高中物理新教材同步必修第一册 第4章 1 牛顿第一定律

1 牛顿第一定律 [学习目标] 1.理解牛顿第一定律的内容和意义.2.明确惯性的概念，会用惯性解释有关现 象.3.知道质量是惯性大小的唯一量度． 一、理想实验的魅力 1．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 止在某个地方． 2．伽利略的理想实验 (1)斜面实验：如图1 所示，让一个小球沿斜面从静止状态开始运动，小球将“冲”上另一 个斜面．如果没有摩擦，小球将到达原来的高度．减小第二个斜面的倾角，小球运动的距离 更长，但所达到的高度相同．当第二个斜面最终变为水平面时，小球将永远运动下去． 图1 (2)推理结论：力不是(选填“是”或“不是”)维持物体运动的原因． 3．笛卡儿的观点：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线 运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向． 二、牛顿第一定律 1．牛顿第一定律的内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上 面的力迫使它改变这种状态． 2．惯性 (1)物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性．牛顿第一定律也被叫作惯 性定律． (2)惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性． 三、惯性与质量 物体惯性大小仅与质量有关，质量是物体惯性大小的唯一量度，惯性大小与物体是否运动、 运动快慢等因素均无关． 1．判断下列说法的正误． (1)伽利略的理想实验是永远无法做到的．( √ ) (2)伽利略的理想实验说明了力是维持物体运动的原因．( × ) (3)由牛顿第一定律可知，做加速直线运动的物体所受外力全部消失时，物体立刻静止．( × ) (4)物体从竖直向上运动的气球上掉落后，立即向下运动．( × ) (5)速度越大，物体的惯性越大．( × ) (6)受力越大，物体的惯性越大．( × ) 2．前进中的大巴车突然刹车时，乘客向________倾倒；在匀速直线运动的火车上竖直跳起， 人会落在________(选填“原来位置”“原位置前”或“原位置后”)． 答案 前 原来位置 一、伽利略理想实验 导学探究 在伽利略的斜面实验的各个过程中(如图2 所示)，哪些可以通过实验完成？哪些是推理得出 的？ 图2 答案 小球由静止状态从斜面上滚下，可以滚上另一斜面，是实验事实，可以通过实验完成， 其余各个结论是由推理得出的，不可以用实验完成． 知识深化 1．理想实验是一种思维活动，虽然它是抽象思维中设想出来的，在实验室无法验证，但它 建立在可靠的事实基础上，以物理事实为依据，经过科学抽象和逻辑推理，从而深刻揭示了 物理现象的本质，理想斜面实验反映了一种重要的物理思想． 2．理想实验的意义：伽利略理想实验是以可靠的实验事实为基础，经过抽象思维，抓住主 要因素，忽略次要因素，从而更深刻地揭示了自然规律．伽利略的研究方法的核心是把实验 和逻辑推理相结合． 理想实验有时更能深刻地反映自然规律．如图3 所示，伽利略设想了一个理想实验， 其中有一个是实验事实，其余是推论． 图3 ①减小第二个斜面的倾角，小球在这一斜面上仍然要达到原来的高度； ②两个斜面对接，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． (1)请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列：________(填数字序号)． (2)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．下列关于事实和 推论的分类正确的是________(填选项前的字母)． 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 答案 (1)②③①④ (2)B 二、牛顿第一定律 导学探究 (1)日常生活中，我们有这样的经验：马拉车，车就前进，停止用力，车就停下 来，是否有力作用在物体上物体才能运动呢？马不拉车时，车为什么会停下来呢？ (2)如果没有摩擦阻力，也不受其他任何力的作用，水平面上运动的物体的运动状态会改变 吗？ 答案 (1)不是．因为受到阻力的作用． (2)如果没有摩擦阻力，也不受其他任何力的作用，水平面上运动的物体将保持原来的速度 沿直线永远运动下去，即运动状态不变． 知识深化 1．运动状态改变即速度发生变化，有三种情况： (1)速度的方向不变，大小改变． (2)速度的大小不变，方向改变． (3)速度的大小和方向同时改变． 2．对牛顿第一定律的理解 (1)定性揭示了力和运动的关系： ①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． 