?jié)L下。小球?qū)L上BC斜面，所達(dá)到的高度略低于在AB上釋放時(shí)的高度。（2）推理1：如果斜面光滑，小球?qū)⑸仙皆瓉頁穹艜r(shí)的高度.推理2：減小右側(cè)斜面的傾角(如BD、BE)，小球在這個(gè)斜面上仍將達(dá)到同一高度，但這時(shí)它要運(yùn)動(dòng)得遠(yuǎn)些。推理3：繼續(xù)減小右側(cè)斜面的傾角，最后變成水平面(如BF)，小球無法到達(dá)釋放時(shí)的高度，將以恒定的速率永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。（3）結(jié)論:物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來維持。3.伽利略的思想方法與意義伽利略用“實(shí)驗(yàn)+邏輯推理”的方法推翻了亞里士多德的觀點(diǎn)，揭示了力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，確立了物理實(shí)驗(yàn)在研究中的基礎(chǔ)地位，在自然科學(xué)的理論研究中的重要地位，但也有局限性。理想實(shí)驗(yàn)的魅力（1）談“理想”：①接觸面不可能絕對(duì)光滑；②水平面不可能做得無限長(zhǎng).（2）談“實(shí)驗(yàn)"：理論實(shí)驗(yàn),非真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。（3）談“魅力”：伽利略"理想實(shí)驗(yàn)”的卓越之處不是實(shí)驗(yàn)本身，而是實(shí)驗(yàn)所使用的獨(dú)特方法，在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行合理外推。知識(shí)點(diǎn)2：牛頓第一定律(慣性定律)1.內(nèi)容一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。牛頓第一定律表明，物體具有保持原來靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì),我們把這個(gè)性質(zhì)稱為慣性.牛頓第一定律也叫慣性定律。（1）對(duì)牛頓第一定律中“除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)”的理解，這句話揭示了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，糾正了“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，明確指出了力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，進(jìn)而說明了力是產(chǎn)生加速度的原因。（2）物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變，即物體的速度發(fā)生改變.運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化有以下三種情況：①速度方向不變，大小改變;②速度大小不變，方向改變;③速度大小和方向均改變。2.成立條件牛頓第一定律只適用于慣性系。在有些參考系中，不受力的物體會(huì)保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，這樣的參考系叫作慣性參考系，簡(jiǎn)稱慣性系。例如，研究地面上的物體時(shí)，一般把地面看成慣性系，相對(duì)地面靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系，也可以看成慣性系。慣性系與非慣性系火車沿平直軌道勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，可將火車看成慣性系來研究火車內(nèi)其他物體的運(yùn)動(dòng)。以加速運(yùn)動(dòng)的火車為參考系，原來靜止在火車內(nèi)光滑水平桌面上的物體會(huì)相對(duì)火車向后做加速運(yùn)動(dòng)，但物體在水平方向上并沒有受力，因此牛頓第一定律并不成立，這樣的參考系稱為非慣性系。知識(shí)點(diǎn)3：慣性與質(zhì)量 1.慣性物體這種保持原來勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)叫作慣性。慣性是牛頓第一定律的表現(xiàn)方式，“一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)”揭示了物體的一個(gè)固有屬性--慣性，即物體保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)。牛頓第一定律指出一切物體在任何情況下都具有慣性。2.慣性的具體表現(xiàn)形式物體的慣性總是以保持“原狀”或反抗“改變”兩種形式表現(xiàn)出來。(1)當(dāng)物體不受外力或者所受合外力為零時(shí)，慣性表現(xiàn)為保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變：原來靜止的物體保持靜止，原來運(yùn)動(dòng)的物體保持原來的速度繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。例如，冰壺在冰面運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向不變。