2018-2019高中物理 第5章 研究力和運動的關(guān)系 5.1 牛頓第一定律學(xué)案 滬科版必修1.doc

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5．1　牛頓第一定律 [目標(biāo)定位]　1.知道關(guān)于運動和力的兩種對立的觀點.2.知道伽利略的理想實驗及其推理過程，知道理想實驗是科學(xué)研究的重要方法.3.理解牛頓第一定律的內(nèi)容及意義.4.理解慣性的概念，會解釋有關(guān)的慣性現(xiàn)象． 一、伽利略的實驗和牛頓的總結(jié) [問題設(shè)計] 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？ 答案　不是．車之所以會停下來是因為受到阻力的作用． 2．閱讀課本“重新習(xí)慣地球上的生活”部分后請思考：如果沒有摩擦阻力，也不受其他任何力的作用，水平面上運動的物體會怎樣？ 答案　如果沒有摩擦阻力，也不受其他任何力，水平面上運動的物體將保持這個速度永遠運動下去． 3．伽利略是如何由理想實驗得出結(jié)論的？ 答案　理想實驗再現(xiàn)：如圖甲所示，讓小球沿一個斜面由靜止?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绻麥p小第二個斜面的傾斜角度，如圖乙所示，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，如圖丙所示，使它最終成為水平面，小球就再也達不到原來的高度，而將沿水平面以恒定的速度永遠運動下去． [要點提煉] 1．關(guān)于力和運動的兩種對立的觀點 (1)亞里士多德的觀點：力是維持運動的原因，這種錯誤的觀點統(tǒng)治了人們的思維近兩千年． (2)伽利略的觀點(伽利略第一次提出)：力不是維持運動的原因，它只是使物體加速或減速的原因． 2．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?fàn)顟B(tài)，直到外力迫使它改變運動狀態(tài)為止． 3．對牛頓第一定律的理解 (1)定性說明了力和運動的關(guān)系． ①說明了物體不受外力時的運動狀態(tài)：勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)． ②說明力是改變物體運動狀態(tài)即產(chǎn)生加速度的原因． (2)揭示了一切物體都具有的一種固有屬性——慣性．因此牛頓第一定律也叫慣性定律． 4．物體運動狀態(tài)的變化即物體運動速度的變化，有以下三種情況： (1)速度的方向不變，只有大小改變．(物體做直線運動) (2)速度的大小不變，只有方向改變．(物體做曲線運動) (3)速度的大小和方向同時發(fā)生改變．(物體做曲線運動) 二、慣性有大小嗎？ [問題設(shè)計] 坐在公共汽車?yán)锏娜?，?dāng)車突然啟動時，有什么感覺？當(dāng)運動的汽車突然停止時，又有什么感覺？解釋上述現(xiàn)象． 答案　當(dāng)汽車突然啟動時，人身體后傾．當(dāng)汽車突然停止時，人身體前傾．這是因為人具有慣性，原來人和車一起保持靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)車突然啟動時，人的身體下部隨車運動了，但身體上部由于慣性保持原來的靜止?fàn)顟B(tài)，所以會向后傾；原來人和車一起運動，當(dāng)車突然停止時，人的身體下部隨車停止了，但身體上部由于慣性保持原來的運動狀態(tài)，故向前傾． [要點提煉] 1．慣性：物體保持勻速直線運動或靜止?fàn)顟B(tài)的特性，叫做慣性． 2．慣性是物體的固有屬性，一切物體都具有慣性． 3．質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度，質(zhì)量越大，慣性越大． 4．慣性與力的關(guān)系 (1)慣性不是力，而是物體本身固有的一種屬性，因此物體“受到了慣性作用”、“產(chǎn)生了慣性”、“受到慣性力”等說法都是錯誤的． (2)力是改變物體運動狀態(tài)的原因．