1. 牛顿第一定律第二课时教学设计

1

牛顿第一定律

[学习目标]

1.知道伽利略的理想实验及其推理过程，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.明确惯性的概念，会解释有关的惯性现象．

一、从亚里士多德到伽利略

1．亚里士多德的观点：地上的运动分为两类

(1)天然运动：无须外力的帮助、自身就能实现，如气、火等轻的东西向上运动，重的东西向下运动．

(2)受迫运动：必须依靠外力的不断作用才能维持，外力消失，受迫运动就会停止，如拉动地面上的小车，推动桌面上的书本．

2．伽利略的研究

(1)理想实验如图1所示，让小球沿一个斜面从静止状态开始滚下，小球将滚上另一个斜面，如果没有摩擦，小球将上升到与左斜面同样的高度．减小右斜面的坡度，小球要达到同样的高度经过的坡长越长．由此推测，如果右斜面变成水平面，并且没有任何阻力，小球将达不到原来的高度，就应永远运动下去．

图1 (2)结论：力不是(填“是”或“不是”)维持物体运动的原因．

二、牛顿第一定律

惯性

1．牛顿第一定律

一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止．

2．惯性与质量

(1)惯性：物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态不变的性质．牛顿第一定律也叫惯性定律．

(2)一切物体都有惯性．

[即学即用]

判断下列说法的正误．

(1)伽利略的理想实验是永远无法做到的．(√) (2)伽利略的理想实验说明了力是维持物体运动的原因．(×) (3)牛顿第一定律是由实验直接归纳总结得出的．(×) (4)由牛顿第一定律可知，当一个做匀加速直线运动的物体所受外力全部消失时，物体立刻停止运动．(×) (5)速度越大，物体的惯性越大．(×) (6)受力越大，物体的惯性越大．(×)

一、对牛顿第一定律的理解

[导学探究]

(1)日常生活中，我们有这样的经验：马拉车，车就前进，停止用力，车就停下来，是否只有有力作用在物体上物体才能运动呢？马不拉车时，车为什么会停下来呢？

(2)如果没有摩擦阻力，也不受其他任何力的作用，水平面上运动的物体的运动状态会改变吗？

答案

(1)不是．因为受到阻力的作用．

(2)如果没有摩擦阻力，水平面上运动的物体将保持这个运动状态永远运动下去．

[知识深化]

1．运动状态改变即速度发生变化，有三种情况：

(1)速度的方向不变，大小改变．

(2)速度的大小不变，方向改变．

(3)速度的大小和方向同时发生改变．

2．对牛顿第一定律的理解

(1)定性说明了力和运动的关系：

①力是改变物体运动状态的原因，或者说力是产生加速度的原因，而不是维持物体运动状态的原因．

②物体不受外力时的运动状态：匀速直线运动状态或静止状态．

(2)揭示了一切物体都具有的一种固有属性——惯性．因此牛顿第一定律也叫惯性定律．

例1

关于牛顿第一定律，下列说法中正确的是(

) A．牛顿第一定律可以用实验直接验证

B．由于不受力的物体不存在，因此牛顿第一定律没有实际意义

C．牛顿第一定律就是惯性

D．当物体受到的外力为零时，物体可做匀速直线运动

答案

D 解析

牛顿第一定律是在实验的基础上推理概括出来的科学理论，而不是直接通过实验得出的，但它符合物理规律，故有一定的物理意义，A、B错误；牛顿第一定律是描述运动和力的关系的定律，惯性是物体的性质，C错误；由牛顿第一定律的内容可知D正确．

1．牛顿第一定律所描述的是物体不受外力作用时的状态，与物体所受合外力为零是等效的．

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．

例2

如图2所示，小球A静止放在小车的光滑底板上(设小车底板足够长)，当小车受到水平向右的力F作用时，小车从静止开始在水平面上做加速直线运动，则小球A相对于地的运动情况(

)

