高中物理第四章力与运动第一节伽利略的理想实验与牛顿第一定律学案粤教版必修1整理Word格式文档下载.docx

高中物理第四章力与运动第一节伽利略的理想实验与牛顿第一定律学案粤教版必修1整理Word格式文档下载.docx

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（1）内容：

一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止，这就是牛顿第一定律。

（2）意义：

说明了力不是维持（填“改变”或“维持"

）物体运动的原因，而是改变（填“改变”或“维持”）物体运动的原因。

2.惯性

（1）定义：

物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性.牛顿第一定律又叫做惯性定律。

（2）惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性.

判断下列说法的正误。

（1）伽利略的理想实验是永远无法做到的。

（√）

（2）伽利略的理想实验说明了力是维持物体运动的原因.（×

）

（3）牛顿第一定律是由实验直接归纳总结得出的。

（×

（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，物体将立刻停止运动.（×

（5）速度越大，物体的惯性越大。

（6）受力越大，物体的惯性越大。

一、对伽利略理想实验的理解

伽利略的斜面实验的各个过程，哪些可以通过实验完成?

哪些是推理得出的？

答案　小球从斜面上滚下，可以滚上另一斜面,是实验事实，可以通过实验完成,其余各个结论是由推理得出的，不可以用实验完成。

伽利略的理想实验推论：

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：

伽利略理想实验是以可靠的实验事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，从而更深刻地揭示了自然规律。

伽利略的研究方法的核心是把实验和逻辑推理相结合.

例1

　理想实验有时更能深刻地反映自然规律。

如图1所示，伽利略设想了一个理想实验,其中有一个是实验事实，其余是推论.

图1

①减小第二个斜面的倾角，小球在这一斜面上仍然要达到原来的高度；

②两个斜面对接，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.

（1）请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列：

____________（填写序号即可）。

（2）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。

下列关于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

答案　

（1）②③①④　

（2）B

解析　步骤②是理想实验的实验基础，属于可靠的事实,在此基础上利用推理,先得到小球不受阻力作用将上升到原来释放时的高度的推论，再设想减小第二个斜面的倾角直至第二个斜面成为水平面时,得到小球将匀速运动的推论.所以正确的排列顺序是②③①④，正确的分类是②是事实,①③④是推论。

【考点】伽利略的理想实验

【题点】伽利略的理想实验

二、对牛顿第一定律的理解

（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？

答案　

（1）不是.因为车受到阻力的作用。

（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将保持这个速度沿直线永远运动下去.

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发生改变。

对牛顿第一定律的理解

（1）定性说明了力和运动的关系：

①力是改变物体运动状态的原因,或者说力是产生加速度的原因，而不是维持物体运动状态的原因。

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.

例2

　关于牛顿第一定律，下列说法中错误的是（　　）

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.牛顿第一定律就是惯性

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

物体的运动状态发生变化时，物体必定受到外力的作用

答案　B

解析　牛顿第一定律有三层含义:

不受力时物体将保持静止状态或匀速直线运动状态,这是由于一切物体都具有惯性；

受到力的作用物体的运动状态就要发生变化，从而揭示出力是改变物体运动状态的原因；

指出了物体在不受力时的运动状态,故选项A、C、D正确;

牛顿第一定律并不是惯性,惯性是物体的一种性质，而牛顿第一定律是物体的运动规律，两者是不同的概念，不可混为一谈，选项B错误。

【考点】牛顿第一定律

【题点】牛顿第一定律的理解

牛顿第一定律描述了物体不受外力作用时的状态—-总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，同时揭示了力和运动的关系—-力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因.分析此类问题时要注意牛顿第一定律与惯性的区别.

例3

　如图2所示，小球A静止放在小车的光滑底板上（设小车底板足够长），当小车受到水平向右的力F作用时,小车从静止开始在水平面上做加速直线运动，则小球A相对于地的运动情况（　　）

图2

做匀速直线运动

B.处于静止状态

做与小车同方向速度越来越大的直线运动

做与小车反方向速度越来越大的直线运动

解析　对小球受力分析可知，车内的小球只受竖直方向的重力和支持力，这两个力是一对平衡力,小球所受合外力为零，所以无论小车如何运动，小球相对于地面都处于静止状态，B正确.

三、惯性的理解和应用

（1）自行车比赛中，高速行进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的大”，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，与地理位置无关。

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.

1.惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性.

物体惯性的大小由质量决定，与物体的运动状态无关，与是否受力无关，与物体的速度大小无关.