(2)當(dāng)物體受到外力作用時(shí)，慣性表現(xiàn)為改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的難易程度,物體的慣性越大，它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變。例如，靜止的籃球比靜止的汽車更容易運(yùn)動(dòng)起來。3.慣性的量度(1)質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度，等價(jià)于改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的難易程度。質(zhì)量越大，慣性越大;慣性越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變。(2)慣性與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、受力情況、所處位置等其他因素均無關(guān)。例如，同樣一輛汽車,停在車庫時(shí)與在高速公路上行駛時(shí)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、受力情況及所處位置均發(fā)生了變化，但質(zhì)量不變，慣性就不變。對(duì)慣性的理解（1）慣性與力無關(guān):慣性不是力，不能說“物體受到慣性作用”“產(chǎn)生了慣性”“受到慣性力”“克服慣性”等.（2）慣性與速度無關(guān):慣性的大小只由物體的質(zhì)量決定，與其他因素?zé)o關(guān).切勿認(rèn)為物體的速度越大，慣性越大，也不要認(rèn)為運(yùn)動(dòng)的物體有慣性，靜止的物體沒有慣性。（3）慣性不同于慣性定律:慣性是物體本身具有的屬性，無條件;慣性定律是一條規(guī)律，揭示了物體不受外力時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，“不受外力”是先決條件。（4）“力”與“慣性”的不同力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，即力越大,運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越易改變；慣性是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，即慣性越大,運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變。一、單選題1．關(guān)于慣性的下列說法，正確的是（）A．球由靜止釋放后加速下落，說明力改變了慣性B．物體隨著“神舟十一號(hào)”飛船進(jìn)入太空，其慣性將消失C．投擲出去的標(biāo)槍靠慣性向遠(yuǎn)處運(yùn)動(dòng)D．物體沿水平面滑動(dòng)，速度越大滑行的時(shí)間越長(zhǎng)，說明速度大慣性就大【答案】C【詳解】ABD．慣性是物體本身的固有屬性，慣性大小只與物體的質(zhì)量有關(guān)，與運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)無關(guān)，球由靜止釋放后加速下落是由于受到重力的原因，慣性沒有變化，物體隨著“神舟十一號(hào)”飛船進(jìn)入太空，處于完全失重狀態(tài)，物體的質(zhì)量沒有變化，則物體的慣性沒有變化，物體的速度增大但是慣性不變，故ABD錯(cuò)誤；C．投擲出去的標(biāo)槍是靠慣性向遠(yuǎn)處運(yùn)動(dòng)的，故C正確。故選C。2．伽利略曾用如圖甲所示的“理想實(shí)驗(yàn)”研究力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，用圖乙所示的實(shí)驗(yàn)研究自由落體運(yùn)動(dòng)．下列說法正確的是（）A．圖甲中，完全沒有摩擦阻力的斜面實(shí)際存在，因此該實(shí)驗(yàn)可實(shí)際完成B．圖甲實(shí)驗(yàn)中，通過邏輯推理得出物體的運(yùn)動(dòng)需要力來維持C．圖乙實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證了自由落體運(yùn)動(dòng)的速度是均勻變化的D．圖乙實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用斜面“沖淡”了重力的作用，使運(yùn)動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng)，便于測(cè)量【答案】D【詳解】A．圖甲中，完全沒有摩擦阻力的斜面實(shí)際不存在，因此該實(shí)驗(yàn)不可實(shí)際完成，A錯(cuò)誤；B．圖甲實(shí)驗(yàn)中，通過邏輯推理得出物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來維持，B錯(cuò)誤；C．圖乙實(shí)驗(yàn)做的是斜面實(shí)驗(yàn)，最后合理外推到豎直狀態(tài)，間接驗(yàn)證了自由落體運(yùn)動(dòng)的速度是均勻變化的，C錯(cuò)誤；D．圖乙實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用斜面“沖淡”了重力的作用，使物體運(yùn)動(dòng)的加速度減小，從而使運(yùn)動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng)，便于測(cè)量，D正確。故選D。