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第1节牛顿第一定律学习目标素养提炼1.知道伽利略的理想实验及其主要推理过程和推论，知道理想实验是科学研究的重要方法．2.理解牛顿第一定律的内容及意义．3.知道什么是惯性，会正确地解释有关惯性的现象.物理观念：惯性科学思维：牛顿第一定律科学探究：伽利略的理想实验01课前自主梳理02课堂合作探究学科素养提升03课后达标检测一、从亚里士多德到伽利略1．亚里士多德把地上的运动分成两类：一类是无须外力帮助的天然运动；另一类是受迫运动，这类运动必须依靠才能维持．外力一旦消失，受迫运动也就停止了．由于历史的局限性，他的观点是的．外力的不断作用错误2．意大利科学家伽利略指出，地面上运动的物体之所以会停下来，是因为的缘故．为了说明运动和力的关系，他设计了实验：(1)若摩擦可以忽略，小球最终会到达与左侧斜面；(2)坡度越小，小球要达到同样的高度经过的坡长就会；(3)如果右边的斜面变成水平面，并且没有任何阻力，小球将从而否定了亚里士多德的观点．摩擦力理想同样的高度越长永远运动下去[判断正误](1)亚里士多德认为物体的自然状态是静止，只有当它受到力的作用才会运动．()(2)伽利略认为力不是维持物体运动的原因．()(3)伽利略的理想实验是假想实验，无法完成，因而得到的结论是不可靠的．()√√×二、牛顿第一定律1．牛顿第一定律一切物体总保持运动状态或状态，直到有外力迫使它这种状态为止．2．运动状态如果物体速度的或改变了，它的运动状态就发生了改变；如果物体做运动或静止，它的运动状态就没发生改变．匀速直线静止改变大小方向匀速直线[思考]一个在足球场上滚动的足球最终会静止下来，没有保持匀速直线运动状态．这与牛顿第一定律是否矛盾？为什么？提示：这与牛顿第一定律不矛盾．牛顿第一定律指出物体不受外力时处于静止状态或匀速直线运动状态，即物体的运动状态不改变．只有在受到外力的作用时，物体的运动状态才会发生改变．足球最终会静止下来，是受到了摩擦力的作用．三、惯性及其量度1．惯性物体具有保持原来状态或状态的性质．2．惯性的量度(1)是物体惯性大小的量度．(2)质量大的物体惯性大，运动状态；质量小的物体惯性小，运动状态．匀速直线运动静止质量难改变容易改变[思考](1)只有匀速直线运动或静止的物体才具有惯性，对吗？(2)有人说：“速度越大惯性越大，受力越小惯性越大”，对吗？提示：(1)不是，一切物体都具有惯性．物体的惯性与运动状态无关．(2)不对，惯性只与质量大小有关，而与速度大小无关，与受力大小也无关．要点一对牛顿第一定律的理解[探究导入](1)当我们骑自行车，脚不再蹬车时，自行车不会立刻停止运动而是会向前再运动一段距离才会静止，这种现象说明什么？提示：力并不是维持物体运动的原因．(2)如果原来自行车是静止的，你怎样才能让他运动起来呢？说明了什么？提示：我们用力蹬车自行车才会运动．说明力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因．(3)如何解释脚不再蹬车时，自行车会向前运动一段距离静止？提示：地面的摩擦力的作用．(4)如果地面没有摩擦，向前运动的自行车能停下来吗？提示：不能．1．牛顿第一定律的实验基础牛顿第一定律是在伽利略理想实验的基础上加以科学推理得到的，由理想实验得出的结论经受了广泛、严谨的实验验证，证明结论是正确的．2．牛顿第一定律揭示了惯性的概念定律中“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”揭示了物体所具有的一个重要属性——惯性，即物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质．牛顿第一定律指出一切物体在任何情况下都具有惯性．3．牛顿第一定律揭示了力的含义定律中“直到有外力迫使它改变这种状态为止”，这句话揭示了力与运动的关系的本质，即力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因．[易错提醒](1)牛顿第一定律所描述的是物体不受外力作用时的状态，与物体所受合力为零是等效的．(2)牛顿第一定律不是实验定律，它是在理想实验的基础上总结得出的．