创新设计高一物理教科版必修1学案第三章 第1讲 牛顿第一定律 Word版含答案 高考.docx

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创新设计高一物理教科版必修1学案第三章第1讲牛顿第一定律Word版含答案高考

第1讲　牛顿第一定律

[目标定位]　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.2.理解牛顿第一定律的内容及意义.3.明确惯性的概念，会解释有关的惯性现象．

一、从亚里士多德到伽利略

1．亚里士多德把地上的运动分成两类：

一类是无须外力帮助的天然运动；另一类是受迫运动，这类运动必须依靠外力的不断作用才能维持．外力一旦消失，受迫运动也就停止了．由于历史的局限性，他的观点是错误的．

2．意大利科学家伽利略指出，地面上运动的物体之所以会停下来，是因为摩擦力的缘故．为了说明运动和力的关系，他设计了理想实验：

（1）若摩擦可以忽略，小球最终会到达与左侧斜面同样的高度；

（2）坡度越小，小球要达到同样的高度经过的坡长就会越长；

（3）如果右边的斜面变成水平面，并且没有任何阻力，小球将永远运动下去．从而否定了亚里士多德的观点．

想一想：

伽利略的理想实验揭示了什么道理？

答案　伽利略的实验揭示了力不是维持物体运动的原因．

二、牛顿第一定律　惯性

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，直到有外力迫使它改变这种状态为止．

2．牛顿第一定律揭示了力是迫使物体的运动状态发生变化（产生加速度）的一种作用，是物体获得加速度的原因，而物体具有的速度并不与力直接相关．

3．惯性：

一切物体都有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质，这种性质叫做惯性．因此牛顿第一定律也称为惯性定律．质量是物体惯性大小的量度．

　想一想：

（1）只有匀速直线运动或静止的物体才具有惯性，对吗？

（2）有人说：

“速度越大惯性越大，受力越小惯性越大”，对吗？

答案　

（1）不是，一切物体都具有惯性．物体的惯性与运动状态无关．

（2）不对，惯性只与质量大小有关，而与速度大小无关，与受力大小也无关.

一、对伽利略的理想实验的理解

1．关于运动和力的两种对立的观点

（1）亚里士多德的观点：

力是维持物体运动的原因．这种错误的观点统治了人们的思维近二千年．

（2）伽利略的观点（伽利略第一次提出）：

物体的运动不需要力来维持，力是改变物体速度的原因．

2．伽利略的理想实验的意义

（1）伽利略的理想实验将可靠的事实和理论思维结合起来，即采用“可靠事实＋抽象思维＋科学推论”的方法推翻了亚里士多德的观点，初步揭示了运动和力的正确关系．

（2）第一次确立了物理实验在物理学中的地位．

例1

　理想实验有时更能深刻地反映自然规律．伽利略设计了一个如图1所示的理想实验，他的设想步骤如下：

图1

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

二、对牛顿第一定律的理解

1．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．

2．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）

3．注意

（1）牛顿第一定律所描述的是物体不受外力作用时的状态，与物体所受合外力为零是等效的．

（2）牛顿第一定律不是实验定律，它是在理想实验的基础上总结得出的．

例2

　关于牛顿第一定律的理解正确的是（　　）

A．不受外力作用时，物体的运动状态保持不变

B．物体做变速运动时，一定受外力作用

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，A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，做变速运动，运动状态改变了，一定受外力的作用，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迫使他改变了运动状态，C错误，B、D正确．

答案　ABD

三、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．

例3

　关于惯性，下列说法正确的是（　　）

A．惯性是物体固有的属性，惯性越大的物体，它的运动状态越难改变

B．同一物体运动时的惯性大于静止时的惯性

C．“嫦娥三号”卫星在地球上的惯性与它绕月球飞行时的惯性相同（燃料消耗忽略不计）

D．各种机床和发电机的底座做得很笨重，并用螺丝固定在地面上，目的是增大惯性

解析　惯性是物体固有的属性，惯性越大的物体，保持原来运动状态的性质越强，即它的运动状态越难改变，A正确；质量是惯性大小的唯一量度，惯性大小与运动状态无关，B错误；“嫦娥三号”卫星在地球上的质量与它绕月球飞行时的质量不变，惯性不变，C正确；质量大的物体惯性大，各种机床和发电机的底座做得很笨重，目的是增大惯性，D正确．故选A、C、D.

