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2017-2018物理教科版必修1教学案:第三章 第1节 牛顿第一定律

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                            第 1 节         牛顿第一定律

                    
                                    1.力不是维持物体运动的原因,力是改变物体
运
                                       动状态的原因。

                                    2.一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。

                                    3.一切物体都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。

                                    4.质量是物体惯性大小的唯一量度。


    一、从亚里士多德到伽利略

    1.亚里士多德的观点:地上的运动分为两类
    (1)天然运动:无须外力的帮助、自身就能实现,如气、火等轻的东西向上运动,重的
东西向下运动。

    (2)受迫运动:必须依靠外力的不断作用才能维持,外力消失,受迫运动就会停止,如
拉小车,推桌子。

    2.伽利略的研究
    (1)理想实验
    如图  3­1­1 所示,让小球沿一个斜面从静止状态开始滚下,小球将滚上另一个斜面,
如果没有摩擦,小球将上升到原来的高度,减小右斜面的倾角,小球在这个斜面上仍达到
同一高度,但这时它要滚得远些,继续减小右斜面的倾角,球达到同一高度时就会运动的
更远。于是他想到:若将右斜面放平,小球将会永远运动下去。
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                                     图  3­1­1
    (2)实验结论:力不是维持物体运动的原因。
    二、牛顿第一定律 惯性

    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,直到有外力迫使它改变这种状态为止。

    2.惯性与质量
    (1)惯性
    物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态不变的性质,任何物体都具有惯性。

    (2)惯性的量度
    质量是惯性大小的唯一量度。


    1.自主思考——判一判
    (1)伽利略理想斜面实验是不科学的假想实验。(×)
    (2)理想实验所得到的结论是不可靠的。(×)
    (3)伽利略的“理想实验+科学推论”的方法是一种科学方法。(√)
    (4)物体的运动并不需要力来维持,要改变物体的运动状态,却必须有力的作用。(√)
    (5)物体的速度越大,惯性越大。(×)
    (6)物体受力越大,惯性越大。(×)
    2.合作探究——议一议
    (1)日常生活中,我们有这样的经验:马拉车,车就前进,停止用力,车就停下来。是
否有力作用在物体上物体才能运动呢?马不拉车时,车为什么会停下来呢?
    [提示] 不是。车之所以会停下来是因为受到阻力的作用。

    (2)做自由落体运动的物体,如果下落过程中某时刻重力突然消失,物体将如何运动?
    [提示] 重力消失后,物体将不受力,由牛顿第一定律知,物体将以重力消失时的速
度做匀速直线运动。
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                                       对牛顿第一定律的理解


    1.对牛顿第一定律的理解
    (1)牛顿第一定律描述的是物体不受外力作用时的状态,但不受力作用的物体是不存在
的,因此一般认为与物体所受合外力为零是等效的。

    (2)牛顿第一定律不是实验定律,它是在实验的基础上利用逻辑思维对事实进行分析的
产物,不可能用实验直接验证。
    (3)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。(惯性参考
系是指以相对地面静止或匀速直线运动的物体作为参考系,简称惯性系)

    2.牛顿第一定律的意义
    (1)牛顿第一定律揭示了一切物体都具有保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性
质——惯性。
    (2)牛顿第一定律正确揭示了力和运动的关系,纠正了力是维持物体运动的原因的错误
观点,明确指出了力是改变物体运动状态的原因。

    3.运动状态变化的三种情况
    (1)速度的方向不变,只有大小改变。
    (2)速度的大小不变,只有方向改变。
    (3)速度的大小和方向同时发生改变。


    [典例] (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的作用时的运动规律
    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运动的结果
    D.飞跑的运动员遇到障碍而被绊倒,这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运
动状态
    [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
态或静止状态不变,A、B           正确;牛顿第一定律还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,
是由于摩擦阻力的作用而改变了木块的运动状态,飞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运动状态,C                 错误,D    正确。

