2022年高中物理 第6章 力與運動 第1節(jié) 牛頓第一定律教學案 魯科版必修1

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1、2022年高中物理 第6章 力與運動 第1節(jié) 牛頓第一定律教學案 魯科版必修1 1.伽利略推翻了亞里士多德的錯誤理論，提出力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因的觀點。 2．一切物體總保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。 3．慣性是物體的固有屬性，質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度。 4．牛頓第一定律的意義在于揭示了力和運動的關(guān)系，提出了慣性的概念，因此牛頓第一定律又叫慣性定律。 一、力與運動狀態(tài) 1．亞里士多德的觀點 有外力的作用物體才有速度，要維持物體的運動速度就需要外力。 2．伽利略的觀點 (1)理想實驗(如圖

2、6-1-1)：小球沿光滑斜面從左側(cè)某一高度滾下，無論右側(cè)坡度如何，都會上升到幾乎等高的地方。 (2)結(jié)論：維持物體的運動不需要外力。 圖6-1-1 3．笛卡兒的觀點 若無其他原因，運動的物體將繼續(xù)以原來的速度沿著一條直線運動，既不會停下來，也不會偏離原來的方向。 4．運動狀態(tài) 速度是描述物體運動狀態(tài)的物理量，運動狀態(tài)的改變是指速度的改變。 5．力和運動的關(guān)系 力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因。 二、牛頓第一運動定律 1．內(nèi)容 一切物體總保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。 2．意義 (1)牛頓第一定律表明物體不受外

3、力(或合外力為零)時，物體將保持原來的靜止或勻速直線運動狀態(tài)。 (2)物體的運動狀態(tài)不變，它所受合外力必然為零；運動狀態(tài)改變，必受到不為零的外力。 三、物體的慣性 1．定義 任何物體都有保持原來靜止或勻速直線運動狀態(tài)的性質(zhì)，物理學中把物體的這種性質(zhì)叫做慣性。 2．理解 慣性是物體的固有屬性，與物體的受力情況及運動情況無關(guān)。 3．決定因素 質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度。質(zhì)量越大，物體的慣性越大，物體的運動狀態(tài)越難改變。 1．自主思考——判一判 (1)速度變化，物體的運動狀態(tài)就改變。(√) (2)運動方向變化了，但物體的運動狀態(tài)不變。(×) (3)物體不受外力就是物體受

4、到的合外力等于零。(×) (4)牛頓第一定律是實驗定律。(×) (5)慣性是物體的本質(zhì)屬性，與除質(zhì)量之外的因素無關(guān)。(√) (6)牛頓第一定律說明了力是改變物體運動狀態(tài)的原因。(√) 2．合作探究——議一議 (1)伽利略認為力是改變物體運動狀態(tài)的原因，這里的運動狀態(tài)改變指的是什么？ 提示：物體運動速度的改變。 (2)網(wǎng)球和乒乓球比較，用同樣大小的力，乒乓球抽殺的速度比網(wǎng)球快得多，這是什么原因？ 提示：乒乓球質(zhì)量小，慣性小，狀態(tài)容易改變。 (3)用力踢球，球才會運動起來，難道不能證明了有力才有運動，運動需要外力來維持嗎？ 圖6-1-2 提示：不能，正是由于腳對球的力，改

5、變了足球原來的運動狀態(tài)(靜止)，故力是改變物體運動狀態(tài)的原因，腳離開球后，球仍然運動，故力不是維持物體運動的原因。 對伽利略的理想實驗的理解 理想實驗是一種以可靠的事實為依據(jù)，忽略次要因素，并把實驗的情況合理外推到一種理想狀態(tài)，從而來揭示自然現(xiàn)象本質(zhì)的假想實驗。 愛因斯坦曾高度評價伽利略的工作：“這個理想實驗指出了真正建立運動力學基礎(chǔ)的線索”。他自己在提出相對論時也用到了理想實驗的方法。 1．(多選)關(guān)于伽利略的理想實驗的敘述中正確的是(　　) A．這個實驗是憑空想象的 B．這個實驗雖然是想象的，但它得出的結(jié)論是可靠的 C．理想實驗是一種科學方法 D．理想實