慣性是維持物體運動狀態(tài)的原因． 5．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?fàn)顟B(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)越難改變． [延伸思考] 人能推動冰面上的重箱子，用同樣的力卻推不動粗糙地面上不太重的箱子，是不是冰面上的重箱子慣性小于粗糙地面上不太重的箱子呢？為什么？ 答案　不是．質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度，重箱子的慣性大于輕箱子的慣性．判斷物體慣性的大小應(yīng)在相同情況下比較，比如用同樣的力推都處于冰面上或都處于粗糙地面上質(zhì)量不同的物體，比較哪個物體的運動狀態(tài)更容易改變． 一、對伽利略理想實驗的認識 例1　理想實驗有時能更深刻地反映自然規(guī)律．伽利略設(shè)計了一個如圖1所示的理想實驗，他的設(shè)想步驟如下： 圖1 ①減小第二個斜面的傾角，小球在這個斜面上仍然要達到原來的高度；②兩個對接的斜面，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球?qū)L上另一個斜面；③如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫诺母叨?；④繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，最后使它成為水平面，小球?qū)⒀厮矫孀龀掷m(xù)的勻速運動． 請將上述理想實驗的設(shè)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(shè)想步驟中，有的屬于可靠的事實，有的則是理想化的推論．下列有關(guān)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 解析　本題是在可靠事實的基礎(chǔ)上進行合理的推理，將實驗理想化，并符合物理規(guī)律，得到正確的結(jié)論．而②是可靠事實，因此放在第一步，③、①是在斜面上無摩擦的設(shè)想，最后推導(dǎo)出水平面上的理想實驗④.因此正確順序是②③①④. 答案?、冖邰佗堋 二、對牛頓第一定律的理解 例2　(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　物體具有保持原來靜止?fàn)顟B(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． 答案　AC 針對訓(xùn)練　如圖2所示，小球A靜止放在小車的光滑底板上(設(shè)小車底板足夠長)，當(dāng)小車受到水平向右的力F作用時，小車從靜止開始在水平面上做加速直線運動，則小球A相對于地的運動情況(　　) 圖2 A．做勻速直線運動 B．處于靜止?fàn)顟B(tài) C．做與小車同方向速度越來越大的直線運動 D．做與小車反方向速度越來越大的直線運動 答案　B 解析　對小球受力分析可知，車內(nèi)的小球只受豎直方向的重力和支持力，這兩個力是一對平衡力，小球所受合外力為零，所以無論車廂如何運動，小球相對于地面仍然處于靜止?fàn)顟B(tài)，B正確． 三、慣性的理解 例3　關(guān)于物體的慣性，下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．物體抵抗運動狀態(tài)變化的性質(zhì)是慣性 B．已知月球上的重力加速度是地球上的，故一個物體從地球移到月球慣性減小為原來的 C．同一物體運動越快越難停止運動，說明物體的速度越大，其慣性越大 D．由于巨輪慣性很大，施力于巨輪，經(jīng)過很長一段時間后慣性變小 答案　A 解析　慣性是指物體具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，所以物體抵抗運動狀態(tài)變化的性質(zhì)是慣性，其大小和物體的質(zhì)量有關(guān)系，與物體的運動狀態(tài)及是否受力無關(guān)，A正確，C、D錯誤；在月球上和在地球上，重力加速度的大小不一樣，所受的重力大小也就不一樣了，但質(zhì)量不變，慣性也不變，B錯誤． 