沪科版《6.1 科学探究：牛顿第一定律》同步研学和测试

沪科版《6.1 科学探究：牛顿第一定律》同步研学和测试

基本要求：

1. 体会亚里士多德与伽利略的思想冲突，通过动手实验，用分析和论证的方法探究出牛顿第一定律，并学会用自己的语言表述牛顿第一定律的内容。从对牛顿第一定律的探究过程中发展我们的观察能力、分析能力、归纳论证的能力和表述信息的能力。 2. 认识伽利略的理想实验方法，了解物理上理想实验的实质。

3. 通过大量事实认识惯性，并了解利用惯性及防止惯性的方法。能够将知识应用到生产、生活实践当中。

重点：牛顿第一定律的得出与理解

难点：匀速直线运动不需要外力来维持，惯性现象解释的语言叙述。

基本内容讲解：

我们学过了力，一切物体都受到力的作用。我们也学过了运动，运动是绝对的，一切物体都在运动，静止只是相对的。物体都受力，同时又都在运动，力的效果之一就是力能改变物体的运动状态。可见，力和物体的运动有密切的联系。我们在这一章中要学习力和运动二者之间的联系。

古希腊的学者亚里士多德早在两千年前就提出“力是维持物体运动的原因”。他的根据是一个物体（例如一辆车）运动起来后必须用力才能使它不停地运动下去，失去力的作用，运动会停下来。初看起来，他的观点似乎符合实际情况，所以这个观点在人类的历史上统治了近一千七百年，直到三百年前，人们才开始对这个观点是否正确提出疑问，并由伽利略和牛顿等几位科学家对力和运动的关系提出了科学的论断。 1. 伽利略的理想实验：

让一小球沿斜面由静止滚下，它将向另一斜面滚上，若无摩擦，小球将上升到原来的高度（如图1）。我们根据这种运动趋势进行分析推理：若减小第二个斜面的倾角，小球在这一斜面上要达到原来的高度就要通过更多的距离（如图2）；若继续减小倾角，最终使其成为一个水平面，则小球永远不能达到原来的高度，必将沿水平面以恒定的速度运动下去（如图3）。

伽利略理想实验不是简单地告诉我们一个结论，更重要的是传授给我们研究物理问题的基本思维方法：把实验事实同抽象思维结合起来；忽略次要矛盾，抓住主要矛盾；不盲目相信直觉和前人的结论，这些思维方法已成为人们进一步研究物理问题的一把钥匙。 2. 下面我们来模拟一下研究物体在没有受到其它物体的作用时，物体将如何运动？

这是一块倾斜放置的木板，它的下端又接出一块木板水平放置，木板上铺一块毛巾。让一辆小车从斜面上的某一位置由静止开始向下运动，这时我们发现小车停下来。这是为什么呢？同学们都知道，这是因为小车在水平的毛巾面上受到了阻力。

亚里士多德认为维持运动必须有力。现在，小车恰恰是因为受到了阻力，它的运动不能维持，可见，他的观点缺乏一定的前提条件，因此是不确切的。能不能让小车在水平面上运动的再远些呢？我们可以减小水平面对小车的阻力，用棉布表面的木板代替毛巾，重复上述实验。小车从斜面上的同一位置由静止开始向下运动，这样可以保证小车到达斜面底端具有跟刚才实验时相同的速度，小车在水平面上运动得更远了，原因是阻力小了。

从实验可知，木板对小车的阻力小了，小车运动得更远了，它的速度经过较长的时间才变为零。

我们把水平放置的木板表面换成一块比较光滑的木板，重复上述的实验。

可见，水平木板对小车的阻力越小，小车运动的越远，它的速度必须经过更长的时间才能变为零。

3. 牛顿第一定律

请同学们设想，如果小车从斜面上滑下来，滑到一个非常光滑、阻力无限小的光滑平面上，小车的运动将如何？由于有前三次实验做基础，这种无限光滑的平面虽然没有，但是我们也有充分的理由认为小车将永远运动下去。这就是历史上伽利略所做过的实验和通过实验得到的结论。