6、驗是一個純思維實驗，其正確性應接受實踐的檢驗 解析：選BC　伽利略的理想實驗雖然是假想的，但是實驗方法卻是科學的，結(jié)果也是可靠的。 2．以下說法不符合物理學史實的是(　　) A．亞里士多德認為，必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體就要靜止在某一個地方 B．伽利略通過理想實驗得出結(jié)論：力是維持物體運動的原因 C．笛卡爾指出：如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將以同一速度沿同一直線運動，既不停下來也不偏離原來的方向 D．牛頓第一定律是邏輯思維對事實進行分析的產(chǎn)物，不可能直接用實驗驗證 解析：選B　亞里士多德認為力的作用是使物體運動的原因，A的說法符合物理學史；伽利

7、略通過理想實驗得出運動不需要力來維持，故B項說法不符合物理學史；笛卡爾指出如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將以同一速度沿同一直線運動，既不停下來也不偏離原來的方向，C的說法符合物理學史；牛頓第一定律是邏輯思維對事實進行分析的產(chǎn)物，不可能直接用實驗驗證，符合物理學史，故選B。 3.理想實驗有時能更深刻地反映自然規(guī)律。伽利略設想了一個理想實驗，如圖6-1-3所示。下面是關(guān)于該實驗被打亂的步驟： 圖6-1-3 ①減小第二個斜面的傾角，小球在這個斜面上仍然要達到原來的高度。 ②圖6-1-3為兩個對接的斜面，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球?qū)L上另一個斜面。 ③如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙?/p>

8、到原來釋放時的高度。 ④繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，最后使它成為水平面，小球?qū)⒀厮矫孀龀掷m(xù)的勻速運動。 (1)請將上述理想實驗的設想步驟按照正確的順序排列__________(填寫序號即可)。 (2)在上述的設想實驗步驟中，有的屬于可靠的實驗事實，有的則是理想化的推論，請問步驟②屬于________。 解析：本題向我們展示了科學史上著名的理想實驗的思想方法，即在實驗事實的基礎(chǔ)上，經(jīng)過合理的想象，獲取結(jié)論。針對題目所述的實驗步驟，正確的排列順序是②③①④，步驟②屬于可靠的實驗事實。 答案：(1)②③①④　(2)可靠的實驗事實 牛頓第一定律的理解 1．明確了慣性概念 定

9、律的前半部分內(nèi)容“一切物體總保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)”，揭示了所有物體普遍具有的一種屬性——慣性，即物體保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，是本質(zhì)屬性，不需要條件。一切物體在任何情況下都具有保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)的性質(zhì)。因此，牛頓第一定律又叫慣性定律。 2．明確了力的作用效果 定律的后半部分內(nèi)容“直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止”，說明了力的作用效果可以改變物體的運動狀態(tài)。定律中明確指出力可以改變物體的運動狀態(tài)。 3．揭示了力和運動的關(guān)系 牛頓第一定律指出物體不受外力時的運動規(guī)律，定律描述的只是一種理想狀態(tài)，而實際中物體不受外力的作用的情況是不存在的，當物體所受到的合外力為零

10、時，其效果跟不受外力的作用效果相同。力與運動的關(guān)系：運動不需要力維持，但運動狀態(tài)的改變離不開力的作用。 1．(多選)下列說法中正確的是(　　) A．牛頓第一定律是科學家憑空想象出來的，沒有實驗依據(jù) B．牛頓第一定律無法用實驗直接驗證 C．理想實驗的思維方法與建立質(zhì)點模型的思維方法一樣，都是一種科學的抽象的思維方法 D．由牛頓第一定律可知，靜止的物體一定不受外力 解析：選BC　牛頓第一定律是以實驗為基礎(chǔ)，加以想象推理出來的，有實驗依據(jù)，但無法用實驗直接驗證，故A錯誤，B正確。理想實驗是人們在思想中塑造的理想過程，與建立質(zhì)點模型的思維方法一樣，故C正確。靜止的物體可能不受外力，也可

