初升高物理暑假預(yù)習(xí)課（人教版）4.1 牛頓第一定律（講義）（教師版）

4.1牛頓第一定律——劃重點之初升高暑假預(yù)習(xí)強(qiáng)化精細(xì)講義知識點1：理想實驗的魅力1.歷史上關(guān)于力與運動的關(guān)系的認(rèn)識代表人物對力和運動關(guān)系的看法研究方法局限性必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體就會停下來，即力是維持物體運動的原因基于生活經(jīng)驗得來亞里士多徳沒有對觀察到的物理現(xiàn)象進(jìn)行深入的分析.只看到對物體施加的推力，而未考慮到運動的物體之所以會停下，是因為受到摩擦阻力等作用如果沒有摩擦阻力，運動的物體將保持某個速度一直運動下去，即力不是維持物體運動的原因(理想實驗)實驗+邏輯推理伽利略理想斜面實驗的實驗事實、設(shè)計思路、科學(xué)推論這一思維過程，雖不同于科學(xué)實臉.但仍能解釋力與運動的關(guān)系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數(shù)學(xué)演繹法笛卡兒強(qiáng)調(diào)了伽利略沒有明確表述的慣性運動的直線性維持運動需要力嗎？你一定有過這樣的生活經(jīng)驗：在平地上騎自行車的時候,即使不踩踏板，車也會前進(jìn)一段距離，但因為沒有繼續(xù)用力，它最終還是要停下來.但物體的運動并不需要力來維持，運動之所以會停下來，是因為受到了摩擦阻力。2.伽利略的理想斜面實驗(1)事實:AB、BC是兩個對接的斜面，讓小球從M斜面上某高度處由靜止?jié)L下。小球?qū)L上BC斜面，所達(dá)到的高度略低于在AB上釋放時的高度。（2）推理1：如果斜面光滑，小球?qū)⑸仙皆瓉頁穹艜r的高度.推理2：減小右側(cè)斜面的傾角(如BD、BE)，小球在這個斜面上仍將達(dá)到同一高度，但這時它要運動得遠(yuǎn)些。推理3：繼續(xù)減小右側(cè)斜面的傾角，最后變成水平面(如BF)，小球無法到達(dá)釋放時的高度，將以恒定的速率永遠(yuǎn)運動下去。（3）結(jié)論:物體的運動不需要力來維持。3.伽利略的思想方法與意義伽利略用“實驗+邏輯推理”的方法推翻了亞里士多德的觀點，揭示了力不是維持物體運動的原因，確立了物理實驗在研究中的基礎(chǔ)地位，在自然科學(xué)的理論研究中的重要地位，但也有局限性。理想實驗的魅力（1）談“理想”：①接觸面不可能絕對光滑；②水平面不可能做得無限長.（2）談“實驗"：理論實驗,非真實的科學(xué)實驗。（3）談“魅力”：伽利略"理想實驗”的卓越之處不是實驗本身，而是實驗所使用的獨特方法，在實驗事實的基礎(chǔ)上，進(jìn)行合理外推。知識點2：牛頓第一定律(慣性定律)1.內(nèi)容一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。牛頓第一定律表明，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),我們把這個性質(zhì)稱為慣性.牛頓第一定律也叫慣性定律。（1）對牛頓第一定律中“除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)”的理解，這句話揭示了運動和力的關(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，進(jìn)而說明了力是產(chǎn)生加速度的原因。（2）物體的運動狀態(tài)改變，即物體的速度發(fā)生改變.運動狀態(tài)變化有以下三種情況：①速度方向不變，大小改變;②速度大小不變，方向改變;③速度大小和方向均改變。2.成立條件牛頓第一定律只適用于慣性系。在有些參考系中，不受力的物體會保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動的狀態(tài)，這樣的參考系叫作慣性參考系，簡稱慣性系。