高中物理人教版 (新课标)必修11 牛顿第一定律导学案

1　牛顿第一定律

课堂合作探究

问题导学

一、理想实验的魅力

活动与探究1

1．（1）如图所示，将轨道弯曲成曲线甲的形状，在轨道的一边释放一个小球，如果不存在摩擦力，小球将上升到哪里？若将轨道的倾角减小，弯曲成曲线乙的形状，小球最高将上升到哪个位置？路程是增大还是减小？假如将轨道弯曲成如图丙所示一侧水平的形状，这时会发生什么情况呢？

（2）根据以上“理想实验”你可以得到什么结论？

2．物体的运动状态改变有哪几种情况？

3．为什么说伽利略理想实验方法是科学的，结论是可靠的？

迁移与应用1

关于伽利略理想实验，以下说法正确的是（　　）

A．伽利略的理想实验是假想的，是没有科学依据的

B．伽利略的理想实验是在可靠事实的基础上进行抽象思维而创造出来的一种科学推理方法，是科学研究中的一种重要方法

C．伽利略的理想实验有力地否定了亚里士多德的观点

D．现在，伽利略的斜面实验已不再是理想实验，是可以做的实验了

（1）“理想斜面”实验揭示了力不是维持物体运动的原因，物体的运动不需要力来维持。

（2）“理想实验”是一种思维活动，是人们在抽象思维中设想出来的，而实际上无法做到的实验。

（3）“理想实验”在自然科学的理论研究中有着重要的作用。但是，“理想实验”的方法也有其一定的局限性。“理想实验”只不过是一种逻辑推理的思维过程，它的作用只限于逻辑上的证明与反驳，而不能用来作为检验认识正确与否的标准。相反，由“理想实验”所得出的任何推论，都必须由观察或实验的结果来检验。

二、牛顿第一定律

活动与探究2

1．牛顿第一定律的内容是什么？怎样理解“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”？

2．牛顿第一定律指出“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”，应该怎样理解？

3．如图所示，当你在平直路面上骑自行车时，是否觉得用力不停地蹬，车才会匀速前进，一旦不用力蹬，车子就会减速，甚至停下来呢？这与牛顿第一定律矛盾吗？试解释之。

迁移与应用2

如图所示，在一辆表面光滑的小车上，有质量分别为m1和m2的两个小球（m1＞m2）随车一起匀速运动。当车突然停止时，如不考虑其他阻力，设车长无限，则两个小球（　　）

A．一定相碰

B．一定不相碰

C．不一定相碰

D．难以确定

（1）定律的前半句话揭示了物体所具有的一个重要属性，即“保持匀速直线运动状态或静止状态”，这种性质叫惯性。牛顿第一定律指出了任何物体在任何情况下都具有惯性，因此牛顿第一定律又叫惯性定律。[来源:学_科_网]

（2）定律的后半句话“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”实际上是给力下的定义：力是改变物体运动状态的原因，即力是使物体产生加速度的原因，并不是维持物体运动状态的原因。

（3）牛顿第一定律指出了物体不受外力作用时的运动规律。实际上，不受外力作用的物体是不存在的。因此，牛顿第一定律不是实验定律，而是以伽利略“理想实验”为基础，经过科学抽象，归纳推理而总结出来的。

（4）物体所受到的几个力的合力为0时，其运动效果就跟不受外力相同。因此，我们可以将理想情况下的“不受外力”等效为实际情况中的“物体所受合外力为零”，但应注意两者是有本质区别的。

（5）牛顿第一定律只适用于惯性参考系中的运动，在非惯性参考系中不适用。

三、惯性与质量

活动与探究3

1．（1）如图所示，一个玻璃杯内盛半杯盐水，上面盖一块塑料板，板上放一只鸡蛋，用小棒猛击塑料板，塑料板离杯飞出，鸡蛋却稳稳地落入杯中。怎样解释这个现象？

（2）结合（1）中情景，说明惯性的表现形式怎样？[来源:学科网ZXXK]

（3）物体的惯性大小是用哪一个物理量来量度的？

2．向右做匀速直线运动的小车上水平放置一密封的装有水的瓶子，瓶内有一气泡，当小车突然停止运动时，气泡相对于瓶子向________（选填“左”或“右”）运动。

迁移与应用3

关于物体的惯性，以下说法中正确的是（　　）

A．物体的速度越大，物体越难停下来，说明速度越大的物体惯性越大

B．汽车突然减速时，车上的人向前倾，拐弯时车把人往外甩，而汽车匀速前进时，车上的人感觉平稳，说明突然减速和转弯时有惯性，匀速运动时没有惯性

C．在同样大小的力作用下，运动状态越难改变的物体，其惯性一定越大

D．在长直水平轨道上匀速运动的火车上，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

（1）惯性与质量的关系

①惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。

②质量是物体惯性大小的唯一量度，质量越大，惯性越大。

（2）惯性与力的关系

①惯性是物体本身固有的一种性质，与是否受力无关，惯性也不是力，因此说“物体受到了惯性作用”“产生了惯性”“受到惯性力”等都是错误的。

②力是改变物体运动状态的原因，惯性是维持物体运动状态的原因。力越大，运动状态越易改变；惯性越大，运动状态越难改变。

③质量一定的物体，其惯性不因受力而改变。

（3）惯性与速度的关系

①速度是表示物体运动快慢的物理量，惯性是物体本身固有的性质。

②一切物体都有惯性，与物体是否有速度及速度的大小无关。

（4）惯性与惯性定律的关系

①惯性不是惯性定律，惯性没有条件限制，是物体的一种固有属性。

②惯性定律是物体不受外力作用时物体运动所遵守的一条规律。

当堂检测

1．一辆汽车在水平路面上沿直线加速行驶，下列关于汽车惯性大小的说法，正确的是（　　）

A．速度越来越大，惯性越来越大[来源:学科网ZXXK]

