高中物理第四章牛顿运动定律第1课时牛顿第一定律教师用书新人教版必修1 11页

第1课时　牛顿第一定律研究学考·明确要求]知识内容牛顿第一定律考试要求必考加试c基本要求1.了解亚里士多德对力和运动关系的论述及存在的错误。2．认识伽利略研究运动和力的关系的思想方法，了解理想实验的作用。3．知道速度是描述物体运动状态的物理量。4．理解牛顿第一定律的内容，能运用牛顿第一定律解释有关现象。5．知道惯性是物体的固有属性，知道质量是物体惯性大小的量度。6．运用惯性概念，解释有关实际问题。发展要求1.了解运动学和动力学研究角度的差异。2．会识别惯性系与非惯性系。说明1.不要求区分惯性质量与引力质量。2．不要求分析非惯性系中物体的运动情况。基础梳理]1．历史上对力与运动关系的认识过程代表人物对力和运动关系的看法亚里士多德力是维持物体运动的原因，没有力的作用，物体就要停止伽利略如果没有摩擦阻力，运动的物体将保持这个速度一直运动下去笛卡儿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2.伽利略的理想斜面实验(1)(事实)如图1所示，两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面。图1 (2)(推论)如果没有摩擦，小球将上升到释放时的高度，如图甲所示。(3)(推论)减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度，如图乙所示。(4)(推论)继续减小第二个斜面的倾角，最后变成水平面，小球沿水平面做持续的匀速直线运动，如图丙所示。(5)(结论)物体在水平面上做匀速运动时并不需要外力来维持。思考　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？答案　不是。车之所以会停下来是因为受到阻力的作用。即学即练]1．伽利略的斜面实验和科学推理证明了(　　)A．要使物体运动必须有力的作用，没有力作用的物体将静止B．要使物体静止必须有力的作用，没有力作用的物体就运动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静止状态解析　伽利略的斜面实验和科学推理证明了：如果物体不受外力作用，运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动下去，所以只有D正确。答案　D易错点津]　物体的运动不需要力来维持，如果物体不受外力，则运动的物体将保持匀速直线运动状态。基础梳理]1．牛顿第一定律：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．对牛顿第一定律的理解(1)明确了惯性的概念牛顿第一定律的前半句话“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”，提示了物体所具有的一个重要的属性——惯性，即物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质。牛顿第一定律指出一切物体在任何情况下都具有惯性，因此牛顿第一定律又叫惯性定律。(2)揭示了力和运动的关系牛顿第一定律的后半句话“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”，实质上是揭示了力和运动的关系，即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。(3)反映了物体不受外力时的运动状态匀速直线运 动或静止(即原来运动的保持其速度不变，原来静止的保持静止)。不受外力作用的物体是不存在的，但物体所受外力的合力为零与不受外力在效果上是等效的，这就使牛顿第一定律具有了实际意义。3．物体运动状态的变化即物体运动速度的变化，有以下三种情况(1)速度的方向不变，只有大小改变。(物体做直线运动)(2)速度的大小不变，只有方向改变。(物体做曲线运动)(3)速度的大小和方向同时发生改变。(物体做曲线运动)图2思考　冰壶是冬奥会的正式比赛项目。如果冰壶在冰面上运动时不受阻力作用，它将如何运动？答案　根据牛顿第一定律，冰壶的运动状态将不发生变化，即它将保持匀速直线运动状态不变。典例精析]【例1】关于牛顿第一定律，下列说法中正确的是(　　)A．牛顿第一定律是在伽利略“理想实验”的基础上总结出来的B．不受力作用的物体是不存在的，故牛顿第一定律的建立毫无意义C．牛顿第一定律表明，物体只有在不受外力作用时才具有惯性D．