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1、
牛頓第一定律
編稿：周軍 審稿：吳楠楠
【學習目標】
1.理解牛頓第一定律的內(nèi)容和意義，知道亞里士多德的觀點．
2.知道伽利略理想實驗及推理方法．
3.明確慣性概念，知道慣性是物體的固有屬性．
【要點梳理】
要點一、伽利略的理想斜面實驗
要點詮釋：
如圖甲所示，讓小球沿一個斜面從靜止?jié)L下，小球?qū)L上另一個斜面．如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉淼母叨龋?
如果第二個斜面傾斜角度較小如圖乙，小球在這個斜面上達到原來的高度就要通過更長的路程，繼續(xù)減小第二個斜面的傾斜角度，如圖丙，使它最終成為水平面，小球就再也達不到原來的高度，而沿水平面以恒定的速度持續(xù)運
2、動下去．
伽利略的思想方法:
伽利略用“實驗+科學推理”的方法推翻了亞里士多德的觀點．
伽利略的理想斜面實驗雖然是想象中的實驗，但這個實驗反映了一種物理思想，它是建立在可靠的事實基礎之上的．以事實為依據(jù)，以抽象為指導，抓住主要因素，忽略次要因素，從而深刻地揭示了自然規(guī)律．
要點二、牛頓第一定律的理解
要點詮釋：
牛頓總結(jié)了伽利略等人的工作，并提出了三條運動定律，統(tǒng)稱為牛頓運動定律.
牛頓第一定律：
(1)內(nèi)容：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止．
(2)對牛頓第一定律應從以下幾個方面來理解
3、：
①明確了慣性的概念
定律的前半句話“一切物體總保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)”，揭示了物體所具有的一個重要的屬性——慣性，即物體保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)，牛頓第一定律指出一切物體在任何情況下都具有慣性．因此牛頓第一定律又叫慣性定律．
②確定了力的含義
定律的后半句話“直到有外力迫使它改變這種運動狀態(tài)為止”，實際上是對力的定義，即力是改變物體運動狀態(tài)的原因，并不是維持物體運動的原因，這一點要切實理解．
③定性揭示了力和運動的關(guān)系
牛頓第一定律指出物體不受外力作用時的運動規(guī)律，它描述的只是一種理想狀態(tài)，而實際中不受外力作用的物
4、體是不存在的，當物體所受合外力為零時，其效果跟不受外力的作用相同．但是，我們不能把“不受外力”理解為“合外力為零”．
要點三、慣性與質(zhì)量
要點詮釋：
（1）慣性現(xiàn)象
慣性現(xiàn)象到處可以見到，例如：如圖所示，一個玻璃杯內(nèi)盛半杯水，上面蓋一塊塑料板，板上放一只雞蛋，用小棒猛擊塑料板，塑料板離杯飛出，雞蛋卻穩(wěn)穩(wěn)地落入杯中．
這個實驗說明了什么問題?
再如：如圖甲，小車上放置一個帶輪的木塊，使帶輪木塊與小車一起向右運動．當小車被擋板制動時，觀察會出現(xiàn)什么現(xiàn)象?
又如：如圖乙，小車上豎直放置一個木塊，讓木塊隨小車沿著桌面向右運動，當小車被擋板制動時，車上的木塊向右傾倒．
5、 這是怎么回事呢? 這些都是慣性現(xiàn)象．
(2)慣性：物體的這種保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)叫做慣性．
【說明】①慣性與是否受力無關(guān)，與速度大小無關(guān)．
②慣性的具體表現(xiàn)形式有兩種：
a．當物體不受外力或所受合外力為零時，慣性表現(xiàn)為保持原來的運動狀態(tài)不變．原來靜止的物體保持靜止，原來運動的物體保持原來的速度繼續(xù)運動．
b．當物體受到外力作用時，慣性表現(xiàn)為改變運動狀態(tài)的難易程度，物體的慣性越大，它的運動狀態(tài)越難改變．
(3)慣性與質(zhì)量
慣性的大小由什么決定呢?慣性的大小又意味著什么呢?