答案　ACD

借题发挥　分析有关惯性的问题时，应注意惯性的三个性质：

（1）普遍性：

一切物体在任何情况下都具有惯性；

（2）无关性：

惯性与物体的运动状态和受力情况均无关；（3）唯一性：

惯性由物体的质量唯一决定．

例4

　如图2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2

A．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，小球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

对伽利略的理想实验的理解

1．伽利略的理想斜面实验说明（　　）

A．亚里士多德关于运动和力的关系是正确的

B．亚里士多德关于运动和力的关系是错误的

C．力是维持物体运动的原因

D．物体的运动不需要力来维持

答案　BD

解析　伽利略的理想实验中斜面放平后，小球将永远运动下去，说明物体的运动不是由力来维持的，故而推翻了亚里士多德的观点．B、D正确．

对牛顿第一定律的理解

2．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

答案　A

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．故选A.

对惯性的理解

图3

3．如图3所示，冰壶在冰面运动时受到的阻力很小，可以在较长时间内保持运动速度的大小和方向不变，我们可以说冰壶有较强的抵抗运动状态变化的“本领”．这里所指的“本领”是冰壶的惯性，则惯性的大小取决于（　　）

A．冰壶的速度B．冰壶的质量

C．冰壶受到的推力D．冰壶受到的阻力

答案　B

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B正确．

4．根据牛顿运动定律，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

答案　C

解析　人起跳后，水平方向保持起跳前的速度做匀速直线运动；车速如果不变（静止或匀速），则人和车水平方向相对静止；车如果加速，人相对滞后，落在起跳点的后方；车如果减速，人相对超前，落在起跳点的前方．故选C.

（时间：

60分钟）

题组一　对伽利略的理想实验的理解

1．下列关于对运动的认识不符合物理学史实的是（　　）

A．亚里士多德认为物体的自然状态是静止的，只有当它受到力的作用时才会运动

B．伽利略认为力不是维持物体运动的原因

C．牛顿认为力的真正效果是改变物体的速度，而不仅仅是使之运动

D．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

答案　C

解析　亚里士多德认为力是维持物体运动的原因，有力作用在物体上它就运动，没有力作用时它就静止，A对．伽利略认为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，他认为水平面上的物体若不受摩擦力，物体会保持原速度做匀速直线运动，B、D对．牛顿第一定律揭示了力与物体运动的关系，即物体的运动不需要力来维持，力的作用是改变物体的运动状态（速度），C错．

2．16世纪末，伽利略用实验和推理，推翻了已在欧洲流行了近两千年的亚里士多德关于力和运动的理论，开始了物理学发展的新纪元．在以下说法中，与亚里士多德观点相反的是（　　）

A．四匹马拉的车比两匹马拉的车跑得快，这说明，物体受的力越大，速度就越大

B．一个运动的物体，如果不再受力了，它总会逐渐停下；这说明，静止状态才是物体长时间不受力时的“自然状态”

C．两物体从同一高度自由下落，较重的物体下落较快

D．一个物体维持匀速直线运动，不需要受力

答案　D

解析　亚里士多德的观点：

力是使物体运动的原因，有力物体就运动，没有力物体就静止，与此观点相反的选项是D.

3．关于伽利略的理想实验，下列说法正确的是（　　）

A．只要接触面摩擦相当小，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．虽然是想象中的实验，但是它建立在可靠的实验基础上

答案　BD

解析　伽利略的理想斜面实验反映了一种物理思想．它是建立在可靠的事实基础上的，它把实验和逻辑推理结合在一起，抓住主要因素，忽略次要因素，从而深刻地揭示了自然规律．故选B、D.

题组二　对牛顿第一定律的理解

4．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

答案　A

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．故选A.

5．做自由落体运动的物体，如果下落过程中某时刻重力突然消失，物体的运动情况将是（　　）

A．悬浮在空中不动

B．速度逐渐减小

C．保持一定速度向下做匀速直线运动

D．无法判断

答案　C

解析　物体自由下落时，仅受重力作用，重力消失以后，物体将不受力，根据牛顿第一定律的描述，物体将以重力消失瞬间的速度做匀速直线运动，故选项C正确．

6.

图1

如图1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．一定不相碰

C．不一定相碰D．无法确定

答案　B

解析　小车表面光滑，因此小球在水平方向上没有受到外力的作用．原来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．

7.

