2017-2018學年高中物理 第三章 牛頓運動定律 第1節(jié) 牛頓第一定律教學案 教科版必修1
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1、 第1節(jié) 牛頓第一定律 1.力不是維持物體運動的原因,力是改變物體運 動狀態(tài)的原因。 2.一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。 3.一切物體都具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或 靜止狀態(tài)的性質,叫慣性。 4.質量是物體慣性大小的唯一量度。 一、從亞里士多德到伽利略 1.亞里士多德的觀點:地上的運動分為兩類 (1)天然運動:無須外力的幫助、自身就能實現(xiàn),如氣、火等輕的東西向上運動,重的東西向下運動。 (2)受迫運動:必須依靠外力的不斷作用才能維持,外力消失,受迫運動就會停止,如拉小車
2、,推桌子。 2.伽利略的研究 (1)理想實驗 如圖3-1-1所示,讓小球沿一個斜面從靜止狀態(tài)開始滾下,小球將滾上另一個斜面,如果沒有摩擦,小球將上升到原來的高度,減小右斜面的傾角,小球在這個斜面上仍達到同一高度,但這時它要滾得遠些,繼續(xù)減小右斜面的傾角,球達到同一高度時就會運動的更遠。于是他想到:若將右斜面放平,小球將會永遠運動下去。 圖3-1-1 (2)實驗結論:力不是維持物體運動的原因。 二、牛頓第一定律 慣性 1.牛頓第一定律 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。 2.慣性與質量 (1)慣性 物體保持原來勻速直線運動狀態(tài)或
3、靜止狀態(tài)不變的性質,任何物體都具有慣性。 (2)慣性的量度 質量是慣性大小的唯一量度。 1.自主思考——判一判 (1)伽利略理想斜面實驗是不科學的假想實驗。(×) (2)理想實驗所得到的結論是不可靠的。(×) (3)伽利略的“理想實驗+科學推論”的方法是一種科學方法。(√) (4)物體的運動并不需要力來維持,要改變物體的運動狀態(tài),卻必須有力的作用。(√) (5)物體的速度越大,慣性越大。(×) (6)物體受力越大,慣性越大。(×) 2.合作探究——議一議 (1)日常生活中,我們有這樣的經驗:馬拉車,車就前進,停止用力,車就停下來。是否有力作用在物體上物體才能運動呢?馬
4、不拉車時,車為什么會停下來呢? [提示] 不是。車之所以會停下來是因為受到阻力的作用。 (2)做自由落體運動的物體,如果下落過程中某時刻重力突然消失,物體將如何運動? [提示] 重力消失后,物體將不受力,由牛頓第一定律知,物體將以重力消失時的速度做勻速直線運動。 對牛頓第一定律的理解 1.對牛頓第一定律的理解 (1)牛頓第一定律描述的是物體不受外力作用時的狀態(tài),但不受力作用的物體是不存在的,因此一般認為與物體所受合外力為零是等效的。 (2)牛頓第一定律不是實驗定律,它是在實驗的基礎上利用邏輯思維對事實進行分析的產物,不可能用實驗直接驗證。 (3)牛頓第一定律只適用于
5、慣性參考系中的運動,在非慣性參考系中不適用。(慣性參考系是指以相對地面靜止或勻速直線運動的物體作為參考系,簡稱慣性系) 2.牛頓第一定律的意義 (1)牛頓第一定律揭示了一切物體都具有保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質——慣性。 (2)牛頓第一定律正確揭示了力和運動的關系,糾正了力是維持物體運動的原因的錯誤觀點,明確指出了力是改變物體運動狀態(tài)的原因。 3.運動狀態(tài)變化的三種情況 (1)速度的方向不變,只有大小改變。 (2)速度的大小不變,只有方向改變。 (3)速度的大小和方向同時發(fā)生改變。 [典例] (多選)關于牛頓第一定律的理解正確的是( ) A.牛頓第一定律反
6、映了物體不受外力的作用時的運動規(guī)律 B.不受外力作用時,物體的運動狀態(tài)保持不變 C.在水平地面上滑動的木塊最終停下來,是由于沒有外力維持木塊運動的結果 D.飛跑的運動員遇到障礙而被絆倒,這是因為他受到外力作用迫使他改變原來的運動狀態(tài) [解析] 牛頓第一定律描述了物體不受外力作用時的狀態(tài),即總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)不變,A、B正確;牛頓第一定律還揭示了力和運動的關系,力是改變物體運動狀態(tài)的原因,而不是維持物體運動狀態(tài)的原因,在水平地面上滑動的木塊最終停下來,是由于摩擦阻力的作用而改變了木塊的運動狀態(tài),飛跑的運動員遇到障礙而被絆倒,是因為他受到外力作用而改變了運動狀態(tài),C錯誤,D正