法国的科学家笛卡儿进一步补充了伽利略得出的结论，使人们的认识又深化了一步。笛卡儿认为，物体不受外力时，除了速度的大小不会改变，永远运动下去，也不会改变运动的方向。 最后，英国的著名物理学家牛顿总结了前人研究的成果，建立了力和运动的关系的第一条规律，牛顿第一定律。

一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持匀速直线运动状态或静止状态，这就是著名的牛顿第一定律。

物体不受外力作用时，原来运动的物体要保持匀速直线运动；原来静止的物体要保持静止状态。这个规律说明了维持物体的匀速直线运动是不需要外力的。 4. 由牛顿第一定律，我们可以得出以下几个方面的问题： （1）匀速直线运动不需要外力来维持。 （2）力是使物体运动状态发生改变的原因。

（3）任何物体都有一种性质，也就是保持自己原有的运动状态不变的性质，我们把这种性质叫做惯性。惯性是物体本身固有的一种属性。任何物体在任何时候都有惯性。它只与

物体的质量有关系。（为什么会有两种情况呢？这由什么来决定呢？）

（4）惯性是维持物体做匀速直线运动的原因。 （5）牛顿第一定律又叫惯性定律。

（6）牛顿第一定律不是从实验中直接得出来的，也就是说它不是一个实验定律，当然也就不能用实验来验证。但是它又有深厚的实验基础。它是在实验的基础上通过进一步的科学推理而得到的，由这个定律进一步得出的一切科学推论都经受住了实践的检验，因此，牛顿第一定律早已成为大家公认的力学基本定律之一。 5. 惯性

我们可以把5个象棋子摞起来，然后用尺迅速打击下部的象棋子，观察上面的象棋子落在何处。实验发现棋子落回原处，由于棋子原来是静止状态，由于惯性，它要保持原来的静止状态，所以落回原处。

把木块立放在小车上，当小车突然向前运动时，我们发现木块要向后倒。因为木块原来是静止状态，当下部突然向前运动，上部由于惯性仍保持静止，所以向后倒。 把木块平放在小车上，在小车和木块间涂点滑石粉（或撒点小米粒），当小车遇到障碍物突然停止时，我们发现木块将向前滑出。原来，开始木块随小车一起向前运动，小车突然停止，木块由于惯性仍向前运动，所以向前滑出。如果没有滑石粉（或小米粒），这时木块的下部要突然由运动变为静止，而木块的上部由于惯性，还要保持原来的运动状态，所以木块就向前倾倒。

由上面的两个实验我们就可以解释车上的乘客为什么在车起动时要向后倾倒，在车刹车时要向前倾倒了。所以为了安全起见，坐在汽车前排的乘客和司机一定要系好安全带。 6. 惯性的应用

拍打衣服可除去灰尘。

使劲甩手可把手上的水甩掉。

撞击可以使锤头、斧头紧套在把上。 摩托车飞跃断桥。

宇航员走出飞船后，仍能与飞船“并肩”前进，不会落在飞船后面。

【典型例题】

例1. 用绳子栓住一个小球在光滑的水平面上作圆周运动，当绳子突然断裂，小球将 [ ]

A. 保持原来的圆周运动状态

B. 保持绳断时的速度作匀速直线运动

C. 小球运动速度减小，但保持直线运动状态 D. 以上三种都有可能

分析：原来小球受绳拉力作用在作圆周运动，当绳子突然断裂，小球在光滑水平方向上就没有再受到力了，因此小球将保持绳断时刻的速度大小和方向而运动。 解答：B

例2. 下列说法正确的是 [ ] A. 物体不受力作用就一定静止。

B. 物体不受力作用就一定是匀速直线运动。 C. 物体受力才能运动。 D. 以上说法都是错误的。

分析：牛顿第一定律指出，物体不受外力作用时，物体将保持静止或匀速直线运动，说

明物体可以有两种表现状态，同时也说明物体不受力时也能运动，力不是维持物体运动的原因。

解答：D

例3. 我国规定，小汽车前排必须装有保险带，它是用来防止汽车的 [ ] A. 高速行驶。 B. 快速起动。 C. 紧急刹车。 D. 上述各项都能防止。

分析：保险带是系于前排驾驶员或乘客胸前的弹性带，当行驶汽车急刹车时，汽车迅速停止，人由于惯性将保持向前运动，保险带作用可以保护驾驶员或乘客不致过猛前冲被撞。 解答：C

