1. 牛顿第一定律教案设计（一等奖）

3.1 牛顿第一定律

第一课时

[目标定位] 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，这类运动必须依靠外力的不断作用才能维持．外力一旦消失，受迫运动也就停止了．他的观点由于受到历史的局限性，是错误的．

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，是因为摩擦力的缘故．为了说明运动和力的关系，他设计了理想实验：(1)若摩擦可以忽略，小球最终会到达与左侧斜面同样的高度；(2)坡度越小，小球要达到同样的高度经过的坡长就会越长；(3)如果右边的斜面变成水平面，并且没有任何阻力，小球将永远运动下去．从而否定了亚里士多德的观点．

想一想：

伽利略的理想实验揭示了什么道理？

答案

伽利略的实验揭示了力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．牛顿第一定律揭示了力是迫使物体的运动状态发生变化(产生加速度)的一种作用，是物体获得加速度的原因，而物体具有的速度并不与力直接相关．

3．惯性：一切物体都有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质，这种性质叫做惯性．因此牛顿第一定律也称为惯性定律．质量是物体惯性大小的量度．

想一想：

(1)是不是只有匀速直线运动或静止的物体才具有惯性？(2)有人说：“速度越大惯性越大，受力越小惯性越大”，对吗？

答案

(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.

一、对伽利略的理想实验的理解

1．关于运动和力的两种对立的观点

(1)亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因．这种错误的观点统治了人们的思维近二千年．

(2)伽利略的观点(伽利略第一次提出)：物体的运动不需要力来维持，力是改变物体速度的原因．

2．伽利略的理想实验的意义

(1)伽利略的理想实验将可靠的事实和理论思维结合起来，即采用“事实基础＋抽象思维＋科学推论”的方法推翻了亚里士多德的观点，初步揭示了运动和力的正确关系．

(2)第一次确立了物理实验在物理学中的地位．

例1

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311所示的理想实验，他的设想步骤如下：

图311 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．

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，有的属于可靠的事实，有的则是理想化的推论．下列有关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

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.

答案

②③①④

B 二、对牛顿第一定律的理解

1．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．

2．物体运动状态的变化即物体运动速度的变化，有以下三种情况：

(1)速度的方向不变，只有大小改变．(物体做直线运动) (2)速度的大小不变，只有方向改变．(物体做曲线运动) (3)速度的大小和方向同时发生改变．(物体做曲线运动) 3．注意：

(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

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的作用时的运动规律

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的结果

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 三、对惯性的理解

1．惯性是物体的固有属性．一切物体都具有惯性．

2．质量是惯性大小的唯一量度．质量越大，惯性越大．

3．惯性大小与物体运动状态无关，与物体受力情况以及地理位置无关．

4．惯性的表现

(1)不受力时，惯性表现为保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，有“惰性”的意思．

(2)受力时，惯性表现为运动状态改变的难易程度．质量越大，惯性越大，运动状态越难以改变．

例3

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．“嫦娥三号”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；“嫦娥三号”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 借题发挥

分析有关惯性的问题时，应注意惯性的三个性质：(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：惯性由物体的质量唯一决定．

例4

如图312所示，在匀速行驶的火车车厢内，有一人从B点正上方相对车厢静止释放一个小球，不计空气阻力，则小球(

)

图312 A．可能落在A处

B．一定落在B处

C．可能落在C处

D．以上都有可能

解析

匀速行驶的火车车厢内，相对车厢静止释放一个小球，由于惯性，小球在水平方向保持与车速相同的速度，因此在下落这段时间内，水平位移相等，即落回到B点，故选B. 答案

B

对伽利略的理想实验的理解

1．(2013山东烟台期末)下列叙述中符合物理学史实的是(

) A．伽利略认为力不是维持物体运动的原因

B．伽利略通过理想斜面实验总结出了惯性定律

C．牛顿认为力是改变物体运动状态的原因

D．在伽利略和笛卡儿研究的基础上，牛顿建立了惯性定律

答案

ACD 2．伽利略的理想斜面实验说明(

) A．亚里士多德关于运动和力的关系是正确的

B．亚里士多德关于运动和力的关系是错误的

C．力是维持物体运动的原因

D．物体的运动不需要力来维持

解析

伽利略的理想实验中斜面放平后，小球将永远运动下去，说明物体的运动不是由力来维持的，故而推翻了亚里士多德的观点．B、D正确．

答案

BD 对牛顿第一定律的理解

3．关于牛顿第一定律，下列说法中正确的是(

) A．牛顿第一定律是在伽利略“理想实验”的基础上总结出来的

B．不受力作用的物体是不存在的，故牛顿第一定律的建立毫无意义

C．牛顿第一定律表明，物体只有在不受外力作用时才具有惯性

D．牛顿第一定律表明，物体只有在静止或做匀速直线运动时才具有惯性

解析

牛顿第一定律是在伽利略“理想实验”的基础上经过抽象、加工、推理后总结出来的，A正确；虽然不受力作用的物体是不存在的，但是它与受合外力为零时等效的，故牛顿第一定律仍有实际意义，B错误；物体的惯性是物体本身的属性，与物体是否受外力无关，与物体静止还是匀速直线运动无关，C、D错误．故选A. 答案

A 对惯性的理解

4．(2013北京西城区期末)关于惯性的大小，下列说法正确的是(

) A．物体的速度越大，其惯性就越大

B．物体的质量越大，其惯性就越大

C．物体的加速度越大，其惯性就越大

D．物体所受的合力越大，其惯性就越大

解析

质量是物体惯性大小的量度，与速度、加速度及合力无关．

答案

B 5．如图313所示，冰壶在冰面运动时受到的阻力很小，可以在较长时间内保持运动速度的大小和方向不变，我们可以说冰壶有较强的抵抗运动状态变化的“本领”．这里所指的“本领”是冰壶的惯性，则惯性的大小取决于(

)

图313 A．冰壶的速度

B．冰壶的质量

C．冰壶受到的推力

D．冰壶受到的阻力

解析

一个物体惯性的大小，与其运动状态，受力情况是没有任何关系的，衡量物体惯性大小的唯一因素是质量，故B正确

答案

B 6．根据牛顿运动定律，以下选项中正确的是(

) A．人只有在静止的车厢内，竖直向上高高跳起后，才会落在车厢的原来位置

B．人在沿直线匀速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方

C．人在沿直线加速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方

D．人在沿直线减速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方

解析

人起跳后，水平方向保持起跳前的速度做匀速直线运动；车速如果不变(静止或匀速)，则人和车水平方向相对静止；车如果加速，人相对滞后，落在后面；车如果减速，人相对超前，落在前面．故选C. 答案

C