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． (3)牛顿第一定律是牛顿在总结前人工作的基础上得出的，是在理想实验的基础上加以科学 抽象和逻辑推理得到的，但其得到的一切结论经过实践证明都是正确的． (4)牛顿第一定律无法用实验直接验证．它所描述的是一种理想状态，即不受外力的状态． (多选)下列说法正确的是( ) A．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律 B．牛顿第一定律说明力是维持物体运动状态的原因 C．不受外力作用时，物体的运动状态保持不变是由于物体具有惯性 D．物体的运动状态发生变化时，物体必定受到外力的作用 答案 ACD 解析 牛顿第一定律的含义：不受外力时物体将保持静止状态或匀速直线运动状态，这是由 于一切物体都具有惯性；受到力的作用时物体的运动状态就要发生变化，从而揭示出力是改 变物体运动状态的原因，反映了物体在不受外力时的运动规律，故选项A、C、D 正确，B 错误． 针对训练 (2019·黑龙江四校联考)关于牛顿第一定律(惯性定律)，下列理解正确的是( ) A．向上抛出的物体，在向上运动的过程中，一定受到向上的作用力，否则不可能向上运动 B．汽车在运动过程中，速度大时的惯性一定比速度小时的惯性大 C．牛顿第一定律中提出的物体不受外力作用的条件是不可能达到的，所以这条定律可能是 错的 D．牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能用实验直接验证 答案 D 解析 向上抛出的物体，由于惯性继续向上运动，故A 错误；惯性只取决于物体的质量， 质量越大，惯性越大，故B 错误；牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物， 并不是实验定律，但它是正确的，故C 错误，D 正确． 三、惯性 导学探究 (1)如图4 所示，公交车在运行时突然急刹车，车内乘客身体为什么会向前倾倒？ 图4 (2)“同一物体在地球上的重力比在月球上大，所以物体在地球上的惯性比在月球上大”，这 种说法对吗？为什么？ 答案 (1)乘客随车一起运动，当急刹车时，车停止运动，乘客的下半部分受到车的摩擦力 作用也随车停止运动，而上半部分由于要保持原来的运动状态，故向前倾倒． (2)不对．惯性大小只与质量有关，与位置无关．虽然物体在地球上的重力比在月球上大， 但物体的质量不变，即惯性不变． 知识深化 1．惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性． 2．物体惯性的大小由质量决定，与物体的运动状态无关，与是否受力无关，与物体的速度 大小无关． 3．惯性的表现 (1)在不受力的条件下，惯性表现出维持其原来运动状态的“能力”，有“惰性”的意思． (2)在受力的条件下，惯性的大小表现为运动状态改变的难易程度．质量越大，惯性越大， 运动状态越难改变． 关于物体的惯性，以下说法正确的是( ) A．物体的运动速度越大，物体越难停下来，说明运动速度大的物体惯性大 B．汽车突然减速时，车上的人向前倾，拐弯时人会往外甩，而汽车匀速前进时，车上的人 感觉平稳，说明突然减速和拐弯时人有惯性，匀速运动时人没有惯性 C．在同样大小的刹车力的作用下，超载车更不容易停下来，是因为超载车惯性大 D．在沿长直水平轨道匀速运动的火车上，门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起后，发现落回 原处，这是因为人跳起后，车继续向前运动，人落下后必定向后偏些，但因时间太短，偏后 距离太小，不明显而已 答案 C 解析 物体的惯性大小只由质量决定，与物体的速度大小无关，A 错误；一切物体都具有惯 性，不论物体处于加速、减速还是匀速运动状态，B 错误；超载车质量大，保持原来运动状 态的本领强，惯性大，C 正确；人向上跳起后，人在水平方向不受外力作用，由于惯性，人 在水平方向的速度不变，与车速相同，因此仍落在车厢内原处，D 错误． (多选)(2019·大同铁路一中高一上学期期末)在水平路面上有一辆匀速行驶的小车， 小车上固定着盛满水的碗．若突然发现碗中的水向右洒出，如图5 所示，则关于小车在此种 情况下的运动，下列描述正确的是( ) 图5 A．小车匀速向左运动 B．小车可能突然向左加速运动 C．小车可能突然向左减速运动 D．小车可能突然向右减速运动 答案 BD 解析 若小车原来向左匀速运动，突然开始向左加速运动，碗随小车开始向左加速，根据牛 顿第一定律可知，碗中水由于惯性仍保持原来的匀速运动状态，水相对于碗向右运动，水向 右洒出，选项A 错误，B 正确；若小车突然向左减速运动，碗随小车一起开始向左减速，根 据牛顿第一定律可知，水由于惯性，仍保持向左的匀速运动，水相对于碗向左运动，水向左 洒出，选项C 错误；若小车原来向右匀速运动，突然向右减速运动，碗随小车开始向右减 速，根据牛顿第一定律可知，水由于惯性仍要保持向右的匀速运动状态，水相对于碗向右运 动，水将向右洒出，选项D 正确． 1.(伽利略的理想实验)(多选)如图6 所示是伽利略的“理想实验”，根据该实验，下列说法正 确的是( ) 图6 A．