高一物理牛顿运动定律全套学习学案

第四章 牛顿运动定律

1．牛顿第一定律

【学习目标】

1．知道历史上人们对力和运动的关系的认识过程。

2．知道伽利略的理想斜面实验的基本思路、主要推理过程和结论。 3．理解牛顿第一定律的内容和意义。

4．会判断物体的运动状态是否发生变化。

5．知道什么是惯性，理解质量是物体惯性大小的唯一量度，会正确解释有关惯性的现象。 【知识要点】

1．亚里士多德的观点

在研究物体的运动原因的过程中，古希腊哲学家亚里士多德的结论是：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在一个地方，即力是改变物体运动状态的原因。

2．伽利略的观点

意大利科学家伽利略在研究物体的运动原因时注意到，当一个小球沿斜面向下滚动时，它的速度增大，而向上滚动时，它的速度减小。他由此猜想：当球沿水平面滚动时，它的速度应该不增不减。而实际上，球在水平面上滚动时会越来越慢，最后停下来，伽利略认为，这是由于摩擦阻力的缘故。他还推断，如果没有磨擦阻力，球将永远滚动下去。

3．伽利略的理想斜面实验

伽利略的理想斜面实验得出的结论是：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。法国科学家笛卡儿补充和完善了伽利略的观点，明确指出：除非物体受到外力的作用，物体将永远保持静止或运动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动。

4．牛顿第一定律

牛顿第一定律的内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。

牛顿第一定律不是一条实验定律，它所描述的是一种理想化的状态，但却正确的揭示了自然规律。

①明确了力和运动的关系。指出物体的运动并不需要力来维持，只有当物体的运动状态

发生变化时，即产生了加速度时才需要力的作用

②提出了惯性的概念。牛顿第一定律既有实验基础，又是一种理想化的思维产物，它在牛顿运动定律中具有极其重要的地位，它揭示了一切物体在任何状态下都具有惯性。 ③自然界实际上不存在不受力的物体，但物体所受合外力为零或某一方向上受力为零的情况大量存在，牛顿第一定律也符合这些情况．

5．惯性

物体具有的保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，叫做惯性。质量大的物体，运动状态难改变，我们就说它的惯性大，质量小的物体运动状态容易改变，我们就说它的惯性小，质量是惯性大小的唯一量度。

（1）惯性是物体的固有属性，与物体的受力情况及运动状态无关． ①惯性的大小由物体的质量来唯一量度，与外界因素无关。

②惯性没有方向。

③惯性的表现形式是：当物体不受外力时，静止的物体恒静止，运动的物体保持当时的运动；在外力作用下，惯性的大小体现在运动状态改变的难易程度上。

（2）惯性和惯性定律的区别：惯性是一切物体所具有的一种性质，不需要附加限制条件；而惯性定律（牛顿第一定律）是一切物体在不受外力作用时，物体运动所遵循的规律。在惯性定律中所说的物体没有受到外力的作用，是一种理想的情况。 【释疑解难】

1．对牛顿第一定律的正确理解

牛顿第一定律反映了物体不受外力（或所受外力的合力为零）时的运动状态：静止或匀速直线运动（即原来静止的保持静止；原来运动的保持匀速直线运动）。不受外力作用的物体是不存在的，这里所说的“不受外力”的实质是“所受外力的合力为零”。

例如，在平直公路上匀速行驶的汽车，受到重力，地面的支持力，牵引力，阻力四个力作用。其中重力与支持力，牵引力与阻力都满足二力平衡，因此，外力的合力为零，这与“不受外力”在作用效果上是等效的，所以，汽车保持匀速直线运动的状态不变。 2．物体运动状态变化的判断

一个物体，如果它的速度的大小和方向都保持不变，则这个物体的运动状态保持不变，即我们是用速度这个矢量来描述物体的运动状态的。物体的运动状态改变了，就是指物体的速度发生了变化。由于速度是矢量，既有大小，又有方向，只要其中之一发生了变化，物体的运动状态就发生了变化。因此，物体运动状态的改变有三种情况：①速度大小改变，方向不变②速度大小不变，方向改变③速度的大小和方向都改变。 3．力是让物体产生加速度的原因

由牛顿第一定律可知，如果物体的运动状态发生改变，必定有力作用于物体，而物体的运动状态发生改变时，物体具有加速度，因此力是使物体产生加速度的原因。

例如，物体做自由落体运动，速度大小逐渐增大，运动状态发生了变化；物体做竖直上抛运动，速度的大小方向都在改变，运动状态发生了变化。这都是因为物体受到了重力的作用，产生了加速度，所以“加速度”是物体运动状态改变的标志，力是使物体产生加速度的原因。

