2019年高中物理 4.1 牛頓第一定律學案 新人教版必修1.doc

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2019年高中物理 4.1 牛頓第一定律學案 新人教版必修1 [目標定位]　1.知道伽利略的理想實驗及其推理過程，知道理想實驗是科學研究的重要方法.2.理解牛頓第一定律的內容及意義.3.明確慣性的概念，會解釋有關的慣性現象． 一、理想實驗的魅力 1．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，物體就要靜止在一個地方． 2．伽利略的理想實驗 (1)斜面實驗：讓靜止的小球從第一個斜面滾下，沖上第二個斜面，如果沒有摩擦，小球將上升到原來釋放時的高度．減小第二個斜面的傾角，小球滾動的距離增大，當第二個斜面放平，小球將永遠運動下去． (2)推理結論：力不是(選“是”或者“不是”)維持物體運動的原因． 3．笛卡爾的觀點：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． 　想一想： 伽利略的理想實驗揭示了什么道理？ 答案　伽利略的實驗揭示了力不是維持物體運動的原因． 二、牛頓物理學的基石——慣性定律 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)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)．這就是牛頓第一定律． 2．慣性：物體具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質叫慣性．牛頓第一定律也叫做慣性定律． 三、慣性與質量 對于任何物體，在受到相同的力作用時，決定它們運動狀態(tài)的變化難易程度的唯一因素就是它們的質量． 　想一想： (1)是不是只有勻速直線運動或靜止的物體才具有慣性？ (2)有人說“速度越大慣性越大”“受力越小慣性越大”，對嗎？ 答案　(1)不是；一切物體都具有慣性．物體的慣性與運動狀態(tài)無關．(2)不對，慣性只與質量大小有關，而與速度大小無關，與受力大小也無關． 一、對伽利略的理想實驗的理解 1．關于運動和力的兩種對立的觀點 (1)亞里士多德的觀點：力是維持物體運動的原因．這種錯誤的觀點統(tǒng)治了人們的思維近二千年． (2)伽利略的觀點(伽利略第一次提出)：物體的運動不需要力來維持，力是改變物體速度的原因． 2．伽利略的理想實驗的意義 (1)伽利略的理想實驗將可靠的事實和理論思維結合起來，即采用“事實基礎＋抽象思維＋科學推論”的方法推翻了亞里士多德的觀點，初步揭示了運動和力的正確關系． (2)第一次確立了物理實驗在物理學中的地位． 例1　理想實驗有時更能深刻地反映自然規(guī)律．伽利略設計了一個如圖411所示的理想實驗，他的設想步驟如下： 圖411 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；②兩個對接的斜面，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球將滾上另一個斜面；③如果沒有摩擦，小球將上升到原來釋放的高度；④繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，最后使它成為水平面，小球將沿水平面做持續(xù)的勻速運動． 請將上述理想實驗的設想步驟按照正確的順序排列________(只要填寫序號即可)．在上述的設想步驟中，有的屬于可靠的事實，有的則是理想化的推論．下列有關事實和推論的分類正確的是________． A．①是事實，②③④是推論 B．②是事實，①③④是推論 C．③是事實，①②④是推論 D．④是事實，①②③是推論 解析　本題是在可靠事實的基礎上進行合理的推理，將實驗理想化，并符合物理規(guī)律，得到正確的結論．而②是可靠事實，因此放在第一步，③①是在斜面上無摩擦的設想，最后推導出水平面上的理想實驗④.因此正確順序是②③①④. 答案?、冖邰佗堋 二、對牛頓第一定律的理解 1．對牛頓第一定律的理解 (1)定性說明了力和運動的關系： ①力是改變物體運動狀態(tài)的原因，或者說力是產生加速度的原因，而不是維持物體運動狀態(tài)的原因． ②物體不受外力時的運動狀態(tài)：勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)． (2)揭示了一切物體都具有的一種固有屬性——慣性．因此牛頓第一定律也叫慣性定律． 2．物體運動狀態(tài)的變化即物體運動速度的變化，有以下三種情況： (1)速度的方向不變，只有大小改變．