例如，研究地面上的物體時，一般把地面看成慣性系，相對地面靜止或做勻速直線運動的參考系，也可以看成慣性系。慣性系與非慣性系火車沿平直軌道勻速運動時，可將火車看成慣性系來研究火車內(nèi)其他物體的運動。以加速運動的火車為參考系，原來靜止在火車內(nèi)光滑水平桌面上的物體會相對火車向后做加速運動，但物體在水平方向上并沒有受力，因此牛頓第一定律并不成立，這樣的參考系稱為非慣性系。知識點3：慣性與質(zhì)量 1.慣性物體這種保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)叫作慣性。慣性是牛頓第一定律的表現(xiàn)方式，“一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)”揭示了物體的一個固有屬性--慣性，即物體保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(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。2.慣性的具體表現(xiàn)形式物體的慣性總是以保持“原狀”或反抗“改變”兩種形式表現(xiàn)出來。(1)當(dāng)物體不受外力或者所受合外力為零時，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。例如，冰壺在冰面運動時，可以在較長時間內(nèi)保持運動速度的大小和方向不變。(2)當(dāng)物體受到外力作用時，慣性表現(xiàn)為改變物體運動狀態(tài)的難易程度,物體的慣性越大，它的運動狀態(tài)越難改變。例如，靜止的籃球比靜止的汽車更容易運動起來。3.慣性的量度(1)質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度，等價于改變物體運動狀態(tài)的難易程度。質(zhì)量越大，慣性越大;慣性越大，運動狀態(tài)越難改變。(2)慣性與物體的運動狀態(tài)、受力情況、所處位置等其他因素均無關(guān)。例如，同樣一輛汽車,停在車庫時與在高速公路上行駛時，運動狀態(tài)、受力情況及所處位置均發(fā)生了變化，但質(zhì)量不變，慣性就不變。對慣性的理解（1）慣性與力無關(guān):慣性不是力，不能說“物體受到慣性作用”“產(chǎn)生了慣性”“受到慣性力”“克服慣性”等.（2）慣性與速度無關(guān):慣性的大小只由物體的質(zhì)量決定，與其他因素?zé)o關(guān).切勿認(rèn)為物體的速度越大，慣性越大，也不要認(rèn)為運動的物體有慣性，靜止的物體沒有慣性。（3）慣性不同于慣性定律:慣性是物體本身具有的屬性，無條件;慣性定律是一條規(guī)律，揭示了物體不受外力時的運動狀態(tài)，“不受外力”是先決條件。（4）“力”與“慣性”的不同力是改變物體運動狀態(tài)的原因，即力越大,運動狀態(tài)越易改變；慣性是維持物體運動狀態(tài)的原因，即慣性越大,運動狀態(tài)越難改變。一、單選題1．關(guān)于慣性的下列說法，正確的是（）A．球由靜止釋放后加速下落，說明力改變了慣性B．物體隨著“神舟十一號”飛船進(jìn)入太空，其慣性將消失C．投擲出去的標(biāo)槍靠慣性向遠(yuǎn)處運動D．物體沿水平面滑動，速度越大滑行的時間越長，說明速度大慣性就大【答案】C【詳解】ABD．慣性是物體本身的固有屬性，慣性大小只與物體的質(zhì)量有關(guān)，與運動的狀態(tài)無關(guān)，球由靜止釋放后加速下落是由于受到重力的原因，慣性沒有變化，物體隨著“神舟十一號”飛船進(jìn)入太空，處于完全失重狀態(tài)，物體的質(zhì)量沒有變化，則物體的慣性沒有變化，物體的速度增大但是慣性不變，故ABD錯誤；C．投擲出去的標(biāo)槍是靠慣性向遠(yuǎn)處運動的，故C正確。故選C。2．伽利略曾用如圖甲所示的“理想實驗”研究力與運動的關(guān)系，用圖乙所示的實驗研究自由落體運動．下列說法正確的是（）A．圖甲中，完全沒有摩擦阻力的斜面實際存在，因此該實驗可實際完成B．