[典例1](多选)关于牛顿第一定律的理解正确的是()A．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律B．不受外力作用时，物体的运动状态保持不变C．在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于没有外力维持木块运动D．飞跑的运动员，由于遇到障碍而被绊倒，这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态[解析]牛顿第一定律描述的是物体不受外力作用时的状态，即总保持匀速直线运动状态或静止状态不变，A、B正确．牛顿第一定律揭示了力和运动的关系，力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因；在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于摩擦阻力的作用而改变了运动状态；飞跑的运动员，遇到障碍而被绊倒，是因为他受到外力作用而改变了运动状态，C错误，D正确．[答案]ABD[方法技巧]巧用牛顿第一定律(1)由“因”索“果”：在判断力与运动之间的关系时，一定要把握准牛顿第一定律的含义，即力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因．(2)由“果”索“因”：如果物体的运动状态发生改变，则物体必然受到不为零的合外力的作用，所以判断物体的运动状态是否改变以及如何改变，应分析物体的受力情况．(3)应用步骤：应用牛顿第一定律解释有关现象时，一要看物体原来的运动状态，二要看物体现在的受力情况及所受合力是否为零，最后判断由于物体具有惯性将会出现的现象．1．(多选)下列物理现象中，可以用牛顿第一定律解释的是()A．必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就要静止下来B．物体如果向正北方向运动，其受外力方向必须指向正北C．如果没有外力作用，运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向D．力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因解析：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态不变，直到有外力迫使它改变这种状态为止．没有外力作用时，物体可以做匀速直线运动，不一定静止，故A错误；物体向正北方向做匀速直线运动时，可以不受外力，当有向正北方向力的作用时，它向北运动的速度会变大，当有向正南方向力的作用时，它向北运动的速度会减小，但仍可以向正北方向运动，B错误；C、D两种说法均符合牛顿第一定律，C、D正确．答案：CD要点二对惯性的理解[探究导入](1)根据生活经验分辨下面两幅图片中哪个是刹车哪个是启动呢？提示：第一幅图片是车启动的时候，人由于惯性向后仰，第二幅图片是刹车的时候，人由于惯性向前倾．(2)你能否用物理知识解释一下为什么出现这种现象吗？提示：启动时，人的上半身还保持原来的静止状态，而下半身与车一起加速前进，于是由于惯性人向后仰．刹车时，人的上半身还保持原来的运动状态，而下半身与车一起减速前进，于是由于惯性人向前倾．1．惯性的理解(1)惯性是物体保持原来运动状态的一种性质，是物体维持运动状态的原因．(2)一切物体都具有惯性，惯性是物体的固有属性．2．惯性的表现形式(1)物体不受力时，惯性表现为保持原来的运动状态．(2)物体受力且合力不为零时，物体仍然具有惯性，此时惯性表现为物体运动状态改变的难易程度，惯性越大，物体运动状态越难改变．3．几个关系(1)惯性与质量的关系：质量是物体惯性大小的唯一量度，质量越大，惯性越大．(2)惯性与力的关系：惯性不是力，而是物体本身固有的一种性质，惯性大小与物体的受力情况无关．(3)惯性与速度：一切物体都有惯性，惯性大小与物体是否有速度及速度的大小无关．[易错提醒]惯性不是惯性定律，惯性是物体的一种固有属性，惯性定律是物体不受外力时所遵循的一条规律，属性不同于规律．惯性定律揭示了物体的惯性．