2019-2020年高中物理教科版必修1教學(xué)案：第三章 第1節(jié) 牛頓第一定律(含解析).doc

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2019-2020年高中物理教科版必修1教學(xué)案：第三章 第1節(jié) 牛頓第一定律(含解析) 　　　　　　　　　　　　　　　　 1．力不是維持物體運動的原因，力是改變物體運 動狀態(tài)的原因。 2．一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。 3．一切物體都具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或 靜止狀態(tài)的性質(zhì)，叫慣性。 4．質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度。 一、從亞里士多德到伽利略 1．亞里士多德的觀點：地上的運動分為兩類 (1)天然運動：無須外力的幫助、自身就能實現(xiàn)，如氣、火等輕的東西向上運動，重的東西向下運動。 (2)受迫運動：必須依靠外力的不斷作用才能維持，外力消失，受迫運動就會停止，如拉小車，推桌子。 2．伽利略的研究 (1)理想實驗 如圖311所示，讓小球沿一個斜面從靜止狀態(tài)開始滾下，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?，減小右斜面的傾角，小球在這個斜面上仍達到同一高度，但這時它要滾得遠些，繼續(xù)減小右斜面的傾角，球達到同一高度時就會運動的更遠。于是他想到：若將右斜面放平，小球?qū)肋h運動下去。 圖311 (2)實驗結(jié)論：力不是維持物體運動的原因。 二、牛頓第一定律　慣性 1．牛頓第一定律 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．慣性與質(zhì)量 (1)慣性 物體保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)不變的性質(zhì)，任何物體都具有慣性。 (2)慣性的量度 質(zhì)量是慣性大小的唯一量度。 1．自主思考——判一判 (1)伽利略理想斜面實驗是不科學(xué)的假想實驗。() (2)理想實驗所得到的結(jié)論是不可靠的。() (3)伽利略的“理想實驗＋科學(xué)推論”的方法是一種科學(xué)方法。(√) (4)物體的運動并不需要力來維持，要改變物體的運動狀態(tài)，卻必須有力的作用。(√) (5)物體的速度越大，慣性越大。() (6)物體受力越大，慣性越大。() 2．合作探究——議一議 (1)日常生活中，我們有這樣的經(jīng)驗：馬拉車，車就前進，停止用力，車就停下來。是否有力作用在物體上物體才能運動呢？馬不拉車時，車為什么會停下來呢？ [提示]　不是。車之所以會停下來是因為受到阻力的作用。 (2)做自由落體運動的物體，如果下落過程中某時刻重力突然消失，物體將如何運動？ [提示]　重力消失后，物體將不受力，由牛頓第一定律知，物體將以重力消失時的速度做勻速直線運動。 對牛頓第一定律的理解 1．對牛頓第一定律的理解 (1)牛頓第一定律描述的是物體不受外力作用時的狀態(tài)，但不受力作用的物體是不存在的，因此一般認為與物體所受合外力為零是等效的。 (2)牛頓第一定律不是實驗定律，它是在實驗的基礎(chǔ)上利用邏輯思維對事實進行分析的產(chǎn)物，不可能用實驗直接驗證。 (3)牛頓第一定律只適用于慣性參考系中的運動，在非慣性參考系中不適用。(慣性參考系是指以相對地面靜止或勻速直線運動的物體作為參考系，簡稱慣性系) 2．牛頓第一定律的意義 (1)牛頓第一定律揭示了一切物體都具有保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)——慣性。 (2)牛頓第一定律正確揭示了力和運動的關(guān)系，糾正了力是維持物體運動的原因的錯誤觀點，明確指出了力是改變物體運動狀態(tài)的原因。 3．運動狀態(tài)變化的三種情況 (1)速度的方向不變，只有大小改變。 (2)速度的大小不變，只有方向改變。 (3)速度的大小和方向同時發(fā)生改變。 [典例]　(多選)關(guān)于牛頓第一定律的理解正確的是(　　) A．牛頓第一定律反映了物體不受外力的作用時的運動規(guī)律 B．不受外力作用時，物體的運動狀態(tài)保持不變 C．在水平地面上滑動的木塊最終停下來，是由于沒有外力維持木塊運動的結(jié)果 D．