專題4.1牛頓第一定律【講】一．講核心素養(yǎng)物理觀念：明確慣性概念和牛頓第一定律的內(nèi)容?？茖W(xué)思維：深入理解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。科學(xué)探究：知道伽利略理想實(shí)驗(yàn)及推理方法。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：能用慣性知識(shí)解釋有關(guān)現(xiàn)象。二．講考點(diǎn)與題型【考點(diǎn)一】理想實(shí)驗(yàn)的魅力1．伽利略的理想實(shí)驗(yàn)(1)(實(shí)驗(yàn)事實(shí))如圖所示，兩個(gè)斜面平滑地對(duì)接在一起，小球從一個(gè)斜面的某一高度自由滾下，在第二個(gè)斜面上所達(dá)到的高度同它在第一個(gè)斜面上開(kāi)始滾下時(shí)的高度幾乎相等，伽利略分析高度的微小差別是由摩擦阻力引起的。(2)(科學(xué)推理)若兩個(gè)斜面均光滑，則小球一定會(huì)上升到原來(lái)的高度。(3)(科學(xué)推理)若減小第二個(gè)斜面的傾角，則小球仍然會(huì)到達(dá)相同的高度，不過(guò)，在第二個(gè)斜面上滾得遠(yuǎn)些。(4)(科學(xué)推理)若將第二個(gè)斜面放平(成為水平面)，那么小球從第一個(gè)斜面上滾下來(lái)之后，為達(dá)到原有高度，將以恒定的速度在無(wú)限長(zhǎng)的水平面上永遠(yuǎn)不停地運(yùn)動(dòng)下去。2．伽利略理想實(shí)驗(yàn)的意義(1)伽利略用“實(shí)驗(yàn)和科學(xué)推理”的方法推翻了亞里士多德的觀點(diǎn)。(2)第一次確立了物理實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)研究中的基礎(chǔ)地位。(3)揭示了力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，而是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。(4)“理想實(shí)驗(yàn)”的研究方法在自然科學(xué)的理論研究中有著重要的作用。但是，“理想實(shí)驗(yàn)”的方法也有其一定的局限性，由“理想實(shí)驗(yàn)”所得出的任何推論，都必須由觀察或?qū)嶒?yàn)的結(jié)果來(lái)檢驗(yàn)?！纠?】理想實(shí)驗(yàn)有時(shí)能更深刻地反映自然規(guī)律。伽利略設(shè)想了一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)，下面對(duì)如圖所示的斜面實(shí)驗(yàn)的設(shè)想步驟中，有一個(gè)是可靠事實(shí)，其余是推論。①減小第二個(gè)斜面的傾角，小球在這個(gè)斜面上仍然要達(dá)到原來(lái)的高度；②兩個(gè)對(duì)接的斜面，讓靜止的小球沿一個(gè)斜面滾下，小球?qū)L上另一個(gè)斜面；③如果沒(méi)有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉?lái)釋放時(shí)的高度；④繼續(xù)減小第二個(gè)斜面的傾角，最后使它變成水平面，小球?qū)⒀厮矫孀龀掷m(xù)的勻速直線運(yùn)動(dòng)。(1)請(qǐng)將上述理想實(shí)驗(yàn)的設(shè)想步驟按照正確的順序排列：(填寫序號(hào)即可)。(2)將上述設(shè)想步驟中的可靠事實(shí)和理想化的推論進(jìn)行分類。屬于可靠事實(shí)的步驟是；屬于理想化推論的步驟是?！舅仞B(yǎng)提升】本題考查的核心素養(yǎng)是科學(xué)思維、科學(xué)探究及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任?！疽?guī)律方法】理解理想實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意的三點(diǎn)(1)真實(shí)實(shí)驗(yàn)是一種實(shí)踐活動(dòng)，是可以通過(guò)一定的實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。(2)理想實(shí)驗(yàn)是一種思維活動(dòng)，是抽象思維中設(shè)想出來(lái)的、無(wú)法做到的實(shí)驗(yàn)。(3)理想實(shí)驗(yàn)是以可靠的實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)的?！咀兪接?xùn)練1】(2021·北京學(xué)業(yè)考試)(多選)如圖所示的裝置可以演示伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)，裝置為兩個(gè)對(duì)接的斜面，讓小球沿左邊的斜面滑下，并滾上右邊的斜面，然后改變右邊斜面的傾角，重復(fù)操作，利用曝光頻率一定的相機(jī)拍下小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的圖片，則()A．該實(shí)驗(yàn)為牛頓第一定律的提出提供了有力的依據(jù)，因此牛頓第一定律是實(shí)驗(yàn)定律B．由圖可知小球在右側(cè)的斜面上的速度逐漸減小，因此證實(shí)了“物體的運(yùn)動(dòng)需要力維持”C．當(dāng)右側(cè)的斜面水平時(shí)，小球近似做勻速直線運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明“如果沒(méi)有外力的作用，小球?qū)⒃谒矫嫔嫌肋h(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去”D．如果沒(méi)有摩擦，小球在右邊的斜面上將運(yùn)動(dòng)到與左邊釋放點(diǎn)相同的高度【考點(diǎn)二】牛頓第一定律1．運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的三種情況(1)速度的方向不變，只有大小改變。(物體做直線運(yùn)動(dòng))(2)速度的大小不變，只有方向改變。(物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng))(3)速度的大小和方向同時(shí)發(fā)生改變。(物體做曲線運(yùn)動(dòng))2．