(物體做直線運動) (2)速度的大小不變，只有方向改變．(物體做曲線運動) (3)速度的大小和方向同時發(fā)生改變．(物體做曲線運動) 3．注意： (1)牛頓第一定律所描述的是物體不受外力作用時的狀態(tài)，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，它是在理想實驗的基礎上總結得出的． 例2　關于牛頓第一定律的理解正確的是(　　) A．牛頓第一定律反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，由于遇到障礙而被絆倒，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　牛頓第一定律描述的是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正確． 答案　ABD 三、對慣性的理解 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 (1)不受力時，慣性表現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，慣性表現為運動狀態(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． 例3　關于慣性，下列說法正確的是(　　) A．慣性是物體固有的屬性，慣性越大的物體，它的運動狀態(tài)越難改變 B．同一物體運動時的慣性大于靜止時的慣性 C．“嫦娥三號”衛(wèi)星在地球上的慣性與它繞月球飛行時的慣性相同(燃料消耗忽略不計) D．各種機床和發(fā)電機的底座做得很笨重，并用螺絲固定在地面上，目的是增大慣性． 解析　慣性是物體固有的屬性，慣性越大的物體，保持原來運動狀態(tài)的性質越強，即它的運動狀態(tài)越難改變，A正確；質量是慣性大小的唯一量度，慣性大小與運動狀態(tài)無關，B錯誤；“嫦娥三號”衛(wèi)星在地球上的慣性與它繞月球飛行時的質量不變，慣性不變，C正確；質量大的物體慣性大，各種機床和發(fā)電機的底座做得很笨重，目的是增大慣性，D正確．故選A、C、D. 答案　ACD 借題發(fā)揮　分析有關慣性的問題時，應注意慣性的三個性質：(1)普遍性：一切物體在任何情況下都具有慣性；(2)無關性：慣性與物體的運動狀態(tài)和受力情況均無關；(3)唯一性：慣性由物體的質量唯一決定． 圖412 例4　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(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 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　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，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. 答案　B 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 對伽利略的理想實驗的理解 1．伽利略的理想斜面實驗說明(　　) A．亞里士多德關于運動和力的關系是正確的 B．亞里士多德關于運動和力的關系是錯誤的 C．力是維持物體運動的原因 D．物體的運動不需要力來維持 解析　伽利略的理想實驗中斜面放平后，小球將永遠運動下去，說明物體的運動不是由力來維持的，故而推翻了亞里士多德的觀點，B、D正確． 答案　BD 對牛頓第一定律的理解 2．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　牛頓第一定律是在伽利略“理想實驗”的基礎上經過抽象、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時是等效的，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．故選A. 答案　A 對慣性的理解 圖413 3．如圖413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(　　) 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　一個物體慣性的大小，與其運動狀態(tài)，受力情況是沒有任何關系的，衡量物體慣性大小的唯一因素是質量，故B正確． 