11、能受外力但合外力為零，故D錯誤。 2．根據(jù)牛頓第一定律，下列說法中正確的是(　　) A．人只有在靜止的車廂內(nèi)，豎直向上高高跳起后，才會落到車廂原來的位置 B．人在沿直線勻速前進的車廂內(nèi)，豎直向上高高跳起后，將落在起跳點的后方 C．人在沿直線加速前進的車廂內(nèi)，豎直向上高高跳起后，將落在起跳點的后方 D．人在沿直線減速前進的車廂內(nèi)，豎直向上高高跳起后，將落在起跳點的后方 解析：選C　依據(jù)牛頓第一定律可知，人豎直跳起離開車廂瞬時，人與車在水平方向上的速度相同。如果車子靜止或做勻速直線運動，則人都將落回原地；如果車加速前進，則在相同時間內(nèi)人的水平位移比車子的位移小，故人會落在起跳點的后方；

12、反之，如果車子減速前進，則在相同時間內(nèi)人的水平位移將比車子的水平位移大，故人會落在起跳點的前方，故C正確。 3.如圖6-1-4所示，一個劈形物體M放在固定的粗糙斜面上，劈形物體上表面水平，在劈形物體的上表面上放一光滑的小球m，劈形物體沿斜面從靜止開始下滑，則小球在碰到斜面前的運動軌跡是(　　) 圖6-1-4 A．沿斜面向下的直線 B．豎直向下的直線 C．無規(guī)則曲線，其軌跡無法確定 D．拋物線 解析：選B　小球光滑，因此在水平方向上不受力，由牛頓第一定律可知，水平方向的運動狀態(tài)不變，總是處于靜止狀態(tài)；當劈形物體沿斜面下滑時，小球?qū)⒇Q直向下運動，直到碰到斜面以前，一直豎直向下運動

13、。因此，小球在碰到斜面前的運動軌跡是豎直向下的直線，故B正確。 對物體慣性的理解 1．慣性與質(zhì)量 (1)慣性是物體的固有屬性，一切物體都具有慣性。 (2)質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度，質(zhì)量越大，慣性越大。 2．慣性與力 (1)慣性不是力，而是物體本身固有的一種性質(zhì)，因此說“物體受到了慣性作用”“產(chǎn)生了慣性”“受到慣性力”等都是錯誤的。 (2)力是改變物體運動狀態(tài)的原因，慣性是維持物體運動狀態(tài)的原因。力越大，運動狀態(tài)越易改變；慣性越大，運動狀態(tài)越難改變。 (3)慣性與物體的受力情況無關(guān)。 3．慣性與速度 (1)速度是表示物體運動快慢的物理量。慣性是物體本身固有的性

14、質(zhì)。 (2)一切物體都有慣性，和物體是否有速度及速度的大小均無關(guān)。 4．慣性與慣性定律 慣性與慣性定律不是一回事，具體如下： (1)慣性是物體的一種固有屬性。 (2)慣性定律是物體不受外力作用時物體運動所遵守的一條規(guī)律。 1．(多選)伽利略根據(jù)小球在斜面上運動的實驗和理想實驗，提出了慣性的概念，從而奠定了牛頓力學的基礎(chǔ)。早期物理學家關(guān)于慣性有下列說法，其中正確的是(　　) A．物體抵抗運動狀態(tài)變化的性質(zhì)是慣性 B．沒有力的作用，物體只能處于靜止狀態(tài) C．百米賽跑到終點時不能立即停下來是由于慣性，停下來時就沒有慣性了 D．運動物體如果沒有受到力的作用，將繼續(xù)以同一速度沿同