    [答案] ABD
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                                牛顿第一定律巧应用
    (1)由“因”求“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状态的原因。
    (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.(多选)由牛顿第一定律可知(  )
    A.物体的运动是依靠惯性来维持的
    B.力停止作用后,物体的运动就不能维持
    C.物体做变速运动时,一定有外力作用
    D.力是改变物体惯性的原因
    解析:选    AC 物体具有保持原来静止状态或匀速直线运动状态的性质叫做惯性,由于
惯性的存在,物体才保持原来的运动状态,A                   对。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,B          错,C   对。惯性是物体的固有属性,力不能改变物体的惯性大小,
D 错。

    2.下列说法正确的是(  )
    A.静止或做匀速直线运动的物体,一定不受外力作用
    B.当物体的速度等于零时,物体一定不受外力作用
    C.当物体的速度发生变化时,物体一定受到了外力作用
    D.当物体受到的合外力为零时,物体一定做匀速直线运动
    解析:选    C 静止或做匀速直线运动的物体,处于平衡状态,可以不受外力的作用或
所受合力为零,故        A、D  错误;当物体的速度等于零时,它不一定处于平衡状态,例如竖
直上抛运动到最高点,故           B 错误;当物体的速度变化,即运动状态发生变化时,它一定受
到外力作用,故       C 正确。

                                        对惯性的理解及应用


    1.惯性是物体的固有属性,一切物体都具有惯性。
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    2.质量是惯性大小的唯一量度。质量越大,惯性越大。
    3.惯性大小与物体运动状态无关,与物体受力情况以及地理位置无关。
    4.惯性的表现
    (1)不受力时,惯性表现为保持原来的匀速直线运动状态或静止状态,有“惰性”的意
思。

    (2)受力时,惯性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
难以改变。

    5.惯性与惯性定律的关系
    惯性是物体的一种固有属性,惯性定律是物体运动所遵守的一条规律,两者是不同的。


    1.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.静止的火车启动时,速度变化慢,是因为静止的物体惯性大
    C.乒乓球可以快速抽杀,是因为乒乓球惯性小
    D.在宇宙飞船中的物体不存在惯性
    解析:选    C 惯性大小只与物体质量有关,与物体的速度无关,故                       A 错误;质量是物
体惯性大小的唯一量度,火车速度变化慢,表明它的惯性大,是因为它的质量大,与是否
静止无关,故      B 错误;乒乓球能被快速抽杀,表明它的运动状态容易发生改变,是因为它
的惯性小,故      C 正确;一切物体在任何情况下都有惯性,故                   D 错误。

    2.关于物体的惯性,下列说法中正确的是(  )
    A.射出枪膛的子弹在运动一段距离后连一件棉衣也穿不透,这表明它的惯性减小了
    B.战斗机在空战时,甩掉副油箱是为了减小惯性,提高飞行的灵活性
    C.用力推一个处在地面上的物体,没有推动,原因是物体的惯性太大了
    D.高速公路上要限速,是因为车速越大惯性越大
    解析:选    B 物体惯性大小是由质量量度的,与速度大小无关,选项                        A、D   错误;战
斗机甩掉副油箱后减小了质量,减小了惯性,运动状态易改变,提高了灵活性,选项                                    B 正
确;推物体而物体不动是因为存在摩擦力,只要推力小于最大静摩擦力,物体就不动,与
物体的惯性大小无关,选项            C 错误。

    3.如图   3­1­2 所示,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(  )
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                                     图  3­1­2
    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
    解析:选    B 匀速行驶的火车车厢内,相对车厢静止释放一个小球,由于惯性,小球
在水平方向保持与车速相同的速度,因此在下落这段时间内,水平位移相等,即落回到
B 点,故选    B。


    1.(多选)科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用。下列说法符
合历史事实的是(  )
    A.亚里士多德认为,必须有力作用在物体上,物体的运动状态才会改变
    B.伽利略通过“理想实验”得出结论:一旦物体具有某一速度,如果它不受力,它
将以这一速度永远运动下去