答案　B 4．根據牛頓運動定律，以下選項中正確的是(　　) A．人只有在靜止的車廂內，豎直向上高高跳起后，才會落在車廂的原來位置 B．人在沿直線勻速前進的車廂內，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，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，豎直向上高高跳起后，將落在起跳點的后方 解析　人起跳后，水平方向保持起跳前的速度做勻速直線運動；車速如果不變(靜止或勻速)，則人和車水平方向相對靜止；車如果加速，人相對滯后，掉在后面；車如果減速，人相對超前，掉在前面．故選C. 答案　C (時間：60分鐘) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 題組一　對伽利略的理想實驗的理解 1．16世紀末，伽利略用實驗和推理，推翻了已在歐洲流行了近兩千年的亞里士多德關于力和運動的理論，開始了物理學發(fā)展的新紀元．在以下說法中，與亞里士多德觀點相反的是(　　) A．四匹馬拉的車比兩匹馬拉的車跑得快，這說明，物體受的力越大，速度就越大 B．一個運動的物體，如果不再受力了，它總會逐漸停下；這說明，靜止狀態(tài)才是物體長時間不受力時的“自然狀態(tài)” C．兩物體從同一高度自由下落，較重的物體下落較快 D．一個物體維持勻速直線運動，不需要受力 解析　亞里士多德的觀點：力是使物體運動的原因，有力物體就運動，沒有力物體就停止運動，與此觀點相反的選項是D. 答案　D 2．關于伽利略的理想實驗，下列說法正確的是(　　) A．只要接觸面摩擦相當小，物體在水平面上就能勻速運動下去 B．這個實驗實際上是永遠無法做到的 C．利用氣墊導軌，就能使實驗成功 D．雖然是想象中的實驗，但是它建立在可靠的實驗基礎上 解析　伽利略的理想斜面實驗反映了一種物理思想．它是建立在可靠的事實基礎上的，它把實驗和邏輯推理結合在一起，抓住主要因素，忽略次要因素，從而深刻地揭示了自然規(guī)律．故選B、D. 答案　BD 3．關于力和運動的關系，下列說法中正確的是(　　) A．物體的速度不斷增大，表示物體必受外力的作用 B．物體向著某個方向運動，則在這個方向上必受力的作用 C．物體的速度大小不變，則其所受的合外力必為零 D．物體處于平衡狀態(tài)，則該物體必不受外力作用 解析　當物體速度增大時，運動狀態(tài)發(fā)生了變化，而力是改變運動狀態(tài)的原因，故物體必受外力作用，A正確；力不是維持物體運動的原因，所以物體向某個方向運動，可以不在此方向上受力的作用，B錯誤；當物體的速度大小不變時，其速度方向可能發(fā)生變化，即運動狀態(tài)可能變化，合外力不一定為零，C錯誤；物體處于平衡狀態(tài)時，所受合外力為零，并不是物體不受外力作用，故D錯誤． 答案　A 題組二　對牛頓第一定律的理解 4．由牛頓第一定律可知(　　) A．物體的運動是依靠慣性來維持的 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，可以沒有外力作用 D．力是改變物體慣性的原因 解析　根據牛頓第一定律可得力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動的原因，A正確；慣性是物體固有的屬性，跟外界因素無關，即力的存在和消失對慣性沒有影響，D錯誤；力停止作用后，物體將保持靜止或者勻速直線運動狀態(tài)，B錯誤；物體做變速運動，速度發(fā)生變化，則一定存在外力改變物體的運動，C錯誤．故選A. 答案　A 5．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，物體的運動情況將是(　　) A．懸浮在空中不動 B．速度逐漸減小 C．保持一定速度向下做勻速直線運動 D．無法判斷 解析　物體自由下落時，僅受重力作用，重力消失以后，物體將不受力，根據牛頓第一定律的描述，物體將以重力消失瞬間的速度做勻速直線運動，故C正確． 答案　C 圖414 6．如圖414所示，在一輛表面光滑且足夠長的小車上，有質量為m1和m2的兩個小球(m1>m2)，兩個小球隨車一起運動，當車突然停止運動時，若不考慮其他阻力，則兩個小球(　　) A．一定相碰 B．一定不相碰 C．不一定相碰 D．無法確定 解析　小車表面光滑，因此小球在水平方向上沒有受到外力的作用．原來兩個小球與小車具有相同的速度，當車突然停止運動時，由于慣性，兩個小球的速度不變，所以不會相碰． 答案　B 7. 