4.1牛顿第一定律-高一物理备课必备讲义（人教必修第一册 ）

第四章 运动和力的关系4.1  牛顿第一定律 课标要求素养要求课标解读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，知道质量是惯性大小的唯一量度．  1．物理观念：通过对相关现象的分析得出惯性概念。2．科学思维：通过对伽利略理想斜面实验，科学推理得出牛顿第一定律的内容。3.科学探究：通过伽利略理想斜面实验，体会理想实验、科学推理的探究过程和方法。3．科学态度与责任：认识牛顿第一定律的建立过程，体会物理学的本质。  教材原句01  牛顿第一定律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。自主思考用力踢球，球才会运动起来，难道不能证明有力才有运动，物体运动需要外力来维持吗？【答案】不能，正是由于脚对球的力，改变了球原来的运动状态(静止)，故力是改变物体运动状态的原因。脚离开球后，脚不再给球作用力，球仍然运动，故不是有力才有运动，力不是维持物体运动的原因。教材原句02  惯性保持原来静止或匀速直线运动状态是物体的固有属性，这一属性称为惯性。质量大的物体惯性大，描述物体惯性的物理量是它的质量。自主思考有人说“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？【答案】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。探究点01  伽利略理想实验情境探究在伽利略的斜面实验的各个过程中(如图所示)，哪些可以通过实验完成？哪些是推理得出的？【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，不可以通过实验完成．探究归纳1．理想实验的推论一切运动着的物体在没有受到外力的时候，它的速度将保持不变，并且一直运动下去．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．【探究应用1】中国古代科技取得了辉煌的成就，在很多方面走在世界前列。例如春秋战国时期，墨家的代表人物墨翟在《墨经》中，就已对力做了比较科学的阐述：“力，刑(形)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。下列说法与墨翟对力的阐述最接近的是(　　)A．力是维持物体运动的原因B．力是物体位移变化的原因C．力是物体位置变化的原因D．力是物体运动状态改变的原因【答案】D【解析】由题意可知，“力，刑(形)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，即力起到了改变物体运动状态的作用，与力是改变物体运动状态的原因相接近，故D正确，A、B、C错误。【迁移应用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．这个实验实际上是永远无法做到的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【答案】B【解析】理想实验在实际情况下是永远不能实现的，其条件永远是理想化的，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。探究点02牛顿第一定律情境探究如图所示是冰壶在冰面上运动的情景．冰壶比赛过程中，运动员在冰壶前面擦扫冰面，可以使表面冰层融化，形成一层薄薄的水膜，而水膜的阻力比冰面要小，所以冰壶可以滑行得更远．(1)图中的冰壶为什么会停下来？这说明了什么问题？(2)试猜想如果冰壶不受外力作用将处于什么状态？(3)从(1)、(2)两个问题中，我们能得到什么结论？【答案】(1)冰壶停下来是因为受到了冰面的摩擦力的作用．说明力是改变物体运动状态的原因．(2)冰壶原来静止，不受外力作用时，仍然静止；冰壶原来运动，不受外力作用时将保持匀速直线运动状态．(3)物体不受外力作用或所受合力为零时，总保持静止或匀速直线运动状态．探究归纳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．【探究应用2】(多选)关于牛顿第一定律的理解正确的是(　　)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的运动D．