對(duì)牛頓第一定律的理解(1)明確了慣性的概念牛頓第一定律的前半句話“一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)”，表明了物體所具有的一個(gè)重要的屬性——慣性，即物體保持勻速直線運(yùn)動(dòng)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。因此牛頓第一定律又叫慣性定律。(2)揭示了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系牛頓第一定律的后半句話“除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)”，實(shí)質(zhì)上是揭示了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，即力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，而不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。(3)反映了物體不受外力時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止(即原來(lái)運(yùn)動(dòng)的保持其速度不變，原來(lái)靜止的保持靜止)。不受外力作用的物體是不存在的，但物體所受外力的合力為零與不受外力在效果上是等效的，這就使牛頓第一定律具有了實(shí)際意義?！纠?】(2021·醴陵期末)關(guān)于牛頓第一定律，下列說(shuō)法中正確的是()A．牛頓第一定律是利用邏輯思維對(duì)事物進(jìn)行分析的產(chǎn)物，不可能用實(shí)驗(yàn)直接證明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(wú)意義C．牛頓第一定律表明，物體只有在不受外力作用時(shí)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(yùn)動(dòng)時(shí)才具有慣性【素養(yǎng)提升】本題考查的核心素養(yǎng)是物理觀念及科學(xué)思維?！疽?guī)律方法】力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系(1)力的作用效果是使物體發(fā)生形變或速度發(fā)生改變，而速度的改變就意味著物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變，因此，力的作用效果是改變了物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，也可以說(shuō)“力是使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因”．(2)力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，不是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變必定受到不為零的外力作用．【變式訓(xùn)練1】．(2021·北京學(xué)業(yè)考試)中國(guó)古代科技取得了輝煌的成就，在很多方面走在世界前列．例如春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，墨家的代表人物墨翟在《墨經(jīng)》中，就已對(duì)力做了比較科學(xué)的闡述：“力，刑(形)之所以?shī)^也”．這句話的意思是：力能使物體由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，或使運(yùn)動(dòng)的物體運(yùn)動(dòng)得越來(lái)越快．下列說(shuō)法中，與墨翟對(duì)力的闡述最接近的是()A．力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因B．力是物體位移變化的原因C．力是物體位置變化的原因D．力是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因【變式訓(xùn)練2】．(多選)(2021·鄭州高一檢測(cè))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作用時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律B．不受外力作用時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)保持不變C．在水平地面上滑動(dòng)的木塊最終停下來(lái)，是由于沒(méi)有外力維持木塊運(yùn)動(dòng)D．飛跑的運(yùn)動(dòng)員遇到障礙而被絆倒，這是因?yàn)樗艿酵饬ψ饔闷仁顾淖冊(cè)瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)【例3】如圖所示，在一輛表面光滑且足夠長(zhǎng)的小車上，有質(zhì)量為m1和m2的兩個(gè)小球(m1>m2)，兩個(gè)小球隨車一起運(yùn)動(dòng)，當(dāng)車突然停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，若不考慮其他阻力，則兩個(gè)小球()A．一定相碰 B．一定不相碰C．不一定相碰 D．無(wú)法確定【素養(yǎng)提升】本題考查的核心素養(yǎng)是物理觀念及科學(xué)思維?！疽?guī)律方法】應(yīng)用牛頓第一定律解題步驟應(yīng)用牛頓第一定律解釋有關(guān)現(xiàn)象時(shí)，一要看物體原來(lái)的運(yùn)動(dòng)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(huì)出現(xiàn)的現(xiàn)象?！咀兪接?xùn)練】．如圖所示，一個(gè)劈形物體M(各面均光滑)放在固定的斜面上，上表面水平，在其上表面放一個(gè)光滑小球m。劈形物體由靜止開(kāi)始釋放，則小球在碰到斜面前的運(yùn)動(dòng)軌跡是()A．沿斜面向下的直線B．豎直向下的直線C．無(wú)規(guī)則的曲線D．拋物線【考點(diǎn)三】對(duì)慣性的理解和應(yīng)用1．慣性與質(zhì)量(1)慣性是物體的固有屬性，一切物體都具有慣性．(2)質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度，質(zhì)量越大，慣性越大．