学年高中物理必修1文档第四章 第1节 牛顿.docx

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学年高中物理必修1文档第四章第1节牛顿

第1节牛顿第一定律

1．力不是维持物体运动的原因，力是改变物体运动状态的原因。

2．一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。

3．一切物体都具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，叫惯性。

4．质量是物体惯性大小的唯一量度。

一、理想实验的魅力

1．人类对运动与力的关系的认识历程

代表人物

主要观点

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，物体就要静止

伽利略

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

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.伽利略的理想实验

（1）斜面实验：

让静止的小球从第一个斜面滚下，冲上第二个斜面，如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度。

减小第二个斜面的倾角，小球滚动的距离增大，但所达到的高度相同。

当第二个斜面放平，小球将永远运动下去。

（2）推理结论：

力不是（选“是”或者“不是”）维持物体运动的原因。

二、牛顿第一定律

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．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叫惯性。

牛顿第一定律也叫做惯性定律。

三、惯性与质量

对于任何物体，在受到相同的作用力时，决定它们运动状态变化难易程度的唯一因素就是它们的质量。

1．自主思考——判一判

（1）亚里士多德认为物体的自然状态是静止，只有当它受到力的作用才会运动。

（√）

（2）伽利略认为力不是维持物体运动的原因。

（√）

（3）牛顿认为力的真正效应总是改变物体的速度，而不仅仅是使之运动。

（×）

（4）伽利略根据理想实验推出，如果没有摩擦，在水平面上的物体，一旦具有某一个速度，将保持这个速度继续运动下去。

（√）

（5）运动速度大的物体，不能很快停下来，是因为速度大时，惯性也大。

（×）

（6）乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球的惯性小。

（√）

2．合作探究——议一议

（1）“理想实验”能否通过科技的不断发展而变成真实的科学实验？

提示：

不能，理想实验是人们在抽象思维中设想出来而实际上无法做到的实验。

（2）用力踢球，球才会运动起来，难道不能证明了有力才有运动，运动需要外力来维持吗？

图411

提示：

不能，正是由于脚对球的力，改变了足球原来的运动状态（静止），故力是改变物体运动状态的原因，脚离开球后，球仍然运动，故力不是维持物体运动的原因。

（3）有人说“只有做匀速直线运动或静止的物体才具有惯性”，也有人说“速度越大惯性越大”，“受力越大惯性越小”，这些说法对吗？

提示：

不对，惯性是物体的固有属性，与物体的运动状态和受力情况无关。

对伽利略的理想实验的理解

理想实验是一种以可靠的事实为依据，忽略次要因素，并把实验的情况合理外推到一种理想状态，从而来揭示自然现象本质的假想实验。

爱因斯坦曾高度评价伽利略的工作：

“这个理想实验指出了真正建立运动力学基础的线索”。

他自己在提出相对论时也用到了理想实验的方法。

1．（多选）关于伽利略的理想实验的叙述中正确的是（　　）

A．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

解析：

选BC　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。

2．伽利略的斜面实验证明了（　　）

A．要物体运动必须有力作用，没有力作用的物体将静止

B．要物体静止必须有力作用，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．力不是维持物体运动的原因

解析：

选D　伽利略的斜面实验证明了：

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。

3.理想实验有时能更深刻地反映自然规律。

伽利略设想了一个理想实验，如图412所示。

下面是关于该实验被打乱的步骤：

图412

①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图412为两个对接的斜面，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时的高度。

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）在上述的设想实验步骤中，有的属于可靠的实验事实，有的则是理想化的推论，请问步骤②属于________。

解析：

本题向我们展示了科学史上著名的理想实验的思想方法，即在实验事实的基础上，经过合理的想象，获取结论。

针对题目所述的实验步骤，正确的排列顺序是②③①④，步骤②属于可靠的实验事实。

答案：

（1）②③①④　

（2）可靠的实验事实

对牛顿第一定律的理解

1．对牛顿第一定律的理解

（1）明确了惯性的概念：

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”，揭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：