3．針對(duì)伽利略對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究?jī)?nèi)容及過程，有以下敘述：①伽利略借助數(shù)學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，如果速度與位移成正比，將會(huì)得到錯(cuò)誤的結(jié)論；②伽利略通過邏輯推理得出亞里士多德的結(jié)論是錯(cuò)誤的；③伽利略做了大膽的猜想：落體運(yùn)動(dòng)應(yīng)該是一種簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)，落體的速度與時(shí)間或位移成正比；④伽利略通過銅球沿阻力很小的斜面滾下這一嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定，得出只要傾角一定，銅球的加速度不變，他進(jìn)一步設(shè)想當(dāng)傾角為時(shí)，運(yùn)動(dòng)變?yōu)樽杂陕潴w，其性質(zhì)不變，且所有物體下落的加速度都一樣。根據(jù)伽利略研究的真實(shí)過程，請(qǐng)做出科學(xué)合理的排序，你認(rèn)為正確的是（）A．①②③④ B．①③②④ C．②①③④ D．②③①④【答案】D【詳解】伽利略首先利用“歸謬法”否定了亞里士多德關(guān)于重物比輕物下落得快的論斷；然后伽利略提出自由落體運(yùn)動(dòng)是最簡(jiǎn)單的變速直線運(yùn)動(dòng)即勻變速直線運(yùn)動(dòng)的假說；由于當(dāng)時(shí)實(shí)際條件的限制，伽利略并不能用實(shí)驗(yàn)證明自己的結(jié)論，所以他采用了間接證明的方法：運(yùn)用數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方法，得出初速度為零的勻變速直線運(yùn)動(dòng)符合位移正比于時(shí)間的平方；運(yùn)用斜面實(shí)驗(yàn)，測(cè)出小球沿光滑斜面向下的運(yùn)動(dòng)符合位移正比于時(shí)間的平方，從而證明小球所做運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)；將斜面實(shí)驗(yàn)逐步推廣到的情況，即小球自由下落，認(rèn)為小球仍然保持勻變速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，故合理的順序?yàn)棰冖邰佗?。故選D。4．大型油罐車內(nèi)的油在運(yùn)輸過程中極易發(fā)生涌動(dòng)（如圖1），為了防止油涌動(dòng)導(dǎo)致車體重心急劇變化的危害，在油罐車內(nèi)部設(shè)置了一些固定擋板（如圖2）。則下列說法正確的是（）A．油罐車向前啟動(dòng)時(shí)，由于慣性，油罐內(nèi)的油將向前涌動(dòng)B．油罐車內(nèi)設(shè)置擋板，減小了油罐內(nèi)的油的慣性C．油罐車在變速行駛過程中容易涌動(dòng)，是油罐內(nèi)的油慣性不斷變化引起的D．油罐車在平直道路上勻速前進(jìn)時(shí)，即使沒有擋板油也幾乎不會(huì)涌動(dòng)【答案】D【詳解】A．油罐車向前啟動(dòng)時(shí)，由于慣性，油要保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)將向后涌動(dòng)，故A錯(cuò)誤；BC．慣性取決于物體的質(zhì)量，質(zhì)量不變慣性不變，與其他無關(guān)，故BC錯(cuò)誤；D．油罐車在平直道路上勻速前進(jìn)時(shí)，由牛頓第一定律可知，即使沒有擋油板油也幾乎不會(huì)涌動(dòng)，故D正確。故選D。5．質(zhì)量分別為m1、m2的兩個(gè)物體甲與乙放在表面光滑且足夠長(zhǎng)的木板上，隨木板一起以水平向右的相同速度沿同一直線做勻速直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)木板突然停止時(shí)，以下說法正確的是（）A．若m1>m2，甲將與乙發(fā)生碰撞B．若m1<m2，甲將與乙發(fā)生碰撞C．保有當(dāng)m1=m2，甲與乙才不會(huì)碰撞D．無論甲與乙的質(zhì)量有關(guān)系如何，它們始終不會(huì)碰撞【答案】D【詳解】木板停止前，甲、乙物塊和木板一起做勻速直線運(yùn)動(dòng)，即兩物塊和木板具有共同的速度，當(dāng)木板突然停止時(shí)，由于物塊在光滑接觸面上，兩物塊球由于慣性，還要保持原來大小不變的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)，因此兩個(gè)小球間的距離不變，一定不會(huì)相碰，故D正確，ABC錯(cuò)誤。故選D。6．如圖所示，楔形物體的各表面光滑，上表面水平，放在固定的斜面上。在的水平上表面放一光滑小球，后釋放，則小球在碰到斜面前的運(yùn)動(dòng)軌跡是（）A．沿斜面向下的直線 B．豎直向下的直線C．無規(guī)則的曲線 D．拋物線【答案】B【詳解】楔形物體釋放前，小球受到重力和支持力，兩力平衡；楔形物體釋放后，由于小球是光滑的，則小球水平方向不受力，根據(jù)牛頓第一定律知道，小球在水平方向的狀態(tài)不改變，即仍保持靜止?fàn)顟B(tài)，水平方向不發(fā)生位移。而豎直方向：楔形物體的支持力將小于小球的重力，小球?qū)⒀刎Q直方向做加速運(yùn)動(dòng)，所以其運(yùn)動(dòng)軌跡為豎直向下的直線。故選B。二、多選題7．