15、一直線運動 解析：選AD　物體不受外力時，將保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，物體具有保持原來運動狀態(tài)不變的性質(zhì)叫慣性，也可以說物體抵抗運動狀態(tài)變化的性質(zhì)是慣性，故A、D選項正確。沒有力的作用即物體處于平衡狀態(tài)——靜止或勻速直線運動狀態(tài)，選項B錯誤。慣性是物體的固有屬性，物體在任何情況下都有慣性，且慣性的大小與物體的運動狀態(tài)及受力情況均無關(guān)，它僅取決于物體的質(zhì)量大小，選項C錯誤。 2．月球表面上的重力加速度為地球表面上的重力加速度的。同一個飛行器在月球表面上時與在地球表面上時相比較(　　) A．慣性減小，重力不變 B．慣性和重力都減小為在地球表面時的 C．慣性不變，重力減小為在地球表面時的

16、 D．慣性和重力都不變 解析：選C　物體的慣性大小僅與物體的質(zhì)量多少有關(guān)，同一物體的質(zhì)量與它所在位置及運動狀態(tài)無關(guān)，所以這個飛行器從地球到月球，其慣性大小不變。這個飛行器在月球表面上的重力為G月＝mg月＝m·g地＝G地。故選項C正確。 3．就一些實際生活中的現(xiàn)象，某同學試圖從慣性角度加以解釋，其中正確的是(　　) A．采用了大功率的發(fā)動機后，某些一級方程式賽車的速度甚至能超過某些老式螺旋槳飛機的速度，這表明可以通過科學進步使小質(zhì)量的物體獲得大慣性 B．射出槍膛的子彈在運動相當長一段距離后連一件棉衣也穿不透，說明它的慣性減小 C．貨運列車運行到不同的車站時，經(jīng)常要摘下或加掛一些車廂，

17、這會改變它的慣性 D．摩托車轉(zhuǎn)彎時，車手一方面要控制適當?shù)乃俣龋硪环矫嬉獙⑸眢w稍微向里傾斜，通過調(diào)控人和車的慣性達到轉(zhuǎn)彎的目的 解析：選C　采用了大功率的發(fā)動機后，某些一級方程式賽車的速度甚至能超過某些老式螺旋槳飛機的速度，原因是功率變大了，A錯；射出槍膛的子彈在運動相當長一段距離后連一件棉衣也穿不透，原因是子彈的速度變得太小以及子彈與棉衣間的摩擦力較大，但子彈的慣性不變，B錯；摩托車轉(zhuǎn)彎時，車手一方面要控制適當?shù)乃俣龋硪环矫嬉獙⑸眢w稍微向里傾斜，通過調(diào)控保持人和車的平衡，但整體的慣性不變，D錯；質(zhì)量是慣性大小唯一的量度，C對。 1．對物體“運動狀態(tài)改變”的正確理解是(　　)

18、 A．僅指速度大小的改變 B．僅指速度方向的改變 C．指速度的改變 D．僅指物體從靜止到運動或從運動到靜止 解析：選C　物體運動狀態(tài)發(fā)生變化一定是它們的速度發(fā)生了變化，可能是速度大小變化，也可能是速度方向變化，還有可能是兩者一起發(fā)生變化，即物體運動速度發(fā)生變化，故C正確。 2．伽利略的理想斜面實驗證明了(　　) A．要讓物體運動必須施加力的作用，沒有力的作用，物體將靜止 B．要使物體靜止必須有力的作用，沒有力的作用物體將運動 C．物體不受外力的作用時，一定處于靜止狀態(tài) D．如果物體不受外力作用，總保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài) 解析：選D　力是改變物體運動狀態(tài)的原因，

19、而不是維持物體運動的原因，所以A、B錯；物體不受外力作用時，總保持原來的運動狀態(tài)不變，即保持原來的靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。 3．關(guān)于慣性，下列說法正確的是(　　) A．物體自由下落時，速度越來越大，所以物體的慣性消失 B．同一個物體在月球上和在地球上的慣性不一樣大 C．質(zhì)量相同的物體，速度較大的慣性一定大 D．質(zhì)量是物體慣性的量度，慣性與物體的速度及受力情況無關(guān) 解析：選D　質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度，物體的慣性與速度及受力情況無關(guān)，故A、B、C錯誤，D正確。 4．下列現(xiàn)象中不能用慣性知識解釋的是(　　) A．跳遠運動員的助跑速度越大，跳遠成績往往越好 B．用力將物體拋

