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高中物理必修一素養提升學案
第四章 運動和力的關系
第1節 牛頓第一定律
【課標解讀】
1. 通過對力與運動關系認識簡史的回顧，知道理想實驗的科學推理方法及其意義。
2. 理解牛頓第一定律的內容和意義，知道它是邏輯推理的結果，解釋生活中的有關現象。
3. 通過生活實例理解慣性的概念，知道質量是慣性大小的唯一量度．
【情景探究】
情境一、用力推動放在桌上的課本，觀察現象，思考運動與力的關系？
思考：閱讀課本79—80頁內容，總結四位科學家在研究力和運動關系的過程中各自的觀點，思考亞里士多德和伽利略支持自己觀點的依據。
【理想實驗的魅力】
1、根據下圖敘述一下伽利略的理想斜面實驗，在伽利略的斜面實驗的各個過程中，哪些可以通過實驗完成？哪些是推理得出的？
2、伽利略的實驗被稱為“理想實驗”的兩個原因是什么？
3、“理想實驗” 可以通過實踐檢驗嗎？它有價值嗎？
例題1、遠在春秋戰國時期，我國杰出學者墨子認為：“力，刑之所以奮也”．“刑”同“形”，即物體；“奮”，即開始運動或運動加快，對墨子這句關于力和運動觀點的理解，下列說法不正確的是(　　)
A． 墨子認為力是改變物體運動狀態的原因
B． 墨子認為力是使物體產生加速度的原因
C． 此觀點與亞里士多德關于力和運動的觀點基本相同
D． 此觀點與牛頓關于力和運動的觀點基本相同
【答案】ABD
例題2、(多選)伽利略是意大利物理學家和天文學家，他在研究工作中，開科學實驗之先河，奠定了現代科學的基礎．他完成了兩個有名的斜面實驗．一個實驗如圖甲所示，他讓一個小銅球從阻力很小(忽略)的斜面上從靜止開始滾下，且做了上百次．另一個實驗如圖乙所示，讓小球從一個斜面靜止滾下，再滾到另一個斜面．假定斜面光滑時，小球下落的高度和上升的高度一樣．關于這兩個實驗，下列說法正確的是(　　)
A． 圖甲的實驗是伽利略研究自由落體運動時采用的方法，圖乙是伽利略探究守恒量時采用的方法
B． 圖乙是理想實驗，該實驗說明：一旦物體具有某一速度，如果它不受力，就將以這一速度永遠運動下去
C． 在圖甲中，伽利略設想，斜面的傾角越接近90°，小球沿斜面滾下的運動越接近自由落體運動，物體通過的位移與時間成正比
D． 伽利略通過數學運算得出結論：如果物體的初速度為0，而且速度隨時間均勻變化，則物體通過的位移與時間的平方成正比，物體做勻加速直線運動，伽利略認為，圖甲的小球都做勻加速直線運動，自由落體運動也是勻加速直線運動
【答案】D
【牛頓第一定律】
情境二、如圖所示，冰壺在冰面上的運動。如果摩擦阻力比較大，冰壺很快停下來；如果摩擦阻力很小，冰壺能滑得很遠；如果摩擦阻力為零，冰壺將永遠運動下去。
1、請結合上述現象閱讀教材相關內容，復述牛頓第一定律的內容，并說一說“總保持”“除非”和“一切物體”的含義？
2、牛頓第一定律內容中第一句和第二句分別揭示了哪兩種情況下力與運動的關系？
3、高中教材比初中教材多了“除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態”，可見牛頓從動力學角度定義了力的概念，力的動力學概念是什么？
思考：牛頓第一定律除了部分地表述了力與運動的規律以外，還隱含了什么？
【慣性與質量】
情境三、請結合下列情境思考什么是慣性？慣性與那些因素有關
提起物理教科書，用最大力氣吹垂下的封面；用手提起封面，用最大力氣吹垂下的書．
(1)你觀察到了什么現象？這個現象說明物體慣性的大小和質量之間有什么關系？
(2)請說出幾個熟悉的慣性現象的例子，并用所學知識解釋
例題3、關于牛頓第一定律，下列說法正確的是（　　）
A．牛頓第一定律是牛頓想象出來的，沒有實驗依據
B．牛頓第一定律只適用于不受外力或所受合外力為零的物體
C．理想實驗的思維方法與質點概念的建立一樣，都是一種科學抽象的思維方法
D．由牛頓第一定律可知，只有不受外力的物體才具有保持原來運動狀態的性質
【答案】BC
例題4、打水漂是人類最古老的游戲之一(如圖)，僅需要一塊小瓦片，在手上呈水平放置后，用力水平拋出，瓦片擦著水面飛行，瓦片不斷地在水面上向前彈跳，直至下沉．下列判斷正確的是(　　)
A． 飛出時的初速度越大，瓦片的慣性一定越大
B． 飛行時所用時間越長，瓦片的慣性一定越大
C． 飛出去的距離越長，瓦片的慣性一定越大
D． 瓦片的質量越大，慣性一定越大
【答案】D
【總結歸納】
一、四位科學家的觀點與研究
1.亞里士多德的觀點