1．(對伽利略理想實驗的認識)(多選)關(guān)于伽利略的理想實驗，下列說法正確的是(　　) A．只要接觸面摩擦相當(dāng)小，物體在水平面上就能勻速運動下去 B．這個實驗實際上是永遠無法做到的 C．使用氣墊導(dǎo)軌，就能使實驗成功 D．雖然是想象中的實驗，但是它建立在可靠的實驗基礎(chǔ)上 答案　BD 解析　只要接觸面摩擦存在，物體就受到摩擦力的作用，物體在水平面上就不能勻速運動下去，故A錯誤．沒有摩擦是不可能的，這個實驗實際上是永遠無法做到的，故B正確．若使用氣墊導(dǎo)軌進行理想實驗，可以提高實驗精度，但是仍然存在摩擦力，故C錯誤；雖然是想象中的實驗，但是它建立在可靠的實驗基礎(chǔ)上，故D正確． 2．(對牛頓第一定律的理解)(多選)關(guān)于牛頓第一定律的理解正確的是(　　) A．不受外力作用時，物體的運動狀態(tài)保持不變 B．物體做變速運動時，一定受外力作用 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，由于遇到障礙而被絆倒，這是因為他受到外力作用迫使他改變原來的運動狀態(tài) 答案　ABD 解析　牛頓第一定律描述的是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?fàn)顟B(tài)不變，A正確；牛頓第一定律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．物體做變速運動說明運動狀態(tài)在改變，B正確．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迫使他改變了原來的運動狀態(tài)，C錯誤，D正確． 3．(力與運動的關(guān)系)某人用力推一下原來靜止在水平面上的小車，小車便開始運動，以后改用較小的力就可以維持小車做勻速直線運動，可見(　　) A．力是維持物體速度不變的原因 B．力是維持物體運動的原因 C．力是改變物體慣性的原因 D．力是改變物體運動狀態(tài)的原因 答案　D 解析　力是改變物體運動狀態(tài)的原因，小車原來靜止，在力的作用下小車開始運動，是力使其運動狀態(tài)發(fā)生了改變．用較小的力就能使小車做勻速直線運動是推力與摩擦力的合力為零的緣故． 4．(對慣性的理解)物體具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)稱為慣性．下列有關(guān)慣性的說法中，正確的是(　　) A．乘坐汽車時系好安全帶可減小慣性 B．運動員跑得越快慣性越大 C．宇宙飛船在太空中也有慣性 D．汽車在剎車時才有慣性 答案　C 解析　乘坐汽車時系好安全帶，不是可以減小慣性，而是在緊急剎車時可以防止人由于慣性的作用飛離座椅，所以A錯誤；質(zhì)量是物體慣性大小的惟一量度，與物體的速度的大小無關(guān)，所以B、D錯誤；一切物體都有慣性，在太空中宇宙飛船的質(zhì)量是不變的，所以其慣性也不變，所以C正確． 題組一　伽利略的理想實驗 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：一旦物體具有一定的速度，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?fàn)顟B(tài)的性質(zhì) 答案　BCD 解析　亞里士多德認為物體的運動需要力來維持，A錯誤；伽利略通過“理想實驗”得出：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；由牛頓第一定律知，D正確． 2．(多選)如圖1是伽利略的“理想實驗”，根據(jù)該實驗下列說法正確的是(　　) 圖1 A．該實驗為牛頓第一定律的提出提供了有力的實驗依據(jù) B．該實驗是理想實驗，是在思維中進行的，無真實的實驗基礎(chǔ)，故其結(jié)果并不可信 C．該實驗充分證實了亞里士多德“力是維持物體運動的原因”的結(jié)論 D．該實驗是說明了物體的運動不需要力來維持 答案　AD 解析　該實驗為牛頓第一定律的提出提供了有力的實驗依據(jù)，故A正確．