2022年高中物理鲁科版必修1教学案：第6章 第1节 牛顿第一定律(含解析)

2022年高中物理鲁科版必修1教学案：第6章 第1节 牛顿第一定律(含解析)1.伽利略推翻了亚里士多德的错误理论，提出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的观点。2一切物体总保持静止状态或匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。3惯性是物体的固有属性，质量是物体惯性大小的唯一量度。4牛顿第一定律的意义在于揭示了力和运动的关系，提出了惯性的概念，因此牛顿第一定律又叫惯性定律。一、力与运动状态1亚里士多德的观点有外力的作用物体才有速度，要维持物体的运动速度就需要外力。2伽利略的观点 (1)理想实验(如图611)：小球沿光滑斜面从左侧某一高度滚下，无论右侧坡度如何，都会上升到几乎等高的地方。(2)结论：维持物体的运动不需要外力。图6113笛卡儿的观点若无其他原因，运动的物体将继续以原来的速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。4运动状态速度是描述物体运动状态的物理量，运动状态的改变是指速度的改变。5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。二、牛顿第一运动定律1内容一切物体总保持静止状态或匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。2意义(1)牛顿第一定律表明物体不受外力(或合外力为零)时，物体将保持原来的静止或匀速直线运动状态。(2)物体的运动状态不变，它所受合外力必然为零；运动状态改变，必受到不为零的外力。三、物体的惯性1定义任何物体都有保持原来静止或匀速直线运动状态的性质，物理学中把物体的这种性质叫做惯性。2理解惯性是物体的固有属性，与物体的受力情况及运动情况无关。3决定因素质量是物体惯性大小的唯一量度。质量越大，物体的惯性越大，物体的运动状态越难改变。1自主思考判一判(1)速度变化，物体的运动状态就改变。()(2)运动方向变化了，但物体的运动状态不变。()(3)物体不受外力就是物体受到的合外力等于零。()(4)牛顿第一定律是实验定律。()(5)惯性是物体的本质属性，与除质量之外的因素无关。()(6)牛顿第一定律说明了力是改变物体运动状态的原因。()2合作探究议一议(1)伽利略认为力是改变物体运动状态的原因，这里的运动状态改变指的是什么？提示：物体运动速度的改变。(2)网球和乒乓球比较，用同样大小的力，乒乓球抽杀的速度比网球快得多，这是什么原因？提示：乒乓球质量小，惯性小，状态容易改变。(3)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612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。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以下说法不符合物理学史实的是()A亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在某一个地方B伽利略通过理想实验得出结论：力是维持物体运动的原因C笛卡尔指出：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将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牛顿第一定律是逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能直接用实验验证解析：选B亚里士多德认为力的作用是使物体运动的原因，A的说法符合物理学史；伽利略通过理想实验得出运动不需要力来维持，故B项说法不符合物理学史；笛卡尔指出如果运动中的物体没有受到力的作用，它将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的说法符合物理学史；牛顿第一定律是逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能直接用实验验证，符合物理学史，故选B。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613所示。下面是关于该实验被打乱的步骤：图613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。图613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。