图2 A．做匀速直线运动

B．处于静止状态

C．做与小车同方向速度越来越大的直线运动

D．做与小车反方向速度越来越大的直线运动

答案

B 解析

对小球受力分析可知，车内的小球只受竖直方向的重力和支持力，这两个力是一对平衡力，小球所受合外力为零，所以无论车厢如何运动，小球相对于地面仍然处于静止状态，B正确．

二、惯性的理解和应用

[导学探究]

(1)自行车比赛中，高速行进的自行车受到障碍物阻碍，人会向哪倒地？这是什么原因造成的？

(2)“同一物体在地球上的重力比在月球上大，所以物体在地球上的惯性比在月球上的大”，这种说法对吗？为什么？

答案

(1)向前．这是因为人具有惯性．

(2)不对．惯性只与质量大小有关，与地理位置无关．虽然物体在地球上的重力比在月球上大，但物体的质量不变，即惯性不变．

[知识深化]

1．惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性．

2．物体惯性的大小由质量决定，与物体的运动状态无关，与是否受力无关，与物体的速度大小无关．

例3

关于物体的惯性，以下说法中正确的是(

) A．物体的运动速度越大，物体越难停下来，说明运动速度大的物体惯性大

B．汽车突然减速时，车上的人向前倾，拐弯时人会往外甩，而汽车匀速前进时，车上的人感觉平稳，说明突然减速和拐弯时人有惯性，匀速运动时没有惯性

C．在同样大小的力作用下，运动状态越难改变的物体，其惯性一定越大

D．在长直水平轨道上匀速运动的火车上，门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起后，发现落回原处，这是因为人跳起后，车继续向前运动，人落下后必定向后偏些，但因时间太短，偏后距离太小，不明显而已

答案

C 解析

物体的惯性大小只由质量决定，与物体的速度大小无关，A错误；一切物体均有惯性，不论物体处于加速、减速还是匀速状态，B错误；同样大小的力作用于物体上，运动状态越难改变，说明物体保持原来运动状态的本领越大，惯性也越大，所以C正确；人向上跳起后，人在水平方向不受外力作用，由于惯性，人在水平方向的速度不变，与车速相同，因此仍落在车上原处，D错误．故正确答案为C. 针对训练

对于一些实际生活中的现象，某同学试图从惯性角度加以解释，其中正确的是(

) A．采用了大功率的发动机后，某些一级方程式赛车的速度甚至能超过某些老式螺旋桨飞机的速度，这表明：可以通过科学进步使小质量的物体获得大惯性

B．“强弩之末势不能穿鲁缟”，这表明强弩的惯性减小了

C．货运列车运行到不同的车站时，经常要摘下或加挂一些车厢，这会改变它的惯性

D．摩托车转弯时，车手一方面要控制适当的速度，另一方面要将身体稍微向里倾斜，这是为了通过调控人和车的惯性达到转弯的目的

答案

C 解析

惯性是物体的固有属性，大小只与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，与其他任何因素均无关，故A、B错误；摘下或加挂一些车厢，改变了质量，从而改变了惯性，故C正确；人和车的质量不变，则其惯性不变，故D错误.

1．(伽利略的理想实验)理想实验有时更能深刻地反映自然规律．伽利略设计了一个如图3所示的理想实验，他的设想步骤如下：

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的高度；④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成为水平面，小球将沿水平面做持续的匀速运动．

图3 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)．在上述的设想步骤中，步骤________属于可靠的事实，步骤________是理想化的推论．

答案

②③①④

②

①③④

解析

本题是在可靠事实的基础上进行合理的推理，将实验理想化，并符合物理规律，得到正确的结论．而②是可靠事实，因此放在第一步，③①是在斜面上无摩擦的设想，最后推导出水平面上的理想实验④.因此正确顺序是②③①④. 2．(牛顿第一定律的理解)关于牛顿第一定律，下列说法正确的是(