例4. 行走的人被石块绊一下会向前跌倒，下述分析中正确的是 [ ] A. 人的上半身有惯性，下半身没有惯性。 B. 由于石块作用而改变了人的运动。

C. 人由于惯性保持向前，石块作用脚时，使脚运动变慢。 D. 以上说法都正确。

分析：人以一定速度前进，当脚绊到石块时，脚受力改变运动状态，突然停止。由于人有惯性，他要保持原来的运动状态，这样，人的上身继续向前运动，致使向前跌倒。 解答：C

说明：学生初学用物理原理分析说明问题时，往往不得要领，其实是没有形成技能，根据技能形成规律，应先做“分解动作”明确步骤，再通过顺序练习渐达熟练。

引导学生探出解答惯性现象的步骤：

①确定物体原来的运动状态。

②找出物体或物体的哪部分在突发过程中受到外力作用，改变了原来的运动状态。 ③找出物体或物体的哪部分在突发过程中不受外力作用，由于惯性而保持原来的运动状态。

例5. 原来匀速向前行驶的公共汽车向左急转的时候站在汽车里的乘客会向哪个方向倾倒？为什么？

解答：汽车向左急转弯的时候，站在汽车里的乘客会向右倾倒，原来匀速向前行驶的汽车是做匀速直线运动，车上的乘客与汽车相对静止，也向前做匀速直线运动。汽车向左转弯，汽车的地板给乘客的脚一个摩擦力，使脚跟着偏离原来向前的方向，也向左转弯。但乘客的头部和身体，没有受到使它改变运动状态的力，由于本身的惯性，保持原来的速度继续向前做匀速直线运动，这样，乘客的头部和脚就不保持在一条竖直线上，脚在左侧，头在右侧，所以乘客感觉是向右倾倒。

说明：这是一个运用物理概念解答和说明物理现象的问题，而且在物理概念的理解和运用上都比较复杂。解答这类问题，首先要将实际物理过程弄清楚，这包括有的是物理课学习过的内容，也有的是生活中的物理现象，要平时注意观察，遇到有关问题的时候要认真回忆实际发生的过程。类似的过程有，原来静止的汽车，突然启动的时候，车上的乘客会向后倒；原来行驶着的汽车，突然刹车的时候，车上的乘客会向前倒；原来行驶的汽车，向某一侧急转弯，车上的乘客会向相反的方向倾倒。

对于物体惯性的问题，下面给出的“经验”说法都是不恰当的。

①“汽车向左转弯，车上的乘客就受到向右的推力，将乘客向右推倒。”

这是停留在“运动必须有力推动”的错误认识。同样的错误会认为，行驶着的汽车突然刹车，有一个力把乘客向前推倒。

怎么认识清楚没有这样的力？可以根据力是物体对物体的作用，讲一个力，一定有受力者，还必须有施力者。乘客的脚穿着鞋，鞋底与车接触，车向左了，鞋底与车之间就是“要发生运动”，摩擦力阻碍要发生的相对运动，使脚跟着向左转弯，这里的力有受力者，也有施力者。

②“??乘客由于惯性的作用??” 这个答案里，“作用”两个字使用不当，反映对惯性的理解不够清楚，惯性是物质自己的性质，讲“作用”就容易误解惯性是别的物体给出的，实际上是把物质本身的性质和施力者给出的“作用”力混淆了。

③“??乘客由于受到惯性??”