3.惯性的表现

（1）在不受力的条件下，惯性表现出“保持”原来的运动状态，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，运动状态越难以改变。

例4

　关于物体的惯性，以下说法中正确的是（　　）

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，匀速运动时没有惯性

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

在长直水平轨道上匀速运动的火车上，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

答案　C

解析　物体的惯性大小只由质量决定，与物体的速度大小无关，A错误；

一切物体均有惯性,不论物体处于加速、减速还是匀速状态，B错误;

同样大小的力作用于物体上，运动状态越难改变，说明物体保持原来运动状态的本领越大，惯性也越大，所以C正确；

人向上跳起后，人在水平方向不受外力作用，由于惯性,人在水平方向的速度不变，与车速相同，因此仍落在车厢原处,D错误.故正确答案为C。

针对训练　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（　　）

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

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

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里倾斜，这是为了通过调控人和车的惯性达到转弯的目的

解析　惯性是物体的固有属性，大小只与物体的质量有关,质量越大，惯性越大，与其他任何因素均无关,故A、B、D错误；

摘下或加挂一些车厢，改变了列车质量，从而改变了它的惯性,故C正确。

1.（伽利略的理想实验）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（　　）

只要接触面“相当光滑”,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.要使物体运动就必须有力的作用，没有力的作用物体就静止

解析　理想实验在实际情况下是永远不能实现的，其条件永远是理想化的,选项B正确；

即使接触面“相当光滑”，也不会达到没有摩擦力的程度，选项A错误；

利用气垫导轨当然也不能实现“理想”的条件，仍然存在一定的阻力，只不过阻力很小而已，选项C错误；

力是改变物体运动状态的原因，并不是维持物体运动状态的原因，选项D错误.

2.（牛顿第一定律的理解）关于牛顿第一定律,下列说法正确的是（　　）

A.力是维持物体运动的原因,不受力的物体将保持静止，比如自行车

物体的速度不断增大，表示物体必受力的作用

物体如果向正北方向运动，其受外力方向必须指向正北

不受力的物体将保持静止或匀速直线运动状态，而受力的物体运动状态一定改变

解析　根据牛顿第一定律的内容可以判断力是改变物体运动状态的原因，不受力的物体将保持静止或匀速直线运动状态，故A错误,B正确;

若物体向正北方向做匀速直线运动，则物体不受力或所受合外力为零,C错误；

物体受到力的作用，若合外力为0,则物体也可以保持运动状态不变,故D错误。

3。

（牛顿第一定律的应用）如果正在做自由落体运动的物体的重力忽然消失，那么它的运动状态应该是（　　）

悬浮在空中不动

运动速度逐渐减小

C.做竖直向下的匀速直线运动

D.以上三种情况都有可能

解析　由题意可知，正在做自由落体运动的物体一定具有速度，而且仅受重力作用.如果重力忽然消失，则物体就不再受外力的作用，根据牛顿第一定律,撤去外力作用的物体应该保持它撤去外力时的运动状态,所以该物体应该做竖直向下的匀速直线运动。

4.（对惯性的理解）物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质称为惯性.下列有关惯性的说法中，正确的是（　　）

乘坐汽车时系好安全带可减小惯性

B.运动员跑得越快惯性越大

C.宇宙飞船在太空中也有惯性

汽车在刹车时才有惯性

解析　乘坐汽车时系好安全带，不是可以减小惯性，而是在紧急刹车时可以防止人由于惯性飞离座椅，所以A错误；

质量是物体惯性大小的惟一量度,与物体的速度的大小无关，所以B、D错误;

一切物体都有惯性,在太空中宇宙飞船的质量是不变的，所以其惯性也不变，所以C正确.

【考点】惯性

【题点】对惯性的理解

理想实验及其在科学研究中的作用

所谓“理想实验"

，又叫做“假想实验”、“抽象的实验”或“思想上的实验”,它是人们在思想中塑造的实验过程,是一种逻辑推理的思维过程和理论研究的重要方法.

“理想实验"

虽然也叫做“实验”，但它同真实的科学实验是有原则区别的。

真实的科学实验是一种实践活动，而“理想实验"

则是一种思维的活动；

前者是可以将设计通过物化过程实现的实验，后者则是由人们的抽象思维中设想出来而实际上无法做到的“实验”。

但是，“理想实验”并不是脱离实际的主观臆想.首先，“理想实验”是以实践为基础的。

所谓的“理想实验”就是在真实的科学实验的基础上的抽象分析，其次“理想实验"

的推理过程是以一定的逻辑法则为根据的.而这些逻辑法则,都是从长期的社会实验中总结出来的，并为实践所证实了的.

伽利略的“理想斜面实验”打破了亚里士多德关于“受力运动的物体，当外力停止作用时物体静止”这类陈旧观念，为近代力学的建立奠定了基础.爱因斯坦在建立相对论、海森堡在建立量子论时都用过“理想实验”.我们在学习过程中常用的假设法、极限法等也是这种方法的迁移.

“理想实验”在自然科学的理论研究中有着重要的作用.但是，“理想实验"

的方法也有其一定的局限性，“理想实验”只不过是一种逻辑推理的思维过程，它的作用只限于逻辑上的证明与反驳，而不能用来作为检验认识正确与否的标谁.相反，由“理想实验”所得出的任何推论,都必须由观察或实验的结果来检验。

选择题

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（　　）

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

答案　BCD

解析　亚里士多德认为物体的运动需要力来维持，A错误;

伽利略通过“理想实验”得出：

一旦物体具有某一速度,如果它不受力,它将以这一速度永远运动下去,B正确；

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，C正确；

由牛顿第一定律知，D正确.

