2020-2021学年第一节 牛顿第一定律学案设计

这是一份2020-2021学年第一节 牛顿第一定律学案设计，共10页。

[学习目标] 1.知道伽利略的理想斜面实验及其推理过程，知道理想实验是科学研究的重要方法.2.理解牛顿第一定律的内容及意义.3.明确惯性的概念，知道质量是惯性大小的唯一量度.
一、亚里士多德的观点
亚里士多德认为：有力作用在物体上，物体才运动；撤掉力，运动就停止.维持物体运动需要力.
二、伽利略的探索
1.理想斜面实验
图1
(1)理想斜面实验：如图1所示，让小球从斜面某一高度由静止释放，小球将滚上另一个斜面.如果没有摩擦力，这个小球将达到与原来同样的高度.如果减小斜面的倾角，小球经过的路程就会越来越长，但仍能到达原来的高度.如果斜面变成水平面，小球将无法达到原来的高度，只能以恒定的速度一直运动下去.
(2)结论：物体的运动不需要力来维持.
2.理想实验：伽利略设计的斜面实验虽然是想象中的实验，但它建立在可靠事实的基础上.理想实验是科学研究中一种重要方法.
三、笛卡尔的补充
笛卡尔认为：如果没有其他原因，运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向.
四、牛顿的总结
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，直到有外力迫使它改变这种状态为止.
2.惯性
(1)物体具有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.
3.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 (选填“前”或“后”)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 在伽利略的理想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，其余各个结论都是由推理得出的，不可以用实验完成.
知识深化
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.
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
针对训练1 (多选)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.只要接触面足够光滑，物体在水平面上就能一直匀速运动下去
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.虽然是想象中的实验，但它是建立在可靠事实的基础上的
答案 ABD
二、牛顿第一定律
导学探究 如图4所示是冰壶在冰面上的运动情景.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.
图4
(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.
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)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.
针对训练2 下列说法正确的是( )
A.牛顿第一定律是科学家凭空想象出来的，没有实验依据
B.牛顿第一定律无法用实验直接验证，因此是不成立的
C.理想实验的思维方法与质点概念的建立一样，都是一种科学抽象的思维方法
D.由牛顿第一定律可知，静止的物体一定不受外力作用
答案 C
解析 牛顿第一定律是在理想实验的基础上经过合理归纳总结出来的，无法用实验来直接验证，但是是成立的，故选项A、B错误；理想实验的思维方法与质点概念的建立相同，都是突出主要因素、忽略次要因素的科学抽象的思维方法，故选项C正确；物体静止时不受外力或所受合外力为零，故选项D错误.
三、惯性
导学探究 (1)如图5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5
(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，而上半部分由于惯性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.
[深度思考] (1)战斗机在投入战斗时有时要抛掉副油箱，这是为什么？
(2)汽车超载时遇到紧急刹车不容易停下来，为什么？
答案 (1)减小飞机的质量以减小惯性，使飞机有较好的机动性.
(2)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.
针对训练3 (2020·太原市高一期末)从惯性的角度对生活中的现象进行分析，下列解释正确的是( )
A.赛车的速度可以超过螺旋桨飞机的速度，这表明质量小的物体可以获得大惯性
B.射出枪膛的子弹在运动相当长一段距离后连一件棉衣也穿不透，这表明它的惯性变小了
C.火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.摩托车转弯时车手要控制适当的速度和角度，也就是调控人和车的惯性
答案 C
(多选)(2020·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6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6
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，碗中的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运动，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.
考点一 对牛顿第一定律的理解
1.(2020·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.物体的运动不需要力来维持
答案 D
2.关于牛顿第一定律，下列理解正确的是( )
A.牛顿第一定律是利用逻辑思维对事物进行分析的产物，不能用实验直接验证
B.牛顿第一定律反映了物体受到外力时的运动规律
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误的
D.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
答案 A
解析 牛顿第一定律是利用逻辑思维对事物进行分析的产物，不能用实验直接验证，但这条定律是正确的，A正确，C错误；牛顿第一定律反映了物体不受力时的运动规律，B错误；向上抛出的物体，由于惯性继续向上运动，D错误.