我們知道，
6、推動一輛自行車要比推動一輛汽車容易得多．這表明質(zhì)量越大的物體，運動狀態(tài)越難改變，也就是說該物體的慣性越大；而質(zhì)量較小的物體，運動狀態(tài)較容易改變，也就是該物體的慣性較小．即：質(zhì)量是物體慣性大小的量度，而一個物體慣性的大小，則意味著改變物體運動狀態(tài)的難易程度．
對質(zhì)量的理解：
從物質(zhì)角度理解：質(zhì)量為物體所含物質(zhì)的多少
從慣性角度理解：質(zhì)量是決定物體慣性大小的唯一因素．
【注意】慣性是一個重要的概念，在學習時，許多同學對慣性存在著一些錯誤認識：如認為做勻速直線運動的物體，才有慣性，做變速運動的物體沒有慣性；物體在勻速直線運動或靜止時有慣性，一旦速度改變了就沒有
7、慣性；或把慣性看成一種力，認為物體保持原來運動狀態(tài)是因為受到慣性力；認為物體的速度越大，物體的慣性就越大等等其實慣性是一切物體的固有屬性，與物體的運動狀態(tài)以及是否受力沒有關(guān)系，僅由物體的質(zhì)量決定．
要點四、理解慣性和慣性定律
要點詮釋：
(1)對慣性定律的理解
牛頓第一定律揭示了一切物體都具有保持原來運動狀態(tài)不變的性質(zhì)，即一切物體都具有慣性．同時，牛頓第一定律還定性地指出了力的動力學意義：力是改變物體運動狀態(tài)的原因，即改變速度的原因．物體在速度發(fā)生改變時，就有加速度．因此也可以說：力是使物體產(chǎn)生加速度的原因．不能認為力是維持物體運動(勻速直線運動)的原因，也不能認為有力就有
8、運動，沒有力就沒有運動，更不能認為物體向哪個方向運動一定受到那個方向的力的作用．
(2)對慣性的理解
①慣性是物體的固有屬性：一切物體都具有慣性．
②慣性與運動狀態(tài)無關(guān)：不論物體處于怎樣的運動狀態(tài)，慣性總是存在的，當物體原來靜止時，它一直“想”保持這種靜止狀態(tài)；當物體運動時，它一直“想”以那一時刻的速度做勻速直線運動．
③慣性與物體是否受力無關(guān)，與物體速度大小無關(guān)，僅由物體的質(zhì)量決定．
要點五、理解物體運動狀態(tài)改變的表現(xiàn)形式
要點詮釋：
“速度”是描述物體運動快慢程度的物理量，即是描述物體“運動狀態(tài)”的物理量．因此，“物體運動狀態(tài)改變”即是“物體
9、速度改變”，有以下幾種表現(xiàn)形式：
(1)速度v的大小改變而方向不變；
(2)速度v的大小不變而方向改變；
(3)速度v的大小和方向都發(fā)生改變；
(4)物體運動的位移非均勻地增加(或減少)；
(5)物體運動的軌跡發(fā)生彎曲．
要點六、利用慣性解釋有關(guān)現(xiàn)象
要點詮釋：
運用慣性解釋有關(guān)現(xiàn)象時，通?？砂聪旅娴牟襟E思考解析：
(1)明確研究的物體原來處在怎樣的運動狀態(tài)．
(2)當外力作用在該物體的某一部分(或外力作用在與該物體有關(guān)聯(lián)的其他物體上)時，這一部分的運動狀態(tài)的變化情況．
(3)該物體由于慣性將保持怎樣的運動狀
10、態(tài)，判斷最后會出現(xiàn)什么現(xiàn)象．
【例】2005年1月在南京舉行的全國運動會上，山東選手刑慧娜與金牌失之交臂，據(jù)報道原因是刑慧娜在奔跑的過程中和別人發(fā)生了絆腳現(xiàn)象．從生活的經(jīng)驗我們知道，在路上跑的人被絆倒時，和慢走的人滑倒時，會發(fā)生不同現(xiàn)象．試根據(jù)所學知識完成下表．
跑的人
慢走的人
絆倒時的現(xiàn)象
上身向前趴著倒下
上身向后仰著倒下
原因分析
【解析】跑的人被絆倒時，腳因受力停止了運動，而身體上半部分由于慣性繼續(xù)向前運動，上身快而下身慢，故向前趴著倒下；慢走人的前腳落地前同時參與隨身體向前的勻速運動和繞關(guān)節(jié)向前的圓周運動，速度的水平分量大于身體的速度．正常行走時