7、確。 [答案] ABD 牛頓第一定律巧應用 (1)由“因”求“果”:在判斷力與運動之間的關系時,一定要把握準牛頓第一定律的含義,即力是改變物體運動狀態(tài)的原因,而不是維持物體運動狀態(tài)的原因。 (2)由“果”索“因”:如果物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變,則物體必然受到不為零的合外力的作用,所以判斷物體的運動狀態(tài)是否改變以及如何改變,應分析物體的受力情況。 (3)應用步驟:應用牛頓第一定律解釋有關現(xiàn)象時,一要看物體原來的運動狀態(tài),二要看物體現(xiàn)在的受力情況及所受合力是否為零,最后判斷由于物體具有慣性將會出現(xiàn)的現(xiàn)象?! ? 1.(多選)由牛頓第一定律可知( ) A.物體的運動是依靠慣性
8、來維持的 B.力停止作用后,物體的運動就不能維持 C.物體做變速運動時,一定有外力作用 D.力是改變物體慣性的原因 解析:選AC 物體具有保持原來靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)的性質叫做慣性,由于慣性的存在,物體才保持原來的運動狀態(tài),A對。力是改變物體運動狀態(tài)的原因,而不是維持物體運動的原因,B錯,C對。慣性是物體的固有屬性,力不能改變物體的慣性大小,D錯。 2.下列說法正確的是( ) A.靜止或做勻速直線運動的物體,一定不受外力作用 B.當物體的速度等于零時,物體一定不受外力作用 C.當物體的速度發(fā)生變化時,物體一定受到了外力作用 D.當物體受到的合外力為零時,物體一定做勻速
9、直線運動 解析:選C 靜止或做勻速直線運動的物體,處于平衡狀態(tài),可以不受外力的作用或所受合力為零,故A、D錯誤;當物體的速度等于零時,它不一定處于平衡狀態(tài),例如豎直上拋運動到最高點,故B錯誤;當物體的速度變化,即運動狀態(tài)發(fā)生變化時,它一定受到外力作用,故C正確。 對慣性的理解及應用 1.慣性是物體的固有屬性,一切物體都具有慣性。 2.質量是慣性大小的唯一量度。質量越大,慣性越大。 3.慣性大小與物體運動狀態(tài)無關,與物體受力情況以及地理位置無關。 4.慣性的表現(xiàn) (1)不受力時,慣性表現(xiàn)為保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài),有“惰性”的意思。 (2)受力時,慣性表現(xiàn)為運
10、動狀態(tài)改變的難易程度。質量越大,慣性越大,運動狀態(tài)越難以改變。 5.慣性與慣性定律的關系 慣性是物體的一種固有屬性,慣性定律是物體運動所遵守的一條規(guī)律,兩者是不同的。 1.關于物體的慣性,下述說法中正確的是( ) A.運動速度大的物體不能很快地停下來,是因為物體速度越大,慣性也越大 B.靜止的火車啟動時,速度變化慢,是因為靜止的物體慣性大 C.乒乓球可以快速抽殺,是因為乒乓球慣性小 D.在宇宙飛船中的物體不存在慣性 解析:選C 慣性大小只與物體質量有關,與物體的速度無關,故A錯誤;質量是物體慣性大小的唯一量度,火車速度變化慢,表明它的慣性大,是因為它的質量大,與是否靜止無
11、關,故B錯誤;乒乓球能被快速抽殺,表明它的運動狀態(tài)容易發(fā)生改變,是因為它的慣性小,故C正確;一切物體在任何情況下都有慣性,故D錯誤。 2.關于物體的慣性,下列說法中正確的是( ) A.射出槍膛的子彈在運動一段距離后連一件棉衣也穿不透,這表明它的慣性減小了 B.戰(zhàn)斗機在空戰(zhàn)時,甩掉副油箱是為了減小慣性,提高飛行的靈活性 C.用力推一個處在地面上的物體,沒有推動,原因是物體的慣性太大了 D.高速公路上要限速,是因為車速越大慣性越大 解析:選B 物體慣性大小是由質量量度的,與速度大小無關,選項A、D錯誤;戰(zhàn)斗機甩掉副油箱后減小了質量,減小了慣性,運動狀態(tài)易改變,提高了靈活性,選項B正確
