2020-2021学年第1节 牛顿第一运动定律导学案及答案

牛顿第一运动定律

知识点一　力与运动的关系

[情境导学]

马拉车，车就前进，停止用力，车就停下来。这是否说明必须有力作用在物体上，物体才能运动？

提示：停止用力，车停下来是因为受到了地面摩擦力的作用。不能说明必须有力作用在物体上，物体才能运动。

[知识梳理]

1．历史的回顾

2．力与运动的关系：力可以改变物体的运动状态。

[初试小题]

1．判断正误。

(1)亚里士多德认为力是维持物体运动的原因。(√)

(2)笛卡儿认为物体的运动状态不需要力来维持。(√)

(3)伽利略的理想实验说明了力是维持物体运动的原因。(×)

2．思考题。

伽利略和亚里士多德对“力和运动的关系”的观点的最本质区别是什么？

提示：两人所持观点的最本质区别是力是不是维持物体运动的原因。亚里士多德认为力是维持物体运动的原因；伽利略认为物体的运动不需要力来维持。

知识点二　牛顿第一运动定律及其意义

[情境导学]

我们骑自行车时，当我们脚不再蹬车，自行车不会立即停止运动，而是向前再运动一段距离才会停止，这是因为什么？

提示：这是因为自行车有保持原来运动状态的性质。

[知识梳理]

1．内容：一切物体总保持匀速直线运动或静止状态，除非有外力迫使它改变这种状态。

2．意义

(1)指出了物体不受力(或所受合外力为零)时的运动状态是静止或匀速直线运动状态。

(2)指出了一切物体都具有保持原有运动状态不变的性质。

(3)明确了力的作用效果，即力是改变物体运动状态的原因。

3．惯性

(1)定义：任何物体都有保持静止或匀速直线运动状态不变的属性。

(2)大小：质量是描述物体惯性大小的物理量。物体的质量大，惯性大；质量小，惯性小。

(3)惯性的大小体现在运动状态改变的难易程度上，和物体是否受力、是否运动无关。

[初试小题]

1．判断正误。

(1)牛顿第一运动定律是可以通过实验验证的。(×)

(2)牛顿认为力的真正效应总是改变物体的速度，而不仅仅是使之运动。(×)

(3)惯性是物体的固有属性，一切物体都有惯性。(√)

(4)物体只有处于静止状态或匀速直线运动状态时才有惯性。(×)

2．思考题。

有人说“只有做匀速直线运动或静止的物体才具有惯性”，也有人说“速度越大惯性越大”“受力越大惯性越小”，这些说法对吗？

提示：不对，惯性是物体的固有属性，只与物体的质量有关，与物体的运动状态和受力情况无关。

　　[问题探究]

伽利略理想斜面实验如图所示，小球沿斜面由静止滚下，再滚上另一斜面。

(1)实际中小球滚上另一斜面的最大高度等于h吗？

(2)设想斜面是光滑的，小球滚上另一斜面的最大高度等于h吗？

(3)设想斜面是光滑的，若减小第二个斜面的倾角，小球还能滚到另一斜面高h处吗？与未减小斜面倾角之前相比，小球滚到另一斜面高h处通过的距离如何变化？

(4)设想第二个斜面变成水平面，这时小球试图滚上另一斜面的相同高度，但永远达不到。这时小球的运动能停下来吗？

提示：(1)不等于。滚上另一斜面的最大高度小于h。

(2)等于h。

(3)能。通过的距离变大。

(4)不能，永远运动下去。

[要点归纳]

1．理想实验

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下：

(1)操作过程：让小球沿光滑斜面从左侧某一高度滚下。

(2)实验现象：无论右侧斜面坡度如何，它都会沿斜面上升到与出发点几乎等高的地方。

(3)实验结论：斜面的倾角越小，小球运动到同一高度所经历的路程越远，当斜面倾角逐渐减小到0时，右侧变为水平面，小球将为了达到那个永远无法达到的高度而一直运动下去。