飛跑的運動員遇到障礙而被絆倒，這是因為他受到外力作用迫使他改變原來的運動狀態(tài) [解析]　牛頓第一定律描述了物體不受外力作用時的狀態(tài)，即總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)不變，A、B正確；牛頓第一定律還揭示了力和運動的關(guān)系，力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而不是維持物體運動狀態(tài)的原因，在水平地面上滑動的木塊最終停下來，是由于摩擦阻力的作用而改變了木塊的運動狀態(tài)，飛跑的運動員遇到障礙而被絆倒，是因為他受到外力作用而改變了運動狀態(tài)，C錯誤，D正確。 [答案]　ABD 牛頓第一定律巧應(yīng)用 (1)由“因”求“果”：在判斷力與運動之間的關(guān)系時，一定要把握準牛頓第一定律的含義，即力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而不是維持物體運動狀態(tài)的原因。 (2)由“果”索“因”：如果物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變，則物體必然受到不為零的合外力的作用，所以判斷物體的運動狀態(tài)是否改變以及如何改變，應(yīng)分析物體的受力情況。 (3)應(yīng)用步驟：應(yīng)用牛頓第一定律解釋有關(guān)現(xiàn)象時，一要看物體原來的運動狀態(tài)，二要看物體現(xiàn)在的受力情況及所受合力是否為零，最后判斷由于物體具有慣性將會出現(xiàn)的現(xiàn)象?！　　　? 1．(多選)由牛頓第一定律可知(　　) A．物體的運動是依靠慣性來維持的 B．力停止作用后，物體的運動就不能維持 C．物體做變速運動時，一定有外力作用 D．力是改變物體慣性的原因 解析：選AC　物體具有保持原來靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)的性質(zhì)叫做慣性，由于慣性的存在，物體才保持原來的運動狀態(tài)，A對。力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而不是維持物體運動的原因，B錯，C對。慣性是物體的固有屬性，力不能改變物體的慣性大小，D錯。 2．下列說法正確的是(　　) A．靜止或做勻速直線運動的物體，一定不受外力作用 B．當物體的速度等于零時，物體一定不受外力作用 C．當物體的速度發(fā)生變化時，物體一定受到了外力作用 D．當物體受到的合外力為零時，物體一定做勻速直線運動 解析：選C　靜止或做勻速直線運動的物體，處于平衡狀態(tài)，可以不受外力的作用或所受合力為零，故A、D錯誤；當物體的速度等于零時，它不一定處于平衡狀態(tài)，例如豎直上拋運動到最高點，故B錯誤；當物體的速度變化，即運動狀態(tài)發(fā)生變化時，它一定受到外力作用，故C正確。 對慣性的理解及應(yīng)用 1．慣性是物體的固有屬性，一切物體都具有慣性。 2．質(zhì)量是慣性大小的唯一量度。質(zhì)量越大，慣性越大。 3．慣性大小與物體運動狀態(tài)無關(guān)，與物體受力情況以及地理位置無關(guān)。 4．慣性的表現(xiàn) (1)不受力時，慣性表現(xiàn)為保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，有“惰性”的意思。 (2)受力時，慣性表現(xiàn)為運動狀態(tài)改變的難易程度。質(zhì)量越大，慣性越大，運動狀態(tài)越難以改變。 5．慣性與慣性定律的關(guān)系 慣性是物體的一種固有屬性，慣性定律是物體運動所遵守的一條規(guī)律，兩者是不同的。 1．關(guān)于物體的慣性，下述說法中正確的是(　　) A．運動速度大的物體不能很快地停下來，是因為物體速度越大，慣性也越大 B．靜止的火車啟動時，速度變化慢，是因為靜止的物體慣性大 C．乒乓球可以快速抽殺，是因為乒乓球慣性小 D．在宇宙飛船中的物體不存在慣性 解析：選C　慣性大小只與物體質(zhì)量有關(guān)，與物體的速度無關(guān)，故A錯誤；質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度，火車速度變化慢，表明它的慣性大，是因為它的質(zhì)量大，與是否靜止無關(guān)，故B錯誤；乒乓球能被快速抽殺，表明它的運動狀態(tài)容易發(fā)生改變，是因為它的慣性小，故C正確；一切物體在任何情況下都有慣性，故D錯誤。 2．關(guān)于物體的慣性，下列說法中正確的是(　　) A．射出槍膛的子彈在運動一段距離后連一件棉衣也穿不透，這表明它的慣性減小了 B．戰(zhàn)斗機在空戰(zhàn)時，甩掉副油箱是為了減小慣性，提高飛行的靈活性 C．