) A．力是维持物体运动的原因，没有力的物体将保持静止，比如自行车

B．物体的速度不断增大，表示物体必受力的作用

C．物体如果向正北方向运动，其受外力方向必须指向正北

D．不受力的物体将保持静止或匀速直线运动状态，而受力的物体运动状态一定改变

答案

B 解析

根据牛顿第一定律的内容可以判断力是改变物体运动状态的原因，不受力的物体将保持静止或匀速直线运动状态，故A错误，B正确；若物体向正北方向做匀速直线运动，则物体不受力或所受合外力为零，C错误；物体受到力的作用，若合外力为0，则物体也可以保持运动状态不变，故D错误．

3．(牛顿第一定律的应用)如果正在做自由落体运动的物体的重力忽然消失，那么它的运动状态应该是(

) A．悬浮在空中不动

B．运动速度逐渐减小

C．做竖直向下的匀速直线运动

D．以上三种情况都有可能

答案

C

解析

由题意可知，正在做自由落体运动的物体一定具有速度，而且仅受重力作用．如果重力忽然消失，则物体就不受外力的作用，根据牛顿第一定律，撤去外力作用的物体应该保持它撤去外力时的运动状态，所以该物体应该做竖直向下的匀速直线运动．做自由落体运动的物体如果是在刚释放的瞬间重力忽然消失，物体还没有开始运动，速度是零；或者竖直上抛的物体运动到最高点时重力忽然消失，速度也为零，根据牛顿第一定律可分析，物体都会悬浮在空中不动，保持没有重力时的那个瞬间的状态不变．故正确答案为C. 4．(对惯性的理解)物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质称为惯性．下列有关惯性的说法中，正确的是(

) A．乘坐汽车时系好安全带可减小惯性

B．运动员跑得越快惯性越大

C．宇宙飞船在太空中也有惯性

D．汽车在刹车时才有惯性

答案

C 解析

乘坐汽车时系好安全带，不是可以减小惯性，而是在紧急刹车时可以防止人由于惯性的作用飞离座椅，所以A错误；质量是物体惯性大小的唯一量度，与人的速度的大小无关，所以B、D错误；在太空中物体的质量是不变的，所以物体的惯性也不变，所以C正确．

课时作业

选择题(1～9为单选题，10～13为多选题) 1.如图1所示，为现代人在实验室所做的伽利略斜面实验的频闪照片的组合图．实验中把小球从左侧斜面的某个位置由静止释放，它将冲上右侧斜面，频闪照片显示小球在右侧斜面运动过程中相邻的两个小球间的距离依次减小；如果右侧斜面变成水平，频闪照片显示小球在右侧斜面运动过程中相邻的两小球间的距离几乎相等．对于这个实验，以下叙述正确的是(

)

图1 A．小球冲上右侧斜面后做减速运动，表明“力是维持物体运动的原因”的结论是正确的

B．小球最终也会在右侧水平面上停下来，表明“力是维持物体运动的原因”的结论是正确的

C．因为没有绝对光滑的斜面或者平面，所以伽利略提出的“如果没有摩擦阻力，小球将在水平面上永远运动下去”的结论是荒谬可笑的

D．上述实验表明“如果没有摩擦阻力，小球将在水平面上永远运动下去”的结论是正确的

答案

D 解析

小球冲上右侧斜面后做减速运动，表明“力是维持物体运动的原因”的结论是错误的，故A错误；小球最终也会在右侧水平面上停下来，是由于受到摩擦力作用的原故，故B错误；因为没有绝对光滑的斜面或者平面，所以伽利略提出的“如果没有摩擦阻力，小球将在水平面上永远运动下去”的结论是一种理想的推论，但是却有着非常重要的现实意义，它开创了物理研究的新方法，故C错误；上述实验表明“如果没有摩擦阻力，小球将在水平面上永远运动下去”的结论是正确的，故D正确．

2．关于牛顿第一定律，下列说法中正确的是(

) A．牛顿第一定律说明力是维持物体运动的原因

B．惯性就是物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质

C．由牛顿第一定律可知：物体所受的合力为零时，一定处于静止状态

D．牛顿第一定律反映了物体受到外力时的运动规律

答案

B 解析

牛顿第一定律说明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，故A错误；物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，叫做惯性，故B正确；由牛顿第一定律可知：物体所受的合力为零时，处于静止状态或者匀速直线运动状态，故C错误；由牛顿第一定律可知，物体在不受力的作用时保持静止状态或匀速直线运动状态．所以牛顿第一定律反映了物体不受外力时的运动规律，故D错误．