雖然是想象中的實驗，但是它建立在可靠的實驗基礎(chǔ)上，其結(jié)果是可信的，故B錯誤．伽利略由此推翻了亞里士多德的觀點，認為力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因，故C錯誤．該實驗是說明了物體的運動不需要力來維持，故D正確． 3．伽利略的理想斜面實驗的意義是(　　) A．證明了力不是維持物體運動的原因 B．證明了力是維持物體運動的原因 C．證明小球總能滾到另一斜面上的同一高度 D．證明小球總能在水平面上做勻速直線運動 答案　A 解析　伽利略的理想斜面實驗證明力不是維持物體運動的原因，沒有力作用的物體能保持原來的運動狀態(tài)，故A正確，B錯誤．伽利略的理想斜面實驗證明了運動的物體具有慣性，故C、D錯誤． 題組二　對牛頓第一定律的理解 4．下列說法正確的是(　　) A．牛頓第一定律是科學(xué)家憑空想象出來的，沒有實驗依據(jù) B．牛頓第一定律無法用實驗直接驗證，因此是不成立的 C．理想實驗的思維方法與質(zhì)點概念的建立一樣，都是一種科學(xué)抽象的思維方法 D．由牛頓第一定律可知，靜止的物體一定不受外力作用 答案　C 解析　牛頓第一定律是在理想實驗的基礎(chǔ)上經(jīng)過合理歸納總結(jié)出來的，雖無法用實驗來直接驗證，但它是成立的，故A、B錯誤；理想實驗的思維方法與質(zhì)點概念的建立相同，都是突出主要因素、忽略次要因素的科學(xué)抽象的思維方法，故C正確；物體靜止時不受外力或合力為零，故D錯誤． 5．(多選)下列物理現(xiàn)象中，可以用牛頓第一定律解釋的是(　　) A．必須有力作用在物體上，物體才能運動，沒有力的作用，物體就要靜止下來 B．物體如果向正北方向運動，其受外力方向必須指向正北 C．如果沒有外力作用，運動的物體將繼續(xù)以同一速度沿著一條直線運動，既不會停下來，也不會偏離原來的方向 D．力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因 答案　CD 解析　一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)不變，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止．沒有外力作用時，物體可以做勻速直線運動，不一定靜止，故A錯誤；物體向正北方向做勻速直線運動時，可以不受外力，當(dāng)有向正北方向力的作用時，它向正北運動的速度會變大，當(dāng)有向正南方向力的作用時，它向正北運動的速度會減小，但仍可以向正北方向運動，B錯誤；C、D兩種說法均符合牛頓第一定律，C、D正確． 6．如圖2所示，桌面上有一上表面光滑的木塊，木塊上有一小球，快速向右拉動木塊，小球的位置可能落在桌面上的哪點(　　) 圖2 A．A點 B．B點 C．O點 D．無法確定 答案　C 解析　小球在水平方向上不受摩擦力的作用，水平方向運動狀態(tài)不變，在重力的作用下，小球落在O點，故選C. 7．如圖3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)，兩個小球隨車一起運動，當(dāng)車突然停止運動時，若不考慮其他阻力，則兩個小球(　　) 圖3 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，因此兩小球在水平方向上沒有受到外力的作用．原來兩個小球與小車具有相同的速度，當(dāng)車突然停止運動時，由于慣性，兩個小球的速度不變，所以不會相碰． 8. 如圖4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4 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　小球原來靜止時受重力和支持力作用，其合力為零．當(dāng)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，除豎直方向有合力外，其他方向上沒有合力，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． 題組三　對慣性的理解 9．