高中物理 人教版必修一41牛顿第一定律教学设计教案.docx
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高中物理人教版必修一41牛顿第一定律教学设计教案
4.1牛顿第一定律
一、知识结构
二、教学目标
1.知道伽利略的理想实验及其推理过程，知道理想实验是科学研究的重要方法．（难点）
2.理解牛顿第一定律的内容及意义．（重点）
3.明确惯性的概念，会解释有关的惯性现象．（难点）.
三、新知全解
知识点一 理想实验的魅力
1．历史回顾：
代表人物
基本观点（对力和运动关系的认识）
亚里士多德
必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就处于静止状态
伽利略
如果没有摩擦阻力，水平面上运动的物体将保持这个速度一直运动下去，因此力不是维持物体运动的原因
笛卡儿
如果运动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.伽利略的斜面实验：
（1）将两个对称的斜面末端平滑地对接在一起．让小球沿一个斜面从静止滚下来．小球将滚上另一个斜面．
（2）（推论）如果没有摩擦，小球将上升到释放时的高度．
（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释放时的高度．
（4）（推论）继续减小第二个斜面的倾角，最后变成水平面，小球将沿水平面永远运动下去．
（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．
（1）物理学史的“经典”错误：
“最博学的人”亚里士多德的“力是维持物体运动的原因”．
（2）现代物理学的创始人——伽利略：
提出了新的研究方法（理想斜面实验）．
知识点二 牛顿物理学的基石——惯性定律
1．牛顿第一定律的内容：
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．
注意：
牛顿第一定律是由理想实验加以科学推理得到的，不是实验定律，但是由它得出的结论，都经历了广泛、严谨的事实检验．
2．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．牛顿第一定律又叫惯性定律．
3．意义：
两个确定.
确定惯性概念
任何物体无论处于什么状态，都具有惯性
确定力与运动的关系
力是改变物体运动状态的原因，并不是维持物体运动的原因
思考1
参加作战任务的战斗机却要抛掉副油箱（如图）以减小质量，这是为什么呢？
你能解释一下吗？
提示：
战斗机在执行战斗任务时，为了使自己便于调节，灵活运动，就要抛掉副油箱以减小惯性．
知识点三 惯性与质量
1．惯性的特点：
普遍性
惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性
无关性
惯性与物体受力情况、运动情况及地理位置均无关
唯一性
质量是物体惯性大小的唯一量度，质量越大，惯性越大
2.惯性的表现形式：
（1）不受力时，惯性表现为“保持”“原来的”运动状态，有“惰性”的含义．
（2）受力时，惯性表现为运动状态改变的难易程度，质量越大，惯性越大，运动状态越难以改变．
思考2
公路上奔驰的汽车，速度越大，刹车后停下来所用的时间越长，这些说明速度越大惯性越大吗？
提示：
质量是惯性大小的惟一量度，质量越大，运动状态越难改变．
由v
＝2ax知，刹车位移和初速度的二次方成正比，汽车速度越大，刹车位移越长，但是汽车质量不变，惯性是不变的.
四、核心知识汇总
核心一 理想斜面实验及力与运动的关系
例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（ ）
A．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：
一旦物体具有某一速度，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
【解析】 A错：
亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体才能运动．B对：
由伽利略理想斜面实验知，B对．C对：
由笛卡儿观点知，C对．D对：
由惯性定律知，D对．
【答案】 BCD
伽利略理想实验的卓越之处不是实验本身，而是实验所使用的独特的方法，在实验的基础上，进行理想化推理（也叫合理外推）．它标志着物理学的真正开端．
训练1 意大利科学家伽利略在研究运动和力的关系时，提出了著名的斜面实验，其中应用的物理思想方法属于（ ）
A．等效替代 B．实验归纳 C．理想实验 D．控制变量
解析：
意大利科学家伽利略设想了一个斜面实验：
将两个斜面对接起来，当小球沿一个斜面滚下，会滚上第二斜面，如果摩擦力越小，在第二斜面上滚上的高度越大，设想没有摩擦力，小球会达到相等的高度，将第二斜面放平，小球将永远运动下去．这里伽利略应用的物理思想方法属于理想实验，选项C正确．
答案：
C
核心二 牛顿第一定律的理解及其应用
1．牛顿第一定律的意义
（1）揭示了一切物体都具有的一个重要属性——惯性．
（2）揭示了物体在不受力或合外力为零时的运动状态——静止或匀速直线运动状态．
（3）揭示了力的含义——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．
（4）全面揭示了运动既有外因——外力，也有内因——惯性，外因改变物体的运动状态，内因维持物体的运动状态，改变中有维持.