20、出去，物體最終要落回地面上 C．子彈離開槍口后，仍能繼續(xù)高速向前飛行 D．古代打仗時，使用絆馬索能把敵方飛奔的馬絆倒 解析：選B　跳遠運動員助跑后跳起，由于慣性仍保持向前的運動狀態(tài)，故速度越大，向前沖出的距離越遠，成績越好；拋出去的物體最終落回到地面上，是由于重力作用與慣性無關(guān)；子彈離開槍口后，由于慣性，仍沿原來方向高速飛行；敵方飛奔的馬，遇到絆馬索后，馬腿被絆住，但馬的上身由于慣性仍保持向前的運動，結(jié)果被絆倒在地。 5．關(guān)于牛頓第一定律的說法中正確的是(　　) A．由牛頓第一定律可知，物體在任何情況下始終處于靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài) B．牛頓第一定律只是反映慣性大小的，因此也叫

21、慣性定律 C．牛頓第一定律反映了物體不受外力作用時的運動規(guī)律，因此，物體在不受力時才有慣性 D．牛頓第一定律既揭示了物體保持原有運動狀態(tài)的原因，又揭示了運動速度改變的原因 解析：選D　牛頓第一定律反映了物體不受外力時所處的狀態(tài)，揭示了力是改變運動狀態(tài)的原因，故A錯誤、D正確；慣性是物體的固有屬性，牛頓第一定律又叫慣性定律，而不是反映慣性的大小，故B、C錯誤。 6．某人用力推原來靜止在水平面上的小車，使小車開始運動，此后改用較小的力就可以維持小車做勻速直線運動，可見(　　) A．力是使物體產(chǎn)生運動的原因 B．力是維持物體運動速度的原因 C．力是使物體速度發(fā)生改變的原因 D．力是使

22、物體慣性改變的原因 解析：選C　由牛頓第一定律的內(nèi)容可知，一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止，說明如果物體具有某一速度，只要沒有加速或減速的原因，這個速度將保持不變。根據(jù)牛頓第一定律，力不是維持物體運動速度的原因，而是改變物體運動狀態(tài)，即改變物體運動速度的原因，故選項C正確。 7．如果正在做自由落體運動的物體的重力忽然消失，那么它的運動狀態(tài)應該是(　　) A．懸浮在空中不動 B．運動速度逐漸減小 C．做豎直向下的勻速直線運動 D．以上三種情況都有可能 解析：選C　做自由落體運動的物體僅受重力作用，如果重力忽然消失，它就不受外力作用，撤去

23、外力作用的物體應該保持它撤消外力時的運動狀態(tài)，所以該物體應該做豎直向下的勻速直線運動，C正確。 8.做勻速直線運動的小車上水平放置一密閉的裝有水的瓶子，瓶內(nèi)有一氣泡，如圖1所示。當小車突然停止運動時，氣泡相對于瓶子怎樣運動？當小車由靜止突然運動時，氣泡相對于瓶子怎樣運動？ 圖1 解析：由于水的密度比氣泡的密度大很多，當小車突然停止運動時，氣泡后面的水由于慣性繼續(xù)運動，后面留出了氣泡的空間，故氣泡向后運動。當小車由靜止突然運動時，氣泡前面的水由于慣性保持原來的靜止狀態(tài)，故瓶子前面留出了氣泡的空間，氣泡向前運動。 答案：向后運動　向前運動 9．下面關(guān)于物體慣性大小的說法中，正確的

