人教版 (新课标)必修11 牛顿第一定律学案

牛顿第一定律

一、力与运动的关系

滑冰运动员如果不用力，思考一下她慢慢停下来的原因。

提示：滑冰运动员受到摩擦力的作用。

对力与运动关系的认识过程比较漫长，把下列代表人物与其观点对应连线。

二、牛顿物理学的基石——惯性定律

冰壶球运动是一种冰上运动，如图所示，冰道上向前运动的一只冰壶，如果没有阻力，能跑多远？

提示：不受阻力，就永远运动下去。

1．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。

2．惯性：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惯性。牛顿第一定律也叫作惯性定律。

三、惯性和质量

锤头松了，锤柄在板凳上撞几下，锤头就紧紧套在锤柄上。

思考：是锤头在下效果好，还是锤柄在下效果好？为什么？

提示：锤柄在下效果好。锤头的质量大，惯性大，能够相对运动得更远。

1．惯性的表现：物体运动状态改变的难易程度。

2．惯性概念口诀：“物体有惯性，不论动与静。惯性是属性，大小质量定。”由此可知，⑤是物体惯性大小的唯一量度(选填：①压强　②重力　③速度　④加速度　⑤质量　⑥温度)。

(1)亚里士多德认为物体的自然状态是静止，只有当它受到力的作用才会运动。(√)

(2)伽利略认为力不是维持物体运动的原因。(√)

(3)力不是使物体运动的原因，而是使物体运动状态改变的原因。(√)

(4)速度大的物体不能很快停下来，是因为速度大时惯性也大。(×)

(5)物体的运动状态的改变指的是速度的改变。(√)

知识点一　牛顿第一定律

1．物体运动状态改变的三种情况：

(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．牛顿第一定律的意义——揭示了力和运动的关系：

(1)物体的固有属性是保持原有运动状态：物体若不受力，它将保持匀速直线运动状态或者保持静止状态。

(2)力是改变物体运动状态的原因：只有受到力的作用，物体的运动状态才会改变，即产生加速度。

火车在某段东西方向水平轨道上匀速行驶，某时刻发现杯子向西倾倒，火车可能如何运动？

提示：可能向东加速，也可能向西减速。

【典例】如图所示，在一辆表面光滑且足够长的小车上，有质量为m1和m2的两个小球(m1>m2)，两个小球随车一起运动，当车突然停止运动时，若不考虑其他阻力，则两个小球(　　)

A.一定相碰      B．一定不相碰

C．不一定相碰     D．无法确定

【解析】选B。小车表面光滑，因此两小球在水平方向上没有受到外力的作用。原来两个小球与小车具有相同的速度，当车突然停止运动时，由于惯性，两个小球的速度不变，所以不会相碰。

巧用牛顿第一定律

(1)由“因”索“果”：在判断力与运动之间的关系时，一定要把握准牛顿第一定律的含义，即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)由“果”索“因”：如果物体的运动状态发生改变，则物体必然受到不为零的合外力的作用，所以判断物体的运动状态是否改变以及如何改变，应分析物体的受力情况。

(3)应用步骤：应用牛顿第一定律解释有关现象时，一要看物体原来的运动状态，二要看物体现在的受力情况及所受合力是否为零，最后判断由于物体具有惯性将会出现的现象。

1．(母题追问)在【典例】中，将小车突然停止运动改为小车突然向右加速运动时，两小球是否相碰，两小球相对小车如何运动？

【解析】不会相碰，两小球相对小车向左运动。

2．(多选)关于牛顿第一定律，下面说法中正确的是(　　)

A．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时物体的运动规律

B．牛顿第一定律就是惯性

C．不受外力作用时，物体运动状态保持不变是由于物体具有惯性

D．运动的物体状态发生变化时，物体必定受到外力的作用

【解析】选A、C、D。牛顿第一定律又叫惯性定律，但不能说惯性定律就是惯性。惯性是指一切物体都具有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质，它是物体的固有性质，惯性大小仅由物体的质量决定，与物体是否受力及物体的运动状态无关。而惯性定律指物体在不受外力作用(合外力为零)的条件下所遵守的运动规律，它指出了力是改变物体运动状态的原因，而不是产生或维持物体运动的原因。总之，惯性和惯性定律是两个不同的概念，但惯性定律揭示出物体具有惯性。故选A、C、D。

【加固训练】

关于牛顿第一定律，下列说法正确的是(　　)