4．惯性是物体的固有属性，与物体的运动状态及受力情况无关。

（1）有的同学总认为“惯性与物体的运动速度有关，速度大惯性就大，速度小惯性就小”，理由是物体运动速度大不容易停下来，速度小就容易停下来。产生这种错误的原因是“把惯性大小理解为把物体由运动状态变为静止时的难易程度”。这种观点是不正解的。

例如，在草地上滚动的足球，受到相同阻力的情况下，尽管速度不同，但由于质量相同，所产生的加速度是相同的，即在相同的时间内速度的减小量相同，这就说明质量相同的物体，运动状态改变的难易程度（惯性）是相同的，与它们的初速度无关。

（2）在日常生产、生活中利用惯性有哪些要求？

当我们要求物体的运动状态容易改变时，应该尽可能减小物体的质量；当我们要求物体的运动状态不容易改变时，应该尽可能增大物体的质量

例如，在跳水运动、体操运动等体育项目中，要求运动员的身材瘦小、体重较轻，目的是为了提高身体的灵活性，便于做出各种动作；在铅球运动、相扑运动等体育项目中，要求运动员的身材高大、体重较重，目的是让身体稳如泰山，状态不易被改变。

讨论 衣服不小心沾上了灰尘，我们轻拍衣服就可以将灰尘打掉，试解释原因。

【应用指导】

[例1]关于牛顿第一定律的说法中，正确的是（ ）

A．牛顿第一定律是实验定律

B．牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因 C．惯性定律与惯性的实质是相同的 D．物体的运动不需要力来维持

解析：牛顿第一定律是物体在理想条件下的运动规律，反映的是物体在不受力情况下所所遵循的运动规律，而自然界中不受力的物体是不存在的，故A是错误的。惯性是物体保持原有运动状态不变的一种性质，惯性定律（牛顿第一定律）则反映物体在一定条件下的运动规律，显然C不正确。由牛顿第一定律可知，物体的运动不需要力来维持，但要改变物体的运动状态则必须有力的作用。故正确的选项为BD.

说明：要正确理解牛顿第一定律所揭示的物理意义，在实际中不受外力的物体是不存在的，当物体所受合外力为零时，其效果跟不受外力的作用效果相同，因此，我们可以把“不受外力作用”理解为“合外力为零”。对惯性的理解应抓住物体惯性的实质，是不需要条件的，也是不可以改变的，除非改变物体本身。 [例2]下列说法中正确的是（ ）

A．惯性是只有物体在匀速直线运动或静止时才表现出来的性质

B．物体的惯性是指物体不受外力作用时仍保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质 C．物体不受外力作用时保持匀速直线运动状态或静止状态，有惯性；受到外力作用时，不能保持匀速直线运动状态或静止状态，因而就无惯性 D．惯性是物体的属性，与运动状态和是否受力无关

解析：因为一切物体都具有惯性，惯性是物体的固有属性，与物体的受力情况及运动状态无关，当物体受到外力作用，运动状态要发生改变时，物体才表现出惯性。故只有D选项正确。 说明：对惯性概念的理解应掌握“一切”的含义，它是指：不论物体的种类、质量大小、是否受力、是否运动、做何种运动都不例外地具有惯性。 [例3]下列说法中正确的是（ ）

A．掷出的铅球速度不大，所以其惯性小，可以用手去接

B．用力打出的乒乓球速度很大，因此其惯性很大，不能用手去接

C．相同的两辆车，速度大的比速度小的难以停下来，是因为速度大的车惯性大

D．相同的两辆车，速度大的比速度小的难以停下来，是因为速度大的车运动状态变化大 解析：质量是惯性大小的唯一量度，铅球质量很大，其惯性大，尽管速度不大，但是运动状态很难改变，故不能用手去接；而乒乓球则与其相反，运动状态容易改变，尽管速度很大，也可以用手去接（这一点同学们都有生活经验），所以AB是错误的。相同的车辆惯性相同，要让速度大的停下来，其运动状态变化大，因此较困难，故D正确。

说明：通过本题，同学们要真正认识到惯性的大小与物体质量有关，与物体的受力、运动、形状和物体所处的位置等其他一切因素都无关。人们的日常生活体验、习惯认识与物理现象的实质有些是相矛盾的，不科学的，本题有意识的给同学们设置障碍，看是否能从这些束缚中解脱出来，做出正确的判断。