牛顿第一定律表明，物体只有在静止或做匀速直线运动时才具有惯性解析　牛顿第一定律是在伽利略“理想实验”的基础上经过抽象、加工、推理后总结出来的，A正确；虽然不受力作用的物体是不存在的，但是它与受合外力为零时是等效的，故牛顿第一定律仍有实际意义，B错误；物体的惯性是物体本身的属性，与物体是否受外力无关，与物体静止还是匀速直线运动无关，C、D错误。答案　A技巧点拨]　牛顿第一定律巧应用(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外力的作用，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，最后判断由于物体具有惯性将会出现的现象。即学即练]2．关于牛顿第一定律的理解不正确的是(　　)A．牛顿第一定律反映了物体不受外力的作用时的运动规律 B．不受外力作用时，物体的运动状态保持不变C．在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于没有外力维持木块运动的结果D．飞跑的运动员，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解析　牛顿第一定律描述的是物体不受外力作用时的状态，即总保持匀速直线运动状态或静止状态不变，A、B正确；牛顿第一定律揭示了力和运动的关系，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，在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于摩擦阻力的作用而改变了运动状态，飞跑的运动员，遇到障碍而被绊倒，是因为他受到外力作用而改变了运动状态，C错误，D正确。答案　C基础梳理]1．惯性：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，我们把这个性质叫做惯性。牛顿第一定律又叫惯性定律。2．惯性与质量的关系(1)惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。(2)质量是物体惯性大小的唯一量度，质量越大，惯性越大。3．惯性与力的关系(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。力越大，物体的运动状态改变越快；惯性越大，物体的运动状态越难改变。(3)惯性与物体的受力情况无关。4．惯性与速度的关系(1)速度是表示物体运动快慢的物理量，惯性是物体本身固有的性质。(2)一切物体都有惯性，并且惯性的大小由物体本身决定，与物体是否有速度及速度的大小无关。思考　坐在公共汽车里的人，当汽车突然启动时，有什么感觉？当运动的汽车突然停止时，又有什么感觉？解释上述现象。答案　当汽车突然启动时，人身体后倾，当汽车突然停止时，人身体前倾。这是因为人具有惯性，原来人和车一起保持静止状态，当车突然启动时，人的身体下部随车运动了，但上部由于惯性保持原来的静止状态，所以会向后倾；原来人和车一起运动，当车突然停止时，人的身体下部随车停止了，但上部由于惯性保持原来的运动状态，故向前倾。典例精析] 【例2】如图3所示在匀速行驶的火车车厢内，有一人从B点正上方相对车厢静止释放一个小球，不计空气阻力，则小球(　　)图3A．可能落在A处B．一定落在B处C．可能落在C处D．以上都有可能解析　匀速行驶的火车车厢内，相对车厢静止释放一个小球，由于惯性，在水平方向保持与车速相同的速度，因此在下落这段时间内，水平位移相等，即落回到B点，故选B。答案　B技巧点拨]　惯性的特性与表现形式(1)惯性的特性①普遍性：惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。②无关性：惯性与物体的运动状态无关，与物体所处的位置无关，无论物体处于怎样的运动状态、处于何处，惯性总存在。③唯一性：质量是惯性大小的唯一量度。(2)惯性的表现形式。①在物体不受外力时，惯性表现为保持原来的运动状态。②在物体所受合外力不为零时，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。即学即练]3．下列事例中，如图4所示利用了物体的惯性的是(　　)①跳远运动员在起跳前尽可能高速助跑　②跳伞运动员在落地前打开降落伞　③自行车轮胎制成不平整的花纹④铁饼运动员在掷出铁饼前快速旋转图4A．①②B．③④ C．①④D．②③解析　跳远运动员在起跳前尽可能高速助跑，是为了在跳起时继续保持向前的运动状态；铁饼运动员在掷出铁饼前快速旋转，是为了让铁饼在离开手后保持原有的速度大小和方向向前方飞出。答案　C1．(2015～2016诸暨市第一学期期末)根据牛顿运动定律，下列表述正确的是(　　)A．力是维持物体运动的原因B．