奔跑的运动员遇到障碍而被绊倒，是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态【答案】ABD【解析】　牛顿第一定律描述了物体不受外力作用时的状态，即总保持匀速直线运动状态或静止状态，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状态的原因，在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于摩擦力的作用改变了木块的运动状态；奔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，C错误，D正确．【迁移应用2】在匀速行驶的火车车厢内，有一人从B点正上方相对车厢静止释放一个小球，不计空气阻力，则小球(　　)A．可能落在A处    B．一定落在B处C．可能落在C处    D．以上都有可能【答案】B【解析】　火车匀速行驶，在小球未释放前小球随车一起运动，小球的速度等于车的速度v0；在小球由静止释放后，由于惯性小球在水平方向的速度保持不变，即vx＝v0，即小球下落的过程中小球在水平方向的速度始终等于车的速度，小球一定落到B处，故B正确，A、C、D错误。探究点03  惯性的理解情境探究1．公路上奔驰的汽车，速度越大，刹车时停下来所用的时间越长，这能说明速度越大惯性越大吗？2．以相同速度冲向你的乒乓球和铅球，你敢接吗？【答案】1.质量是惯性大小的唯一量度，质量越大，运动状态越难改变。由v＝2ax知，刹车位移和初速度的二次方成正比，汽车速度越大，刹车位移越长，但是汽车质量不变，惯性不变。2．乒乓球可接，因为乒乓球的质量小，惯性小；铅球不敢接，因为铅球的质量大，惯性大。探究归纳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．【探究应用3】关于惯性，下列说法正确的是(　　)A．汽车的速度越大，它的惯性就越大B．同一物体运动时的惯性大于静止时的惯性C．各种机床的底座做得很笨重，目的是增大惯性D．“嫦娥五号”卫星在地球上的惯性与它绕月球飞行时的惯性不同(燃料消耗忽略不计)【答案】C【解析】物体的惯性大小与物体的质量有关，质量不变惯性不变，与运动状态无关，与所处的地理位置无关，A、B、D错误；各种机床的底座做得很笨重，目的是增大惯性，使其静止的状态不易改变，C正确．【迁移应用3】(2022·北京市丰台区高一期末)为了车辆的行驶安全，《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》中有以下规定．遵守以下哪条规定能够减小突发事故时车辆及驾乘人员的惯性(　　)A．机动车载物严禁超载B．机动车不得超过限速标志标明的最高时速C．饮酒后不得驾驶机动车D．驾乘人员应当按规定使用安全带【答案】A【解析】惯性只和物体的质量有关，与其他物理量无关，质量越小惯性越小，严禁超载，减小机动车的总质量，可以减小惯性，A正确．学业合格练1．（2022·海南海口·高一阶段练习）交通部门提醒大家“雪天路滑，请注意交通安全！”下列关于冰雪道路的说法错误的是（　　）A．“雪天路滑”是指下雪后物体与地面间的接触面变光滑了B．同一车辆在冰雪地面上行驶比在没有冰雪的路面上行驶惯性大一些C．冰雪地面行车必须慢速驾驶，主要是为了防止由于惯性带来的危险D．人在冰雪地面行走时容易摔倒，其原因与惯性有关【答案】B【解析】A．“雪天路滑”是指下雪后物体与地面间的接触面变光滑了，A正确；B．惯性的大小只与物体的质量有关，同一车辆，质量不变，惯性的大小也不变，与路面的光滑程度无关，B错误；C．冰雪地面行车必须慢速驾驶，主要是为了防止由于惯性带来的危险，C正确；D．因为下雪后，物体与地面间的接触面变光滑了，上身由于惯性要保持原来的运动状态，所以容易摔倒，D正确。本题选择错的，故选B。2．（2022·河北·元氏县第四中学高一开学考试）春秋末年齐国人的著作《考工记》中有“马力既竭，辀犹能一取焉”，意思是马对车不施加拉力了，车还能继续向前运动，这是关于惯性最早的记述。下列说法正确的是（　　）A．“马力既竭”时马没有了惯性 B．“马力既竭”时车的惯性不变C．马的拉力越大，车的惯性越大 D．马车速度越大，车的惯性越大【答案】B【解析】AB．