【考点】对运动与力的关系认识的物理学史

【题点】对运动与力的关系认识的物理学史

（多选）关于伽利略的理想实验的叙述中正确的是（　　）

这个实验是凭空想象的

B.这个实验虽然是想象的,但它得出的结论是可靠的

C.理想实验是一种科学方法

D.理想实验是一个纯思维实验,其正确性应接受实践的检验

答案　BC

解析　伽利略的理想实验虽然是假想的，但是实验方法却是科学的,结果也是可靠的，故选B、C.

考点二　对牛顿第一定律的理解

（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

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

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

答案　AD

解析　物体处于静止状态或匀速直线运动状态时，它受到的合外力一定为零，A正确，C错误;

所受合外力为零时，物体可能处于静止状态或匀速直线运动状态，B错误,D正确.

4。

火车在平直轨道上做匀速直线运动，若在密封的、没有空气流动的车厢内点燃一支卫生香,则车里乘客看到卫生香所冒出的烟的运动情况应是（　　）

A.一边上升一边向前飘

一边上升一边向后飘

只是上升不向任何一边飘

D.无法确定

解析　卫生香所冒出的烟由于惯性而保持与车相同的水平速度，故C正确。

5.如图1所示，在一辆表面光滑的小车上,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,假设车足够长，则（　　）

若m1＜m2，则两个小球一定相碰

B.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

两个小球一定不相碰

答案　D

解析　小车表面光滑,因此两小球在水平方向上没有受到外力的作用。

当匀速运动时，两个小球与小车具有相同的速度,当车突然停止运动时，由于惯性，两个小球的速度不变，所以不会相碰（与质量大小无关）.

6.如图2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，劈形物体A从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是（　　）

A.沿斜面向下的直线

竖直向下的直线

C.无规则曲线

D.抛物线

解析　小球原来静止时受重力和支持力作用，其合力为零。

当劈形物体A由静止释放，A应沿斜面下滑，故B也将运动，运动状态就要发生改变,但由于惯性，小球原来速度为零，而小球又光滑，除竖直方向可以有力外，其他方向上不受力，因为力是使物体运动状态改变的原因，故小球只能在竖直方向上运动，在碰到斜面之前，运动轨迹应为一条直线,即竖直向下的直线，故选B。

【题点】牛顿第一定律的应用

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（　　）

质量越大，物体的惯性越大

B.物体的运动状态改变了，则惯性大小随之变化

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

答案　A

解析　物体在任何状态下均有惯性，并且物体的惯性大小只与质量有关，和物体的速度无关，A正确,B、C、D错误。

8。

关于惯性，下列说法正确的是（　　）

A.球由静止释放后加速下落，说明力改变了惯性

B.物体随着“神舟十一号”飞船进入太空,其惯性将消失

C.投掷出去的标枪靠惯性向远处运动

D.物体沿水平面滑动，速度越大滑行的时间越长,说明速度越大惯性越大

解析　惯性大小只与物体的质量有关,与运动的状态、受力情况无关，故A、B、D错误；

投掷出去的标枪是靠惯性向远处运动的，故C正确。

9。

（多选）关于惯性的下列说法，其中正确的是（　　）

A.物体抵抗运动状态变化的性质是惯性

没有力的作用，物体只能处于静止状态

C.行星在圆周轨道上保持匀速率运动的性质是惯性

D.运动物体如果没有受到力的作用，将继续以同一速度沿同一直线运动下去

解析　物体的惯性是指物体本身要保持原来运动状态不变的性质，或者说是指物体抵抗运动状态变化的性质，选项A正确;

没有力的作用，物体将保持静止状态或匀速直线运动状态，选项B错误；

行星在圆周轨道上做匀速圆周运动，而惯性是指物体保持静止或匀速直线运动的状态,选项C错误；

运动物体如果没有受到力的作用，根据牛顿第一定律可知,物体将继续以同一速度沿同一直线一直运动下去，选项D正确。

10.（多选）小轩很喜欢爸爸新买的数码照相机,在旅途中拍下了火车内桌面上塑料杯瞬间的不同状态,如图6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6

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

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

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

答案　AC

解析　题图甲中，塑料杯相对于桌面的位置没有发生改变，因此它们的运动状态是相同的，说明此时火车在匀速运动或静止，题图乙中,塑料杯向右倾倒，说明火车突然向左加速（或向右减速），因为，火车突然向左加速时，塑料杯的下部由于摩擦也随着加速，而上部由于惯性仍保持原来的运动状态,所以才会向右倾倒，火车向右减速时的情形也可用类似的方法解释；

题图丙中，塑料杯向左倾倒,说明火车突然向左减速（或向右加速），因为，火车突然向左减速时,塑料杯的下部由于摩擦也随着减速，而上部由于惯性仍保持原来的运动状态，所以才会向左倾倒，火车向右加速时的情形也可用类似的方法解释，所以，题图甲中火车在匀速运动或静止，题图乙中火车突然向左加速（或向右减速），题图丙中火车突然向左减速（或向右加速），选项A、C正确.