2．慣性與力(1)慣性不是力，而是物體本身固有的一種性質(zhì)，始終具有且與外界條件無(wú)關(guān)；力只有在物體間相互作用時(shí)才有，離開(kāi)了物體就無(wú)所謂力．因此說(shuō)“物體受到了慣性作用”“產(chǎn)生了慣性”“受到慣性力”等都是錯(cuò)誤的．(2)力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，慣性是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因．對(duì)同一物體，力越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越易改變；慣性越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變．(3)慣性與物體的受力情況無(wú)關(guān)．慣性與力的區(qū)別可由下表反映慣性力物理意義物體保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)物體間的相互作用存在條件是物體本身的固有屬性，始終具有，與外界條件無(wú)關(guān)力只有在物體間發(fā)生相互作用時(shí)才有量度有大小(無(wú)具體數(shù)值，也無(wú)單位)，無(wú)方向有大小、方向、作用點(diǎn)及單位3.慣性與速度(1)速度是表示物體運(yùn)動(dòng)快慢的物理量，慣性是物體本身固有的屬性．(2)一切物體都具有慣性，和物體是否有速度及速度的大小無(wú)關(guān)．【例3】(2021·湖南邵陽(yáng)學(xué)業(yè)水平考試)關(guān)于慣性的大小，下面說(shuō)法中正確的是()A．兩個(gè)質(zhì)量相同的物體，速度大的不容易停下來(lái)，所以速度大的物體慣性大B．在月球上舉重比在地球上容易，所以質(zhì)量相同的物體在月球上比在地球上慣性小C．推動(dòng)地面上靜止的物體，要比維持這個(gè)物體做勻速運(yùn)動(dòng)所需的力大，所以物體靜止時(shí)慣性大D．兩個(gè)質(zhì)量相同的物體，不論速度大小，它們的慣性的大小一定相同【素養(yǎng)提升】本題考查的核心素養(yǎng)是物理觀念及科學(xué)思維?！疽?guī)律方法】1．慣性與慣性定律(1)慣性不是慣性定律．慣性沒(méi)有條件限制，是物體的一種固有屬性．(2)慣性定律是物體不受外力作用時(shí)物體運(yùn)動(dòng)所遵守的一條規(guī)律．2．慣性的表現(xiàn)形式(1)在不受力的條件下，慣性表現(xiàn)為保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有“惰性”的意思．(2)在受力的條件下，慣性表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度，質(zhì)量越大，慣性越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變．3．慣性現(xiàn)象的分析方法(1)明確研究對(duì)象原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．(2)明確當(dāng)外力作用在該物體的某一部分(或外力作用在與該物體有關(guān)聯(lián)的其他物體上)時(shí)，這一部分的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化情況．(3)該物體由于慣性將保持怎樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，判斷最后會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象．【變式訓(xùn)練1】月球表面上的重力加速度為地球表面上的重力加速度的eq\f(1,6)，同一個(gè)飛行器在月球表面上與在地球表面上相比較()A．慣性減小eq\f(1,6)，重力不變B．慣性和重力都減小為在地球表面時(shí)的eq\f(1,6)C．慣性不變，重力減小為在地球表面時(shí)的eq\f(1,6)D．慣性和重力都不變【變式訓(xùn)練2】(2021·渝中校級(jí)期末)下列關(guān)于慣性的說(shuō)法中正確的是()A．物體慣性的大小僅由質(zhì)量決定，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和受力情況無(wú)關(guān)B．物體加速度越大，說(shuō)明它的速度改變的越快，因此加速度越大的物體慣性越小C．行駛的火車速度大，剎車后向前運(yùn)動(dòng)距離長(zhǎng)，這說(shuō)明物體速度越大，慣性越大D．做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體處于完全失重狀態(tài)，因此做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體無(wú)慣性三．講知識(shí)體系四．課堂練習(xí)1．下列說(shuō)法正確的是()A．牛頓第一定律是科學(xué)家憑空想象出來(lái)的，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)依據(jù)B．牛頓第一定律無(wú)法用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證，因此是不成立的C．理想實(shí)驗(yàn)的思維方法與質(zhì)點(diǎn)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2．漫畫中的情景在公交車急剎時(shí)常會(huì)出現(xiàn)。為提醒乘客注意，公交公司征集到幾條友情提示語(yǔ)，其中對(duì)慣性的理解正確的是()A．站穩(wěn)扶好，克服慣性B．穩(wěn)步慢行，避免慣性C．當(dāng)心急剎，失去慣性D．謹(jǐn)防意外，慣性恒在3．如圖所示，桌面上有一上表面光滑的木塊，木塊上有一小球，快速向右水平拉動(dòng)木塊，小球的位置可能落在桌面上的哪點(diǎn)()A．A點(diǎn) B．B點(diǎn)C．O點(diǎn) D．無(wú)法確定4．如圖所示，滑板運(yùn)動(dòng)員沿水平地面向前滑行，在橫桿前相對(duì)于滑板豎直向上起跳，人與滑板分離，分別從橫桿的上、下通過(guò)，忽略人和滑板在運(yùn)動(dòng)中受到的阻力，則運(yùn)動(dòng)員()A．起跳時(shí)腳對(duì)滑板的作用力