人教版 (2019)必修 第一册1 牛顿第一定律优秀学案

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■知识点一：人类对运动与力的关系的认识历程
■知识点二：伽利略的理想实验
(1)斜面实验：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。如果第二个斜面倾角减小，小球仍将到达原来的高度，但是运动的距离更eq \x(\s\up1(01))长。由此可以推断，当斜面最终变为水平面时，小球要到达原有高度将永远运动下去。
(2)结论：力eq \x(\s\up1(02))不是(填“是”或“不是”)维持物体运动的原因。
■知识点三：牛顿第一定律
(1)内容：一切物体总保持eq \x(\s\up1(01))匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力eq \x(\s\up1(02))迫使它改变这种状态。
(2)意义
①揭示了物体的一个固有属性，即物体具有保持原来eq \x(\s\up1(03))匀速直线运动状态或静止状态的性质——惯性。牛顿第一定律也被叫作eq \x(\s\up1(04))惯性定律。
②揭示了运动和力的关系：力不是维持物体运动状态的原因，而是eq \x(\s\up1(05))改变物体运动状态的原因。
(3)牛顿第一定律所描述的状态是一种理想状态，它是利用逻辑思维进行分析的产物，eq \x(\s\up1(06))不可能用实验直接验证。
■知识点四：惯性与质量
(1)描述物体惯性的物理量是它的eq \x(\s\up1(01))质量。eq \x(\s\up1(02))质量大的物体惯性大。
(2)质量只有大小，没有方向，是eq \x(\s\up1(03))标量。在国际单位制中，质量的单位是eq \x(\s\up1(04))千克，符号为eq \x(\s\up1(05))kg。
■知识点五：惯性参考系
如果在一个参考系中，一个不受力的物体会保持匀速直线运动状态或静止状态，这样的参考系叫作eq \x(\s\up1(01))惯性参考系，简称eq \x(\s\up1(02))惯性系。
【参考答案】1.人类对运动与力的关系的认识历程
运动、静止、维持、力的作用、速度、直线
2.伽利略的理想实验
(1)长
(2)不是
3.牛顿第一定律
(1)匀速直线运动状态或静止、迫使它改变这种状态
(2)①匀速直线运动状态、惯性定律
②改变
(3)不可能
4.惯性与质量
(1)质量、质量
(2)标、千克、kg
5.惯性参考系
惯性参考系、惯性系。
考向一： 对理想实验的理解
【例1】(多选)关于伽利略的理想实验的叙述中正确的是( )
A．这个实验是凭空想象的
B．这个实验虽然是想象的，但它得出的结论是可靠的
C．理想实验是一种科学方法
D．理想实验是一个纯思维实验，其正确性应接受实践的检验
【巩固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要到达原来的高度。
②如图为两个对接的斜面，让小球沿一个斜面从静止滚下，小球将滚上另一个斜面。
③如果没有摩擦，小球将到达原来的高度。
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)在上述的设想实验步骤中，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________________。
考向二：对牛顿第一定律的理解
【例2】(多选)关于牛顿第一定律有下列说法，其中正确的是( )
A．牛顿第一定律可用实验来验证
B．牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因
C．惯性定律与惯性的实质是相同的
D．物体的运动不需要力来维持
【巩固2】物体的运动状态改变了，不可能发生的是( )
A．速率不变 B．速度不变
C．物体未受任何力 D．运动方向不变
考向三：对惯性的理解
【例3】火车在长直水平轨道上匀速行驶，门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起，发现仍落回到火车上原处。这是因为( )