B．质量不变，惯性不变

C．牵引力越来越大，惯性越来越大

D．加速度越来越大，惯性越来越大

2．伽利略理想实验将可靠的事实和抽象思维结合起来，能更深刻地反映自然规律，有关的实验程序内容如下：

①减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度。

②两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，球将滚上另一个斜面。

③如果没有摩擦，小球将上升到释放时的高度。

④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球将沿水平面做持续的匀速直线运动。

请按先后次序排列，并指出它究竟属于可靠的事实，还是通过思维过程的推论，下列选项正确的是（圈内数字表示上述程序号码）（　　）

A．事实②→事实①→推论③→推论④

B．事实②→推论①→推论③→推论④[来源:学科网ZXXK]

C．事实②→推论③→推论①→推论④

D．事实②→推论①→推论④→推论③

3．关于牛顿第一定律的说法中正确的是（　　）

A．由牛顿第一定律可知，物体在任何情况下始终处于静止状态或匀速直线运动状态

B．牛顿第一定律只是反映惯性的大小，因此也叫惯性定律

C．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律，因此物体在不受外力时才有惯性

D．牛顿第一定律既揭示了物体保持原有运动状态的原因，又揭示了运动状态改变的原因

4．下列说法正确的是（　　）

A．惯性是只有物体在匀速运动或静止时才表现出来的性质

B．物体的惯性是指物体不受外力作用时仍保持原来直线运动状态或静止状态的性质

C．物体不受外力作用时保持匀速直线运动状态或静止状态，有惯性；受外力作用时，不能保持匀速直线运动状态或静止状态，因而就无惯性[来源:学.科.网]

D．惯性是物体的属性，与运动状态和是否受力无关

5．如图所示（俯视图），以速度v匀速行驶的列车车厢内有一较光滑的水平桌面，桌面上的A处有一小球。若车厢中的旅客突然发现小球沿图中虚线由A向B运动，由此可判断列车（　　）

A．减速行驶，向南转弯

B．减速行驶，向北转弯

C．加速行驶，向南转弯

D．加速行驶，向北转弯

答案：

课堂合作探究

【问题导学】

活动与探究1：1．答案：（1）不存在摩擦力的话，甲图中的小球将上升到与A点相同高度的C点；乙图中的小球同样上升到与A点同高度的D点，路程增大了；由于丙图中BE是水平的，小球就再也达不到原来的高度，如果不存在摩擦力，小球将永远运动下去。

（2）根据“理想实验”可断言：在水平面上，小球应该以恒定的速率永远运动下去。由此可推断，在水平面上做匀速运动的物体并不需要用外力来维持。

2．答案：物体的运动状态改变就是指物体的运动速度的改变，包括速度大小改变，速度方向改变以及速度的大小和方向同时发生改变。

3．答案：伽利略的理想斜面实验虽然是理想的实验，但它是建立在可靠的事实基础之上的，以事实为依据，以抽象为指导，抓住主要因素，忽略次要因素，从而揭示了正确的自然规律。

迁移与应用1：BC　解析：伽利略的理想实验是在可靠事实的基础上进行抽象思维过程中所创造出来的一种科学推理，是科学研究中的一种重要方法，它否定了力是维持物体运动原因的观点；因为永远也无法将摩擦力完全消除，所以这个实验是永远无法实现的，只能是理想实验。

活动与探究2：1．答案：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，这个规律叫牛顿第一定律，又叫惯性定律。原来静止的保持静止，原来运动的保持匀速直线运动，说明力不是维持物体运动状态的原因。

2．答案：如果物体的运动状态发生改变，必定有力作用于物体上，因此力是改变物体运动状态的原因。

3．答案：对比用力蹬和不用力蹬两种情况，发现不蹬车时，车减速，运动状态改变，这是因为有阻力作用；而蹬车时，虽用力蹬车，由于车还受阻力作用，但合外力为零，因此可以匀速前进，仍然符合牛顿第一定律。

迁移与应用2：B　解析：因为小车表面光滑，因此，不论小车如何运动，两小球在水平方向均不受力，根据牛顿第一定律可知两球将保持匀速运动状态，又因为两球速度相等，故两球一定不会相碰。

活动与探究3：1．答案：（1）敲击塑料板时，塑料板向右运动，因为惯性，鸡蛋要保持原来的静止状态，所以没有随塑料板飞出，而是落入杯中。

（2）当物体不受外力时，静止的物体恒静止，运动的物体保持当时的运动速度；在外力作用下，惯性的大小体现在运动状态改变的难易程度上。

（3）质量是惯性的量度，物体的质量越大，惯性就越大。观察和实验表明，对于任何物体，在受到相同的作用力时，决定它们运动状态变化难易程度的唯一因素就是它们的质量。

2．答案：左

解析：实际上水也有惯性，由于水的密度比气泡大，所以相同体积的水比气泡质量大，保持原来运动状态的本领大。所以气泡相对于水向左运动。

迁移与应用3：C　解析：物体的惯性大小由质量唯一确定，与物体的速度无关，A错误；一切物体均有惯性，不论物体处于加速、减速，还是匀速运动状态，B错误；同样大小的力作用于物体，运动状态越难改变，说明物体保持原来运动状态的本领越大，惯性也越大，所以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，因此仍落在车上原处，D错误。

【当堂检测】

1．B　2．C　3．D　4．D　5．A