用力推一個處在地面上的物體，沒有推動，原因是物體的慣性太大了 D．高速公路上要限速，是因為車速越大慣性越大 解析：選B　物體慣性大小是由質(zhì)量量度的，與速度大小無關(guān)，選項A、D錯誤；戰(zhàn)斗機甩掉副油箱后減小了質(zhì)量，減小了慣性，運動狀態(tài)易改變，提高了靈活性，選項B正確；推物體而物體不動是因為存在摩擦力，只要推力小于最大靜摩擦力，物體就不動，與物體的慣性大小無關(guān)，選項C錯誤。 3．如圖312所示，在勻速行駛的火車車廂內(nèi)，有一人從B點正上方相對車廂靜止釋放一個小球，不計空氣阻力，則小球(　　) 圖312 A．可能落在A處　　　 　B．一定落在B處 C．可能落在C處 D．以上都有可能 解析：選B　勻速行駛的火車車廂內(nèi)，相對車廂靜止釋放一個小球，由于慣性，小球在水平方向保持與車速相同的速度，因此在下落這段時間內(nèi)，水平位移相等，即落回到B點，故選B。 1．(多選)科學(xué)家關(guān)于物體運動的研究對樹立正確的自然觀具有重要作用。下列說法符合歷史事實的是(　　) A．亞里士多德認為，必須有力作用在物體上，物體的運動狀態(tài)才會改變 B．伽利略通過“理想實驗”得出結(jié)論：一旦物體具有某一速度，如果它不受力，它將以這一速度永遠運動下去 C．笛卡兒指出：如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運動，既不停下來也不偏離原來的方向 D．牛頓認為，物體具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì) 解析：選BCD　亞里士多德認為，必須有力作用在物體上，物體才能運動。伽利略認為力是改變物體運動狀態(tài)的原因，A錯誤。伽利略通過“理想實驗”得出結(jié)論，一旦物體具有某一速度，如果它不受力，它將以這一速度永遠運動下去，B正確。笛卡兒指出，如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運動，既不停下來也不偏離原來的方向，C正確。牛頓認為，物體具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)，D正確。 2．當作用在物體上的合外力不為零時(　　) A．物體的速度一定越來越大 B．物體的速度一定越來越小 C．物體的速度可能不變 D．物體的運動狀態(tài)一定變化 解析：選D　根據(jù)牛頓第一定律可得，力是改變物體運動狀態(tài)的原因，即如果物體受到的合力不為零，則物體的運動狀態(tài)一定會發(fā)生變化，D正確。 3.如圖1所示，冰壺在冰面運動時受到的阻力很小，可以在較長時間內(nèi)保持運動速度的大小和方向不變，我們可以說冰壺有較強的抵抗運動狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”。這里所指的“本領(lǐng)”是冰壺的慣性，則慣性的大小取決于(　　) 圖1 A．冰壺的速度　　　　　 　B．冰壺的質(zhì)量 C．冰壺受到的推力 D．冰壺受到的阻力 解析：選B　物體慣性的大小取決于物體的質(zhì)量，B正確。 4．關(guān)于牛頓第一定律，下列說法中正確的是(　　) A．牛頓第一定律是在伽利略“理想實驗”的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的 B．不受力作用的物體是不存在的，故牛頓第一定律的建立毫無意義 C．牛頓第一定律表明，物體只有在不受外力作用時才具有慣性 D．牛頓第一定律表明，物體只有在靜止或做勻速直線運動時才具有慣性 解析：選A　牛頓第一定律是在伽利略“理想實驗”的基礎(chǔ)上經(jīng)過抽象、加工、推理后總結(jié)出來的，A正確；雖然不受力作用的物體是不存在的，但是它與受合外力為零是等效的，故牛頓第一定律仍有實際意義，B錯誤；物體的慣性是物體本身的屬性，與物體是否受外力無關(guān)，與物體靜止還是勻速直線運動無關(guān)，C、D錯誤。 5．火車在平直軌道上做勻速直線運動，在密封的、沒有空氣流動的車廂內(nèi)點燃了一支衛(wèi)生香，則車里乘客看到衛(wèi)生香所冒出的煙的運動情況應(yīng)是(　　) A．一邊上升一邊向前飄 B．一邊上升一邊向后飄 C．只是上升不向任何一邊飄 D．無法確定 解析：選C　衛(wèi)生香所冒出的煙由于慣性而保持與車廂相同的水平速度，故C正確。 6．月球表面上的重力加速度為地球表面上的重力加速度的，同一個飛行器在月球表面上時與在地球表面上時相比較(　　) A．慣性減小為在地球上的，重力不變 B．慣性和重力減小為在地球上的 C．慣性不變，重力減小為在地球上的 D．