11、，前腳落地后受摩擦阻力作用速度馬上減為零，隨即后腳撤去支撐，后腳抬起且節(jié)奏均勻．滑倒時，多是前腳落地受摩擦力不足，速度未能迅速減小為零，但后腳按節(jié)奏抬起撤去支撐，前腳向前滑動的速度大于上半身因慣性保持的速度，而造成向后仰著摔下．
【典型例題】
類型一、理想實驗
例1、關(guān)于伽利略理想實驗，下列說法正確的是（ ）
A．完全是理想的，沒有事實為基礎
B．是以可靠事實為基礎的，經(jīng)科學抽象，深刻反映自然規(guī)律的
C．沒有事實為基礎，只是理想推理
D．以上說法都不對
【答案】B
【解析】伽利略的理想實驗是經(jīng)過科學抽象，能深刻反映自然規(guī)律。
【總結(jié)升華】理想實驗只是不能通
12、過實驗實現(xiàn)，但只要是建立在可靠事實基礎上，就能揭示自然規(guī)律。
舉一反三
【變式】科學思維和科學方法是我們認識世界的基本手段，在研究和解決問題過程中，不僅需要相應的知識，還要注意運用科學的方法。理想實驗有時更能深刻地反映自然規(guī)律，伽利略設想了一個理想實驗如圖所示，其中有一個是經(jīng)驗事實，其余是推論。
①減小第二個斜面的傾角，小球在這斜面上仍然要達到原來的高度；
?、趦蓚€對接的斜面，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球?qū)L上另一個斜面；
?、廴绻麤]有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫诺母叨龋?
?、芾^續(xù)減小第二個斜面的傾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面做持續(xù)的勻速運動.
13、
請將上述理想實驗的設想步驟按照正確的順序排列____________（只要填寫序號即可）。
在上述的設想步驟中，有的屬于可靠的事實，有的則是理想化的推論，下列關(guān)于事實和推論的分類正確的是____________。
A.①是事實，②③④是推論 B.②是事實，①③④是推論
C.③是事實，①②④是推論 D.④是事實，①②③是推論
【答案】②③①④ B
【解析】該實驗是讓一個靜止的小球從一個斜面滾下，滾上另一個對接的斜面。如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉頋L下時的高度，在這個實驗的基礎上進行合理的推論：逐步減小傾角，直至
14、水平，小球?qū)⒀厮矫嬉院愣ǖ乃俣冗\動下去。所以理想實驗設想的步驟順序應該是：②③①④。其中②是事實，③①④是推論。
類型二、對牛頓第一定律的理解
例2、如圖所示，在一輛表面光滑且足夠長的小車上，有質(zhì)量為m1和m2的兩個小球(m1＞m2)，兩小球原來隨車一起運動．當車突然停止時，若不考慮其他阻力，則兩個小球( )
A．一定相碰 B．一定不相碰 C．不一定相碰 D．無法確定
【答案】B
【解析】小車表面光滑，因此球在水平方向上沒有受到外力作用．原來兩球與小車有相同速度，當車突然停止時，因為慣性，兩小球的速度不變，所以不會相碰．
【總結(jié)升華】當物體不受
15、外力，或所受合外力為零時，物體都將保持原來的速度運動．這是物體具有慣性的原因．
舉一反三
【變式】下列說法正確的是（ ）
A．如果物體在運動，那么它一定受到力的作用 B．力是使物體做變速運動的原因
C．撤去作用力，運動的物體最終總要停下來 D．力只能改變物體運動速度的大小
【答案】B
【解析】運動的物體不一定受到力的作用，可能物體具有速度，由于慣性，物體可以一直運動。撤去力，物體有可能保持原來的速度勻速直線運動。力不僅可以改變速度的大小還可以改變速度的方向。力是改變物體運動狀態(tài)的原因。
類型三、慣性與質(zhì)量