2.物体运动状态改变的三种情况
（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．
例2 （多选）下列对牛顿第一定律的理解正确的是（ ）
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，是没有外力维持木块运动的结果
D．奔跑的运动员，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】 A、B对：
牛顿第一定律描述的是物体不受外力作用时的运动规律，总保持匀速直线运动状态或静止状态不变．C错，D对：
牛顿第一定律还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，是由于摩擦力的作用而改变了运动状态；奔跑的运动员，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．
【答案】 ABD
（1）力是改变物体运动状态的原因；
（2）惯性有维持物体原来运动状态的性质．
训练2 （多选）如图所示，在匀速前进的磁悬浮列车里，小明将一小球放在水平桌面上，且小球相对桌面静止，关于小球与列车的运动，下列说法正确的是（ ）
A．若小球向前滚动，则磁悬浮列车在加速前进
B．若小球向后滚动，则磁悬浮列车在加速前进
C．磁悬浮列车急刹车时，小球向前滚动
D．磁悬浮列车急刹车时，小球向后滚动
解析：
可通过以下表格对各选项逐一分析
选项
过程分析
结论
A
若小球向前滚动，可知小球的速度大于列车的速度，知列车的速度减小
×
B
若小球向后滚动，可知列车的速度大于小球的速度，可知列车的速度增加，做加速运动
√
C
磁悬浮列车急刹车时，小球因为有惯性，要保持原来的匀速直线运动状态，所以小球运动的速度要大于磁悬浮列车运动的速度，即小球要相对磁悬浮列车向前滚
√
D
×
答案：
BC
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．
核心三 惯性的理解及应用
惯性与惯性定律的区别
惯性
惯性定律
基本含义
惯性是物体的一种属性
物体运动的规律
理解要点
①与是否运动无关，与速度大小无关
②与是否受力无关
③与所在位置无关
④只与质量有关
①物体的运动具有“惰性”，“力”是改变这种“惰性”的惟一因素
②惯性越大，物体的运动状态越难改变
与力的关系
①无关
②惯性不是一种特殊的力
强调了“力”的作用效果——改变运动状态（产生加速度）
惯性和力是不一样的，惯性是一种性质，力是一种作用．
例3 关于物体的惯性，下述说法中正确的是（ ）
A．运动速度大的物体不能很快地停下来，是因为物体速度越大，惯性也越大
B．静止的火车启动时，速度变化慢，是因为静止的物体惯性大
C．乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球惯性小
D．在宇宙飞船中的物体不存在惯性，因此可飘浮起来
【解析】 A、D错：
一切物体都有惯性，惯性大小只与物体的质量有关．惯性是物体本身的一种属性，与外界因素（受力大小及所处环境）无关．B错：
静止的火车启动时，速度变化缓慢，是因为火车质量大，惯性大，而不是因为静止的物体惯性大．C对：
乒乓球可以快速抽杀，是因为其质量小，惯性小，在相同力的作用下，运动状态容易改变．
【答案】 C
训练3 如图所示，在一辆表面光滑且足够长的小车上，有质量为m1和m2的两个小球（m1>m2），两个小球随车一起做匀速直线运动，当车突然停止运动时，若不考虑其他阻力，则两个小球（ ）
A．一定相碰 B．不一定相碰
C．一定不相碰D．无法确定
解析：
车停止前，两个小球和小车一起做匀速直线运动，并且两个小球和小车具有共同的速度，当小车突然停止时，由于小球在光滑接触面上，因此两个小球由于惯性，还要保持原来大小不变的速度做匀速直线运动，由于两球的速度相同，相等时间内通过的距离相等，因此两个小球间的距离不变，一定不会相碰，选项C正确．
答案：
C
方法技巧
利用惯性解释现象的方法
（1）明确研究的物体原来处于怎样的运动状态．
（2）当外力作用在该物体的某一部分（或外力作用在与该物体有关联的其他物体上）时，这一部分的运动状态的变化情况．
（3）该物体由于惯性保持怎样的运动状态，判断最后会出现什么现象.