该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据 B．该实验是理想实验，是在思维中进行的，无真实的实验基础，故其结果并不可信 C．该实验充分证实了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的结论 D．该实验说明物体的运动不需要力来维持 答案 AD 解析 该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据，故A 正确；虽然是借助想象 的实验，但它是建立在可靠的实验基础上，其结果是可信的，故B 错误；伽利略由此推翻 了亚里士多德的观点，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，故 C 错误，D 正确． 2．(对牛顿第一定律的理解)(多选)(2019·鹤岗第一中学高一上月考)关于力和运动的关系，下 列说法正确的是( ) A．力是维持物体运动状态的原因 B．物体的惯性是指物体在不受外力作用时仍保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质 C．没有力的作用，物体只能处于静止状态或匀速直线运动状态 D．要改变物体的运动状态，必须有力的作用 答案 BCD 解析 力不是维持物体运动状态的原因，力是改变物体运动状态的原因，故A 错误，D 正 确；惯性是指物体总有保持原有运动状态不变的性质，原有运动状态包括静止状态和匀速直 线运动状态，故B 正确；由牛顿第一定律可知C 正确． 3．(对惯性的理解)关于惯性的大小，下列说法正确的是( ) A．两个质量相同的物体，在阻力相同的情况下，速度大的不容易停下来，所以速度大的物 体惯性大 B．两个物体的质量相同，惯性就一定相同 C．推动地面上静止的物体比维持这个物体做匀速运动所需的力大，所以静止的物体惯性大 D．在月球上举重比在地球上容易，所以同一个物体在月球上比在地球上惯性小 答案 B 解析 惯性的大小只与物体的质量有关，与其他因素无关，质量相同的物体惯性相同，A 错 误，B 正确；推动静止的物体比维持这个物体做匀速运动所需的力大，是由于最大静摩擦力 大于滑动摩擦力，不是由于静止的物体惯性大，物体惯性的大小与物体的运动状态无关，C 错误；同一物体的质量不变，在月球上和地球上惯性一样大，D 错误． 4．(惯性的应用)下列关于惯性的说法正确的是( ) A．高速行驶的汽车紧急刹车时，乘客向前倾倒，说明乘客具有惯性 B．把手中的球由静止释放，球竖直下落，说明球没有惯性 C．运动员投掷标枪时，用力越大，标枪飞行越远，说明力越大则惯性越大 D．短跑比赛，运动员通过终点后很难停下来，说明速度越大则惯性越大 答案 A 解析 惯性是物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质，惯性大小只与物体的质量有关， 与物体的运动状态、受力情况等均无关，一切物体在任何时刻、任何情况下都具有惯性，选 项A 正确． 考点一 伽利略的理想实验及物理学史 1．(多选)科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用．下列说法符合历 史事实的是( ) A．亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体的运动状态才会改变 B．伽利略通过“理想实验”得出结论：一旦物体具有一定的速度，如果它不受力，它将以 这一速度永远运动下去 C．笛卡儿指出：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续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．牛顿认为，物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质 答案 BCD 解析 亚里士多德认为物体的运动需要力来维持，A 错误；伽利略通过“理想实验”得出结 论：一旦物体具有一定的速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去，B 正确；笛 卡儿指出：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续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 正确；由牛顿第一定律知，D 正确． 2．(2019·太原市模拟)伽利略的斜面实验证明了( ) A．使物体运动必须有力的作用，没有力的作用，物体将静止 B．使物体静止必须有力的作用，没有力的作用，物体将运动 C．物体不受外力作用时，一定处于静止状态 D．物体不受外力作用时，总保持原来的匀速直线运动状态或者静止状态 答案 D 考点二 对牛顿第一定律的理解 3．(多选)下列关于牛顿第一定律的说法中正确的是( ) A．物体保持静止状态，它所受合外力一定为零 B．