惯性大小的唯一量度是质量，与速度无关，“马力既竭”时马的惯性保持不变，不为0，故A错误，B正确；C．惯性大小的唯一量度是质量，拉力不能改变车的惯性大小，故C错误；D．惯性大小的唯一量度是质量，与车的速度大小无关，故D错误。故选B。3．（2022·江苏省灌南高级中学高三阶段练习）伽利略对“运动和力的关系”和“自由落体运动”的研究，开创了科学实验和逻辑推理相结合的重要科学研究方法。图甲、图乙分别表示这两项研究中实验和逻辑推理的过程，对这两项研究，下列说法中正确的是（　　）A．图甲的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出力是改变物体运动的原因B．图甲中的实验，可以在实验室中真实呈现C．图乙通过对自由落体运动的研究，合理外推得出小球在斜面上做匀变速运动D．图乙中先在倾角较小的斜面上进行实验，可“冲淡”重力，使时间测量更容易【答案】D【解析】AB．分析图甲可知，伽利略用抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法得到物体的运动不需要力来维持，由于不存在没有阻力的斜面，因此无法在实验室中真实呈现，故AB错误；CD．分析图乙可知，伽利略设想物体下落的速度与时间成正比，因为当时无法测量物体的瞬时速度，所以伽利略通过数学推导证明：如果速度与时间成正比，那么位移与时间的平方成正比；由于当时用滴水法计算，无法记录自由落体的较短时间，伽利略设计了让铜球沿阻力很小的斜面滚下，来冲淡重力得作用效果，而小球在斜面上运动的加速度要比它竖直下落的加速度小得多，所用时间长的多，所以容易测量。伽利略做了上百次实验，并通过抽象思维在实验结果上做了合理外推，得到了自由落体运动的规律，因此并不是通过对自由落体运动的研究，合理外推得出小球在斜面上做匀变速运动，故C错误，D正确。故选D。4．（2022·全国·高一专题练习）如图甲所示，随着人们的生活水平的提高，房车旅游逐渐成为时尚。图乙为固定在房车中的一张桌子，桌上固定着一个盛满水的透明容器，容器的顶部刚好有一个气泡；另一蓝色玻璃球也放在水平桌面上（不固定）。若坐在旁边沙发上休息的人突然发现气泡开始相对桌面向右运动时，下列现象和判断可能正确的是（　　）A．玻璃球同时相对桌面向右运动，断定房车正在加速后退B．玻璃球同时相对桌面向右运动，断定房车正在减速后退C．玻璃球同时相对桌面向左运动，断定房车正在加速前进D．玻璃球同时相对桌面向左运动，断定房车正在减速前进【答案】C【解析】气泡向右运动因此水向左运动，水的质量大于气泡即惯性比气泡大，因此可以说明汽车向右加速运动，玻璃球具有保持原来速度的惯性因此向左运动。故选C。5．（2022·全国·高一课时练习）下列事例中，利用了物体的惯性的是（　　）A．①② B．③④C．①④ D．②③【答案】C【解析】①．跳远运动员在起跳前进行助跑运动，起跳时有较大的初速度，是利用惯性，故①正确；②．跳伞运动员在落地前打开降落伞利用空气阻力使落地时的速度较小，故与惯性无关。故②错误；③．自行车轮胎有凹凸不平的花纹是增大摩擦力，与惯性无关，故③错误；④．铁饼运动员在掷出铁饼前快速旋转，使铁饼离开手后有较大初速度，然后利用惯性飞行，故④正确。①④正确，故选C。6．（2022·全国·高一课时练习）如图是乒乓球比赛中的场景，下列说法正确的是（　　）A．乒乓球速度越大，惯性越大B．击球时，球和拍都会发生弹性形变C．球在空中运动时，运动状态不变D．球被水平击出后，若所受外力全部消失，球将立即竖直下落【答案】B【解析】A．惯性只与质量有关，与速度无关，A错误；B．击球时，球和球拍相互接触且相互作用，属于弹力，都是由于弹性形变产生，B正确；C．球在空中运动时，速度大小和方向都在发生变化，，因此运动状态发生变化，C错误；D．球被水平击出后，若所受外力全部消失，球将沿原来的速度大小和方向做匀速直线运动，D错误。故选B。7．（2022·江苏省包场高级中学高一开学考试）如图所示为高速照相机连拍的自行车极限运动中某运动员在空中的情形，P为该运动员运动的最高点。关于这个现象下列说法正确的是（　　）A．运动员能在空中运动一段距离，是靠空气推力维持的B．运动员在空中运动的过程中，其惯性先变小后变大C．运动员做曲线运动说明力是改变物体运动状态的原因D．若运动到P点时所有外力都消失，则立即沿PA方向竖直下落【答案】C【解析】A．运动员能在空中运动一段距离，是由于惯性的缘故，不是靠空气的推力维持，选项A错误；B．