2．理想实验的意义

(1)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。

(2)伽利略的理想实验是把实验和逻辑推理相结合的一种科学研究方法。

[例题1]　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，如图所示。下面是关于该实验被打乱的步骤：

①减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然会达到原来的高度。

②图为两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面。

③如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度。

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__________(填写序号即可)。

(2)在上述的实验步骤中，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②属于________。

[解析]　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②③①④，步骤②属于可靠的实验事实。

[答案]　(1)②③①④　(2)可靠的实验事实

[针对训练]

1．理想实验是科学研究中的一种重要方法，它把可靠的事实和合理的推论结合起来，可以深刻地揭示自然规律。关于伽利略的理想实验，下列说法正确的是(　　)

A．只要接触面“相当光滑”，物体在水平面上就能匀速运动下去

B．实际上这个实验是永远无法做到的

C．利用气垫导轨，就能使实验成功

D．要使物体运动就必须有力的作用，没有力的作用物体就静止

解析：选B　在实际情况下理想实验条件永远是理想化的，是永远不能实现的，选项B正确；即使接触面“相当光滑”，也不会达到没有摩擦力的程度，选项A错误；利用气垫导轨当然也不能实现“理想”的条件，仍然存在一定的阻力，只不过阻力很小而已，选项C错误；力是改变物体运动状态的原因，并不是维持物体运动状态的原因，选项D错误。

2．在探究物体运动的原因时，伽利略设计了一个理想实验，让小球沿光滑斜面从左侧某一高度滚下，又滚上右侧倾角可以改变的斜面，斜面倾角逐渐减小至零，如图所示。伽利略设计这个实验是为了说明(　　)

A．如果没有摩擦，小球将运动到与释放时相同的高度

B．即使没有摩擦，小球最终也一定会停下来

C．力不是维持物体运动的原因

D．如果物体不受力就不会运动

解析：选C　伽利略的理想实验证明了物体的运动不需力来维持，物体不受外力作用时，总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，故选项C正确。

[问题探究]

冰壶在冰面上的运动，如果摩擦阻力比较大，冰壶很快停下来；如果摩擦阻力很小，可以忽略，冰壶将永远运动下去。试结合

上述现象分析以下问题。

(1)运动和力有什么关系？

(2)运动的物体如果不受外力作用将处于什么状态？

提示：(1)力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。

(2)原来运动的物体不受外力时，将以原来的速度做匀速直线运动。

[要点归纳]

1．对牛顿第一运动定律的理解

(1)揭示了力和运动的关系：

①力是改变物体运动状态的原因(或者说力是使物体产生加速度的原因)，而不是维持物体运动状态的原因。

②物体不受外力时处于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。因此牛顿第一运动定律也叫惯性定律。

2．运动状态改变(即速度改变)的三种情境

(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发生改变。

[例题2]　关于牛顿第一运动定律，下列说法正确的是(　　)

A．力是维持物体运动的原因，不受外力的物体将保持静止，比如自行车

B．物体的速度不断增大，表示物体必受力的作用

C．物体如果向正北方向运动，其所受外力方向必须指向正北

D．不受力的物体将保持静止或匀速直线运动状态，而受力的物体运动状态一定改变

[解析]　根据牛顿第一运动定律的内容可以判断力是改变物体运动状态的原因，不受力的物体将保持静止或匀速直线运动状态，故A错误，B正确；若物体向正北方向做匀速直线运动，则物体不受力或所受合外力为零，C错误；物体受到力的作用，若合外力为零，则物体也可以保持运动状态不变，故D错误。

[答案]　B

关于牛顿第一运动定律要注意的问题

(1)力是改变物体运动状态的原因是指合外力不为零时，物体的运动状态发生改变，但力与速度的大小、方向之间没有必然的关系。

(2)物体不受外力的实际情况是指物体所受合外力为零，此时物体的运动状态不发生改变。　　　　

[针对训练]

1．(多选)关于物体的运动状态与其所受外力的关系，下列说法中正确的是(　　)

