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第四章 牛顿运动定律
第一节　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．　4.会用牛顿第一定律定性分析问题．
一、亚里士多德的观点
有力作用在物体上，物体才运动；撤掉力，运动就停止．维持物体运动________力．
二、伽利略的探索
1．理想实验：让小球沿第一个斜面的某一高度静止释放，然后冲上第二个斜面，如果没有摩擦，小球上升的高度与释放时的高度________．减小第二个斜面的倾角，小球滚动的距离增大，但最终仍能到达__________．
科学推论：如果第二个斜面变成水平面，小球将无法达到原来的高度，只能以恒定的速度________________________．
2．结论：物体的运动不需要力来维持．
需要
相同
原来的高度
一直运动下去
三、笛卡尔的补充
如果没有__________，运动中的物体将继续以_____________沿着一条直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向．
四、牛顿的总结
1．牛顿第一定律：一切物体总保持________________状态或__________状态，直到有外力____________________这种状态为止，这就是牛顿第一定律，又叫________________．
2．质量是惯性大小的量度
(1)惯性：物体具有保持原来________________状态或________状态的性质．惯性是物体的固有属性．
(2)惯性的量度：________是物体惯性大小的唯一量度．
其他原因
同一速度
匀速直线运动
静止
迫使它改变
惯性定律
匀速直线运动
静止
质量
判断下列说法是否正确．
(1)伽利略理想斜面实验是不科学的假想实验.(　　)
(2)理想实验所得到的结论是不可靠的．(　　)
(3)伽利略的“理想实验＋科学推论”的方法是一种科学方法．(　　)
(4)物体只有处于静止状态或匀速直线运动状态时才有惯性．(　　)
(5)物体运动速度越大，惯性越大．(　　)
(6)力无法改变物体的惯性．(　　)
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课堂 深度探究
知识点一　对牛顿第一定律的理解
如图所示，让一个小车从同一斜面上滑下，水平面上分别放置毛巾、木板和玻璃板，水平面与斜面平滑连接．仔细观察实验现象．
[提示]　水平面越光滑，小车滑动的距离越远．说明摩擦力是阻碍物体相对运动的原因．
(1)实验观察到什么现象，说明了什么问题？
[提示]　如果没有摩擦力的作用，小车将永远运动下去．
(2)如果没有摩擦力的作用，小车将会怎样运动呢？
[提示]　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．
(3)以上实验揭示了力和运动之间是什么关系？
1．伽利略理想实验
实验事实：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．
推理1：如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度．
推理2：减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍要达到原来的高度．
推理3：继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成为水平面，小球将沿水平面永远运动下去．
实验结论：力不是维持物体运动的原因．
2．运动状态的改变
当物体的速度发生变化时，这个物体的运动状态即发生了变化．物体的运动状态变化有以下三种情况：
(1)速度的方向不变，只有大小改变．
(2)速度的大小不变，只有方向改变．
(3)速度的大小和方向都发生改变．
3．对牛顿第一定律的理解
(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．
角度1　理想斜面的实验
(多选)伽利略对自由落体运动及运动和力的关系的研究，开创了科学实验和逻辑推理相结合的科学研究方法．图(a)、图(b)分别表示这两项研究中的实验和逻辑推理的过程，对这两项研究，下列说法正确的是(　　)
A．图(a)通过对小球在斜面上的运动研究，合理外推得出自由落体是一种匀变速直线运动
B．图(a)中先在倾角较小的斜面上实验，可“冲淡”重力，便于测量时间
C．图(b)中完全没有摩擦阻力的斜面是实际存在的，实验能直接观察到小球达到等高处