例3、（2015 安徽百校聯(lián)考）關(guān)于慣性和牛頓第一
16、定律，下列說法中正確的是（ ）
A． 靜止的物體可能沒有慣性
B． 速度越大的物體慣性越大
C． 同一物體在地球上和月球上慣性不同
D． 伽利略的斜槽實驗以可靠的事實為基礎并把實驗探究和邏輯推理和諧地結(jié)合在一起
【答案】D
【解析】A、慣性是物體的固有屬性，與運動狀態(tài)無關(guān)，故A錯誤；
B、質(zhì)量是慣性大小的唯一量度，與速度、環(huán)境等因素無關(guān)，故BC錯誤；
D、伽利略的斜槽實驗以可靠的事實為基礎并把實驗探究和邏輯推理和諧地結(jié)合在一起，故D正確；
【點評】此題是一道有關(guān)牛頓第一定律的基礎性的試題，解答時把握好：牛頓第一定律是在實驗的基礎上進一步的推理概括出來的科學理論，
17、而不是直接通過實驗得出的；再就是物體在不受力的作用時，總保持靜止狀態(tài)或者是勻速直線運動狀態(tài)．
舉一反三
【變式1】下列關(guān)于慣性及有關(guān)現(xiàn)象的說法中正確的是：（ ）
A.人在走路時沒有慣性，被絆倒時才有慣性
B.物體在不受外力作用時有慣性，受到外力作用后慣性就改變了
C.參加百米賽跑的運動員到達終點時不能立即停下來，是由于慣性
D.向上拋出的球，受的重力向下，但還向上運動，也是由于慣性的緣故
【答案】CD
【解析】慣性是物體的根本屬性，慣性的大小只與物體的質(zhì)量有關(guān)，與物體所處的狀態(tài)、運動情況、受力情況都無關(guān)，故A、B錯誤；C、D選項所述的現(xiàn)象都是慣性的緣故，故C、
18、D正確。
【變式2】下列說法正確的是( )
A．擲出的鉛球速度不大，所以其慣性很小，可以用手去接
B．用力打出乒乓球速度很大，因此其慣性很大，不能用手去接
C．相同的兩輛車，速度大的比速度小的難以停下，是因為速度大的車慣性大
D．相同的兩輛車，速度大的比速度小的難以停下，是因為速度大的車狀態(tài)變化大
【答案】D
【解析】因為慣性的大小僅由質(zhì)量來決定，鉛球質(zhì)量很大，其慣性大，盡管速度不大，但是運動狀態(tài)很難改變。故不能用手接而乒乓球則與其相反，運動狀態(tài)容易改變，盡管速度大，也可以用手去接(這一點同學們都有經(jīng)驗)，所以A、B是錯誤的．對于C、D，相同
19、的兩輛車慣性相同，要讓速度大的車停下來，其運動狀態(tài)變化大，因此較難，故D正確．
【高清課程：牛頓第一定律 例1】
【變式3】下列說法正確的是（ ）
A．慣性是只有物體在勻速運動或靜止時才表現(xiàn)出來的性質(zhì)
B．物體的慣性是指物體不受外力作用時仍保持原來直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)
C．物體不受外力作用時保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，有慣性；受外力作用時，不能保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，因而就無慣性
D．慣性是物體的屬性，與運動狀態(tài)和是否受力無關(guān)
【答案】D
類型四、物體運動狀態(tài)改變的表現(xiàn)形式
例4、如果物體運動狀態(tài)發(fā)生了變化，說明該物體( )
20、A．速度方向一定發(fā)生了變化
B．速度大小一定發(fā)生了變化
C．加速度一定發(fā)生了變化
D．受到的合外力一定不為零
【答案】D
【解析】物體運動狀態(tài)發(fā)生變化一定是它的速度發(fā)生變化，可能是速度大小、也可能是速度方向、還有可能是二者一起發(fā)生變化，既然物體運動速度發(fā)生變化，物體一定產(chǎn)生了加速度．由牛頓第一定律知，物體所受合外力一定不為零，使物體速度發(fā)生改變，但有可能是勻變速運動，速度不斷變化，加速度不變，故選D．