下列關(guān)于慣性的說法正確的是(　　) A．質(zhì)量越大，物體的慣性越大 B．物體的運動狀態(tài)改變了，則慣性大小隨之變化 C．慣性是物體在勻速直線運動或靜止時才表現(xiàn)出來的性質(zhì) D．由于子彈的速度越大，其殺傷力就越大，所以子彈的慣性大小與其速度大小有關(guān) 答案　A 解析　物體在任何狀態(tài)下均有慣性，并且物體的慣性大小只與質(zhì)量有關(guān)，和物體的速度無關(guān)，A正確，B、C、D錯誤． 10．對下列現(xiàn)象解釋正確的是(　　) A．在一定拉力的作用下，車沿水平面勻速前進，沒有這個拉力，小車就會停下來，所以力是維持物體運動狀態(tài)的原因 B．向上拋出的物體由于慣性，所以向上運動，以后由于重力作用，慣性變小，所以速度也越來越小 C．急剎車時，車上的乘客由于慣性一樣大，所以都會向前傾倒 D．質(zhì)量大的物體運動狀態(tài)不容易改變，是由于物體的質(zhì)量越大，慣性越大 答案　D 解析　力是改變物體運動狀態(tài)的原因，不是維持物體運動狀態(tài)的原因，A錯．慣性僅由物體的質(zhì)量大小決定，與受力無關(guān)，B錯，D對．車上的乘客質(zhì)量不一樣，故慣性也不一樣大，C錯． 11．關(guān)于慣性，下列說法正確的是(　　) A．物體自由下落時，速度越來越大，所以物體的慣性消失 B．物體被上拋后，速度越來越小，是因為物體具有的慣性越來越大 C．質(zhì)量相同的物體，速度較大的慣性一定大 D．質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度，慣性與速度及物體的受力情況無關(guān) 答案　D 解析　質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度，物體的慣性與速度及受力情況無關(guān)，故A、B、C錯誤，D正確． 12．(多選)小軒很喜歡爸爸新買的數(shù)碼照相機，在旅途中拍下了火車內(nèi)桌面上塑料杯瞬間的不同狀態(tài)，如圖5中的甲、乙、丙所示．則下列關(guān)于火車運動狀態(tài)的判斷可能正確的是(　　) 圖5 A．甲圖中火車在勻速運動，乙圖中火車突然向左加速，丙圖中火車突然向左減速 B．甲圖中火車在勻速運動，乙圖中火車突然向右加速，丙圖中火車突然向左加速 C．甲圖中火車在勻速運動，乙圖中火車突然向右減速，丙圖中火車突然向右加速 D．甲圖中火車在勻速運動，乙圖中火車突然向左加速，丙圖中火車突然向右減速 答案　AC 解析　題圖甲中，塑料杯相對于桌面的位置沒有發(fā)生改變，因此它們的運動狀態(tài)是相同的，說明此時在勻速運動，題圖乙中，塑料杯向右傾倒，說明火車突然向左加速(或向右減速)，因為，火車突然向左加速時，塑料杯的下部由于摩擦也隨著加速，而上部由于慣性仍保持原來的運動狀態(tài)，所以才會向右傾倒，火車向右減速時的情形也可用類似的方法解釋；題圖丙中，塑料杯向左傾倒，說明火車突然向左減速(或向右加速)，因為，火車突然向左減速時，塑料杯的下部由于摩擦也隨著減速，而上部由于慣性仍保持原來的運動狀態(tài)，所以才會向左傾倒，火車向右加速時的情形也可用類似的方法解釋，所以，題圖甲中火車在勻速運動，題圖乙中火車突然向左加速(或向右減速)，題圖丙中火車突然向左減速(或向右加速)，選項A、C正確． 13．(多選)下面是摘自上個世紀(jì)美國報紙上的一篇小文章：阿波羅登月火箭在脫離地球飛向月球的過程中，飛船內(nèi)宇航員通過無線電與在家中上小學(xué)的兒子湯姆通話．宇航員：“湯姆，我們現(xiàn)在已關(guān)閉火箭上所有發(fā)動機，正向月球飛去．”湯姆：“你們關(guān)閉了所有發(fā)動機，那么靠什么力量推動火箭向前運動？”宇航員猶豫了半天，說：“我想大概是伽利略在推動火箭向前運動吧．”若不計星球?qū)鸺淖饔昧Γ缮鲜霾牧峡芍铝姓f法正確的是(　　) A．湯姆問話所體現(xiàn)的物理思想是“力是維持物體運動的原因” B．宇航員答話所體現(xiàn)的物理思想是“力是維持物體運動的原因” C．宇航員答話所體現(xiàn)的物理思想是“物體運動不需要力來維持” D．宇航員答話的真實意思是火箭正在依靠慣性飛行 答案　ACD