A．牛顿第一定律可以用实验直接验证

B．由于不受力的物体不存在，因此牛顿第一定律没有实际意义

C．牛顿第一定律就是惯性

D．当物体受到的外力为零时，物体可能做匀速直线运动

【解析】选D。牛顿第一定律是在实验的基础上推理概括出来的科学理论，而不是直接通过实验得出的，但它符合物理规律，故有一定的物理意义，A、B错误；牛顿第一定律是描述运动和力的关系的定律，惯性是物体的性质，C错误；由牛顿第一定律的内容可知D正确。

知识点二 惯性的“三性”及其与惯性定律的区别

1．惯性的“三性”：

2.惯性与惯性定律的区别：

提醒：惯性与惯性定律两者在描述上非常相像，但是两者重要的区别是本质的区别，一个是描述物体的性质，一个是自然规律。

如图，将玻璃瓶、胶带(表面光滑)、粉笔从下到上叠放在一起，如果迅速将胶带沿水平方向抽出，粉笔将会怎样运动？

提示：竖直落入玻璃瓶中。

【典例】月球表面上的重力加速度为地球表面上的重力加速度的，同一个飞行器在月球表面上与在地球表面上相比较(　　)

A．惯性减小，重力不变

B．惯性和重力都减小为在地球表面时的

C．惯性不变，重力减小为在地球表面时的

D．惯性和重力都不变

【解析】选C。物体的惯性大小仅与物体的质量有关，同一物体的质量与它所在位置及运动状态无关，所以这个飞行器从地球到月球，其惯性大小不变。这个飞行器在月球表面上的重力为G月＝mg月＝m·g地＝G地，故选项C正确。

惯性、质量和重力

(1)质量是惯性大小的唯一量度。

(2)质量不随物体所处位置的变化而变化，重力由质量和重力加速度决定。

1．[教材二次开发·教材·P70问题与练习T1(2)]在匀速行驶的汽车上，跳起会落到原地，原因是什么？而在加速的汽车上起跳，会落在起跳点的哪个位置？

【解析】由于起跳时人与汽车具有相同的速度，在空中由于惯性仍然具备原来的速度，所以会落回原处；同理，在加速的汽车上人会落在起跳点后方。

答案：见解析

2．对物体的惯性有这样一些理解，你觉得正确的是(　　)

A．汽车快速行驶时惯性大，因而刹车时费力，惯性与物体的速度大小有关

B．在月球上举重比在地球上容易，所以同一物体在地球上惯性比在月球上大

C．加速运动时，物体有向后的惯性；减速运动时，物体有向前的惯性

D．不论在什么地方，不论物体原来运动状态如何，物体的惯性是客观存在的，惯性的大小与物体的质量有关

【解析】选D。惯性就是物体保持原来的运动状态不变的性质，与物体速度大小、状态变化快慢及处在何处均无关。其大小的唯一量度是物体的质量，同一物体，质量不变，则惯性不变，选项D正确。

【加固训练】

下列关于惯性的说法中，正确的是(　　)

A．物体只有在突然运动或突然停止时才有惯性

B．物体的质量越大或速度越大，其惯性也就越大

C．在太空中飞行的航天飞机内的物体，其惯性消失

D．惯性是物体的属性，与物体是否受力和运动无关

【解析】选D。物体的惯性是物体的固有属性，只与物体的质量有关，与物体的位置、是否受力和如何运动无关。故A、B、C错误，D正确。

【拓展例题】考查内容：惯性的应用实例

【典例】如图所示是一种汽车安全带控制装置的示意图，当汽车处于静止或匀速直线运动状态时，摆锤竖直悬挂，锁棒水平，棘轮可以自由转动，安全带能被拉动。当汽车突然刹车时，摆锤由于惯性绕轴摆动，使得锁棒锁定棘轮的转动，安全带不能被拉动。若摆锤从图中实线位置摆到虚线位置，汽车可能的运动方向和运动状态是(　　)

A.向左行驶，突然刹车

B．向右行驶，突然刹车

C．向左行驶，匀速直线运动

D．向右行驶，匀速直线运动

【解析】选B。当汽车匀速行驶时，摆锤与汽车无相对运动，所以不会向右摆动，故C、D错误；当汽车向右行驶，突然刹车时，车速减小，而摆锤由于惯性仍保持原有的速度向右运动，故A错误，B正确。