伽利略對(duì)“自由落體運(yùn)動(dòng)”和“運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系”的研究，開創(chuàng)了科學(xué)實(shí)驗(yàn)和邏輯推理相結(jié)合的重要科學(xué)研究方法。圖（a）、（b）分別表示這兩項(xiàng)研究中實(shí)驗(yàn)和邏輯推理的過程，對(duì)這兩項(xiàng)研究，下列說法正確的是（）A．圖（a）通過對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究，合理外推得出小球在斜面上做勻變速運(yùn)動(dòng)B．圖（a）中先在傾角較小的斜面上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可“沖淡”重力，使時(shí)間測(cè)量更容易C．圖（b）中完全沒有摩擦阻力的斜面是實(shí)際存在的，實(shí)驗(yàn)可實(shí)際完成D．圖（b）伽利略通過邏輯推理得出物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來維持【答案】BD【詳解】AB．伽利略設(shè)想物體下落的速度與時(shí)間成正比，因?yàn)楫?dāng)時(shí)無法測(cè)量物體的瞬時(shí)速度，所以伽利略通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)證明，如果速度與時(shí)間成正比，那么位移與時(shí)間的二次方就成正比。由于當(dāng)時(shí)用滴水法計(jì)時(shí)，無法記錄自由落體的較短時(shí)間，伽利略設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)的加速度要比它豎直下落的加速度小得多，運(yùn)動(dòng)相同位移所用時(shí)間長(zhǎng)得多，所以容易測(cè)量。伽利略做了上百次實(shí)驗(yàn)，并通過抽象思維在實(shí)驗(yàn)結(jié)果上進(jìn)行了合理外推，得出了正確結(jié)論，故A錯(cuò)誤，B正確；C．完全沒有摩擦阻力的斜面是不存在的，故C錯(cuò)誤；D．伽利略用抽象思維、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法得到物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來維持的結(jié)論，故D正確。故選BD。8．在火車的車廂內(nèi)，有一個(gè)自來水龍頭C，第一段時(shí)間內(nèi)，水滴落在水龍頭的正下方B點(diǎn)，第二段時(shí)間內(nèi)，水滴落在B點(diǎn)的右方A點(diǎn)，如圖所示，那么火車可能的運(yùn)動(dòng)是（）

A．先靜止，后向右做加速運(yùn)動(dòng)B．先靜止，后向右做減速運(yùn)動(dòng)C．先做勻速運(yùn)動(dòng)，后向右做加速運(yùn)動(dòng)D．先做勻速運(yùn)動(dòng)，后向右做減速運(yùn)動(dòng)【答案】BD【詳解】水滴下落時(shí)，水平方向保持原來的速度，若車靜止或勻速運(yùn)動(dòng)，車的水平位移與水滴的水平位移相同，則落在B點(diǎn)；若車向左加速運(yùn)動(dòng)，則水滴仍保持下落時(shí)的水平速度，而車的水平位移增大，故水滴可落在A處；同理，車向右減速運(yùn)動(dòng)，水滴也會(huì)落在A處。綜上可得，火車第一段時(shí)間內(nèi)可能靜止或勻速運(yùn)動(dòng)，第二段時(shí)間內(nèi)可能向左做加速運(yùn)動(dòng)或向右做減速運(yùn)動(dòng)。故選BD。9．伽利略在研究自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)，設(shè)計(jì)了如圖所示的斜面實(shí)驗(yàn)，下列關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)的說法正確的是（）A．伽利略認(rèn)為小球沿斜面的運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)B．伽利略讓小球從斜面上滾下來用來“沖淡”重力C．斜面傾角一定時(shí)，讓小球從斜面上靜止?jié)L下，測(cè)得，說明小球做勻變速運(yùn)動(dòng)D．伽利略將實(shí)驗(yàn)和邏輯推理結(jié)合起來，推出自由落體運(yùn)動(dòng)是勻變速運(yùn)動(dòng)【答案】BCD【詳解】A．伽利略認(rèn)為小球沿斜面的運(yùn)動(dòng)是勻加速直線運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；B．伽利略時(shí)代測(cè)量時(shí)間的器材還不是很先進(jìn)，因此伽利略讓小球從斜面上滾下來是用來“沖淡”重力，以便延長(zhǎng)小球運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，減小時(shí)間的測(cè)量帶來的實(shí)驗(yàn)誤差，B正確；C．伽利略時(shí)代無法測(cè)量瞬時(shí)速度，所以不能通過探究速度隨時(shí)間的變化規(guī)律來證明小球的運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，而是通過測(cè)得，說明小球做勻變速運(yùn)動(dòng)，C正確；D．將斜面實(shí)驗(yàn)的結(jié)果合理“外推”，說明