12、;推物體而物體不動是因為存在摩擦力,只要推力小于最大靜摩擦力,物體就不動,與物體的慣性大小無關,選項C錯誤。 3.如圖3-1-2所示,在勻速行駛的火車車廂內,有一人從B點正上方相對車廂靜止釋放一個小球,不計空氣阻力,則小球( ) 圖3-1-2 A.可能落在A處 B.一定落在B處 C.可能落在C處 D.以上都有可能 解析:選B 勻速行駛的火車車廂內,相對車廂靜止釋放一個小球,由于慣性,小球在水平方向保持與車速相同的速度,因此在下落這段時間內,水平位移相等,即落回到B點,故選B。 1.(多選)科學家關于物體運動的研究對樹立正確的自然觀具有重要作用。下列說法符合
13、歷史事實的是( ) A.亞里士多德認為,必須有力作用在物體上,物體的運動狀態(tài)才會改變 B.伽利略通過“理想實驗”得出結論:一旦物體具有某一速度,如果它不受力,它將以這一速度永遠運動下去 C.笛卡兒指出:如果運動中的物體沒有受到力的作用,它將繼續(xù)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.牛頓認為,物體具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質 解析:選BCD 亞里士多德認為,必須有力作用在物體上,物體才能運動。伽利略認為力是改變物體運動狀態(tài)的原因,A錯誤。伽利略通過“理想實驗”得出結論,一旦物體具有某一速度,如果它不受力,它將以這一速度永遠運動下去,B正確。笛卡兒
14、指出,如果運動中的物體沒有受到力的作用,它將繼續(xù)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正確。牛頓認為,物體具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質,D正確。 2.當作用在物體上的合外力不為零時( ) A.物體的速度一定越來越大 B.物體的速度一定越來越小 C.物體的速度可能不變 D.物體的運動狀態(tài)一定變化 解析:選D 根據(jù)牛頓第一定律可得,力是改變物體運動狀態(tài)的原因,即如果物體受到的合力不為零,則物體的運動狀態(tài)一定會發(fā)生變化,D正確。 3.如圖1所示,冰壺在冰面運動時受到的阻力很小,可以在較長時間內保持運動速度的大小和方向不變,我們可以說冰壺有較強的抵抗
15、運動狀態(tài)變化的“本領”。這里所指的“本領”是冰壺的慣性,則慣性的大小取決于( ) 圖1 A.冰壺的速度 B.冰壺的質量 C.冰壺受到的推力 D.冰壺受到的阻力 解析:選B 物體慣性的大小取決于物體的質量,B正確。 4.關于牛頓第一定律,下列說法中正確的是( ) A.牛頓第一定律是在伽利略“理想實驗”的基礎上總結出來的 B.不受力作用的物體是不存在的,故牛頓第一定律的建立毫無意義 C.牛頓第一定律表明,物體只有在不受外力作用時才具有慣性 D.牛頓第一定律表明,物體只有在靜止或做勻速直線運動時才具有慣性 解析:選A 牛頓第一定律是在伽利略“理想實驗”的基
16、礎上經過抽象、加工、推理后總結出來的,A正確;雖然不受力作用的物體是不存在的,但是它與受合外力為零是等效的,故牛頓第一定律仍有實際意義,B錯誤;物體的慣性是物體本身的屬性,與物體是否受外力無關,與物體靜止還是勻速直線運動無關,C、D錯誤。 5.火車在平直軌道上做勻速直線運動,在密封的、沒有空氣流動的車廂內點燃了一支衛(wèi)生香,則車里乘客看到衛(wèi)生香所冒出的煙的運動情況應是( ) A.一邊上升一邊向前飄 B.一邊上升一邊向后飄 C.只是上升不向任何一邊飄 D.無法確定 解析:選C 衛(wèi)生香所冒出的煙由于慣性而保持與車廂相同的水平速度,故C正確。 6.月球表面上的重力加速度為地球表面上的重
17、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.慣性減小為在地球上的,重力不變 B.慣性和重力減小為在地球上的 C.慣性不變,重力減小為在地球上的 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量大小有關,因質量是恒量,同一物體的質量與它所在位置及運動狀態(tài)無關,所以這個飛行器從地球到月球,其慣性大小不變,物體的重力是個變量,這個飛行器在月球表面上的重力為G月=mg月=m·=。 7.下列說法中正確的是( ) A.慣性是物體只有在勻速運動或靜止時才表現(xiàn)出來的性質 B.物體的慣性是指物體不受外力作用時保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質