自行车是我们生活中常用的交通工具，骑自行车时，用力蹬车，车会向前加速，当不再用力时，车会慢慢停下来。

探究：(1)加速、减速过程是否与牛顿第一定律矛盾？为什么？

(2)不用力时车会停下来，为什么？

【解析】(1)不矛盾，牛顿第一定律研究的是物体不受力时的运动规律；物体受力时，物体的运动状态将要改变，加速、减速都是因为自行车受力不为零，是运动状态改变的具体体现，与牛顿第一定律不矛盾。

(2)停下来的原因是受到阻力，改变了自行车的运动状态。

答案：见解析

航天器在外太空几乎不需要消耗能量就能高速飞行。

探究：(1)不消耗能量还能高速飞行的原因是什么？

(2)质量大的和质量小的航天器如果要减速，哪个更困难？

【解析】(1)飞行器原来具有较大速度，由于惯性，可维持较大速度运动。

(2)质量大，惯性大，运动状态改变更困难。

答案：见解析

1．关于惯性和牛顿第一定律，下列说法中正确的是(　　)

A．静止的物体可能没有惯性

B．速度越大的物体惯性越大

C．同一物体在地球上和月球上惯性不同

D．伽利略的斜槽实验以可靠的事实为基础并把实验探究和逻辑推理和谐地结合在一起

【解析】选D。惯性是物体的固有属性，任何物体都具有惯性，与运动状态无关，故A错误；质量是惯性大小的唯一量度，与速度、环境等因素无关，故B、C错误；伽利略的斜槽实验以可靠的事实为基础并把实验探究和逻辑推理和谐地结合在一起，故D正确。

2.如图所示是小芸与同学们在“阳光体育活动”中训练排球时的情景，下列有关说法中正确的是(　　)

A．垫球时，手感觉疼，说明球与手之间的作用力是相互的

B．球垫起后，能继续向上运动，是因为球始终受到向上的力的作用

C．球垫起后，上升到最高点时，处于平衡状态

D．球下落过程速度越来越大，说明球的惯性越来越大

【解析】选A。垫球时，手感觉疼，说明球与手之间的作用力是相互的，故选项A正确；球在空中继续向上运动，是由于球具有惯性，球没有受到向上的力的作用，故选项B错误；球上升到最高点时，速度为零，处于瞬间的静止，但是由于受重力的作用会向下落，因此此时不是平衡状态，故选项C错误；球下落过程速度越来越大，是由于重力作用下向下加速运动，惯性不变，故选项D错误。

3．(2020·汉中高一检测)关于牛顿第一定律，以下说法错误的是(　　)

A．牛顿第一定律又叫惯性定律

B．牛顿第一定律是牛顿通过大量实验总结出来的实验结论

C．牛顿第一定律说明一切物体都有惯性

D．牛顿第一定律说明力可以改变物体的运动状态

【解析】选B。牛顿第一定律又叫惯性定律，选项A正确；牛顿第一定律是牛顿在伽利略实验的基础上，通过抽象推理总结出来的结论，选项B错误；牛顿第一定律说明一切物体都有惯性，选项C正确；牛顿第一定律说明力可以改变物体的运动状态，选项D正确。

【加固训练】

如图所示，桌面上有一上表面光滑的木块，木块上有一小球，快速向右水平拉动木块，小球的位置可能落在桌面上的哪点(　　)

A.A点　　 B．B点　　 C．O点　　 D．无法确定

【解析】选C。小球在水平方向上不受摩擦力的作用，所以水平方向的运动状态不变，在重力的作用下，小球落在O点。故选C。

4.目前，城市公交车内的横杆上挂着多只“手环”。一乘客面向行车方向坐在车上观察前方的“手环”，下列说法正确的是(　　)

A．车突然加速时，“手环”依然自然下垂

B．车突然减速时，“手环”依然自然下垂

C．若“手环”偏向右侧，则说明车在右转弯

D．若“手环”偏向右侧，则说明车在左转弯

【解析】选D。车突然加速时，由于惯性作用，“手环”要保持原来的运动状态，所以向后偏，故A错误；车突然减速时，由于惯性作用，“手环”要保持原来的运动状态，所以向前偏，故B错误；若“手环”偏向右侧，由于惯性的作用，“手环”要保持原来的运动状态，此时车转弯方向和“手环”出现的情况相反，故车向左偏转，故C错误，D正确。