A．物体受到不为零的合力作用时，它的运动状态不一定发生改变

B．物体受到不为零的合力作用时，它的运动状态要发生改变

C．物体受到的合力为零时，它一定处于静止状态或者匀速直线运动状态

D．开始处于运动状态的物体如果受到的合力变为零，那么它将处于静止状态

解析：选BC　物体受到不为零的合力作用时，其运动状态一定发生变化，故A错误，B正确；物体受到的合力为零时，它可能处于静止状态，也可能处于匀速直线运动状态，故C正确；当运动物体受到的合力变为零时，它将保持其运动状态不变，故D错误。

2.如图所示，一个劈形物体M，各表面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在上表面上放一光滑小球m，劈形物体从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是(　　)

A．沿斜面向下的直线　　　 B．竖直向下的直线

C．无规则直线 D．抛物线

解析：选B　由于劈形物体M的各表面均光滑，所以小球m在水平方向上不受力的作用，故小球m在水平方向上将保持“静止”状态；小球m在竖直方向上受到重力及物体M的支持力作用，当劈形物体从静止开始释放后，小球在碰到斜面前在竖直方向的运动状态发生改变，B正确。

3．关于牛顿第一运动定律，下列说法中正确的是(　　)

A．牛顿第一运动定律是利用逻辑思维对事物进行分析的产物，不可能用实验直接证明

B．不受力作用的物体是不存在的，故牛顿第一运动定律的建立毫无意义

C．牛顿第一运动定律表明，物体只有在不受外力作用时才具有惯性

D．牛顿第一运动定律表明，物体只有在静止或做匀速直线运动时才具有惯性

解析：选A　牛顿第一运动定律是牛顿在伽利略等前人实验的基础上，根据逻辑推理得出的，是以实验为基础，但又不是完全通过实验得出的，故A正确；虽然不受力作用的物体是不存在的，但牛顿第一运动定律给出了物体不受力作用时的运动规律，是牛顿第二运动定律的基础，也为科学的发展奠定了基础，故B错误；牛顿第一运动定律表明物体具有保持原来运动状态的性质，即惯性，惯性的大小与物体的受力情况和运动情况均无关，故C、D错误。

[问题探究]

如图所示，一个玻璃杯内盛有半杯水，上面盖一块塑料板，板上放一个鸡蛋，用小木棒猛击塑料板，塑料板离杯飞出，鸡蛋却稳稳地落入

杯中，如何解释这一现象？

提示：猛击塑料板，塑料板在水平方向快速离开杯子，由于惯性，鸡蛋仍要保持原来的静止状态，但去掉塑料板后，塑料板对鸡蛋的支持力消失，鸡蛋在重力作用下落入杯中。

[要点归纳]

1．惯性是物体的固有属性：一切物体都具有惯性。

2．惯性的大小

(1)质量是惯性大小的唯一量度。质量越大，惯性越大；反之则越小。

(2)惯性的大小与物体的运动状态(速度)、受力情况以及所处地理位置等均无关。

3．惯性的表现

(1)不受力时，惯性表现为保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，有“惰性”的意思。

(2)受力时，惯性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。

[例题3]　关于惯性的大小，下面说法中正确的是(　　)

A．两个质量相同的物体，速度大的不容易停下来，所以速度大的物体惯性大

B．在月球上举重比在地球上容易，所以质量相同的物体在月球上比在地球上惯性小

C．推动地面上静止的物体，要比维持这个物体做匀速运动所需的力大，所以物体静止时惯性大

D．两个质量相同的物体，不论速度大小，它们的惯性大小一定相同

[解析]　物体的惯性只与物体的质量有关，两个质量相同的物体，惯性大小相等，与速度和所处位置无关，故A、B、C错误，D正确。

[答案]　D

分析有关惯性问题的注意点

(1)惯性仅由物体的质量决定。

(2)惯性与物体是否运动及运动状态是否变化无关。

(3)惯性与物体是否受力无关，与受力的大小及方向无关。

(4)惯性与物体的速度大小无关。

(5)惯性不是一种力。　　　　

[针对训练]