    C.笛卡儿指出:如果运动中的物体没有受到力的作用,它将继续以同一速度沿同一
直线运动,既不停下来也不偏离原来的方向

    D.牛顿认为,物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质
    解析:选    BCD 亚里士多德认为,必须有力作用在物体上,物体才能运动。伽利略认
为力是改变物体运动状态的原因,A               错误。伽利略通过“理想实验”得出结论,一旦物体
具有某一速度,如果它不受力,它将以这一速度永远运动下去,B                           正确。笛卡儿指出,如
果运动中的物体没有受到力的作用,它将继续以同一速度沿同一直线运动,既不停下来也
不偏离原来的方向,C          正确。牛顿认为,物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态
的性质,D     正确。

    2.当作用在物体上的合外力不为零时(  )
    A.物体的速度一定越来越大
    B.物体的速度一定越来越小
    C.物体的速度可能不变
    D.物体的运动状态一定变化
    解析:选    D 根据牛顿第一定律可得,力是改变物体运动状态的原因,即如果物体受
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到的合力不为零,则物体的运动状态一定会发生变化,D                        正确。

    3.如图  1 所示,冰壶在冰面运动时受到的阻力很小,可以在较长时间内保持运动速度
的大小和方向不变,我们可以说冰壶有较强的抵抗运动状态变化的“本领”。这里所指的

“本领”是冰壶的惯性,则惯性的大小取决于(  )


                                       图 1
    A.冰壶的速度                         B.冰壶的质量
    C.冰壶受到的推力                        D.冰壶受到的阻力
    解析:选    B 物体惯性的大小取决于物体的质量,B                 正确。

    4.关于牛顿第一定律,下列说法中正确的是(  )
    A.牛顿第一定律是在伽利略“理想实验”的基础上总结出来的
    B.不受力作用的物体是不存在的,故牛顿第一定律的建立毫无意义
    C.牛顿第一定律表明,物体只有在不受外力作用时才具有惯性
    D.牛顿第一定律表明,物体只有在静止或做匀速直线运动时才具有惯性
    解析:选    A 牛顿第一定律是在伽利略“理想实验”的基础上经过抽象、加工、推理
后总结出来的,A        正确;虽然不受力作用的物体是不存在的,但是它与受合外力为零是等
效的,故牛顿第一定律仍有实际意义,B                 错误;物体的惯性是物体本身的属性,与物体是
否受外力无关,与物体静止还是匀速直线运动无关,C、D                        错误。

    5.火车在平直轨道上做匀速直线运动,在密封的、没有空气流动的车厢内点燃了一支
卫生香,则车里乘客看到卫生香所冒出的烟的运动情况应是(  )
    A.一边上升一边向前飘
    B.一边上升一边向后飘
    C.只是上升不向任何一边飘
    D.无法确定
    解析:选    C 卫生香所冒出的烟由于惯性而保持与车厢相同的水平速度,故                           C 正确。
                                                      1
    6.月球表面上的重力加速度为地球表面上的重力加速度的6,同一个飞行器在月球表
面上时与在地球表面上时相比较(  )
                           1
    A.惯性减小为在地球上的6,重力不变
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                                 1
    B.惯性和重力减小为在地球上的6
                                     1
    C.惯性不变,重力减小为在地球上的6
    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大小有关,因质量是恒量,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,物
                                                             g地   G地

体的重力是个变量,这个飞行器在月球表面上的重力为                       G 月=mg  月=m·   6 =  6 。


    7.下列说法中正确的是(  )
    A.惯性是物体只有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保持匀速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;受到外力作
用时,不能保持匀速直线运动状态或静止状态,因此无惯性