3.如图2所示，某同学面朝列车行进方向坐在车厢中，水平桌面上放有一相对桌面静止的小球．列车在水平直轨道上运动时，突然，小球相对桌面向后滚动，则可判断(

)

图2 A．列车在刹车

B．列车在做加速运动

C．列车一定在做匀减速直线运动

D．列车一定在做匀速直线运动

答案

B 4．火车在平直轨道上做匀速直线运动，在密封的、没有空气流动的车厢内点燃了一支卫生香，则车里乘客看到卫生香所冒出的烟的运动情况应是(

) A．一边上升一边向前飘

B．一边上升一边向后飘

C．只是上升不向任何一边飘

D．无法确定

答案

C 解析

卫生香所冒出的烟由于惯性而保持与车相同的水平速度，故C正确．

5.如图3所示，在一辆表面光滑的小车上，有质量分别为m1、m2的两个小球随车一起匀速运动，当车突然停止时，如不考虑其他阻力，设车足够长，则(

)

图3 A．若m1＜m2，则两个小球一定相碰

B．若m1＝m2，则两个小球一定相碰

C．若m1＞m2，则两个小球一定相碰

D．两个小球一定不相碰

答案

D 解析

小车表面光滑，因此两小球在水平方向上没有受到外力的作用．原来两个小球与小车具有相同的速度，当车突然停止运动时，由于惯性，两个小球的速度不变，所以不会相碰(与质量大小无关)．

6．关于惯性的下列说法，正确的是(

) A．球由静止释放后加速下落，说明力改变了惯性

B．物体随着“神十一”进入太空，其惯性将消失

C．抛出去的标枪靠惯性向远处运动

D．物体沿水平面滑动，速度越大滑行的时间越长，说明速度大惯性就大

答案

C 解析

惯性大小只与物体的质量有关，与运动的状态、受力情况无关，故A、B、D错误；投掷出去的标枪是靠惯性向远处运动的，故C正确．

7．对下列现象解释正确的是(

) A．在一定拉力作用下，车沿水平面匀速前进，没有这个拉力，小车就会停下来，所以力是维持物体运动的原因

B．向上抛出的物体由于惯性，所以向上运动，以后由于重力作用，惯性变小，所以速度也越来越小

C．急刹车时，车上的乘客由于惯性一样大，所以都会向前倾倒

D．质量大的物体运动状态不容易改变是由于物体的质量大，惯性也就大

答案

D 解析

在一定拉力作用下，车沿水平面匀速前进，说明拉力与摩擦力平衡，没有这个拉力，小车就会逐渐停下来，是由于受到阻力作用，故A错误；惯性大小的唯一量度是质量，与速度大小无关，质量越大，惯性越大，运动状态越难改变，故B错误，D正确；急刹车时，车上的乘客由于惯性，所以都会向前倾倒，但惯性的大小与质量有关，不同的乘客质量不一定相等，故惯性不一定同样大，故C错误．

8.如图4所示，一个劈形物体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，劈形物体A从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是(

)

图4 A．沿斜面向下的直线

B．竖直向下的直线

C．无规则曲线

D．抛物线

答案

B 解析

小球原来静止时受重力和支持力作用，其合力为零．当劈形物体A由静止释放，A应沿斜面下滑，故B也将运动，运动状态就要发生改变，但由于惯性，小球原来速度为零，而小球又光滑，除竖直方向可以有力外，其他方向上不受力，因为力是使物体运动状态改变的原因，故小球只能在竖直方向上运动，在碰到斜面之前，运动轨迹应为一条直线，即竖直向下的直线．

9．如图5所示，滑板运动员沿水平地面向前滑行，在横杆前相对于滑板竖直向上起跳，人与滑板分离，分别从横杆的上、下通过，忽略人和滑板在运动中受到的阻力．则运动员(

)