运动员在空中运动的过程中，因质量不变，则其惯性不变，选项B错误；C．运动员做曲线运动说明力是改变物体运动状态的原因，选项C正确；D．若运动到P点时所有外力都消失，则会沿PB方向做匀速直线运动，选项D错误。故选C。8．（2022·山东省临沂第一中学高一开学考试）打羽毛球是同学们喜爱的体育活动，下列与这项活动有关的说法正确的是（　　）A．发球时，球拍对羽毛球施加了力，羽毛球对球拍没有力的作用B．羽毛球飞行的速度越大惯性越大C．羽毛球运动到最高点时，不受任何力的作用D．迎面飞来的羽毛球被球拍挡回，说明力可以改变物体的运动状态【答案】D【解析】A.发球时，球拍对球的力和球对球拍的力是一对相互作用力，所以羽毛球对球拍有力的作用，故A错误；B.惯性大小只与质量有关，与速度无关，质量越大，惯性越大，故B错误；C.羽毛球运动到最高点时，仍受到重力作用，故C错误；D.球被球拍挡回，羽毛球运动方向改变，说明力可以改变物体的运动状态，故D正确。故选D。学业等级练9．（多选）（2022·四川·仁寿一中高一开学考试）如图所示，某次冰球比赛中，运动员用冰球杆沿不同方向击打冰球上的不同部位，冰球的运动状态随之发生改变。这个事例说明（　　）A．力可以改变物体的运动状态 B．力的作用效果与力的方向有关C．力的作用效果与力的作用点无关 D．物体的运动需要力来维持【答案】AB【解析】A．冰球比赛中，运动员用冰球杆击打冰球，冰球的运动状态随之发生改变，说明力可以改变物体的运动状态，故A正确；BC．运动员用冰球杆沿不同方向击打冰球上的不同部位，冰球的运动状态随之发生改变，说明力的作用效果与力的方向和力的作用点都有关，故B正确，C错误；D．由牛顿第一定律可知，物体的运动不需要力来维持，力是改变运动状态的原因，故D错误。故选AB。10．（多选）（2023·全国·高一课时练习）抖空竹是人们喜爱的一项体育活动。最早的空竹是两个如同车轮的竹筒，中间加一个转轴，由于外形对称，其重心在中间位置，初玩者能很好地找到支撑点而使之平衡。随着制作技术的发展，如图所示的不对称的空竹也受到人们的欢迎，现在的空竹大多是塑料制成的，也有天然竹木制成的。关于抖空竹，在空气阻力不可忽略的情况下，下列说法中正确的是（　　）A．空竹启动前用绳子拉住提起，要保证支持力和重力在同一条直线上B．空竹的转动是依靠绳子的拉动，绳子与转轴之间的摩擦力越小越好C．空竹抛起后由于惯性而继续向上运动，在空中受重力和惯性作用D．空竹从抛起到接住，转速会减小，表演时还要继续牵拉绳子使其加速转动【答案】AD【解析】A．空竹启动前用绳子拉住提起，此时要选择恰当的位置，保证支持力和重力在同一条直线上，否则空竹会在力矩作用下而翻倒从绳子上落下，选项A正确；B．空竹是利用绳子与转轴之间的摩擦力使其转动的，所以绳子与转轴之间的摩擦力不能过小，选项B错误；C．空竹抛起后由于惯性而继续向上运动，在空中受重力和空气阻力的作用，惯性不是力，所以不能说空竹受到惯性作用，选项C错误；D．空竹从抛起到接住，由于空气阻力的作用，转速比抛出前减小，因此表演时还要继续牵拉绳子使其加速转动，选项D正确。故选AD。11．（多选）（2022·全国·高一课时练习）在静止的列车上，有两个注满水的容器，容器中分别用细线系着铁球和乒乓球，在列车启动的过程中，小球所处状态表示正确的是（图中箭头表示启动方向）（　　）A． B．C． D．【答案】BD【解析】AB．列车由静止向右启动，铁球和水都有向右运动的趋势。但是，由于与同体积的“水球”相比，铁球质量大、惯性大，铁球的运动状态难改变，即速度增加的慢，而同体积的“水球”的运动状态容易改变，即速度增加快，而且水和容器一起运动，所以列车启动时，铁球相对于容器向左运动，故A错误，B正确；CD．列车由静止向右启动，乒乓球和水都有向右运动的趋势。但是，由于与同体积的“水球”相比，乒乓球质量小、惯性小，乒乓球的运动状态容易改变，即速度增加的快，而同体积的“水球”的运动状态相对更难以改变，即速度增加慢，而且水和容器一起运动，所以列车启动时，乒乓球相对于容器向右运动，故C错误，D正确；故选BD。12．（多选）（2022·全国·高一课时练习）关于伽利略理想实验，以下说法正确的是（　　）A．理想实验是一种实践活动B．理想实验是一种思维活动C．伽利略的理想实验证实了牛顿第一定律D．伽利略的理想实验推翻了亚里士多德关于力与运动的关系的错误说法【答案】BCD【解析】AB．