[典例2](多选)关于惯性，下列说法正确的是()A．惯性是物体固有的属性，惯性越大的物体，它的运动状态越难改变B．同一物体运动时的惯性大于静止时的惯性C．“嫦娥四号”卫星在地球上的惯性与它绕月球飞行时的惯性相同(燃料消耗忽略不计)D．各种机床和发电机的底座做得很笨重，并用螺丝固定在地面上，目的是增大惯性[解析]惯性是物体固有的属性，惯性越大的物体，保持原来运动状态的性质越强，即它的运动状态越难改变，A正确；质量是惯性大小的唯一量度，惯性大小与运动状态无关，B错误；“嫦娥四号”卫星在地球上的质量与它绕月球飞行时的质量不变，惯性不变，C正确；质量大的物体惯性大，各种机床和发电机的底座做得很笨重，目的是增大惯性，D正确．故选A、C、D.[答案]ACD[规律总结]理解惯性应注意的三个性质(1)普遍性：一切物体在任何情况下都具有惯性．(2)无关性：惯性与物体的运动状态和受力情况均无关．(3)唯一性：惯性的大小由物体的质量唯一决定．2．关于物体的惯性，下列说法中正确的是()A．射出枪膛的子弹在运动一段距离后连一件棉衣也穿不透，这表明它的惯性小了B．战斗机在空战时，甩掉副油箱是为了减小惯性，提高飞行的灵活性C．用力推一个物体，没有推动，原因是物体的惯性太大了D．高速公路上要限速，是因为车速越大惯性越大解析：惯性是物体本身的一种属性，它不随物体速度的大小变化而变化，所以子弹运动一段距离后，速度变小了，高速公路上的限速等都不是因为物体的惯性发生了变化，所以A、D错误；用力推一个物体时，没有推动，说明地面对物体有摩擦力的作用，而不是因为惯性太大了，所以C错误；战斗机甩掉副油箱减小了质量，而惯性与质量有关，质量越小惯性越小，改变它的状态就越容易，所以可以提高战斗机的灵活性，B正确．答案：B科学思维与科学探究的综合应用——伽利略的理想实验1．实验过程将两个斜面末端平滑地对接在一起，让小球沿一个斜面从静止滚下来，小球将滚上另一个斜面．伽利略认真观察，注意到小球在第二个斜面上所达到的高度同它在第一个斜面上开始滚下时的高度几乎相等．他断定高度上的这一微小差别是由于摩擦产生的，如能将摩擦完全消除的话，则高度将恰好相等．于是他进行推论：在完全没有摩擦的情况下，若使第二个斜面的倾角越来越小，则不管第二个斜面倾角多么小，小球在第二个斜面上总要达到相同的高度，只是小球要通过更长的路程；如果第二个斜面的倾角接近于0°(成为水平面)，那么小球从第一个斜面上滚下来之后，为达到原有高度将以恒定的速度在无限长的水平面上永远不停地运动下去．2．物理意义伽利略的理想实验是在可靠事实的基础上进行抽象思维的一种科学推理，是科学研究中的一种重要方法，在自然科学的研究中有着重要的作用，它可以深刻揭示自然规律，被爱因斯坦誉为“是人类思想史上最伟大的成就之一”，伽利略也当之无愧地成为动力学的创始人，实验科学的奠基人．理想实验有时能更深刻地反映自然规律．伽利略设想了一个理想实验，下面对如图所示的斜面实验的设想步骤中，有一个是实验事实，其余是推论．①减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度．②两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面．③如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度．④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它变成水平面，小球将沿水平面做持续的匀速运动．(1)请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列______________(只要填写序号即可).(2)在上述的设想步骤中，有的属于可靠的事实，有的则是理想化的推论．下列关于事实和推论的分类正确的是________.A．①是事实，②③④是推论B．②是事实，①③④是推论C．③是事实，①②④是推论D．④是事实，①②③是推论解析：根据伽利略理想实验可知，②是实验事实，应放在第一步，①③是在实验事实基础上提出的设想(斜面没有摩擦)，④是进行合理外推得出的推论，因此，正确的排列顺序是②③①④，其中②是事实，其余的是推论．答案：(1)②③①④(2)B