图5 A．起跳时脚对滑板的作用力斜向后

B．在空中水平方向先加速后减速

C．越过杆后落在滑板的后方

D．越过杆后仍落在滑板上起跳的位置

答案

D 解析

人相对于滑板竖直向上起跳后，由于惯性，两者在水平方向上保持原速度不变，故人越杆后仍能落在滑板上起跳的位置．

10．科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用．下列说法符合历史事实的是(

) A．亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体的运动状态才会改变

B．伽利略通过“理想实验”得出结论：一旦物体具有一定的速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去

C．笛卡儿指出：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向

D．牛顿认为，物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质

答案

BCD 解析

亚里士多德认为物体的运动需要力来维持，A错误；伽利略通过“理想实验”得出：一旦物体具有某一速度，如果它不受力，它将以这一速度永远运动下去，B正确；笛卡儿指出：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向，C正确；由牛顿第一定律知，D正确．

11．关于惯性有下列说法，其中正确的是(

) A．物体抵抗运动状态变化的性质是惯性

B．没有力的作用，物体只能处于静止状态

C．行星在圆周轨道上保持匀速率运动的性质是惯性

D．运动物体如果没有受到力的作用，将继续以同一速度沿同一直线运动

答案

AD 解析

物体的惯性是指物体本身要保持原来运动状态不变的性质，或者说是指物体抵抗运动状态变化的性质，选项A正确；没有力的作用，物体将保持静止状态或匀速直线运动状态，选项B错误；行星在圆周轨道上做匀速圆周运动，而惯性是指物体保持静止或匀速直线运动的状态，选项C错误；运动物体如果没有受到力的作用，根据牛顿第一定律可知，物体将继续以同一速度沿同一直线一直运动下去，选项D正确．

12．下面是摘自上个世纪美国报纸上的一篇小文章：阿波罗登月火箭在脱离地球飞向月球的过程中，飞船内宇航员通过无线电与在家中上小学的儿子汤姆通话．宇航员：“汤姆，我们现在已关闭火箭上所有发动机，正向月球飞去．”汤姆：“你们关闭了所有发动机，那么靠什么力量推动火箭向前运动？”宇航员犹豫了半天，说：“我想大概是伽利略在推动火箭向前运动吧．”若不计星球对火箭的作用力，由上述材料可知下列说法正确的是(

) A．汤姆问话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因”

B．宇航员答话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因”

C．宇航员答话所体现的物理思想是“物体运动不需要力来维持”

D．宇航员答话的真实意思是火箭正在依靠惯性飞行

答案

ACD

13．小轩很喜欢爸爸新买的数码照相机，在旅途中拍下了火车内桌面上塑料杯瞬间的不同状态，如图6中的甲、乙、丙所示．则下列关于火车运动状态的判断可能正确的是(

)

图6 A．甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向左加速，丙图中火车突然向左减速

B．甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向右加速，丙图中火车突然向左加速

C．甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向右减速，丙图中火车突然向右加速

D．甲图中火车在匀速运动，乙图中火车突然向左加速，丙图中火车突然向右减速

答案

AC 解析

题图甲中，塑料杯相对于桌面的位置没有发生改变，因此它们的运动状态是相同的，说明此时在匀速运动，题图乙中，塑料杯向右倾倒，说明火车突然向左加速(或向右减速)，因为，火车突然向左加速时，塑料杯的下部由于摩擦也随着加速，而上部由于惯性仍保持原来的运动状态，所以才会向右倾倒，火车向右减速时的情形也可用类似的方法解释；题图丙中，塑料杯向左倾倒，说明火车突然向左减速(或向右加速)，因为，火车突然向左减速时，塑料杯的下部由于摩擦也随着减速，而上部由于惯性仍保持原来的运动状态，所以才会向左倾倒，火车向右加速时的情形也可用类似的方法解释，所以，题图甲中火车在匀速运动，题图乙中火车突然向左加速(或向右减速)，题图丙中火车突然向左减速(或向右加速)，选项A、C正确．