如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度。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，步骤属于可靠的实验事实。答案：(1)(2)可靠的实验事实牛顿第一定律的理解1明确了惯性概念定律的前半部分内容“一切物体总保持静止状态或匀速直线运动状态”，揭示了所有物体普遍具有的一种属性惯性，即物体保持静止状态或匀速直线运动状态，是本质属性，不需要条件。一切物体在任何情况下都具有保持静止状态或匀速直线运动状态的性质。因此，牛顿第一定律又叫惯性定律。2明确了力的作用效果定律的后半部分内容“直到有外力迫使它改变这种状态为止”，说明了力的作用效果可以改变物体的运动状态。定律中明确指出力可以改变物体的运动状态。3揭示了力和运动的关系牛顿第一定律指出物体不受外力时的运动规律，定律描述的只是一种理想状态，而实际中物体不受外力的作用的情况是不存在的，当物体所受到的合外力为零时，其效果跟不受外力的作用效果相同。力与运动的关系：运动不需要力维持，但运动状态的改变离不开力的作用。1(多选)下列说法中正确的是()A牛顿第一定律是科学家凭空想象出来的，没有实验依据B牛顿第一定律无法用实验直接验证C理想实验的思维方法与建立质点模型的思维方法一样，都是一种科学的抽象的思维方法D由牛顿第一定律可知，静止的物体一定不受外力解析：选BC牛顿第一定律是以实验为基础，加以想象推理出来的，有实验依据，但无法用实验直接验证，故A错误，B正确。理想实验是人们在思想中塑造的理想过程，与建立质点模型的思维方法一样，故C正确。静止的物体可能不受外力，也可能受外力但合外力为零，故D错误。2根据牛顿第一定律，下列说法中正确的是()A人只有在静止的车厢内，竖直向上高高跳起后，才会落到车厢原来的位置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：选C依据牛顿第一定律可知，人竖直跳起离开车厢瞬时，人与车在水平方向上的速度相同。如果车子静止或做匀速直线运动，则人都将落回原地；如果车加速前进，则在相同时间内人的水平位移比车子的位移小，故人会落在起跳点的后方；反之，如果车子减速前进，则在相同时间内人的水平位移将比车子的水平位移大，故人会落在起跳点的前方，故C正确。3.如图614所示，一个劈形物体M放在固定的粗糙斜面上，劈形物体上表面水平，在劈形物体的上表面上放一光滑的小球m，劈形物体沿斜面从静止开始下滑，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是()图614A沿斜面向下的直线B竖直向下的直线C无规则曲线，其轨迹无法确定D抛物线解析：选B小球光滑，因此在水平方向上不受力，由牛顿第一定律可知，水平方向的运动状态不变，总是处于静止状态；当劈形物体沿斜面下滑时，小球将竖直向下运动，直到碰到斜面以前，一直竖直向下运动。因此，小球在碰到斜面前的运动轨迹是竖直向下的直线，故B正确。对物体惯性的理解1惯性与质量(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。2惯性与力(1)惯性不是力，而是物体本身固有的一种性质，因此说“物体受到了惯性作用”“产生了惯性”“受到惯性力”等都是错误的。(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，运动状态越易改变；惯性越大，运动状态越难改变。(3)惯性与物体的受力情况无关。3惯性与速度(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，和物体是否有速度及速度的大小均无关。4惯性与惯性定律惯性与惯性定律不是一回事，具体如下：(1)惯性是物体的一种固有属性。(2)惯性定律是物体不受外力作用时物体运动所遵守的一条规律。1(多选)伽利略根据小球在斜面上运动的实验和理想实验，提出了惯性的概念，从而奠定了牛顿力学的基础。早期物理学家关于惯性有下列说法，其中正确的是()A物体抵抗运动状态变化的性质是惯性B没有力的作用，物体只能处于静止状态C百米赛跑到终点时不能立即停下来是由于惯性，停下来时就没有惯性了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解析：选AD物体不受外力时，将保持静止或匀速直线运动状态，物体具有保持原来运动状态不变的性质叫惯性，也可以说物体抵抗运动状态变化的性质是惯性，故A、D选项正确。没有力的作用即物体处于平衡状态静止或匀速直线运动状态，选项B错误。惯性是物体的固有属性，物体在任何情况下都有惯性，且惯性的大小与物体的运动状态及受力情况均无关，它仅取决于物体的质量大小，选项C错误。