1.春秋时期齐国人的著作《考工记·辀人篇》中有“劝登马力，马力既竭，辀犹能一取焉”的记载，如图所示，意思是马拉车的时候，马虽然对车不再施

力了，但车还能继续向前运动一段距离，这一现象说明了车具有惯性，下列关于惯性的说法正确的是(　　)

A．马对车的力越大，车的惯性越大

B．车的速度越大，惯性越大

C．车的质量越大，惯性越大

D．车的惯性与质量无关

解析：选C　惯性大小的唯一量度是质量，与速度无关，与物体是否受力无关，质量越大，惯性越大，故A、B、D错误，C正确。

2．对一些生活中的现象，某同学试图从惯性的角度加以分析。其中正确的是(　　)

A．运动员在跳远时助跑是为了增大起跳时的惯性

B．汽车超载，会增加汽车的惯性，危险性增大

C．高速公路上要限速，是因为速度越大惯性越大

D．太空中飞行的航天飞机内的物体，其惯性由于失重而消失

解析：选B　质量是决定惯性大小的唯一因素，质量不变，惯性大小不变，A错误；超载的汽车，质量增大，惯性增大，刹车时难以停下来，危险性增大，B正确；惯性大小与物体的速度大小无关，C错误；惯性是物体的固有属性，一切物体都有惯性，D错误。

3．一列以速度v匀速行驶的列车内有一水平桌面，桌面上的A处有一小球。若某段时间内小球沿如图所示的虚线从A处运动到B处，则由此可以判断该时间段内列车的运行情况是(　　)

A．减速行驶，向北转弯

B．减速行驶，向南转弯

C．加速行驶，向南转弯

D．加速行驶，向北转弯

解析：选B　小球因为惯性，相对于车向车前进的方向运动，故车在减速，小球相对于车向北运动，故车向南转弯，所以选项B正确。

1．关于伽利略的理想实验，下列说法正确的是(　　)

A．完全是理想的，没有事实为基础

B．是以可靠事实为基础，经科学抽象，深刻反映了自然规律

C．没有以事实为基础，只是理想推理

D．以上说法都不对

解析：选B　伽利略的理想实验，虽然不能实现，但却是以可靠事实为基础，经科学抽象，深刻反映了自然规律。

2．下列关于惯性的说法正确的是(　　)

A．质量越大，物体的惯性越大

B．物体的运动状态改变，则其惯性大小随之变化

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

解析：选A　物体在任何状态下均有惯性，并且物体的惯性大小只与质量有关，和物体的速度无关，A正确，B、C、D错误。

3．关于力和运动的关系，下列说法中正确的是(　　)

A．力是物体运动的原因

B．力是维持物体运动的原因

C．力是物体获得速度的原因

D．力是改变物体运动状态的原因

解析：选D　根据牛顿第一运动定律可知，力是改变物体运动状态的原因，不是物体运动的原因，也不是维持物体运动的原因，也不是物体获得速度的原因，故D正确。

4.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)必须系好安全带。从物理知识的角度看，这是因为(　　)

A．系好安全带可以减小人的惯性

B．系好安全带可以增大人的惯性

C．系好安全带可以减小或防止因人的惯性而造成的伤害

D．系好安全带可以认人更加舒适

解析：选C　质量是决定惯性大小的唯一因素，人的质量不变，惯性大小不变，A、B错误；安全带系在人身上，对人有一定的作用力，可以改变人的运动状态，所以系好安全带可以减小或防止因人的惯性而造成的伤害，C正确，D错误。

5．(多选)下列关于牛顿第一运动定律的理解正确的是(　　)

A．牛顿第一运动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的运动

D．飞跑的运动员遇到障碍而被绊倒，这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态

解析：选ABD　牛顿第一运动定律描述了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，故A、B正确；牛顿第一运动定律还揭示了力与运动的关系，力是改变物体运动状态的原因，不是维持物体运动状态的原因，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而改变了运动状态，飞跑的运动员遇到障碍而被绊倒，是因为他受到外力作用而改变了原来的运动状态，故C错误，D正确。