18、 C.物體不受外力作用時,保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài),有慣性;受到外力作用時,不能保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài),因此無慣性 D.慣性是物體的屬性,與物體的運動狀態(tài)和是否受力均無關 解析:選D 慣性是物體的固有屬性,與物體的運動狀態(tài)和受力情況無關,故只有D正確。 8.如圖2所示,一個劈形物體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,劈形物體A從靜止開始釋放,則小球在碰到斜面前的運動軌跡是( ) 圖2 A.沿斜面向下的直線 B.豎直向下的直線 C.無規(guī)則曲線 D.拋物線 解析:選B 小球原來靜止時受重力和支持力作用,其合力為零。當劈
19、形物體A由靜止釋放,A應沿斜面下滑,故B也將運動,運動狀態(tài)就要發(fā)生改變,但由于慣性,小球原來速度為零,沒有水平或其他方向上的速度,而小球又光滑,除豎直方向可以有力外,其他方向上不受力,因為力是使物體運動狀態(tài)改變的原因,故小球只能在豎直方向上運動,在碰到斜面之前,運動軌跡應為一條直線,即豎直向下的直線。 9.(多選)在公路上甲、乙兩車相撞,發(fā)生了一起車禍,甲車司機的前胸受傷,乙車司機的后背受傷,則這起車禍可能出現(xiàn)的情況是( ) A.兩車同向運動,甲車在前,乙車在后,乙車撞上甲車 B.兩車同向運動,乙車在前,甲車在后,甲車撞上乙車 C.乙車司機在前開倒車,甲車在乙車的后面向乙車運動,
20、撞上了乙車 D.兩車相向運動,來不及剎車,互相撞上了 解析:選BC 根據(jù)慣性定律,同向時,乙在后撞上甲,肯定是乙前胸受傷,跟題意不符,A錯;同向時乙在前,甲撞上乙,根據(jù)慣性定律,則甲前胸受傷,B正確;乙司機倒車,甲從后面撞上,因此甲由于慣性向前撲,所以前胸受傷,乙由于慣性上身向后,所以后背受傷,C正確;兩車相向運動,兩者都應該前胸受傷,D錯。 10. (多選)同學們到中國科技館參觀,看到了一個有趣的科學實驗:如圖3所示,一輛小火車在平直軌道上勻速行駛,當火車將要從“∩”形框架的下方通過時,突然從火車頂部的小孔中向上彈出一小球,該小球越過框架后,又與通過框架的火車相遇,并恰好落回原來的孔中
21、,下列說法中正確的是( ) 圖3 A.相對于地面,小球運動的軌跡是直線 B.相對于地面,小球運動的軌跡是曲線 C.小球能落回小孔是因為小球在空中運動的過程中受到水平向前的力 D.小球能落回小孔是因為小球具有慣性,在水平方向保持與火車相同的速度 解析:選BD 相對于地面,小球豎直方向做豎直上拋運動,水平方向做勻速運動,軌跡是曲線,A錯誤B正確;能落回小孔是因為小球具有慣性,在水平方向保持與火車相同的速度,故C錯誤D正確。 11.有一儀器的電路如圖4所示,其中M是質量較大的金屬塊,將儀器固定在一輛汽車上,汽車啟動和剎車時,發(fā)現(xiàn)其中一盞燈亮了,試分析是哪一盞燈亮了。 圖4
22、 解析:當汽車啟動時,其速度由零變大,而金屬塊由于慣性將保持原來的靜止狀態(tài),從而使綠燈所在的電路被接通。當汽車剎車時,汽車的速度變小,而金屬塊由于慣性要保持原來的速度,從而使紅燈所在的電路被接通。當汽車勻速行駛時,彈簧將使金屬塊復位,電路切斷,兩燈均不亮。 答案:當汽車啟動時,綠燈亮;當汽車剎車時,紅燈亮 12.如圖5所示,有一旅游愛好者,想做環(huán)球旅行。他設想乘坐一氣球將自己懸浮在高空中,因為地球在自轉,所以他只要在空中停留一天,就可以環(huán)球旅行一次了。你認為這個旅游愛好者的想法能實現(xiàn)嗎?為什么? 圖5 解析:因為地球上的一切物體,包括地球周圍的大氣都隨著地球自轉而一起運動著,人乘著氣球升空后。由于慣性,仍保持原來的速度隨地球、大氣一起運動,不計其他與地球有相對運動(如風)的物體產生的影響,升空的氣球與其下方的地面保持相對靜止,他不可能一天相對地球繞行一周,所以不能實現(xiàn)。 答案:見解析 9
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