2月球表面上的重力加速度为地球表面上的重力加速度的。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，重力不变B惯性和重力都减小为在地球表面时的C惯性不变，重力减小为在地球表面时的D惯性和重力都不变解析：选C物体的惯性大小仅与物体的质量多少有关，同一物体的质量与它所在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。这个飞行器在月球表面上的重力为G月mg月mg地G地。故选项C正确。3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，其中正确的是()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射出枪膛的子弹在运动相当长一段距离后连一件棉衣也穿不透，说明它的惯性减小C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里倾斜，通过调控人和车的惯性达到转弯的目的解析：选C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，原因是功率变大了，A错；射出枪膛的子弹在运动相当长一段距离后连一件棉衣也穿不透，原因是子弹的速度变得太小以及子弹与棉衣间的摩擦力较大，但子弹的惯性不变，B错；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，通过调控保持人和车的平衡，但整体的惯性不变，D错；质量是惯性大小唯一的量度，C对。 1对物体“运动状态改变”的正确理解是()A仅指速度大小的改变B仅指速度方向的改变C指速度的改变D仅指物体从静止到运动或从运动到静止解析：选C物体运动状态发生变化一定是它们的速度发生了变化，可能是速度大小变化，也可能是速度方向变化，还有可能是两者一起发生变化，即物体运动速度发生变化，故C正确。2伽利略的理想斜面实验证明了()A要让物体运动必须施加力的作用，没有力的作用，物体将静止B要使物体静止必须有力的作用，没有力的作用物体将运动C物体不受外力的作用时，一定处于静止状态D如果物体不受外力作用，总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态解析：选D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，所以A、B错；物体不受外力作用时，总保持原来的运动状态不变，即保持原来的静止状态或匀速直线运动状态。3关于惯性，下列说法正确的是()A物体自由下落时，速度越来越大，所以物体的惯性消失B同一个物体在月球上和在地球上的惯性不一样大C质量相同的物体，速度较大的惯性一定大D质量是物体惯性的量度，惯性与物体的速度及受力情况无关解析：选D质量是物体惯性大小的唯一量度，物体的惯性与速度及受力情况无关，故A、B、C错误，D正确。4下列现象中不能用惯性知识解释的是()A跳远运动员的助跑速度越大，跳远成绩往往越好B用力将物体抛出去，物体最终要落回地面上C子弹离开枪口后，仍能继续高速向前飞行D古代打仗时，使用绊马索能把敌方飞奔的马绊倒解析：选B跳远运动员助跑后跳起，由于惯性仍保持向前的运动状态，故速度越大，向前冲出的距离越远，成绩越好；抛出去的物体最终落回到地面上，是由于重力作用与惯性无关；子弹离开枪口后，由于惯性，仍沿原来方向高速飞行；敌方飞奔的马，遇到绊马索后，马腿被绊住，但马的上身由于惯性仍保持向前的运动，结果被绊倒在地。5关于牛顿第一定律的说法中正确的是()A由牛顿第一定律可知，物体在任何情况下始终处于静止状态或匀速直线运动状态B牛顿第一定律只是反映惯性大小的，因此也叫惯性定律C牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律，因此，物体在不受力时才有惯性D牛顿第一定律既揭示了物体保持原有运动状态的原因，又揭示了运动速度改变的原因解析：选D牛顿第一定律反映了物体不受外力时所处的状态，揭示了力是改变运动状态的原因，故A错误、D正确；惯性是物体的固有属性，牛顿第一定律又叫惯性定律，而不是反映惯性的大小，故B、C错误。6某人用力推原来静止在水平面上的小车，使小车开始运动，此后改用较小的力就可以维持小车做匀速直线运动，可见()A力是使物体产生运动的原因B力是维持物体运动速度的原因C力是使物体速度发生改变的原因D力是使物体惯性改变的原因解析：选C由牛顿第一定律的内容可知，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，说明如果物体具有某一速度，只要没有加速或减速的原因，这个速度将保持不变。