五、随堂练习及真题解析
1．关于伽利略的理想实验，以下说法中正确的是（ ）
A．完全是理想的，没有事实为基础
B．是以可靠事实为基础的，经科学抽象，深刻反映了自然规律
C．没有事实为基础，只是理想推理
D．以上说法都不对
解析：
伽利略的理想实验是建立在可靠的事实基础之上的．以事实为依据，以抽象为指导，抓住主要因素，忽略次要因素，从而深刻地揭示了自然规律．
答案：
B
2．交通法规中规定，坐在小汽车前排的司机和乘客都应系上安全带，这主要是为了减轻在下列哪种情况出现时可能对人造成的伤害（ ）
A．车速太快 B．车速太慢
C．紧急刹车D．突然启动
解析：
小汽车车速太快或太慢时，只要速度不发生变化，人就不会向前冲或向后仰，所以不会使人受伤，故选项A、B不符合题意；当紧急刹车时，车停止而人由于惯性向前冲，安全带可以防止人向前冲而受伤，故选项C符合题意；突然启动时，人会向后仰，有靠背支撑，安全带不起作用，故选项D不符合题意．
答案：
C
3．古诗词是我国五千年灿烂文化的精髓，先人在创作时巧妙地借用了许多物理知识，使其作品大放异彩．下列涉及惯性的诗句是（ ）
A．坐地日行八万里，巡天遥看一千河
B．船到江心抛锚迟，悬崖勒马早已晚
C．人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开
D．飞流直下三千尺，疑是银河落九天
答案：
B
4．[2019·洛阳高一检测]关于牛顿第一定律，以下说法错误的是（ ）
A．牛顿第一定律又叫惯性定律
B．牛顿第一定律是牛顿通过大量实验总结出来的实验结论
C．牛顿第一定律说明一切物体都有惯性
D．牛顿第一定律说明力可以改变物体的运动状态
解析：
牛顿第一定律又叫惯性定律，选项A正确；牛顿第一定律是牛顿在伽利略实验的基础上，通过抽象推理总结出来的结论，选项B错误；牛顿第一定律说明一切物体都有惯性，选项C正确；牛顿第一定律说明力可以改变物体的运动状态，选项D正确．
答案：
B
5．牛顿是近代科学的开创者，他一生致力于科学研究，有许多重大发明，为科学事业做出了巨大的贡献，他提出的牛顿运动三定律成为经典力学的基础．由牛顿第一定律可知（ ）
A．合力停止作用后，物体就会慢慢停下来
B．物体的速度改变时，一定受到合力的作用
C．物体只有在静止或做匀速直线运动时才有惯性
D．力是改变物体运动状态的原因，也就是改变物体惯性的原因
解析：
合力停止作用后，物体速度保持不变，选项A错误；力是改变速度的原因，物体的速度改变时，合力一定不为零，选项B正确；惯性是物体的固有属性，与运动状态无关，选项C错误；力是改变物体运动状态的原因；惯性大小只与物体的质量有关，与受力无关，选项D错误．
答案：
B
6．下列利用惯性或防止惯性带来危害的实例中，属于防止惯性带来危害的是（ ）
A．运动员跳远时，要奋力助跑
B．弓箭手拉弓射箭时，离弦的箭会继续飞行
C．驾驶员驾车行驶时，发现前方有障碍物要提前刹车
D．飞机飞行中空投物品时，要在到达空投目标上方前投下
解析：
运动员跳远时，要奋力助跑，是利用人的惯性，选项A错误；弓箭手拉弓射箭时，离弦的箭会继续飞行是利用箭的惯性，选项B错误；驾驶员驾车行驶时，发现前方有障碍物要提前刹车，避免紧急刹车时人由于惯性而继续向前运动，发生交通事故，选项C正确；飞机空投物品是利用物品具有惯性保持继续向前运动的状态，从而顺利到达目的地，是利用惯性，选项D错误．
答案：
C
7、如图所示，一个劈形物体A放在斜面上，A的各个表面光滑且上表面水平，在A的上表面上放置一个小球B，由静止释放A，则小球B在碰到斜面之前的运动轨迹是（ ）
A．沿斜面向下的直线B．竖直向下的直线
C．抛物线D．双曲线
解析：
选B.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，没有水平或其他方向上的速度，而A的上表面又光滑，除竖直方向可以有合力外，其他方向上没有合力，加之力是使物体运动状态改变的原因，小球只能在竖直方向上有运动，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．