物体所受合外力为零时，它一定处于静止状态 C．物体处于匀速直线运动状态时，它所受的合外力可能是零，也可能不是零 D．物体所受合外力为零时，它可能做匀速直线运动，也可能是静止的 答案 AD 解析 物体处于静止状态或匀速直线运动状态时，它受到的合外力一定为零，A 正确，C 错 误；所受合外力为零时，物体可能处于静止状态，也可能处于匀速直线运动状态，B 错误， D 正确． 4．关于牛顿第一定律，下列理解不正确的是( ) A．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律 B．不受外力作用时，物体的运动状态保持不变 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 D．奔跑的运动员由于遇到障碍而被绊倒，这是因为运动员具有惯性 答案 C 解析 牛顿第一定律描述的是物体不受外力作用时的运动规律，即总保持匀速直线运动状态 或静止状态，选项A、B 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的原因，在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于受到 摩擦阻力的作用，选项C 错误；奔跑的运动员遇到障碍而被绊倒，是因为运动员具有惯性， 选项D 正确． 5．(2019·黄冈市期末)远在春秋战国时期，我国杰出学者墨子认为：“力，刑之所以奋也”． “刑”同“形”，即物体；“奋”，即开始运动或运动加快，对墨子这句关于力和运动观点 的理解，下列说法不正确的是( ) A．墨子认为力是改变物体运动状态的原因 B．墨子认为力是使物体产生加速度的原因 C．此观点与亚里士多德关于力和运动的观点基本相同 D．此观点与牛顿关于力和运动的观点基本相同 答案 C 解析 由题意可知“力，刑之所以奋也”这句话的意思是：力能使物体由静止开始运动，或 使运动的物体运动得越来越快．这句话反映出力是改变物体运动状态的原因，故与亚里士多 德关于力和运动的观点不相同，故本题应选C. 考点三 惯性的理解与应用 6．下列关于惯性的说法正确的是( ) A．质量越大的物体惯性越大 B．物体的运动状态改变了，则惯性大小随之变化 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 A 解析 物体在任何状态下均有惯性，并且物体惯性的大小只与质量有关，A 正确，B、C、D 错误． 7．(多选)(2019·夏津一中高一上学期期末)对下列现象解释正确的是( ) A．在一定拉力作用下，车沿水平面匀速前进，没有这个拉力，小车就会停下来，所以力是 维持物体运动的原因 B．向上抛出的物体由于惯性，所以向上运动，以后由于重力作用，惯性变小，所以速度也 越来越小 C．乒乓球可快速抽杀，是因为乒乓球惯性小 D．两个物体只要质量相同，那么惯性就一定相同 答案 CD 解析 在一定拉力作用下，车沿水平面匀速前进，说明拉力与摩擦力平衡，没有这个拉力， 小车就会停下来，是由于受到摩擦力作用，故A 错误；惯性大小的唯一量度是质量，与速 度大小无关，与受力无关，故B 错误；乒乓球质量小，惯性小，运动状态容易改变，故C 正确；惯性大小只与质量有关，质量相同的物体，惯性相同，故D 正确． 8．(2019·浙江高一期末)关于惯性，下列说法正确的是( ) A．在月球上物体的重力只有在地球上的，但是惯性没有变化 B．假如地球对物体的引力消失，我们就可以轻易地挡住飞来的铅球 C．铁饼运动员在掷出铁饼前快速旋转可增大铁饼惯性，使其飞得更远 D．磁悬浮列车能高速行驶是因为列车浮起后惯性变小了 答案 A 9．(2019·长白朝鲜族自治县实验中学高一期末)对于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．“强弩之末，势不能穿鲁缟”，这表明强弩的惯性减小了 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，车手一方面要适当控制速度，另一方面要将身体稍微向里倾斜，这是为 了通过调控人和车的惯性达到安全行驶的目的 答案 C 解析 惯性是物体的固有属性，惯性的大小与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，与其 他任何因素无关，A、B 错误；摘下或加挂一些车厢，改变了质量，从而改变惯性，C 正确； 人和车的质量不变，则其惯性不变，D 错误． 10．(2019·牡丹江市第三高级中学高一期中)我国《道路交通安全法》中规定：各种小型车辆 前排乘坐的人(包括司机)系好安全带，这是因为( ) A．系好安全带可以减小人的惯性 B．系好安全带可以减小车的惯性 C．系好安全带是为了增大人与座椅间的摩擦力 D．系好安全带可以防止因人的惯性而造成的伤害 答案 D 解析 质量是物体惯性大小的唯一量度，系好安全带不可以改变人和车的惯性，故A、B 错 误；系好安全带可以防止因人的惯性而造成的伤害，故C 错误，D 正确． 11．图1 所示照片记录了一名骑车人因自行车前轮突然陷入一较深的水坑而倒地的过程．