这个答案里，用“受到”两个字，毛病跟上面的说法类似。讲“受到”惯性，还是没有明确惯性是物质自身所具有的性质。

例6. 在一列匀速前进的火车上，一乘客跳起来，发现自己仍落回原处，原因是哪一个？ [ ]

A. 一切物体都有惯性，当人跳起来的时候，仍然保持在火车前进方向的速度，所以仍然落回原处

B. 火车前进的速度不大

C. 人跳起时，获得一个向前的力

D. 人实际上落在原处的后方，由于落在后方的距离较小，不容易看出来

解答：火车上的乘客和火车具有相同的速度，当乘客跳起时，在沿火车前进方向，人并没有受到力的作用，所以人在火车前进方向仍然保持着原来的速度，因此落回到原处，正确答案应为A。

例7. 关于物体的惯性，下面哪种说法正确？ [ ]

A. 汽车行驶时，突然刹车，乘客的身体向前倾，说明刹车时人具有向前的惯性 B. 快速前进的汽车，在短距离内刹车比较困难，说明速度大时，汽车的惯性大

C. 匀速前进的汽车上的乘客，无论汽车的速度多大，乘客均不会发生前倾或后仰的现象，说明匀速运动的物体没有惯性 D. 以上三种说法均不正确

解答：惯性是物体的一种属性，它没有方向。牛顿第一定律告诉我们，一切物体都有惯性，任何物体在任何情况下都有惯性。惯性的大小，只和物体的质量有关，而和物体的运动状态及速度无关，所以A、B、C三个答案都是错误的，正确答案为D。

【模拟试题】（答题时间：45分钟）

一. 填空题：

1. 原来作曲线运动的物体，突然去掉所有外力，物体作________运动。 2. 下面几种情况中利用惯性的是______（选填字母） A. 用手拍身上衣服，可以去掉灰尘； B. 跳远运动员要助跑；

C. 汽车刹车时还要冲出一段路；

D. 锤头松了，把锤柄的一端在地面上撞击几下就紧了。

3. 伽俐略对物体的运动研究结果是：如果物体在运动中不受任何力的作用，它的速度将

________，物体将永远_________。

4. 一切物体在_______作用的时候，总保持__________和_____________，这就是_________定律。

5. 物体保持_____________的性质叫惯性，惯性是物体的_________属性，无论物体处于_______状态或______状态，都具有惯性。

6. 乘客面向车前进方向站在汽车里。当汽车突然起动时，乘客会倒向______，这说明物体具有__________。

7. 烧锅炉时工人用铲子送煤，当铲子停在炉前，煤由于_______继续运动而进入炉内。 二. 选择题

1. 根据物体惯性的概念，下列说法中正确的是 [ ]

A. 一个物体静止不动时有惯性，受力运动时就失去惯性；

B. 一个物体作匀速直线运动时有惯性，作变速直线运动时或曲线运动时就失去惯性； C. 一个物体在地球上有惯性，在离开地球很远的地方，因失去地球对它的吸引力，惯性也就失去了；

D. 一切物体都有惯性。

2. 下面现象中，不是由于惯性原因的是 [ ]

A. 自行车从斜坡顶沿斜坡向下运动，速度不断增大； B. 房间里的家具，没人搬动总留在原处； C. 运动员跑到终点时不能立即停下来；

D. 站在行驶的公共汽车里的乘客，若汽车紧急刹车，人就要向前倾。

3. 在平直轨道上行驶的火车中悬挂一水壶，水壶突然向火车行驶的方向摆去，这现象说明火车 [ ]

A. 作匀速运动； B. 突然减速； C. 突然加速； D. 运动状态无法确定。

4. 人要从行驶的车中跳到地面上，为了避免摔倒，跳车人应该 [ ] A. 向车行的反方向跳 B. 向上跳；

C. 向车行的方向跳，着地后立即向车行的方向跑几步； D. 向与车行驶的垂直方向跳。

5. 有一热气球以一定的速度匀速竖直上升到某一高度时，从热气球里掉出一个物体，这个物体离开热气球后将 [ ]

A. 继续上升一段距离，然后下落； B. 立即下落；

C. 以原来的速度永远上升； D. 以上说法都不对。

6. 正在运动着的物体，若它所受的一切外力都同时消失，那么它将 [ ]