    D.惯性是物体的属性,与物体的运动状态和是否受力均无关
    解析:选    D 惯性是物体的固有属性,与物体的运动状态和受力情况无关,故只有
D 正确。

    8.如图  2 所示,一个劈形物体        A,各面均光滑,放在固定的斜面上,上表面水平,在
上表面上放一光滑的小球           B,劈形物体      A 从静止开始释放,则小球在碰到斜面前的运动轨
迹是(  )


                                       图 2
    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
    解析:选    B 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,没有水平或其他方向上的速度,而小球又光滑,除竖直方向可以有力外,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,运动轨迹应为一条直线,即竖直向下的直线。
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    9.(多选)在公路上甲、乙两车相撞,发生了一起车祸,甲车司机的前胸受伤,乙车司
机的后背受伤,则这起车祸可能出现的情况是(  )
    A.两车同向运动,甲车在前,乙车在后,乙车撞上甲车
    B.两车同向运动,乙车在前,甲车在后,甲车撞上乙车
    C.乙车司机在前开倒车,甲车在乙车的后面向乙车运动,撞上了乙车
    D.两车相向运动,来不及刹车,互相撞上了
    解析:选    BC 根据惯性定律,同向时,乙在后撞上甲,肯定是乙前胸受伤,跟题意不
符,A   错;同向时乙在前,甲撞上乙,根据惯性定律,则甲前胸受伤,B                           正确;乙司机倒
车,甲从后面撞上,因此甲由于惯性向前扑,所以前胸受伤,乙由于惯性上身向后,所以
后背受伤,C      正确;两车相向运动,两者都应该前胸受伤,D                    错。

    10. (多选)同学们到中国科技馆参观,看到了一个有趣的科学实验:如图                           3 所示,一辆
小火车在平直轨道上匀速行驶,当火车将要从“∩”形框架的下方通过时,突然从火车顶
部的小孔中向上弹出一小球,该小球越过框架后,又与通过框架的火车相遇,并恰好落回

原来的孔中,下列说法中正确的是(  )


                                       图 3
    A.相对于地面,小球运动的轨迹是直线
    B.相对于地面,小球运动的轨迹是曲线
    C.小球能落回小孔是因为小球在空中运动的过程中受到水平向前的力
    D.小球能落回小孔是因为小球具有惯性,在水平方向保持与火车相同的速度
    解析:选    BD 相对于地面,小球竖直方向做竖直上抛运动,水平方向做匀速运动,轨
迹是曲线,A      错误  B 正确;能落回小孔是因为小球具有惯性,在水平方向保持与火车相同
的速度,故     C 错误   D 正确。

    11.有一仪器的电路如图          4 所示,其中     M 是质量较大的金属块,将仪器固定在一辆汽
车上,汽车启动和刹车时,发现其中一盏灯亮了,试分析是哪一盏灯亮了。
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                                       图 4
    解析:当汽车启动时,其速度由零变大,而金属块由于惯性将保持原来的静止状态,
从而使绿灯所在的电路被接通。当汽车刹车时,汽车的速度变小,而金属块由于惯性要保
持原来的速度,从而使红灯所在的电路被接通。当汽车匀速行驶时,弹簧将使金属块复位,
电路切断,两灯均不亮。

    答案:当汽车启动时,绿灯亮;当汽车刹车时,红灯亮

    12.如图  5 所示,有一旅游爱好者,想做环球旅行。他设想乘坐一气球将自己悬浮在高
空中,因为地球在自转,所以他只要在空中停留一天,就可以环球旅行一次了。你认为这
个旅游爱好者的想法能实现吗?为什么?


                                       图 5
    解析:因为地球上的一切物体,包括地球周围的大气都随着地球自转而一起运动着,
人乘着气球升空后。由于惯性,仍保持原来的速度随地球、大气一起运动,不计其他与地
球有相对运动(如风)的物体产生的影响,升空的气球与其下方的地面保持相对静止,他不
可能一天相对地球绕行一周,所以不能实现。

    答案:见解析
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