力是改变物体运动状态的原因C．外力停止作用后，物体由于惯性会停止D．物体做匀速直线运动时所受合外力不为零答案　B2．我国《道路交通安全法》中规定：各种小型车辆前排乘坐的人(包括司机)必须系好安全带，这是因为(　　)A．系好安全带可以减小惯性B．是否系好安全带对人和车的惯性没有影响C．系好安全带可以防止因车的惯性而造成的伤害D．系好安全带可以防止因人的惯性而造成的伤害解析　惯性只与质量有关，与物体的运动状态无关，与是否系好安全带无关，B选项阐述的内容正确，但不符合题目要求。系好安全带可以防止因人的惯性而造成的伤害，D正确。答案　D3．(2016·徐州高一检测)如图5为我国女子冰壶队的比赛画面。冰壶惯性的大小取决于冰壶的(　　)图5A．位置B．速度C．受力D．质量解析　一个物体惯性的大小，与其运动状态、受力情况是没有任何关系的，衡量物体惯性大小的唯一因素是质量，故D正确。答案　D 4．举世瞩目的第29届奥运会在北京“鸟巢”体育馆进行，奥运会吉祥物“福娃”活泼可爱，图6是福娃娃在几个项目中的运动形象，下列几种说法正确的是(　　)图6A．用力踢足球，足球会飞出去，说明力是维持物体运动的原因B．投篮球时，篮球脱手后地球对篮球有力的作用，篮球对地球没有力的作用C．击出的羽毛球能在空中继续飞行，是由于羽毛球具有向前的冲力D．用桨向后划水时皮划艇会向前进，这是由于力的作用是相互的答案　D百度文库-让每个人平等地提升自我5．下列说法正确的是(　　)A．一同学用手推静止的小车，却没有推动，是因为这辆车惯性太大B．运动得越快的汽车越不容易停下来，是因为汽车运动得越快，惯性越大C．把一个物体竖直向上抛出后，能继续上升，是因为物体仍受到一个向上的推力D．放在光滑水平桌面上的两个物体，受到相同大小的水平推力，加速度大的物体惯性小解析　“力是改变物体运动状态的原因”，这里所说的“力”是指物体所受的合力，而不是某一个力，该同学推不动物体，是由于物体还受到摩擦力作用，其合力仍为零，故选项A错误；惯性大小的唯一量度是质量，惯性大小与运动速度大小、运动时间长短无关，故选项B错误。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，物体的运动不需要力来维持，一个物体竖直向上抛出能继续上升是由于物体具有惯性，而不是抛出后物体还受到竖直向上的作用力，故选项C错误。惯性是物体保持运动状态不变的性质，惯性大小反映了改变物体运动状态的难易程度，同样大小的合外力作用在不同物体上，产生的加速度越大，则表明物体惯性越小。故正确答案为D。答案　D6．如图7所示，在一辆表面光滑足够长的小车上，有质量为m1和m2的两个小球(m1＞m2)，两小球原来随车一起运动。当车突然停止时，如不考虑其他阻力，则两个小球(　　)图7A．一定相碰B．一定不相碰C．不一定相碰D．无法确定 解析　因小车表面光滑，因此球在水平方向上没有受到外力作用。原来两球与小车有相同速度，当车突然停止时，由于惯性，两小球的速度不变，所以不会相碰。答案　B1．由牛顿第一定律可知(　　)A．物体的运动是依靠惯性来维持的B．力停止作用后，物体的运动就不能维持C．物体做变速运动时，可以没有外力作用D．力是改变物体惯性的原因解析　根据牛顿第一定律可得力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动的原因，A正确；惯性是物体固有的属性，跟外界因素无关，即力的存在和消失对惯性没有影响，D错误；力停止作用后，物体将保持静止或者匀速直线运动状态，B错误；物体做变速运动，速度发生变化，则一定存在外力改变物体的运动，C错误。答案　A2．(2016·银川高一检测)关于物体的惯性，下列说法中正确的是(　　)A．在“嫦娥三号”中的物体不存在惯性B．战斗机在空战时，甩掉副油箱是为了减小惯性，提高飞行的灵活性C．用力推一个处在地面上的物体，没有推动，原因是物体的惯性太大了D．高速公路上要限速，是因为车速越大惯性越大答案　B3．关于牛顿第一定律有以下说法，其中正确的是(　　)①牛顿第一定律是由理想实验得出的定律；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。A．①②B．②③C．②④D．①②④解析　牛顿第一定律反映的是物体在不受力的情况下所遵循的运动规律，而自然界中不受力的物体是不存在的，因此它是理想条件下的运动定律，但不是实验定律，它来源于大量真实的科学实验，但不能用真实实验来验证，所以①是正确的。由牛顿第一定律可知，物体的运动不需要力来维持，力是使物体发生形变的原因，是改变物体运动状态的原因，是使物体产生加速度的原因，所以②和④都是正确的。本题易错选B，原因是把惯性定律和惯性混淆了。答案　D4．