A．人跳起后，车厢内空气给他一向前的力，带着他随同火车一起向前运动
B．人跳起的瞬间，车厢的地板给他一个向前的力，推动他随同火车一起向前运动
C．人跳起后，火车在继续向前运动，所以人落下后必定偏后一些，只是由于时间很短，偏后距离太小，不明显而已
D．人跳起后直到落地，在水平方向上和火车始终具有相同的速度
【巩固3】如图所示，某同学面向行车方向坐在沿平直轨道匀速行驶的列车车厢里。这位同学发现面前的水平桌面上一个原来静止的小球突然向他滚来，则可判断( )
A．列车正在刹车
B．列车突然加速
C．列车突然减速
D．列车仍做匀速直线运动
一、单选题
1．伽利略对“自由落体运动”和“运动和力的关系”的研究，开创了科学实验和逻辑推理和谐结合的重要科学研究方法。图a、图b分别表示这两项研究中实验和逻辑推理的过程，下列相关说法正确的是（ ）
A．图a通过对自由落体运动的研究，合理外推得出小球的运动不需要力来维持
B．图a中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
C．图b中斜面倾角减小到零时，小球一定会一直运动下去
D．图b的实验为“理想斜面实验”，通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持
2．关于物理学史和物理学研究方法，下列说法正确的是（ ）
A．在研究物体的运动时，满足一定条件可将物体抽象成质点，这样的研究方法叫“微元法”
B．伽利略在研究力和运动的关系时，依据逻辑推理，对实验进行了理想化处理，得出了力不是维持物体运动的原因
C．亚里士多德在研究物体下落时的运动规律时，把实验和逻辑推理（包括数学演算）结合起来，拓展了人类的科学思维方式和研究方法
D．是利用比值定义法定义的物理量，由公式可知加速度与成正比
3．关于惯性的下列说法正确的是（ ）
A．空间站中的物体由于处于失重状态会失去惯性
B．乒乓球容易被迅速抽杀，是因为乒乓球惯性小
C．静止的火车起动十分缓慢，说明火车静止时惯性较大
D．从高处下落的玻璃杯比从低处下落的玻璃杯容易碎，是因为前者惯性比较大
4．在物理学史上，正确认识运动和力的关系且推翻“力是维持物体运动的原因”这个观点的物理学家及建立惯性定律的物理学家分别是（ ）
A．亚里士多德、伽利略B．伽利略、牛顿
C．伽利略、爱因斯坦D．亚里士多德、牛顿
5．下列关于惯性的说法正确的是（ ）
A．汽车“超速”行驶时惯性变大了
B．开车系安全带可防止由于惯性对人造成的伤害
C．子弹飞出枪膛后，因惯性受到向前的力而继续飞行
D．物体在粗糙水平面上比在光滑水平面上难推动，说明物体在粗糙水平面上惯性大
6．关于牛顿第一定律，以下说法正确的是（ ）
A．牛顿第一定律是依靠实验事实，直接归纳总结得出的
B．牛顿第一定律是以可靠实验为基础，通过抽象出理想化实验而得出的结论
C．根据牛顿第一定律可知，力是维持物体运动的原因
D．安培对牛顿第一定律的建立做出了贡献
7．一篮球运动员站在三分线处投篮命中，被扔出的篮球在空中划过一道弧线。若篮球视为质点，空气阻力不计，在篮球还未进入篮筐之前，使篮球在空中飞行时运动状态发生变化的施力物体是（ ）
A．地球B．篮球C．篮球运动员D．篮筐
8．英国物理学家牛顿在总结伽利略、笛卡尔等人工作的基础上，完成了他的著作《自然哲学的数学原理》。在此书中，牛顿提出了三条基本的运动定律，下列说法正确的是（ ）
A．在月球上举重比地球上容易，是因为同一物体在月球上比在地球上的惯性小
B．甲、乙两位同学手拉手拔河，甲对乙的作用力大小始终等于乙对甲的作用力大小
C．以卵击石，石头没有损伤而鸡蛋碎，是因为石头对鸡蛋的作用力大于鸡蛋对石头的作用力
D．推动正在运动的物体比推动处于静止的同一物体所需要的力小，所以运动的物体比静止的物体惯性小
二、多选题
9．如图所示，在匀速前进的磁悬浮列车里，小明将一小球放在水平桌面上，且小球相对桌面静止。关于小球与列车的运动，下列说法正确的是（ ）

A．若小球向前滚动，则磁悬浮列车在加速前进
B．若小球向后滚动，则磁悬浮列车在加速前进
C．磁悬浮列车急刹车时，小球向前滚动
D．磁悬浮列车急刹车时，小球向后滚动
10．伽利略设想了一个理想实验：
①如果没有摩擦，也不考虑其余能量损失，小球将上升到原来的高度