圖415 如圖415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(　　) 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　小球原來靜止時受重力和支持力作用，其合力為零．當劈形物體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，除豎直方向可以有合力外，其他方向上沒有合力，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． 答案　B 題組三　對慣性的理解和應用 8．關于慣性的理解，下列說法正確的是(　　) A．物體含的物質越多，慣性越大 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．在月球上舉重比在地球上容易，所以同一物體在地球上慣性比在月球上大 D．乒乓球可以快速抽殺(球接觸球板后速度很大)，是因為乒乓球慣性小的緣故 解析　質量是指物體所含物質的多少，而質量是物體慣性的唯一量度，質量越大，物體的慣性越大，慣性與物體的速度和所在地理位置無關，A正確，B、C錯誤；乒乓球可以快速抽殺(球接觸球板后速度很大)，運動狀態(tài)很容易改變，因為它的質量很小，即乒乓球慣性小的緣故，D正確． 答案　AD 9．下列說法中正確的是(　　) A．運動越快的汽車越不容易停下來，是因為汽車運動得越快，慣性越大 B．小球由于受重力的作用而自由下落時，它的慣性就不存在了 C．一個小球被豎直上拋，當拋出后能繼續(xù)上升，是因為小球受到向上的推力 D．物體的慣性是物體保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的一種屬性，與物體的速度大小無關 解析　做變速運動的物體速度之所以改變是因為受到了外力，外力迫使它改變運動狀態(tài)，不是物體失去了慣性． 答案　D 10．月球表面的重力加速度為地球表面的重力加速度的，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．慣性減小為，重力不變 B．慣性和重力都減小為 C．慣性不變，重力減小為 D．慣性和重力都不變 解析　物體的慣性大小僅與物體的質量有關，因質量是恒量，同一物體的質量與它所在的位置及運動狀態(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＝mg地＝G地．故正確選項為C. 答案　C 圖416 11．如圖416所示，在沿東西方向直線運動的小車上，放一豎直木塊，突然發(fā)現木塊向西倒，則小車可能的運動情況(　　) A．向東做勻速運動 B．向東做減速運動 C．向東做加速運動 D．向西做減速運動 解析　由牛頓第一定律可知，木塊突然向西倒，說明小車具有向東的加速度，由力和運動關系可知，小車可能向東加速或向西減速，所以A、B錯誤；C、D正確． 答案　CD 圖417 12．如圖417所示，在光滑水平面上有一密閉水箱，A、B、C三個小球的密度分別為ρA＞ρ水，ρB＝ρ水，ρC＜ρ水，均用細線系在水箱中開始時，水箱靜止，細線豎直，現用力向右突然拉動水箱的瞬間，則(　　) A．細線均豎直 B．A線左傾，C線右傾，B線豎直 C．細線均左傾 D．A線右傾，C線左傾，B線豎直 解析　當用力向右突然拉動水箱，由于ρA＞ρ水，ρB＝ρ水，ρC＜ρ水，A球的慣性大于相同體積的水的慣性，線向左傾斜；B球的慣性與相同體積的水的慣性相同，線不傾斜，仍豎直；而C球的慣性小于相同體積的水的慣性，線向右傾斜，故B正確． 答案　B 13．下面摘自上個世紀美國報紙上的一篇小文章：阿波羅登月火箭在脫離地球飛向月球的過程中，飛船內宇航員通過無線電與在家中上小學的兒子湯姆通話．宇航員：“湯姆，我們現在已經關閉了火箭上所有推動機，正向月球飛去．”湯姆：“你們關閉了所有推動機，那么靠什么力量推動火箭向前運動？”宇航員猶豫了半天，說：“我想大概是伽利略在推動飛船向前運動吧．”若不計星球對火箭的作用力，由上述材料可知(　　) A．湯姆問話體現的物理思想是“火箭的運動需要力來維持” B．宇航員答話想表達的真實意思是“伽俐略用力推動著火箭向前運動” C．宇航員答話想表達的真實意思是“火箭的運動不需要力來維持” D．宇航員的答話想表達的真實意思是“火箭正在依靠慣性飛行” 解析　A、湯姆說：“你們關閉了所有推動機，那么靠什么力量推動火箭向前運動？”，想表達的真實意思是“火箭的運動需要力來維持”，故A正確．B、C、D由題意知，宇航員說大概是伽利略在推動飛船向前運動，真實意思是根據伽利略的理論，“火箭的運動不需要力來維持，火箭正在依靠慣性飛行”，而不是伽俐略用力推動著火箭向前運動，故B錯誤，C、D正確． 答案　ACD