【總結(jié)升華】弄清物體運動狀態(tài)改變的表現(xiàn)形式是解決此題的關(guān)鍵．
舉一反三
【變式1】如圖所示(俯視圖)，以速度v勻速行駛的列車車廂內(nèi)有一光滑水平桌面，桌面上
21、的A處有一小球．若車廂中的旅客突然發(fā)現(xiàn)小球沿圖中虛線由A向B運動．則由此可判斷列車( )
A．減速行駛，向南轉(zhuǎn)彎
B．減速行駛，向北轉(zhuǎn)彎
C．加速行駛，向南轉(zhuǎn)彎
D．加速行駛，向北轉(zhuǎn)彎
【答案】A
【解析】本題考查了慣性的概念．由牛頓第一定律可知，小球在水平桌面向前勻速運動．小球的運動以車為參考系，小球按圖示軌跡運動．由于小球勻速運動，判斷車的運動時以小球為參考系，由圖可知，列車相對小球向南運動，同時車相對小球沿車運動的反方向運動，故知車做減速運動．所以選項A正確．
【變式2】如圖所示，一個劈形物體A，各面均光滑，放在固定的斜面上，上表面
22、水平，在上表面上放一個光滑的小球B，劈形物體從靜止開始釋放，則小球在碰到斜面前的運動軌跡是( )
A．沿斜面向下的直線
B．豎直向下的直線
C．無規(guī)則曲線
D．拋物線
【答案】B
【解析】本題考查力和物體運動狀態(tài)變化的關(guān)系．力是改變物體運動狀態(tài)的原因，物體不受力將保持原來的靜止或勻速直線運動狀態(tài)．由于劈形物體A各面均光滑，所以小球B在水平方向上不受力作用，故小球B在水平方向上將保持“靜止”狀態(tài)，小球B由于在豎直方向上受到重力和物體A的支持力作用，運動狀態(tài)改變做豎直方向的運動．
【高清課程：牛頓第一定律 例4】
【變式3】做自由落體運動
23、的物體，如果下落過程中某時刻重力突然消失，物體的運動情況將是（ ）
A．懸浮在空中不動
B．速度逐漸減小
C．保持一定速度向下勻速直線運動
D．無法判斷
【答案】C
類型五、利用慣性解釋有關(guān)現(xiàn)象
例5、(2015 豐臺區(qū)二練)人在處于一定運動狀態(tài)的車廂內(nèi)豎直向上跳起，下列分析人的運動情況的選項中正確的是（ ）
A. 只有當車廂處于靜止狀態(tài)，人才會落回跳起點
B. 若車廂沿直線水平勻速前進，人將落在跳起點的后方
C. 若車廂沿直線水平加速前進，人將落在跳起點的后方
D. 若車廂沿直線水平減速前進，人將落在跳起點的后方
【答案】C
【解析】牛頓第一定律
24、：任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)，直到外力迫使它改變運動狀態(tài)為止。由上述內(nèi)容可知：人在處于一定運動狀態(tài)的車廂內(nèi)豎直向上跳起，廂處于靜止狀態(tài)或勻速運動，人都會落回跳起點，故A、B錯誤；若車廂沿直線水平加速前進，人將在水平方向上保持起跳時的速度，而車廂沿直線水平加速，在人下落過程中速度始終大于人的速度，因此人將落在跳起點的后方，故選C，D錯誤。
舉一反三
【變式1】一天下著傾盆大雨，某人乘坐列車時發(fā)現(xiàn)，車廂的雙層玻璃窗內(nèi)積水了．列車進站過程中(箭頭表示列車進站的方向)，他發(fā)現(xiàn)水面的形狀如圖所示中的( )
【答案】C
【解析】列車進站時剎車，速度減小，而水由于慣性仍要保持原來較大的速度，所以水向前涌，液面形狀和選項C中一致．
【變式2】從水平勻速向右飛行的飛機上按相等的時間間隔，依次放出a、b、c三個球，不考慮空氣阻力，站在地面上的人看到它在空中的排列情況是圖中的( )
【答案】B
【解析】飛機上釋放(非拋出)的球都具有與飛機相同的水平速度，在水平方向上，a、b、c三個球以相同的速度做勻速直線運動，故三個球一定在飛機的正下方，三球連線是一條豎直線．
高考物理必修知識點知識講解 牛頓第一定律