慣性和重力都不變 解析：選C　物體的慣性大小僅與物體的質(zhì)量大小有關(guān)，因質(zhì)量是恒量，同一物體的質(zhì)量與它所在位置及運動狀態(tài)無關(guān)，所以這個飛行器從地球到月球，其慣性大小不變，物體的重力是個變量，這個飛行器在月球表面上的重力為G月＝mg月＝m＝。 7．下列說法中正確的是(　　) A．慣性是物體只有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保持勻速直線運動狀態(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；受到外力作用時，不能保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，因此無慣性 D．慣性是物體的屬性，與物體的運動狀態(tài)和是否受力均無關(guān) 解析：選D　慣性是物體的固有屬性，與物體的運動狀態(tài)和受力情況無關(guān)，故只有D正確。 8.如圖2所示，一個劈形物體A，各面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在上表面上放一光滑的小球B，劈形物體A從靜止開始釋放，則小球在碰到斜面前的運動軌跡是(　　) 圖2 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 解析：選B　小球原來靜止時受重力和支持力作用，其合力為零。當劈形物體A由靜止釋放，A應(yīng)沿斜面下滑，故B也將運動，運動狀態(tài)就要發(fā)生改變，但由于慣性，小球原來速度為零，沒有水平或其他方向上的速度，而小球又光滑，除豎直方向可以有力外，其他方向上不受力，因為力是使物體運動狀態(tài)改變的原因，故小球只能在豎直方向上運動，在碰到斜面之前，運動軌跡應(yīng)為一條直線，即豎直向下的直線。 9．(多選)在公路上甲、乙兩車相撞，發(fā)生了一起車禍，甲車司機的前胸受傷，乙車司機的后背受傷，則這起車禍可能出現(xiàn)的情況是(　　) A．兩車同向運動，甲車在前，乙車在后，乙車撞上甲車 B．兩車同向運動，乙車在前，甲車在后，甲車撞上乙車 C．乙車司機在前開倒車，甲車在乙車的后面向乙車運動，撞上了乙車 D．兩車相向運動，來不及剎車，互相撞上了 解析：選BC　根據(jù)慣性定律，同向時，乙在后撞上甲，肯定是乙前胸受傷，跟題意不符，A錯；同向時乙在前，甲撞上乙，根據(jù)慣性定律，則甲前胸受傷，B正確；乙司機倒車，甲從后面撞上，因此甲由于慣性向前撲，所以前胸受傷，乙由于慣性上身向后，所以后背受傷，C正確；兩車相向運動，兩者都應(yīng)該前胸受傷，D錯。 10. (多選)同學(xué)們到中國科技館參觀，看到了一個有趣的科學(xué)實驗：如圖3所示，一輛小火車在平直軌道上勻速行駛，當火車將要從“∩”形框架的下方通過時，突然從火車頂部的小孔中向上彈出一小球，該小球越過框架后，又與通過框架的火車相遇，并恰好落回原來的孔中，下列說法中正確的是(　　) 圖3 A．相對于地面，小球運動的軌跡是直線 B．相對于地面，小球運動的軌跡是曲線 C．小球能落回小孔是因為小球在空中運動的過程中受到水平向前的力 D．小球能落回小孔是因為小球具有慣性，在水平方向保持與火車相同的速度 解析：選BD　相對于地面，小球豎直方向做豎直上拋運動，水平方向做勻速運動，軌跡是曲線，A錯誤B正確；能落回小孔是因為小球具有慣性，在水平方向保持與火車相同的速度，故C錯誤D正確。 11．有一儀器的電路如圖4所示，其中M是質(zhì)量較大的金屬塊，將儀器固定在一輛汽車上，汽車啟動和剎車時，發(fā)現(xiàn)其中一盞燈亮了，試分析是哪一盞燈亮了。 圖4 解析：當汽車啟動時，其速度由零變大，而金屬塊由于慣性將保持原來的靜止狀態(tài)，從而使綠燈所在的電路被接通。當汽車剎車時，汽車的速度變小，而金屬塊由于慣性要保持原來的速度，從而使紅燈所在的電路被接通。當汽車勻速行駛時，彈簧將使金屬塊復(fù)位，電路切斷，兩燈均不亮。 答案：當汽車啟動時，綠燈亮；當汽車剎車時，紅燈亮 12.如圖5所示，有一旅游愛好者，想做環(huán)球旅行。他設(shè)想乘坐一氣球?qū)⒆约簯腋≡诟呖罩校驗榈厍蛟谧赞D(zhuǎn)，所以他只要在空中停留一天，就可以環(huán)球旅行一次了。你認為這個旅游愛好者的想法能實現(xiàn)嗎？為什么？ 圖5 解析：因為地球上的一切物體，包括地球周圍的大氣都隨著地球自轉(zhuǎn)而一起運動著，人乘著氣球升空后。由于慣性，仍保持原來的速度隨地球、大氣一起運動，不計其他與地球有相對運動(如風)的物體產(chǎn)生的影響，升空的氣球與其下方的地面保持相對靜止，他不可能一天相對地球繞行一周，所以不能實現(xiàn)。 答案：見解析