②若将第二个斜面放平时，球将永远滚动下去
③减小第二个斜面的倾角，小球达到原来高度运动的距离得更远
④两个平滑连接的斜面，让小球从一个斜面静止滚下，小球将“冲”上另一个斜面
关于这个实验，下列说法正确的是（ ）
A．对理想实验各步骤顺序的排列正确的是④①③②
B．对理想实验各步骤顺序的排列正确的是④③①②
C．伽利略通过理想斜面实验得出了力不是维持物体运动的原因
D．伽利略的理想斜面实验体现了实验和逻辑推理相结合的研究方法
11．一碗水置于火车车厢内的水平桌面上，某时刻水面形状如图所示。关于火车此时的运动情况，下列说法正确的是（ ）
A．向右减速B．向右加速C．向左减速D．向左加速
12．关于物体的惯性，下述说法中正确的是（ ）
A．运动速度大的物体不能很快地停下来，是因为物体速度越大，惯性也越大
B．静止的火车起动时，速度变化慢，是因为静止的物体惯性大的缘故
C．乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球惯性小
D．在“神舟”六号飞船中的物体也存在惯性
13．伽利略猜想自由落体运动是匀变速直线运动，在当时直接测定瞬时速度很难，所以他设计“斜面实验”冲淡重力，在他留下的羊皮纸草稿中发现的斜面实验数据如下表，人们推测表格中的第2、3列数据分别为时间及位移，下列说法正确的是（ ）
A．由表中数据可得位移跟时间成正比
B．由表中数据可得位移跟时间的平方成正比
C．使用斜面做实验，是为了增大小球运动的加速度
D．使用斜面做实验，可以延缓小球的运动，方便测量时间
14．有一仪器中的电路如图所示，其中M是质量较大的一个金属块，其前后两端用两弹簧相连接，把此仪器固定在一辆汽车上，以下描述正确的是（ ）
A．当汽车启动时绿灯亮B．当汽车刹车时红灯亮
C．当车匀速前进时绿灯亮D．当车匀速倒车时红灯亮
15．在落体运动及物体运动原因的研究过程中，伽利略通过实验和逻辑推理发现问题、解决问题，开创了近代科学的研究方法，被称为“现代科学之父”。关于伽利略的做法与贡献，下列说法正确的是（ ）
A．通过实验直接证明，自由落体运动速度的变化对时间是均匀的
B．通过实验直接证明，当斜面变为水平面时小球将做匀速直线运动
C．推断重的物体不会比轻的物体下落得快，运用了逻辑推理
D．创造了一套将科学实验和逻辑推理相结合的研究方法
三、实验题
16．以下问题关于伽利略对落体运动的研究
（1）选择比较石头和羽毛的下落的快慢，并不科学，原因在于影响运动的因素有重力和空气阻力，在研究受多个因素影响的问题时，应采用 （填写科学方法），因此我们可以选择比较质量相同的纸片和纸团的下落快慢。
（2）自然界的落体运动要能被近似的视为自由落体运动，物体受到的空气阻力f要满足什么条件？ ，所以，要研究自由落体运动规律时，我们 选择乒乓球。（填“能”或“不能”）
（3）伽利略通过逻辑推理得到自由落体运动的快慢相同。自由落体过程中，物体的速度是逐渐增大的，先下落的物体速度总是比后下落的物体运动快。所以如果比较先后下落的物体时，这里的快慢可以理解为 的快慢。
（4）关于伽利略斜面实验的分析，下列说法正确的是( )
（A）其中的丁图是实验现象，甲图是经过合理的外推得到的结论；
（B）通过甲图中的实验现象发现，物体的位移和时间成正比；
（C）运用甲图的实验，可“冲淡”重力的作用，使实验现象更易观察和测量；
（D）运用丁图的实验，可“放大”重力的作用，使实验现象更易观察和测量。
（5）请你用学校能够提供的实验仪器，设计一个实验方案证明质量不同的物体，从倾角固定的斜面下滑，位移和时间平方的比值是定值 。（说明需要哪些器材，需要测量哪些物理量，用什么仪器测量，实施的步骤是怎样的，得到数据怎么处理分析，从而证明观点）
（6）一个小球沿着图（a）所示的光滑轨道从P点滑动至Q点，轨道转角处平滑连接。请根据伽利略的理想斜面实验，来判断在图（b）中最能反映小球的速度大小v与时间t之间关系的图像是( )
四、解答题
17．如图所示，较重的书系在细线CD的下端，书下再系一根同样的线BA。
（1） 若在线的A端慢慢增加拉力，则哪根线先断？请简述理由。
（2） 若在线的A端突然用力一拉，则哪根线先断？请简述理由。
18．在做匀速直线运动的小车上水平放置一密闭的装有水的瓶子，瓶内有一气泡，如图所示，当小车突然停止运动时，气泡相对于瓶子怎样运动？