8、（2019·山西太原高一期末）如图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，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，汽车可能的运动方向和运动状态是（ ）
A．向右行驶、突然刹车
B．向左行驶、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：
选A.对摆锤进行受力分析，如图所示，所以物体在水平方向所受合力不为0且方向向左，故物体的加速度方向向左；所以若汽车运动方向向左，即向左做匀加速运动；若汽车运动方向向右，即向右做匀减速运动，故A正确．
9、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（ ）
A．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：
一旦物体具有某一速度，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
解析：
选BCD.亚里士多德认为运动需要力来维持，伽利略认为力是改变物体运动状态的原因，A错误；伽利略通过“理想实验”得出结论：
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；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，D正确．
10、下列关于惯性的分析，正确的是（ ）
A．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
B．高速公路上要限速，是因为车速越大惯性越大
C．机床安装在笨重的底座上，是为了增大惯性，提高稳定性
D．坦克车制造很重，是为了增大惯性，提高行驶的平稳度
解析：
选AC.战斗机甩掉副油箱，减小了质量，惯性减小，提高了飞行的灵活性，A对；惯性大小与速度无关，B错；机床与底座连成一体，质量大，惯性大，更稳定，C对；坦克车装甲厚重，是为了提高抗炮击能力，D错．
11、（2019·济南外国语学校高一月考）如图所示，重球系于绳DC下端，重球下再系一根同样的绳BA，下列说法正确的是（ ）
A．在绳的A端缓慢增加拉力，结果CD绳先断
B．在绳的A端缓慢增加拉力，结果AB绳先断
C．在绳的A端突然猛一拉，结果AB绳先断
D．在绳的A端突然猛一拉，结果CD绳先断
解析：
选AC.在绳的A端缓慢增加拉力，重球受力如图所示，使得重球在足够的时间发生了微小的位移，以致CD绳的拉力FT2逐渐增大，这个过程进行缓慢，可以认为重球始终处于平衡状态，即FT2＝FT1＋mg，随着FT1增大，FT2也增大，且FT2总是大于FT1，所以CD绳先被拉断，A项正确，B项错误；若在A端猛拉，因为重球质量很大，力的作用时间极短，由于惯性，重球向下的位移极小（可以看成运动状态未来得及改变），以致CD绳的拉力几乎未增加，故AB绳先断，C项正确，D项错误．
1
2、（2019·徐州高一检测）在列车的车厢内，有一个自来水龙头C.第一段时间内，水滴落在水龙头的正下方B点，第二段时间内，水滴落在B点的右方A点，如图所示．那么列车可能的运动是（ ）
A．先静止，后向右做加速运动
B．先做匀速运动，后做加速运动
C．先做匀速运动，后做减速运动
D．上述三种情况都有可能
解析：
选BC.水滴下落时，水平方向保持原来的速度，若车匀速运动，车的水平位移与水滴的水平位移相同，则落在B点；若车向左加速运动，则水滴仍保持下落时的水平速度，而车的水平位移增大，故水滴可落在A处；同理，车向右减速运动，水滴也会落在A处．故选BC.
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