圖甲實驗中，通過邏輯推理得出物體的運動需要力來維持C．圖乙實驗直接驗證了自由落體運動的速度是均勻變化的D．圖乙實驗中，運用斜面“沖淡”了重力的作用，使運動時間變長，便于測量【答案】D【詳解】A．圖甲中，完全沒有摩擦阻力的斜面實際不存在，因此該實驗不可實際完成，A錯誤；B．圖甲實驗中，通過邏輯推理得出物體的運動不需要力來維持，B錯誤；C．圖乙實驗做的是斜面實驗，最后合理外推到豎直狀態(tài)，間接驗證了自由落體運動的速度是均勻變化的，C錯誤；D．圖乙實驗中，運用斜面“沖淡”了重力的作用，使物體運動的加速度減小，從而使運動時間變長，便于測量，D正確。故選D。3．針對伽利略對自由落體運動的研究內(nèi)容及過程，有以下敘述：①伽利略借助數(shù)學(xué)知識和實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，如果速度與位移成正比，將會得到錯誤的結(jié)論；②伽利略通過邏輯推理得出亞里士多德的結(jié)論是錯誤的；③伽利略做了大膽的猜想：落體運動應(yīng)該是一種簡單的運動，落體的速度與時間或位移成正比；④伽利略通過銅球沿阻力很小的斜面滾下這一嚴(yán)謹(jǐn)求實的實驗測定，得出只要傾角一定，銅球的加速度不變，他進(jìn)一步設(shè)想當(dāng)傾角為時，運動變?yōu)樽杂陕潴w，其性質(zhì)不變，且所有物體下落的加速度都一樣。根據(jù)伽利略研究的真實過程，請做出科學(xué)合理的排序，你認(rèn)為正確的是（）A．①②③④ B．①③②④ C．②①③④ D．②③①④【答案】D【詳解】伽利略首先利用“歸謬法”否定了亞里士多德關(guān)于重物比輕物下落得快的論斷；然后伽利略提出自由落體運動是最簡單的變速直線運動即勻變速直線運動的假說；由于當(dāng)時實際條件的限制，伽利略并不能用實驗證明自己的結(jié)論，所以他采用了間接證明的方法：運用數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方法，得出初速度為零的勻變速直線運動符合位移正比于時間的平方；運用斜面實驗，測出小球沿光滑斜面向下的運動符合位移正比于時間的平方，從而證明小球所做運動是勻變速直線運動；將斜面實驗逐步推廣到的情況，即小球自由下落，認(rèn)為小球仍然保持勻變速直線運動的性質(zhì)，故合理的順序為②③①④。故選D。4．大型油罐車內(nèi)的油在運輸過程中極易發(fā)生涌動（如圖1），為了防止油涌動導(dǎo)致車體重心急劇變化的危害，在油罐車內(nèi)部設(shè)置了一些固定擋板（如圖2）。則下列說法正確的是（）A．油罐車向前啟動時，由于慣性，油罐內(nèi)的油將向前涌動B．油罐車內(nèi)設(shè)置擋板，減小了油罐內(nèi)的油的慣性C．油罐車在變速行駛過程中容易涌動，是油罐內(nèi)的油慣性不斷變化引起的D．油罐車在平直道路上勻速前進(jìn)時，即使沒有擋板油也幾乎不會涌動【答案】D【詳解】A．油罐車向前啟動時，由于慣性，油要保持原來的運動狀態(tài)將向后涌動，故A錯誤；BC．慣性取決于物體的質(zhì)量，質(zhì)量不變慣性不變，與其他無關(guān)，故BC錯誤；D．油罐車在平直道路上勻速前進(jìn)時，由牛頓第一定律可知，即使沒有擋油板油也幾乎不會涌動，故D正確。故選D。5．質(zhì)量分別為m1、m2的兩個物體甲與乙放在表面光滑且足夠長的木板上，隨木板一起以水平向右的相同速度沿同一直線做勻速直線運動，當(dāng)木板突然停止時，以下說法正確的是（）A．若m1>m2，甲將與乙發(fā)生碰撞B．若m1<m2，甲將與乙發(fā)生碰撞C．保有當(dāng)m1=m2，甲與乙才不會碰撞D．無論甲與乙的質(zhì)量有關(guān)系如何，它們始終不會碰撞【答案】D【詳解】木板停止前，甲、乙物塊和木板一起做勻速直線運動，即兩物塊和木板具有共同的速度，當(dāng)木板突然停止時，由于物塊在光滑接觸面上，兩物塊球由于慣性，還要保持原來大小不變的速度做勻速直線運動，因此兩個小球間的距離不變，一定不會相碰，故D正確，ABC錯誤。