新教材人教版高中物理必修第一册学案设计4.1牛顿第一定律

第四章运动和力的关系

本章素养概述

〔情境导入〕

力和运动无处不在、无时不有。用不同的力推同一辆车小车运动状态的变化是不同的，当停止推力后，小车会慢慢停下来。在太空中飞行的航天飞行器没有推力也可保持高速飞行……

力与运动之间究竟有什么关系？本章将探究这个问题。

〔内容提要〕

本章在前面三章内容的基础上研究运动和力的关系。牛顿运动定律是动力学的核心内容。教材首先阐述了牛顿第一定律，然后在实验的基础上学习牛顿第二定律。教材通过两类动力学问题研究了牛顿运动定律的综合应用，最后通过“超重和失重”进一步研究了牛顿运动定律在生活中的应用，培养学生认识和解决实际问题的能力。

本章重点：①牛顿第二定律及其应用；②超重和失重。

本章难点：①实验：探究加速度与力、质量的关系；②动力学两类基本问题；③超重、失重问题；④传送带模型；⑤板块模型。

〔学法指导〕

1．重视对物理现象的深入观察和对物理规律的亲身体验，例如课本的“拓展学习”“科学漫步”等，经过了深入观察和亲身体验后，物理知识不仅容易领悟而且印象深刻。

2．注意物理方法的学习。本章中涉及许多重要的研究方法，例如在牛顿第一定律的研究中采用的理想斜面法、在牛顿第二定律的研究中利用的控制变量法、运用牛顿运动定律处理问题时常用的隔离法和整体法以及单位的规定方法、单位制的创建等。这些方法需要认真地体会和理解，以提高认知的境界。

3．正确的选取研究对象和进行受力分析是运用牛顿定律解题的关键。实际问题中根据需要可将物体隔离或将互相作用的几个物体看成一个整体来进行研究。

要注意合外力与加速度的瞬时关系。牛顿运动定律往往用来处理恒力问题，当物体所受的合外力既不是恒力又不规律时，就需要分析加速度与合外力的瞬时对应关系，处理这类问题时，要先认真分析过程，掌握好力和加速度的瞬时关系，搞清楚物体运动的过程，这样才能找准运动规律，应用相应知识求解。

1.牛顿第一定律

目标体系构建

明确目标·梳理脉络【学习目标】

1．理解牛顿第一定律的内容及意义。

2．理解惯性的概念，会解释有关的惯性现象。

【思维脉络】

课前预习反馈

教材梳理·落实新知

知识点1理想实验的魅力

1．力与运动关系的不同认识

代表人物主要观点

亚里士多德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__

伽利略力不是__维持__物体运动的原因

笛卡儿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__

2．伽利略的斜面实验：

(1)理想实验：让小球沿一个斜面从静止状态开始向下运动，再让小球冲上第二个斜面，如果没有摩擦，无论第二个斜面的倾角如何，小球达到的高度__相同__。若将第二个斜面放平，__小球将永远运动下去__。(2)实验结论：力不是__维持物体运动的原因__。

知识点2牛顿第一定律

1．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外力迫使它改变这种状态。

2．力和运动的关系：力不是维持物体运动状态的原因，而是__改变__物体运动状态的原因。

知识点3惯性与质量

1．惯性：物体具有保持原来__匀速直线运动__状态或__静止__状态的性质叫作惯性。

2．惯性的量度：__质量__是物体惯性大小的唯一量度。

预习自测

『判一判』

(1)伽利略的理想实验是不科学的假想实验。(×)

(2)笛卡儿认为若没有力作用，物体的运动状态就不会改变。(√)

(3)速度越大的物体，惯性越大。(×)

(4)伽利略认为，没有力作用在物体上，它就不能运动。(×)

(5)力无法改变物体的惯性。(√)

(6)牛顿认为力的真实效应总是改变物体的速度，而不是使物体运动。(√)

『选一选』

如图为我国女子冰壶队的比赛画面，冰壶惯性的大小取决于冰壶的(D)

A．位置B．速度

C．受力D．质量

解析：惯性是物体的固有属性，它指的是物体能够保持原来的运动状态的一种性质，惯性的大小只与物体的质量有关，与运动状态无关，故选D。

『想一想』请根据图中的情景，说明车子所处的状态，并对这种情景做出解释。

答案：从图(1)可以看出，乘客向前倾，说明乘客相对车厢有向前运动的速度，所以汽车在减速。从图(2)可看出，乘客向后倾，说明乘客有相对车厢向后运动的速度，说明汽车在加速。

课内互动探究

细研深究·破疑解难探究对牛顿第一定律的理解

┃┃情境导入__■

在足球场上，为了不使足球停下来，运动员带球前进必须不断用脚轻轻地踢拨足球(如下

图甲)。又如为了不使自行车减速，总要不断地用力蹬脚踏板(如下图乙)。这些现象不正说明了运动需要力来维持吗？那为什么又说“力不是维持物体运动的原因”？

提示：这一问题，我们可以这样思考：如果足球不是在草地上滚动，而是以相同的初速度在水平的水泥地板上滚动，它将会滚出比草地上远得多的距离，这说明了由于阻力的存在才导致足球的运动状态发生了改变，足球在草地上滚动时所受阻力大，运动状态很快发生改变；足球在水泥地面上滚动时所受阻力小，运动状态改变得慢，但终究还是要停下来。在盘带足球时，人对足球施加力的作用，恰恰是起了使足球已经变小的运动速度再变大的作用。自行车的例子也是同样的道理。

这两个例子都充分说明了阻力能使物体的运动状态发生改变(物体的速度变小)，动力也能使物体的运动状态发生改变(物体的速度变大)，即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。

┃┃要点提炼__■

1．牛顿第一定律的物理意义：

(1)揭示了力与运动的关系：

①力是改变物体运动状态的原因：物体受力的作用，它的运动状态就一定发生改变，并且产生加速度。

②力不是维持物体运动的原因：物体若不受力，它将做匀速直线运动或者保持静止状态。

(2)揭示了一切物体都具有的一种属性——惯性，所以牛顿第一定律也叫惯性定律。

2．物体运动状态改变的三种情况：

(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。(物体做匀速曲线运动)

(3)速度的大小和方向同时发生改变。(物体做变速曲线运动)

特别提醒

(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。

(3)牛顿第一定律只适用于惯性参考系中的运动，在非惯性参考系中不适用。

┃┃典例剖析__■

典题1根据牛顿第一定律下列说法中正确的是(C)

A．静止或匀速直线运动的物体，一定不受任何外力作用