A. 立即停下来；

B. 速度变慢逐渐停止；

C. 速度大小不改变但方向改变； D. 作匀速直线运动。

7. 用绳子拉小车在光滑水平面上运动，当绳子突然断裂后，小车的运动速度将[ ] A. 变小； B. 不发生变化； C. 变大； D. 立即变为零。

8. 关于物体的惯性，下列说法中正确的是 [ ]

A. 物体在静止时的惯性比运动时的大； B. 物体的惯性随速度增大而增大；

C. 物体受到的力越大，它的惯性也越大；

D. 物体的惯性大小跟它的运动状态、受力情况都没有关系。

9. 在一艘作匀速直线运动的轮船上，一小孩脸朝船行驶的方向坐在座位上，竖直向上抛出一个小球，小球落下时 [ ]

A. 落在小孩的前面； B. 落在小孩的后面； C. 落在小孩的手里； D. 无法确定。

10. 人站在行驶的公共汽车内，汽车突然刹车，人向前倾倒的原因是 [ ] A. 汽车有惯性，所以人向前倒；

B. 汽车刹车时，使人受到一个向前的力，所以人就向前倒；

C. 人有惯性，汽车刹车，人的脚停止运动，上身保持原有向前运动状态，所以人向前倒。

11. 在作匀速直线运动的火车车厢内，乘客把小球竖直向上抛出，小球落下的位置在抛出点的 [ ]

A. 正后方； B. 正下方； C. 正前方。 12. 关于惯性，下列说法中正确的是 [ ]

A. 运动的物体有惯性，静止的物体没有惯性； B. 静止的物体有惯性，运动的物体没有惯性；

C. 不受到力的物体没有惯性，受到力的物体有惯性；

D. 惯性是物体的属性，一切物体不管运动和静止、受力和不受力都有惯性。 13. 一个运动着的物体，假定受到的一切力都消失，物体的运动状况是 [ ] A. 立即停止； B. 先慢下来，然后停止； C. 作匀速直线运动； D. 条件不足，无法判断

14. 坐在汽车里的人，感到椅背对自己有作用时，汽车的运动情况不可能的是 [ ] A. 正在加速行驶； B. 正在起动； C. 正在刹车； D. 正在匀速爬上山坡

三. 实验题

把一叠硬币放在桌子上，用一根薄塑料尺贴着桌面迅速打击底部的分币。 （1）实验结果是被击中的硬币_________，其他硬币_________。

（2）对上述实验现象有以下几种解释，这几种解释都有错，请你在错的地方划一条横线。

A. 最下面的硬币受到外力作用，克服惯性，飞出去了； B. 上面的硬币，没有惯性，所以静止不动；

C. 上面的硬币受到惯性作用，所以仍落在原处。

（3）实验结果的正确解释是：这堆硬币原来都处于静止状态，被击中的硬币由于受到塑料尺的________作用，________静止状态，飞出去，而其他硬币没有受到塑料尺的力作用，由于_________，保持原来的静止状态。

四. 说理题

正在行走的人踩到香蕉皮会向后倾倒，为什么？如果这个人正在跑步呢？

【试题答案】

一. 填空题： 1. 匀速直线

2. ABD

3. 保持不变，运动下去

4. 没有受到外力，静止状态，匀速直线运动状态，牛顿第一 5. 静止状态或匀速直线运动状态，固有，静止，运动 6. 后方，惯性 7. 惯性 二. 选择题：

1、D 2、A 3、B 4、C 5、A 6、D 7、B 8、D 9、C 10、C 11、B 12、D 13、C 14、C 三. 实验题：（1）飞出，不动（2）略（3）力，改变，惯性 四. 说理题：

正在行走的人，处于运动状态，当他踩在香蕉皮上时，由于摩擦力太小，所以脚不能立刻停下，由于具有惯性，还要保持原来的运动状态，所以就向后倾倒了。如果这个人正在向前跑，这时整个人都在向前运动，而脚要用力向后蹬地，当脚踩上香蕉皮时，由于香蕉皮太滑，摩擦力太小，这时脚要向后滑，而上身由于惯性还要继续保持原来的运动状态，所以就会向前倾倒了。

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