图2

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，上表面水平，在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B．竖直向下的直线

C．无规则曲线D．抛物线

答案　B

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，没有水平或其他方向上的速度，而小球又光滑，除竖直方向可以有合力外，其他方向上没有合力，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．

题组三　对惯性的理解和应用

8．关于惯性的大小，下列说法正确的是（　　）

A．物体的速度越大，其惯性就越大

B．物体的质量越大，其惯性就越大

C．物体的加速度越大，其惯性就越大

D．物体所受的合力越大，其惯性就越大

答案　B

解析　质量是物体惯性大小的唯一量度，惯性的大小与速度、加速度及合力无关．

9．关于惯性的理解，下列说法正确的是（　　）

A．物体含的物质越多，惯性越大

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．在月球上举重比在地球上容易，所以同一物体在地球上惯性比在月球上大

D．乒乓球可以快速抽杀（球接触球板后速度很大），是因为乒乓球惯性小的缘故

答案　AD

解析　质量是指物体所含物质的多少，而质量是物体惯性的唯一量度，质量越大，物体的惯性越大，惯性与物体的速度及所在地理位置无关，A正确，B、C错误；乒乓球可以快速抽杀（球接触球板后速度很大），运动状态很容易改变，因为它的质量很小，即乒乓球惯性小的缘故，D正确．

10．下列说法中正确的是（　　）

A．运动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

B．小球由于受重力的作用而自由下落时，它的惯性就不存在了

C．一个小球被竖直上抛，当抛出后能继续上升，是因为小球受到向上的推力

D．物体的惯性是物体保持匀速直线运动状态或静止状态的一种属性，与物体的速度大小无关

答案　D

解析　做变速运动的物体速度之所以改变是因为受到了外力，外力迫使它改变运动状态，不是物体失去了惯性．

11．下列说法正确的是（　　）

A．由于不存在不受外力作用的物体，所以牛顿第一定律没有意义

B．牛顿第一定律说明了力是改变物体运动状态的原因

C．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　B

解析　由于不受外力和合外力为零效果相同，所以牛顿第一定律仍有实际意义，质量才是惯性大小的唯一量度，与速度及运动状态无关．

12．月球表面的重力加速度为地球表面的重力加速度的

，同一个飞行器在月球表面上时与在地球表面上时相比较（　　）

A．惯性减小为

，重力不变

B．惯性和重力都减小为

C．惯性不变，重力减小为

D．惯性和重力都不变

答案　C

解析　物体的惯性大小仅与物体的质量有关，因质量是恒量，同一物体的质量与它所在的位置及运动状态无关，所以这个飞行器从地球到月球，其惯性大小不变．物体的重力是个变量，这个飞行器在月球表面上的重力为G月＝mg月＝m·

g地＝

G地．故正确选项为C.

13.

如图3所示，在沿东西方向直线运动的小车上，放一竖直木块，突然发现木块向西倒，则小车可能的运动情况（　　）

A．向东做匀速运动图3

B．向东做减速运动

C．向东做加速运动

D．向西做减速运动

答案　CD

解析　由牛顿第一定律可知，木块突然向西倒，说明小车具有向东的加速度，由力和运动关系可知，小车可能向东加速或向西减速，所以A、B错误；C、D正确．

14．下面摘自上个世纪美国报纸上的一篇小文章：

阿波罗登月火箭在脱离地球飞向月球的过程中，飞船内宇航员通过无线电与在家中上小学的儿子汤姆通话．宇航员：

“汤姆，我们现在已经关闭了火箭上所有推动机，正向月球飞去．”汤姆：

“你们关闭了所有推动机，那么靠什么力量推动火箭向前运动？

”宇航员犹豫了半天，说：

“我想大概是伽利略在推动飞船向前运动吧．”若不计星球对火箭的作用力，由上述材料可知（　　）

A．汤姆问话体现的物理思想是“火箭的运动需要力来维持”

B．宇航员答话想表达的真实意思是“伽俐略用力推动着火箭向前运动”

C．宇航员答话想表达的真实意思是“火箭的运动不需要力来维持”

D．宇航员的答话想表达的真实意思是“火箭正在依靠惯性飞行”

答案　ACD

解析　汤姆说：

“你们关闭了所有推动机，那么靠什么力量推动火箭向前运动？

”想表达的真实意思是“火箭的运动需要力来维持”，故A正确；B、C、D由题意知，宇航员说大概是伽利略在推动飞船向前运动，真实意思是根据伽利略的理论，“火箭的运动不需要力来维持，火箭正在依靠惯性飞行”，而不是伽俐略用力推动着火箭向前运动，故B错误，C、D正确．