[例4]火车在平直轨道上匀速行驶，门窗紧闭的车厢内有人向上跳起，发现仍落回原处，这是因为（ ）

A．人跳起后，车厢内空气给他一个向前的力，带着他随同火车向前运动

B．人跳起的瞬间，车厢地板给他一个向前的力，推动他随同火车一起向前运动

C．人跳起后，车厢继续向前运动，所以人落下后必定偏后一些，只是上升时间很短，偏后距离太小，不明显而已

D．人跳起后直至落地，在水平方向人和车始终有相同的速度

解析：人随火车共同运动，具有向前的速度，当人向上跳起后，由于惯性人将保持原来水平

方向和火车相同的速度，所以人仍将落回车的原处。故选项D正确。

说明：若人在跳离车厢地板的时间内，车厢在水平直轨道上做匀变速直线运动，则人不会落回原处。因为，人跳起后，在水平方向由于惯性将保持原来的速度做匀速直线运动，而此时车厢的速度却变化了，和人的速度不再相同，故不会落回原处。若火车以加速度a匀加速运动，则人落到起跳处后方?s?方?s?12at处。

212at处；若火车以加速度a匀减速运动，则人落到起跳处前

2【同步练习】 巩固型

1．关于力和运动的关系，下列说法正确的是（ ）

A．力是维持物体运动的条件，同一物体所受到的力越大，它的速度越大 B．作用在运动物体上的力消失后，物体运动的速度不断减小 C．放在水平桌面上的物体保持静止，是由于物体所受二力平衡 D．物体运动状态发生变化是与作用在物体上的外力分不开的 2．伽利略的理想斜面实验揭示了（ ） A．若物体运动，那么它一定受力 B．力不是维持物体运动的原因

C．只有受力才能使物体处于静止状态 D．只有受力才能使物体运动 3．“物体运动状态的改变”是指（ ） A．物体速度大小的改变 B．物体速度方向的改变 C．物体速度的改变 D．物体有了加速度

4．下列对牛顿第一定律的理解，正确的是（ ） A．牛顿第一定律说明了力是产生并维持运动的原因

B．牛顿第一定律说明了力是改变物体运动状态的原因 C．牛顿第一定律描述的是一种理想情况，无实际意义

D．牛顿第一定律给出了惯性的概念，而惯性大小与运动状态无关。 5．歼击机在进入战斗状态时要丢掉副油箱，这样做是为了（ ） A．减小重力，使运动状态保持稳定 B．增大速度，使运动状态易于改变 C．增大加速度，使状态不易变化

D．减小惯性，有利于运动状态的改变

6．下列现象中，体现了“力是改变物体运动状态的原因”思想的是（ ） A．树欲静而风不止

B．汽车关闭发动机后逐渐停下来 C．楚霸王不能自举其身

D．扫帚不到，灰尘照例不会自己跑掉 7．司机和坐在前排的乘客都要系安全带，主要是因为 。 提高型

8．人从行驶的汽车上跳下来后容易（ ） A．向汽车行驶的方向跌倒

B．向汽车行驶的反方向跌倒

C．向车右侧方向跌倒 D．向车左侧方向跌倒

9．在一艘匀速向北行驶的轮船甲板上，一运动员做立定跳远，若向各个方向都用相同的力，则相对船 （ ） A．向北跳最远 B．向南跳最远

C．向东向西跳一样远，但没有向南跳的远 D．无论向哪个方向都一样远

10．如图4-1-1所示，在一辆表面光滑足够长的小车上，有质量为m1和m2的两个小球（m1> m2），两小球原来随车一起运动，当车突然停止时，如不考虑其他阻力，则两个小球（ ） A．一定相碰 B．一定不相碰 C．不一定相碰 D．无法确定

11．从水平匀速向右飞行的飞机上按相等的时间间隔，依次放出a、b、c三个小球，不考虑空气阻力，站在地面上的人看到它们在空中的排列情况是图4-1-2中的哪一个（ ）

M 图4-1-3 m 图4-1-1 m1 m2 A B C D 图4-1-2

12．如图4-1-3所示，一个劈形物体M放在固定的粗糙的斜面上，上面成水平，在水平面上放一光滑小球m，劈形物体从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是（ ） 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 【开阔视野】

安全带与安全气囊

现代汽车的设计十分重视安全，安全带和安全气囊就是保护乘员人身安全的两个重要装置。道路交通事故多种多样，其中对车内人员造成伤害的，大多是由于运动中的车辆与其他物体（车辆或障碍物）发生碰撞。从力学观点看，运动的车辆受到碰撞突然停止，但车内人员在惯性的作用下仍以碰撞前的速度向前运动，结果在车内甚至冲出车外与刚性物体发生第二次碰撞，因而造成伤害。设置安全带和安全气囊的目的就是尽量避免或减轻第二次碰撞对车内人员的伤害。

安全带是20世纪60年代初发明的，经过40多年的发展，现在的安全带均由强度极大的合成纤维制成，带有自锁功能的卷收器，采用对乘员的肩部和腰部同时实现约束的V形三点式设计。系上安全带后，卷收器自动将其收紧，一旦车辆紧急制动、发生碰撞甚至翻滚，安全带因乘员身体的前冲而发生猛烈的拉伸，卷收器的自锁功能便立即发挥作用，瞬间卡住

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