故選D。6．如圖所示，楔形物體的各表面光滑，上表面水平，放在固定的斜面上。在的水平上表面放一光滑小球，后釋放，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)則的曲線 D．拋物線【答案】B【詳解】楔形物體釋放前，小球受到重力和支持力，兩力平衡；楔形物體釋放后，由于小球是光滑的，則小球水平方向不受力，根據(jù)牛頓第一定律知道，小球在水平方向的狀態(tài)不改變，即仍保持靜止?fàn)顟B(tài)，水平方向不發(fā)生位移。而豎直方向：楔形物體的支持力將小于小球的重力，小球?qū)⒀刎Q直方向做加速運動，所以其運動軌跡為豎直向下的直線。故選B。二、多選題7．伽利略對“自由落體運動”和“運動和力的關(guān)系”的研究，開創(chuàng)了科學(xué)實驗和邏輯推理相結(jié)合的重要科學(xué)研究方法。圖（a）、（b）分別表示這兩項研究中實驗和邏輯推理的過程，對這兩項研究，下列說法正確的是（）A．圖（a）通過對自由落體運動的研究，合理外推得出小球在斜面上做勻變速運動B．圖（a）中先在傾角較小的斜面上進(jìn)行實驗，可“沖淡”重力，使時間測量更容易C．圖（b）中完全沒有摩擦阻力的斜面是實際存在的，實驗可實際完成D．圖（b）伽利略通過邏輯推理得出物體的運動不需要力來維持【答案】BD【詳解】AB．伽利略設(shè)想物體下落的速度與時間成正比，因為當(dāng)時無法測量物體的瞬時速度，所以伽利略通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)證明，如果速度與時間成正比，那么位移與時間的二次方就成正比。由于當(dāng)時用滴水法計時，無法記錄自由落體的較短時間，伽利略設(shè)計了讓銅球沿阻力很小的斜面滾下，來“沖淡”重力的作用效果，而小球在斜面上運動的加速度要比它豎直下落的加速度小得多，運動相同位移所用時間長得多，所以容易測量。伽利略做了上百次實驗，并通過抽象思維在實驗結(jié)果上進(jìn)行了合理外推，得出了正確結(jié)論，故A錯誤，B正確；C．完全沒有摩擦阻力的斜面是不存在的，故C錯誤；D．伽利略用抽象思維、數(shù)學(xué)推導(dǎo)和科學(xué)實驗相結(jié)合的方法得到物體的運動不需要力來維持的結(jié)論，故D正確。故選BD。8．在火車的車廂內(nèi)，有一個自來水龍頭C，第一段時間內(nèi)，水滴落在水龍頭的正下方B點，第二段時間內(nèi)，水滴落在B點的右方A點，如圖所示，那么火車可能的運動是（）

A．先靜止，后向右做加速運動B．先靜止，后向右做減速運動C．先做勻速運動，后向右做加速運動D．先做勻速運動，后向右做減速運動【答案】BD【詳解】水滴下落時，水平方向保持原來的速度，若車靜止或勻速運動，車的水平位移與水滴的水平位移相同，則落在B點；若車向左加速運動，則水滴仍保持下落時的水平速度，而車的水平位移增大，故水滴可落在A處；同理，車向右減速運動，水滴也會落在A處。綜上可得，火車第一段時間內(nèi)可能靜止或勻速運動，第二段時間內(nèi)可能向左做加速運動或向右做減速運動。故選BD。9．伽利略在研究自由落體運動時，設(shè)計了如圖所示的斜面實驗，下列關(guān)于這個實驗的說法正確的是（）A．伽利略認(rèn)為小球沿斜面的運動是自由落體運動B．伽利略讓小球從斜面上滾下來用來“沖淡”重力C．斜面傾角一定時，讓小球從斜面上靜止?jié)L下，測得，說明小球做勻變速運動D．伽利略將實驗和邏輯推理結(jié)合起來，推出自由落體運動是勻變速運動【答案】BCD【詳解】A．伽利略認(rèn)為小球沿斜面的運動是勻加速直線運動，A錯誤；B．伽利略時代測量時間的器材還不是很先進(jìn)，因此伽利略讓小球從斜面上滾下來是用來“沖淡”重力，以便延長小球運動的時間，減小時間的測量帶來的實驗誤差，B正確；C．伽利略時代無法測量瞬時速度，所以不能通過探究速度隨時間的變化規(guī)律來證明小球的運動是勻變速直線運動，而是通過測得，說明小球做勻變速運動，C正確；D．將斜面實驗的結(jié)果合理“外推”，說明