没有摩擦的情况是不存在的，这个实验实际上是永远无法做到的，故A错误，B正确；C．该实验证明物体不受力时将保持静止或做匀速直线运动，证实了牛顿第一定律，故C正确；D．古希腊学者亚里士多德认为力是维持物体运动的原因，伽利略通过斜面实验推翻了亚里士多德的说法，故D正确。故选BCD。13．（多选）（2022·全国·高三课时练习）在物理学发展的过程中，许多物理学家的科学研究推动了人类文明的进程。在对以下几位物理学家所做科学贡献或者研究方法的叙述中，正确的说法是（    ）A．伽利略是伟大的物理学家，他最先建立了速度、加速度等概念，并创造了一套科学研究方法B．在推导匀变速直线运动的位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，然后把各小段的位移相加，物理学中把这种研究方法叫作“理想模型法”C．牛顿的理想斜面实验虽然是想象中的实验，但它是建立在可靠的事实基础上的D．根据速度定义式，当Δt非常小时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义应用了极限思想方法【答案】AD【解析】A．伽利略是伟大的物理学家，他最先建立了速度、加速度等概念，并创造了一套科学研究方法，A正确；B．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，然后把各小段的位移相加，物理学中把这种研究方法叫做“微元法”，B错误；C．伽利略的“理想斜面实验”虽然是想象中的实验，但它是建立在可靠的事实基础上的，有一定的现实意义，C错误；D．根据速度定义式当Δt非常小时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义应用了极限思想方法，D正确。故选AD。14．（多选）（2022·全国·高一专题练习）如图所示，在沿东西方向直线运动的小车上，放一竖直木块，突然发现木块向西倒，则小车可能的运动情况（　　）A．向东做匀速运动 B．向东做减速运动C．向东做加速运动 D．向西做减速运动【答案】CD【解析】在沿东西方向直线运动的小车上放一竖直木块，发现木块向西倒，说明小车可能向东做加速运动或向西做减速运动，木块由于惯性，保持原来的运动状态向前运动而产生的。故选CD。15．（多选）（2022·湖南·汉寿县第一中学高一期末）“吃水不忘挖井人”，我们必须铭记物理学家们的艰苦研究，巨大贡献，他们的付出，带来了人类科学进步，留下了科学的物理方法；下列说法正确的是（　　）A．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，然后把各小段的位移相加，这采用了微元法B．研究自由落体运动规律时，亚里士多德首次提出了推理和实验相结合的方法C．笛卡尔最早指出力不是维持物体运动的原因D．伽利略研究自由落体运动时，利用斜面进行实验，“冲淡”重力的作用，使得测量时间更容易【答案】AD【解析】A．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，然后把各小段的位移相加，这采用了微元法，故A正确；B．研究自由落体运动规律时，伽利略首次提出了推理和实验相结合的方法，故B错误；C．伽利略最早指出力不是维持物体运动的原因，故C错误；D．伽利略研究自由落体运动时，利用斜面进行实验，“冲淡”重力的作用，是为了使物体下落的时间更长些，减小实验误差，使得测量时间更容易，故D正确。故选AD。16．（多选）（2022·河北·邢台市第二中学高一开学考试）爱因斯坦曾高度赞扬伽利略：“伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。”下列说法正确的是（　　）A．伽利略将物体间复杂多样的相互作用抽象为“力”B．加速度的概念是伽利略首先建立起来的C．伽利略理想实验是依据逻辑推理把实际实验理想化D．自由落体运动是加速度变化的运动【答案】BC【解析】A．无论亚里士多德、伽利略，还是笛卡尔都没有建立力的概念，而牛顿的高明之处在于他将物体间复杂多样的相互作用抽象为“力”，为提出牛顿第一定律确立了一个重要的概念，故A错误；B．加速度的概念是伽利略首先建立起来的，选项B正确；C．伽利略理想实验是在实验基础上依据逻辑推理把实际实验理想化，选项C正确；D．自由落体运动是加速度恒定为g的匀变速运动，选项D错误。故选BC。