D．图(b)的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出物体的运动不需要力来维持的结论
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[解析]　题图(a)通过对小球在斜面上的运动研究，在得出斜面上小球运动特征后，合理外推得出自由落体运动是一种匀变速直线运动，故A正确；题图(a)中先在倾角较小的斜面上进行实验，来“冲淡”重力的作用效果，因为在倾角较小的斜面上的小球加速度较小，运动相等位移下所用时间较长，更有利于时间的测量，故B正确；题图(b)中没有摩擦阻力的斜面实际并不存在，故实验不能直接观察到小球达到等高处，故C错误；题图(b)的实验为“理想实验”，伽利略通过结合实验结果，利用逻辑推理得出物体的运动不需要力来维持，故D正确．
关于物体的运动状态和所受合力的关系，以下说法正确的是(　　)
A.所受合力为零的物体一定处于静止状态
B．速度是物体运动状态的标志性物理量
C．物体所受合力不为零时，物体的速度一定不为零
D．只有合力发生变化时，物体的运动状态才会发生变化
角度2　运动和力的关系
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[解析]　物体所受合力为零时一定处于平衡状态，可能处于静止状态，也可能处于匀速直线运动状态，故A错误；速度是物体运动状态的标志性物理量，故B正确；力是改变物体运动状态的原因，只要合力不为零，物体的运动状态就会发生改变，但某时刻的速度可能为零，故C、D错误．
知识点二　惯性的理解和应用
1．公路上奔驰的汽车，速度越大，刹车时停下来所用的时间越长，这能说明速度越大惯性越大吗？
[提示]　质量是惯性大小的唯一量度，质量越大，运动状态越难改变．由v20＝2as知，刹车位移和初速度的二次方成正比，汽车速度越大，刹车位移越长，但是汽车质量不变，惯性不变．
[提示]　乒乓球可接，因为乒乓球的质量小，惯性小；铅球不敢接，因为铅球的质量大，惯性大．
2．以相同速度冲向你的乒乓球和铅球，你敢接吗？
1．惯性与质量
(1)惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性．
(2)质量是物体惯性大小的唯一量度，质量越大，惯性越大．
2．惯性与力
(1)惯性不是力，而是物体本身固有的一种性质，始终具有且与外界条件无关；力只有在物体间相互作用时才有，离开了物体就不存在力．因此说“物体受到了惯性作用”“产生了惯性”“受到惯性力”等都是错误的．
(2)力是改变物体运动状态的原因，惯性是维持物体运动状态的原因．对同一物体，力越大，运动状态越易改变；惯性越大，运动状态越难改变．
(3)惯性与物体的受力情况无关．
3．惯性与速度
(1)速度是表示物体运动快慢的物理量，惯性是物体本身固有的属性．
(2)一切物体都具有惯性，和物体是否有速度及速度的大小无关．
(2025·佛山月考)惯性是经典物理学中的重要概念．下列说法正确的是(　　)
A．质量大的物体惯性大
B．质量小的物体惯性大
C．只有静止的物体才具有惯性
D．只有运动的物体才具有惯性
[解析]　一切物体都有惯性，质量是惯性大小的量度，质量越大，惯性越大；惯性大小与物体的运动状态无关．
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(2025·湛江市期中)如图所示，航天员进行太空授课时演示了旋转的小扳手，下列关于惯性的说法正确的是(　　)
A．小扳手漂浮不动时没有惯性
B．小扳手的惯性比航天员的惯性小
C．小扳手从地面移到空间站惯性变小
D．惯性是改变物体运动状态的原因
[解析]　小扳手漂浮不动时，仍存在质量，仍有惯性，故A错误；由于小扳手的质量小于航天员的质量，则小扳手的惯性比航天员的惯性小，故B正确；小扳手从地面移到空间站，质量不变，则惯性不变，故C错误；惯性是保持物体运动状态的原因，而力是改变物体运动状态的原因，故D错误．
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知识点三　应用牛顿第一定律分析实际问题
(多选)(2025·东莞市期中)对下列有关现象的分析正确的是(　　)
A．奔跑的运动员遇到障碍而被绊倒，这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态
B．在水平匀速直线行驶的高铁上，小明竖直向上跳起，由于惯性，小明将落回起跳位置
C．踢出的足球最终要停下来，是由于没有外力来维持足球的运动
D．航天员在绕地球飞行的宇宙飞船中，可以“飘来飘去”，是因为他的惯性消失了