亞里士多德從日常生活經驗出發:必須有力作用在物體上,物體才能運動;沒有力的作用,物體就要靜止在某個地方,他得出結論,力是維持物體運動的原因。
2.伽利略的研究
(1)伽利略認為,運動的物體之所以會停下來是因為摩擦力的作用。
(2)理想斜面實驗:如圖所示,讓靜止的小球從第一個斜面滾下,沖上第二個斜面,如果沒有摩擦,小球將上升到原來的高度。減小第二個斜面的傾角,小球運動的距離增大,但所到達的高度相同。當第二個斜面放平,小球將永遠運動下去。
(3)推理結論:力不是(填“是”或“不是”)維持物體運動的原因。
(4)意義:伽利略的理想實驗的本質是想象著把實際中存在、影響物體運動的摩擦力去掉,抓住事物的本質。這種依據邏輯推理把實際實驗理想化的思想也是研究物理問題的重要方法之一。
伽利略第一次確定了物理實驗在物理研究中的基礎地位。
3.笛卡兒的觀點:如果運動中的物體沒有受到力的作用,它將繼續以同一速度沿同一直線運動,既不會停下來,也不會偏離原來的方向。
4.牛頓在伽利略等人工作的基礎上得出牛頓第一定律。伽利略理想斜面實驗為牛頓第一定律提供了實驗依據。
二、牛頓第一定律
1.牛頓第一定律的內容:一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態,除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態。
說明:運動狀態改變即速度發生變化,有三種情況:
(1)速度的方向不變,大小改變。
(2)速度的大小不變,方向改變。
(3)速度的大小和方向同時改變。
2.對牛頓第一定律的理解
(1)定性揭示了力和運動的關系:
①力是改變物體運動狀態的原因,而不是維持物體運動的原因。
②物體不受外力時的運動狀態:勻速直線運動狀態或靜止狀態。
(2)牛頓第一定律無法用實驗直接驗證,它所描述的是一種理想狀態,即不受外力的狀態,但其得到的一切結論經過實踐證明都是正確的。
(3)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。
三、慣性與質量
1.慣性:物體保持原來勻速直線運動狀態或靜止狀態的性質叫作慣性。慣性是物體固有的,一切物體都有慣性。
2.物體慣性大小僅與質量有關,質量是物體慣性大小的唯一量度,慣性大小與物體是否運動、運動快慢等因素無關(填“有關”或“無關”)。
【針對性訓練】
(2023·湖州市高一期末)用理想斜面實驗推翻“力是維持物體運動的原因”觀點的科學家是 (　　)
A.牛頓 B.伽利略
C.亞里士多德 D.笛卡兒
答案　B
解析　伽利略利用理想斜面實驗推翻“力是維持物體運動的原因”觀點,故選B。
2.(2023·怒江高一期末)下列說法符合物理學史的是 (　　)
A.亞里士多德認為,力不是維持物體運動的原因
B.伽利略通過理想實驗得出:力是維持物體運動的原因
C.伽利略的理想實驗毫無依據是憑空想象出來的
D.牛頓第一定律是利用邏輯思維對事實進行分析的產物,不可能直接用實驗驗證
答案　D
解析　亞里士多德認為,力是維持物體運動的原因,伽利略通過理想實驗得出,力不是維持物體運動的原因,而是改變物體運動狀態的原因,選項A、B錯誤;伽利略的理想實驗是建立在實驗的基礎上通過邏輯推理得出來的,不是毫無依據憑空想象出來的,選項C錯誤;牛頓第一定律是利用邏輯思維對事實進行分析的產物,不可能直接用實驗驗證,選項D正確。
3、下列說法正確的是
A. 速度越大,物體的慣性越大。
B. 受力越大,物體的慣性越小。
C. 物體從豎直向上運動的氣球上掉落后,立即向下運動
D. 飛機在投入戰斗時有時要拋掉副油箱是為了減小慣性。
3 .答案 D
4.　(2024·北京市延慶區高一期末)伽利略曾設計過一個斜面實驗:讓小球沿一個斜面從靜止開始向下運動,小球將“沖”上另一個斜面;減小第二個斜面的傾角,重復實驗,直至斜面最終變為水平。如圖是現代所做的伽利略斜面實驗的頻閃照片。關于小球在斜面上的運動說法正確的是 (　　)
A.小球在第二個斜面上運動越來越慢,主要是摩擦作用的影響
B.該實驗說明了物體的運動不需要力來維持
C.該實驗完全是理想實驗,是在思維中進行的,無真實的實驗基礎
D.該實驗證明了力是維持物體運動的原因
4 答案　B
解析　小球在斜面上運動越來越慢,主要是重力作用的影響,摩擦作用影響很小,故A錯誤;該實驗說明了物體的運動不需要力來維持,故B正確,D錯誤;該理想實驗是以斜面實驗真實的實驗為基礎,再通過合理邏輯推理得到的結果,故C錯誤。
5、 (2023·濟寧市高一期中)正在加速滑行的雪橇,如果所受外力突然消失,則雪橇 (　　)