考点二 惯性的理解与应用
3.下列关于惯性的说法正确的是( )
A.人走路时没有惯性，被绊倒时有惯性
B.百米赛跑到达终点时不能立即停下来是由于惯性，停下来时就没有惯性了
C.物体没有受外力作用时有惯性，受外力作用后惯性被克服了
D.物体的惯性与物体的运动状态及受力情况均无关
答案 D
解析 惯性是物体的固有属性，物体在任何情况下都有惯性，且惯性的大小与物体的运动状态及受力情况均无关，它仅取决于物体的质量大小，因此A、B、C错误，D正确.
4.关于惯性的大小，下面说法中正确的是( )
A.两个质量相等的物体，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，所以质量相等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，不论速度大小是否相等，它们的惯性大小一定相等
答案 D
解析 物体的惯性只与物体的质量有关，两个质量相等的物体，惯性大小相等，与速度和所处位置无关，A、B、C错误，D正确.
5.下列事例中(如图1)，利用了惯性的是( )
图1
①跳远运动员在起跳前高速助跑
②跳伞运动员在落地前打开降落伞
③自行车轮胎制成不平整的花纹
④铁饼运动员在掷出铁饼前快速旋转
A.①② B.③④
C.①④ D.②③
答案 C
6.如图2所示为玉兔号月球车，假设其分别在地面以较小的速率和在月面以较大的速率行驶时，下列判断正确的是( )
图2
A.在地面运动时的惯性较大
B.在月面运动时的惯性较大
C.在地面和月面运动时惯性一样大
D.在地面运动时的质量较大
答案 C
解析 惯性的大小仅与物体的质量有关，与物体的运动状态与所处环境无关，所以该月球车分别在地面和月面行驶时的惯性是一样大的，A、B错误，C正确；质量是物体的固有属性，是不变的，D错误.
7.下列选项是四位同学根据图3中驾驶员和乘客的身体姿势，分别对向前(向左)运动的汽车运动情况作出的判断，其中正确的是( )
图3
A.汽车一定做匀加速直线运动
B.汽车一定做匀速直线运动
C.汽车可能突然减速
D.汽车可能突然加速
答案 C
解析 当汽车突然向前加速时，人会向后倾，反之人会向前倾，由题图可知，汽车此时可能突然减速，故选项C正确，A、B、D错误.
8.图4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.下面是从物理的角度去解释此情境的，其中正确的是( )
图4
A.这是因为水坑里的水对自行车前轮的阻力太大，而使人和车一起倒地的
B.骑车人与自行车原来处于运动状态，车前轮陷入水坑后前轮立刻静止，但人与车的后半部分由于惯性仍保持原来的运动状态，因此摔倒
C.因为自行车的前轮陷入水坑后，自行车还能加速运动，所以人和车一起倒地了
D.因为自行车的前轮陷入水坑后，自行车的惯性立即消失，而人由于惯性将保持原有的运动状态，故人向原来的运动方向倒下了
答案 B
解析 骑车人与车原来处于运动状态，车陷入水坑时，前轮静止，但人与车的后半部分由于具有惯性仍保持向前运动，因此摔倒，故B正确，A、C、D错误.
9.如图5所示，一个劈形物体A，各面均光滑，放在固定的斜面上，A的上表面水平，在A的上表面上放一光滑的小球B，A由静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是( )
图5
A.沿斜面向下的直线 B.竖直向下的直线
C.无规则曲线 D.抛物线
答案 B
解析 小球原来静止时受重力和支持力作用，其合力为零，当劈形物体A由静止释放，A应沿斜面下滑，故B也将运动，运动状态就要发生改变，但由于惯性，小球原来速度为零，而小球又光滑，除竖直方向受力外，其他方向上不受力，因为力是使物体运动状态改变的原因，故小球只能在竖直方向上运动，在碰到斜面之前，运动轨迹应为竖直向下的直线，故选B.