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。

（4）牛顿第一定律是在理想实验的基础上经过科学推理得到的，但由它得出的一切结论，都经受了广泛、严谨的实验检验，证明结论是正确的。

2．怎样理解物体运动状态的变化？

物体的运动状态变化有以下三种可能的情况：

（1）速度的大小不变，只有方向改变。

（2）速度的方向不变，只有大小改变。

（3）速度的大小和方向都发生改变。

1．（多选）物体的运动状态改变了，不可能发生的是（　　）

A．速率不变　　　　　　　　B．速度不变

C．物体未受任何力D．运动方向不变

解析：

选BC　物体的运动状态发生了变化，即速度发生了变化，可能是速度大小（即速率）变化，也可能是方向变化，还可能是大小和方向同时变化。

物体的运动状态发生了变化，一定是因为物体受到了力的作用。

2．（多选）关于牛顿第一定律有下列说法，其中正确的是（　　）

A．牛顿第一定律可用实验来验证

B．牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因

C．惯性定律与惯性的实质是相同的

D．物体的运动不需要力来维持

解析：

选BD　牛顿第一定律不是实验定律，故不能用实验来验证，选项A错误；牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因，选项B正确；惯性定律是物体遵循的规律，而惯性是物体的性质，其实质是不相同的，选项C错误；物体的运动不需要力来维持，选项D正确。

3．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

C．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

D．物体的运动状态发生变化时，物体必定受到外力的作用

解析：

选B　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。

对惯性的理解

1．惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。

2．质量是惯性大小的唯一量度。

质量越大，惯性越大。

3．惯性大小与物体运动状态无关，与物体受力情况以及地理位置无关。

4．惯性的表现

（1）不受力时，惯性表现为保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，有“惰性”的意思。

（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。

1．关于惯性和牛顿第一定律，下列说法中正确的是（　　）

A．静止的物体可能没有惯性

B．速度越大的物体惯性越大

C．同一物体在地球上和月球上惯性不同

D．伽利略的斜槽实验以可靠的事实为基础并把实验探究和逻辑推理和谐地结合在一起

解析：

选D　惯性是物体的固有属性，与运动状态无关，故A错误；质量是惯性大小的唯一量度，与速度、环境等因素无关，故B、C错误；伽利略的斜槽实验以可靠的事实为基础并把实验探究和逻辑推理和谐地结合在一起，故D正确。

2．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（　　）

图413

A．系好安全带可以减小人的惯性

B．系好安全带可以减小车的惯性

C．系好安全带是为了增大人与座椅间的摩擦力

D．系好安全带可以防止因人的惯性而造成的伤害

解析：

选D　惯性的唯一衡量标准是质量，质量大则惯性大，A、B错；摩擦力由接触面的粗糙程度来定，C错；系好安全带可以防止刹车时因人的惯性而造成的伤害，D对。

3．下面是一些关于惯性的说法，它们对不对呢？

（1）放在地上的足球，被运动员飞起一脚，用力克服了它的惯性，所以足球滚动了。

（2）物体不受力或受到平衡力时才有惯性，做加速运动时速度时刻变化，因此就没有惯性。

（3）车子速度大的时候，制动后不易停住，惯性大；车子速度小的时候，制动后容易停住，惯性小。

解析：

（1）物体的惯性与物体是否运动无关，与运动状态是否变化无关，故

（1）错；

（2）物体的惯性与物体是否受力无关，与受力的大小和方向无关，故

（2）错；

（3）物体的惯性与物体的速度大小无关，故（3）错。

答案：

（1）错　

（2）错　（3）错

1．在物理学史上，正确认识运动与力的关系并且推翻“力是维持运动的原因”的物理学家和建立惯性定律的物理学家分别是（　　）

A．亚里士多德、伽利略　　　B．亚里士多德、牛顿

C．伽利略、牛顿D．伽利略、爱因斯坦

解析：

选C　在物理学史上，正确认识运动与力的关系并且推翻“力是维持运动的原因”的物理学家和建立惯性定律的物理学家分别是伽利略和牛顿。

故选C。

2．下列现象中，不属于利用惯性现象的是（　　）

A．用手拍打衣服上的灰尘

B．锤头松了，将锤柄在地上撞击几下

C．运动员采用助跑跳远

D．骑自行车时为了减速捏刹车闸

解析：

选D　用手拍打衣服上的灰尘，衣服运动时，由于惯性，灰尘要保持静止状态，利用了惯性现象，所以A错误；锤头松了，将锤柄在地上撞击几下，锤柄撞击地面马上静止，锤头由于惯性要保持运动状态，利用了惯性，B错误；利用助跑跳远，由于惯性，人要保持运动的状态，所以跳得更远，故C错误；捏刹车闸，是通过力改变自行车的运动状态，不是利用了惯性，D正确。

3．关于物体的惯性，下列说法中正确的是（　　）

A．射出枪膛的子弹在运动一段距离后连一件棉衣也穿不透，这表明它的惯性小了

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

解析：

选B　惯性是物体本身的一种属性，它不随物体速度的大小变化而变化，所以子弹运动一段距离后，速度变小了，高速公路上的限速等都不是因为物体的惯性发生了变化，所以A、D错误；而用力推一个物体时，没有推动，说明地面对