A.速度越來越快
B.速度越來越慢,最后停下來
C.立刻保持靜止
D.做勻速直線運動
5. 答案　D
解析　正在加速滑行的雪橇,如果所受外力突然消失,則雪橇做勻速直線運動。故選D。
6. 　(2024·大理市高一期末)下列說法正確的是 (　　)
A.路面結冰后汽車不容易停下來,是因為結冰的路面使汽車慣性增大
B.汽車速度快時不容易停下來,是因為汽車速度越大其慣性越大
C.超載的汽車不容易停下來,是因為超載的汽車慣性較大
D.汽車停止運動時,因為沒有速度,因此也就沒有慣性
6 答案　C
解析　物體的慣性由質量決定,與速度、物體是否運動及路面的情況都沒有關系,故A、B、D錯誤,C正確。
7.　如圖所示,要將卡在球筒中的羽毛球取出,可以有多種方案,方案一:一手拿著球筒的中部,另一手用力擊打羽毛球筒的上端;方案二:手持球筒,使球與球筒一起下落撞擊水平面,假設球筒與水平面碰后速度立即變為0,下列說法正確的是 (　　)
A.方案一利用羽毛球的慣性,使其從球筒上端出來
B.方案一利用球筒的慣性,使羽毛球從下端出來
C.方案二利用羽毛球受到的重力,使其從下端出來
D.方案二中球筒撞擊水平面后速度變為0,其慣性隨之消失
7. 答案　A
解析　方案一中用力擊打羽毛球筒的上端,球筒向下運動,利用羽毛球的慣性,使其從球筒上端出來,故A正確,B錯誤;方案二中球與球筒一起下落撞擊水平面,球筒與水平面碰后速度立即變為0,利用羽毛球的慣性,使其從下端出來,故C錯誤;慣性是物體本身的屬性,與速度無關,故D錯誤。
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8 .(2024·上海市長寧區延安中學高一期末)一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態,除非有作用力迫使它改變這種狀態。這句話中,改變物體的“這種狀態”就是改變物體的 (　　)
A.質量 B.加速度
C.速度 D.慣性
8. 答案　C
9 .(多選)(2023·信陽市潢川一中高一期末)下列說法正確的是 (　　)
A.由牛頓第一定律可知,物體在任何情況下始終處于靜止或勻速直線運動狀態
B.伽利略的理想斜面實驗證明了力不是維持物體運動的原因
C.牛頓第一定律反映了物體不受外力作用時的運動規律,因此物體只在不受外力時才有慣性
D.牛頓第一定律既揭示了物體保持原有運動狀態的原因,又揭示了運動狀態改變的原因
9. 答案　BD
解析　物體只有不受外力或者所受合外力為零時,才能處于靜止狀態或勻速直線運動狀態,故A錯誤;伽利略的理想斜面實驗證明了力不是維持物體運動的原因,故B正確;牛頓第一定律反映物體不受外力或所受外力的合力為零時的運動規律,物體在任何情況下都具有慣性,故C錯誤;牛頓第一定律既揭示了物體保持原有運動狀態的原因,即慣性,又揭示了運動狀態改變的原因,即力,故D正確。
10 .(2023·天津市南開區高一期末)關于慣性,下列說法中正確的是 (　　)
A.汽車速度越大,剎車后越難停下來,表明物體的速度越大,其慣性越大
B.相同的兩個推車,載貨質量大的更難使其停下來,表明質量大的物體慣性大
C.汽車轉彎后前進方向發生了改變,表明物體速度方向改變,其慣性也隨之改變
D.被拋出的小球,因為速度的大小和方向都發生了改變,所以其慣性也發生變化
10. 答案　B
解析　慣性是物體本身的一種屬性,任何物體都具有慣性,質量是物體慣性大小的唯一量度,慣性與物體的運動狀態以及速度的大小和方向均無關,A、C、D錯誤,B正確。
11 .“復興號”高鐵在某段水平軌道上勻速行駛,假設高鐵上固定著盛滿水的水杯。若發現水杯中的水突然向右灑出,如圖所示,則關于高鐵在此種情況下的運動,下列描述正確的是 (　　)
A.高鐵一定勻速向左運動
B.高鐵可能突然向左加速運動
C.高鐵可能突然向左減速運動
D.高鐵可能突然向右加速運動
11. 答案　B
解析　若高鐵勻速向左運動,則水也勻速運動,速度相等,水不會從杯中灑出,故A錯誤;高鐵突然向左加速,由于慣性,水還沒有來得及加速,所以高鐵向左的速度大于水向左的速度,可以出現題圖所示情況,故B正確;高鐵突然向左減速,由于慣性,水還沒有來得及減速,所以高鐵向左的速度小于水向左的速度,水向左灑出,故C錯誤;高鐵突然向右加速,由于慣性,水還沒有來得及加速,所以高鐵向右的速度大于水向右的速度,水向左灑出,故D錯誤。
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