24、是(　　) A．運動速度大的物體比速度小的物體難以停下來，所以速度大的物體具有較大慣性 B．物體受的力越大，要它停下來就越困難，所以物體受的力越大，則慣性越大 C．行駛中的車輛突然剎車，乘客前傾，這是由于慣性 D．材料不同的兩個物體放在地面上，用一個相同的水平力分別推它們，則難以推動的物體的慣性較大 解析：選C　慣性的大小只與物體的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，慣性越大，質(zhì)量越小，慣性越小，A、B、D錯誤；行駛中的車輛突然剎車，乘客的下半身受到車的阻力作用，隨車停了下來，由于慣性，乘客的上半身會向前傾，C正確。 10．我國公安部規(guī)定各種小型車輛的駕駛員和前排的乘客都應在胸前系上安全帶，這主要

25、是為防止下列哪種情況可能帶來的危害(　　) A．倒車　　　　　　　 B．緊急剎車 C．突然啟動 D．車速太慢 解析：選B　汽車突然剎車時，乘客的下半身的速度隨著汽車座椅的減小而減小，而乘客的上半身由于其慣性的原因仍以原速度向前運動，乘客向前方傾倒，故乘客應在胸前系上安全帶，防止因慣性對人體帶來的危害，B正確。 11．古希臘的哲學家亞里士多德根據(jù)人們的傳統(tǒng)觀點提出：必須有力作用到物體上，物體才能運動，沒有力的作用，物體就要停下來。這種認識一直持續(xù)了兩千多年。直到17世紀，伽利略才根據(jù)實驗指出，在水平面上運動的物體之所以會停下來，是因為受到了摩擦阻力。如果在一個沒有摩擦阻力的水平面上，物

26、體就會保持自己的速度不變。他通過一個想象的理想實驗，經(jīng)過嚴密的推理，有力地證明了他的觀點的正確性，指出了亞里士多德的認識的錯誤性。 圖2 伽利略的理想實驗和推理過程如下：如圖2甲所示，把兩個斜面對接起來，讓靜止的小球沿一個斜面滾下來， 小球?qū)L上另一個斜面。如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫艜r的高度。他推論出，如果減小第二個斜面的傾角(圖乙)，小球在這個斜面上仍然要達到原來的高度，但是要通過更長的距離。繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，直至最后使它成為水平面(圖丙)，小球不可能達到原來的高度，而要沿著水平面以恒定的速度運動下去。 (1)歸納一下，伽利略和亞里士多德關(guān)于“運動和力”的關(guān)系的根

27、本分歧是什么？ (2)伽利略的理想實驗和推理過程，要論證他的什么觀點？ (3)這個實驗只能是理想實驗的原因是______________________________________ ________________________________________________________________________； 實際做這個實驗的困難在于_____________________________________________ ________________________________________________________________

28、________。 (4)文中的哪一句話的意思最接近牛頓第一定律的內(nèi)容？請把它摘錄出來。 答案：(1)伽利略：物體不受力也能運動；亞里士多德：物體受力才能運動 (2)如果沒有力作用在物體上，物體能一直運動下去 (3)現(xiàn)實中不受力的物體是不存在的　摩擦阻力不可能小到為零，且沒有無限長的平面 (4)如果在一個沒有摩擦阻力的水平面上，物體就會保持自己的速度不變 12．在谷物的收割和脫粒過程中，小石子、草屑等雜物很容易和谷物混在一起。另外，有實谷粒、癟谷粒和草屑。為了將它們分離，農(nóng)民常用一種叫做“風谷”的農(nóng)具分選。假設它們的初速度都相同，如圖3所示。你認為它的分選原理是什么？請你分析小石子、實谷粒、草屑將分別落在圖中哪個方框內(nèi)。 圖3 解析：小石子、實谷粒、癟谷粒及草屑在運動中均受到空氣阻力的作用，由于小石子相對于谷粒及草屑，質(zhì)量大、慣性大，它的運動狀態(tài)最難改變，即速度改變得最慢，故落在最遠處，相對谷粒及石子，草屑質(zhì)量最小，狀態(tài)最容易改變，即速度改變得最快，故落點最近。所以落地最遠的是小石子，其次是實谷粒、癟谷粒，最近的是草屑。所以1是小石子，2是實谷粒，3是草屑。 答案：見解析