(2016·太原高一检测)根据牛顿第一定律，以下选项中正确的是(　　)A．人只有在静止的车厢内，竖直向上高高跳起后，才会落在车厢的原来位置B．人在沿直线匀速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方C．人在沿直线加速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方 D．人在沿直线减速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方解析　由于人具有惯性，人在静止或沿直线匀速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后都会落在车厢的原来位置，A、B错；人在沿直线加速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后将落在起跳点的后方，C对；人在沿直线减速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的前方，D错。答案　C5．(2016·广东佛山月考)就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．射出枪瞠的子弹在运动相当长一段距离后连一件棉衣也穿不透，这表明它的惯性变小了C．货运列车运行到不同的车站时，经常要去掉或加挂一些车厢，这会改变它的惯性D．摩托车转弯时，车手一方面要控制适当的速度，另一方面要将身体稍微向弯道内侧倾斜，通过调控人和车的惯性达到转弯的目的解析：采用了大功率的发动机后，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，不是由于使小质量的物体获得大惯性，是功率增大的缘故，故A错误；射出枪膛的子弹在运动一段距离后连一件棉衣也穿不透，是由于速度减小了，不是由于惯性减小，子弹的惯性没有变化，故B错误；货运列车运行到不同的车站时，经常要去掉或加挂一些车厢，质量改变了，会改变它的惯性，故C正确；摩托车转弯时，车手一方面要控制适当的速度，另一方面要将身体稍微向弯道内侧倾斜，防止侧滑，而人和车的惯性并没有改变，故D错误。答案　C6．如图1所示是一种汽车安全带控制装置的示意图，当汽车处于静止或匀速直线运动时，摆锤竖直悬挂，锁棒水平，棘轮可以自由转动，安全带能被拉动。当汽车突然刹车时，摆锤由于惯性绕轴摆动，使得锁棒锁定棘轮的转动，安全带不能被拉动。若摆锤从图中实线位置摆到虚线位置，汽车的可能运动方向和运动状态是(　　)图1A．向左行驶，突然刹车B．向右行驶，突然刹车C．向左行驶，匀速直线运动D.向右行驶，匀速直线运动 解析　提示：简化模型如图所示，当小球在虚线位置时，小球、车具有向左的加速度。车的运动情况可能为：向左加速行驶或向右减速行驶，A错误，B正确；当车匀速运动时，无论向哪个方向，小球均处于竖直位置不摆动，C，D错误。答案　B7．如图2所示，一个劈形物体N，放在固定的斜面M上。物体N上表面水平，其上放一光滑小球m。若劈形物体各面均光滑，从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是(　　)图2A．沿斜面向下的直线B．竖直向下的直线C．无规则曲线D．抛物线解析　小球仅竖直方向受力，运动状态发生改变，水平方向与原先一样，并未受到力的作用，由于惯性，水平方向运动状态不发生改变，故小球做竖直向下的直线运动。答案　B8．理想实验有时能更深刻地反映自然规律。伽利略设计了一个如图3所示的理想实验，他的设想步骤如下：图3①减小第二个斜面的倾角，小球在这个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，小球将滚上另一个斜面；③如果没有摩擦，小球将上升到原来释放的高度；④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成为水平面，小球将沿水平面做持续的匀速运动。请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列________(只要填写序号即可)。在上述的设想步骤中，有的属于可靠的事实，有的则是理想化的推论。下列有关事实和推论的分类正确的是(　　)A．①是事实，②③④是推论B．②是事实，①③④是推论C．③是事实，①②④是推论D．④是事实，①②③是推论 解析　本题是在可靠事实的基础上进行合理的推理，将实验理想化，并符合物理规律，得到正确的结论。而②是可靠事实，因此放在第一步，③①是在斜面上无摩擦的设想，最后推导出水平面上的理想实验④。因此正确顺序是②③①④。答案　②③①④　B