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[解析]　奔跑的运动员遇到障碍而被绊倒，这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态，故A正确；在水平匀速直线行驶的高铁上，小明竖直向上跳起，由于惯性，小明将落回起跳位置，故B正确；踢出的足球最终要停下来，是由于受到阻力而改变了足球的运动状态，故C错误；惯性大小只与质量有关，与状态无关，故D错误．
(2024·深圳校考期中)如图，列车在平直轨道行驶，水龙头的水滴均落在正下方B处(AB与轨道平行)，某乘客后来观察到水滴落在B点的右方A点，则关于列车的运动情况下列说法正确的是(　　)
A．先静止，后向左做加速运动
B．先静止，后向右做加速运动
C．先向左做匀速运动，后做减速运动
D．先向右做匀速运动，后做加速运动
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[解析]　水滴下落时，水平方向保持原来的速度，若车一直静止或做匀速运动，车的水平位移与水滴的水平位移相同，则落在B点；若车先静止后向左做加速运动，则水滴仍保持下落时的水平速度，而车的水平位移增大，故水滴可能落在A处；同理，车先向左做匀速运动，后做加速运动或先向右做匀速运动，后做减速运动时，水滴也会落在A处．
随堂 巩固落实
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1．(对牛顿第一定律的理解)关于牛顿第一定律的理解，下列说法正确的是(　　)
A．物体所受合外力为零时，一定处于静止状态
B．物体所受合外力不为零时，一定会使物体的速度发生变化
C．伽利略提出的理想斜面实验在科学发达的今天是可以实现的
D．速度越大的汽车越不容易停下来，是因为汽车速度越大，惯性越大
解析：物体所受合外力为零时，可能处于静止状态或匀速直线运动状态，故A错误；物体所受合外力不为零时，由牛顿第一定律可知一定会使物体的速度发生变化，故B正确；伽利略提出的理想斜面实验是实验和逻辑推理的结合，在科学发达的今天也不可以实现，故C错误；物体的质量是惯性的唯一量度，故D错误．
2．(惯性的理解和应用)根据《中华人民共和国道路交通安全法》第五十一条规定，汽车行驶时，驾驶人员、乘坐人员应当按规定使用安全带，乘客不管坐前排还是后排，乘车就必须系安全带．关于安全带，下列说法正确的是(　　)
A．系好安全带可以减小汽车的惯性
B．系好安全带可以减小驾驶员和乘客的惯性
C．系好安全带可以完全避免撞击对驾驶员和乘客的伤害
D．系好安全带对驾驶员、乘客和车的惯性都没有影响
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解析：物体的惯性只与物体的质量有关，所以系好安全带并不能减小汽车的惯性，也不能减小驾驶员和乘客的惯性，即系好安全带对驾驶员、乘客和车的惯性都没有影响，故A、B错误，D正确；系好安全带不能完全避免撞击对驾驶员和乘客造成的伤害，但可以在一定程度上减轻驾驶员和乘客受到的伤害，故C错误．
3．(惯性的理解和应用)(多选)牛顿第一定律揭示了一切物体都具有惯性，下列生活现象中关于惯性的理解正确的是(　　)
A．拍打衣服上的灰尘，是利用了惯性
B．跳远时我们要助跑，助跑速度越大，惯性越大
C．坐车时我们要系安全带，是为了减小惯性
D．电动自行车与大货车在等红绿灯时，电动自行车容易启动，是因为其质量小，惯性小
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解析：拍打衣服上的灰尘，是利用了惯性，故A正确；惯性只与质量有关，与助跑速度无关，故B错误；坐车时我们要系安全带，是为了减小惯性带来的危害，故C错误；电动自行车与大货车在等红绿灯时，电动自行车容易启动，是因为其质量小，惯性小，故D正确．
4．(应用牛顿第一定律分析实际问题)火车在长直水平轨道上匀速行驶，车厢内有一个人向上跳起，发现仍落回到车上原处，这是因为(　　)
A．人跳起后，车厢内的空气给人一个向前的力，这力使他向前运动
B．人跳起时，车厢对人有一个向前的摩擦力，这力使人向前运动
C．人跳起后，车继续向前运动，所以人下落后必定向后偏一些，只是由于时间很短，距离太小，不明显而已
D．人跳起后，人和车在水平方向的速度始终相同
解析：人向上跳起，发现仍落回到车上原处，是因为在起跳前，人与车相对静止，而人具有惯性，起跳后，人与车在水平方向仍具有相同的速度，所以仍落回原处．A、B、C错误，D正确．
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