根据牛顿第一定律，力不是维持物体运动速度的原因，而是改变物体运动状态，即改变物体运动速度的原因，故选项C正确。7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()A悬浮在空中不动B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：选C做自由落体运动的物体仅受重力作用，如果重力忽然消失，它就不受外力作用，撤去外力作用的物体应该保持它撤消外力时的运动状态，所以该物体应该做竖直向下的匀速直线运动，C正确。8.做匀速直线运动的小车上水平放置一密闭的装有水的瓶子，瓶内有一气泡，如图1所示。当小车突然停止运动时，气泡相对于瓶子怎样运动？当小车由静止突然运动时，气泡相对于瓶子怎样运动？图1解析：由于水的密度比气泡的密度大很多，当小车突然停止运动时，气泡后面的水由于惯性继续运动，后面留出了气泡的空间，故气泡向后运动。当小车由静止突然运动时，气泡前面的水由于惯性保持原来的静止状态，故瓶子前面留出了气泡的空间，气泡向前运动。答案：向后运动向前运动9下面关于物体惯性大小的说法中，正确的是()A运动速度大的物体比速度小的物体难以停下来，所以速度大的物体具有较大惯性B物体受的力越大，要它停下来就越困难，所以物体受的力越大，则惯性越大C行驶中的车辆突然刹车，乘客前倾，这是由于惯性D材料不同的两个物体放在地面上，用一个相同的水平力分别推它们，则难以推动的物体的惯性较大解析：选C惯性的大小只与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，质量越小，惯性越小，A、B、D错误；行驶中的车辆突然刹车，乘客的下半身受到车的阻力作用，随车停了下来，由于惯性，乘客的上半身会向前倾，C正确。10我国公安部规定各种小型车辆的驾驶员和前排的乘客都应在胸前系上安全带，这主要是为防止下列哪种情况可能带来的危害()A倒车B紧急刹车C突然启动 D车速太慢解析：选B汽车突然刹车时，乘客的下半身的速度随着汽车座椅的减小而减小，而乘客的上半身由于其惯性的原因仍以原速度向前运动，乘客向前方倾倒，故乘客应在胸前系上安全带，防止因惯性对人体带来的危害，B正确。11古希腊的哲学家亚里士多德根据人们的传统观点提出：必须有力作用到物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就要停下来。这种认识一直持续了两千多年。直到17世纪，伽利略才根据实验指出，在水平面上运动的物体之所以会停下来，是因为受到了摩擦阻力。如果在一个没有摩擦阻力的水平面上，物体就会保持自己的速度不变。他通过一个想象的理想实验，经过严密的推理，有力地证明了他的观点的正确性，指出了亚里士多德的认识的错误性。图2伽利略的理想实验和推理过程如下：如图2甲所示，把两个斜面对接起来，让静止的小球沿一个斜面滚下来，小球将滚上另一个斜面。如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度。他推论出，如果减小第二个斜面的倾角(图乙)，小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度，但是要通过更长的距离。继续减小第二个斜面的倾角，直至最后使它成为水平面(图丙)，小球不可能达到原来的高度，而要沿着水平面以恒定的速度运动下去。(1)归纳一下，伽利略和亚里士多德关于“运动和力”的关系的根本分歧是什么？(2)伽利略的理想实验和推理过程，要论证他的什么观点？(3)这个实验只能是理想实验的原因是_；实际做这个实验的困难在于_。(4)文中的哪一句话的意思最接近牛顿第一定律的内容？请把它摘录出来。答案：(1)伽利略：物体不受力也能运动；亚里士多德：物体受力才能运动(2)如果没有力作用在物体上，物体能一直运动下去(3)现实中不受力的物体是不存在的摩擦阻力不可能小到为零，且没有无限长的平面(4)如果在一个没有摩擦阻力的水平面上，物体就会保持自己的速度不变12在谷物的收割和脱粒过程中，小石子、草屑等杂物很容易和谷物混在一起。另外，有实谷粒、瘪谷粒和草屑。为了将它们分离，农民常用一种叫做“风谷”的农具分选。假设它们的初速度都相同，如图3所示。你认为它的分选原理是什么？请你分析小石子、实谷粒、草屑将分别落在图中哪个方框内。图3解析：小石子、实谷粒、瘪谷粒及草屑在运动中均受到空气阻力的作用，由于小石子相对于谷粒及草屑，质量大、惯性大，它的运动状态最难改变，即速度改变得最慢，故落在最远处，相对谷粒及石子，草屑质量最小，状态最容易改变，即速度改变得最快，故落点最近。所以落地最远的是小石子，其次是实谷粒、瘪谷粒，最近的是草屑。所以1是小石子，2是实谷粒，3是草屑。答案：见解析