19．找两个相同的瓶子，内盛清水，用细绳分别系一铁球、一泡沫塑料球置于水中，使铁球悬挂、塑料悬浮，如图甲所示。当瓶子突然向右运动时（有向右的加速度），观察比较两个球的运动状态。你看到的现象也许会让你惊讶，小铁球的情况正如你所想的一样，相对瓶子向左运动，但塑料球却相对瓶子向右运动，如图乙所示，为什么会这样呢？
模块一 思维导图串知识
模块二 基础知识全梳理（吃透教材）
模块三 教材习题学解题
模块四 核心考点精准练
模块五 小试牛刀过关测
1.了解牛顿第一定律的发现过程，体会人类认识事物本质的曲折过程，培养严谨的科学态度；
2.知道牛顿第一定律的内容，并能对其揭示的运动和力的关系有较为深刻的理解；
3.了解伽利略关于运动和力的关系的认识，了解他的思想实验和相应的推理过程，领会实验加推理的科学研究方法，培养科学推理和想象能力；
4.理解惯性的内涵，能通过实例说明质量是惯性大小的唯一量度。
代表人物
主要观点
亚里士
多德
必须有力作用在物体上，物体才能eq \x(\s\up1(01))运动；没有力的作用，物体就要eq \x(\s\up1(02))静止在某个地方
伽利略
力不是eq \x(\s\up1(03))维持物体运动的原因
笛卡儿
如果运动中的物体没有受到eq \x(\s\up1(04))力的作用，它将继续以同一eq \x(\s\up1(05))速度沿同一eq \x(\s\up1(06))直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向
教材习题01
伽利略在理想斜面实验中提出了以下结论：如果另一个斜面的倾角减小至0°，小球为达到原来的高度，将永远运动下去。
请你说明他得到这个结论的理由。
解题方法
实际生活经验再加上一定的逻辑推理
【答案】让小球从一个斜面滚下后，再滚上另一个斜面，若斜面没有摩擦，则小球会达到原来高度。然后改变另一个斜面的倾角，观察小球的运动，最后让斜面平放，则小球要达到原来高度，但又不可能达到，所以它将一直运动下去，这就是理想实验。实验表明在没有摩擦力的作用下，物体将以恒定的速度运动下去，说明力不是维持物体运动状态的原因。
教材习题02
回答下列问题。
(1)飞机投弹时，如果当目标在飞机的正下方时竖直向下投下炸弹，能击中目标吗？为什么？
(2)地球由西向东自转，你向上跳起来以后，为什么还落在原地，而不落到原地的西边？
(3)我国道路交通安全法规定，在各种小型车辆里乘坐的人必须系好安全带。为什么要有这样的规定？
(4)一位同学说，向上抛出的物体，在空中向上运动时，肯定受到了向上的作用力，否则它不可能向上运动。这个结论错在哪里？
解题方法
抓住惯性是物体保持原有的运动状态的特性分析。
【答案】(1)如果发现目标在飞机的正下方，竖直向下投下炸弹，不能击中目标；这是炸弹在竖直方向上做匀变速直线运动，由于惯性，炸弹在水平方向上有初速度，会在水平方向上做匀速直线运动，所以炸弹将落在目标的正前方。
(2)由于惯性，跳起来之后人依然要保持原来的运动状态，在相同的时间内，人转过的距离与地面转过的距离相等，所以总是落在原处。
(3)任何物体都有惯性，惯性就是物体保持原来的运动状态的性质，汽车高速行驶时，里面的人和车一样速度都很大，一旦出现危险情况，紧急刹车时，车在摩擦力的作用下减速停住，而人由于惯性继续向前运动，人很可能离开座位撞在车窗玻璃上，造成严重的伤害，而安全带可以起到很好的缓冲和束缚作用，可以减小对人的伤害。
(4) 向上抛出的物体，由于惯性，在空中继续向上运动，不需要继续受向上的作用力。
教材习题03
下列关于物体惯性的说法中，哪些是正确的？哪些是错误的？
(1)汽车速度越大，刹车后越难停下来，表明物体的速度越大，其惯性越大；
(2)汽车转弯后前进方向发生了改变，表明物体速度方向改变，其惯性也随之改变；
(3)被抛出的小球，尽管速度的大小和方向都改变了，但惯性不变；
(4)要使速度相同的沙袋在相同时间内停下来，对大沙袋用力比对小沙袋用力大，表明质量大的物体惯性大。
解题方法
惯性的唯一量度是质量，与速度大小、方向无关。
【答案】(1)(2)错误、(3)(4)正确。
1
1
32
4
2
130
9
3
298
16
4
526
25
5
824
36
6
1192
49
7
1600