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8.1 牛顿第一定律 （导学案）
【学习目标】
1. 通过实验，确认阻力对物体运动的影响。
2. 经历建立牛顿第一定律的科学推理过程，认识牛顿第一定律。
3. 能通过生活经验和大量事实认识一切物体都具有惯性，能用物体的惯性解释生活和自然中的有关现
象。
【学习重点】
通过实验研究阻力对物体运动的影响；牛顿第一定律。
【学习难点】
建立牛顿第一定律的科学推理过程。
【自主预习】阅读教材，完成以下问题：
1. 两种观点：
古希腊哲学家亚里士多德根据当时人们对运动和力的关系的认识，提出一个观点“物体的运动需要力
来维持”（选填“需要”或“不需要”）。 意大利科学家伽利略通过斜面实验，探究“阻力对物体运动
的影响”，运用逻辑推理，推翻亚里士多德的观点，认为物体的运动不需要（选填“需要”或“不需
要”）力来维持。运动的物体之所以停下来，是因为受到了阻力的作用，如果运动的物体受到的阻力为
0，速度就不会减小，物体将以恒定不变的速度永远运动下去。
2. 牛顿第一运动定律：
英国著名物理学家牛顿在大量实验的基础上，通过进一步推理概括出来一条重要的规律——牛顿第一
运动定律：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运动状
态。这个定律揭示了物体运动不需要(填“需要”或“不需要”）力来维持。
3. 惯性：
物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，我们把这种性质叫作惯性。因此牛顿第一运动定
律也叫惯性定律。惯性是物体本身的一种属性，任何物体任何时候都有惯性，惯性的大小只与质量有关。
【合作探究】
探究一、阻力对物体运动的影响
1. 两种观点
两千多年以前，古希腊学者亚里士多德提出“力是维持物体运动的原因”的观点在长达一千七百年的
时间里，人们一直认为是正确的。
科学家伽利略却通过理想实验，运用逻辑推理，对亚里士多德的观点提出了质疑。伽利略认为：物体
的运动不需要力来维持，运动的物体之所以停下来，是因为受到了阻力的作用。
下面我们了解他们二人的观点及其观点的由来。
物理学家 亚里士多德 伽利略
小车开始运动是因为受到拉
拉小车，小车走；不拉小车，它
力，不拉之后停下来，是因为
生活现象 就停下来。
受到阻力.只有不断地给足球施加力，它才
足球开始运动是因为受到人踢
会一直运动，不然就会停下来.
球的力，最后在地面停下来是
因为受到地面的阻力.
要使一个物体持续运动，就必须 运动的物体之所以会停下来，
对它施加力的作用，如果这个力 是因为受到了阻力，阻力改变
观点 被撤销，物体就会停止运动。也 了物体的运动状态。物体的运
就是说物体的运动需要力来维持 动不需要力来维持（填“需
（填“需要”或“不需要”）。 要”或“不需要”）。
【想一想】到底谁的观点是正确的呢？下面我们进行实验探究。
2. 实验探究：阻力对物体运动的影响
【设计实验】让小车从同一斜面上的同一高度由静止自由滑下，如图所示，改变水平面表面的粗糙程
度，使其对小车运动的阻力不相同。第一次在水平面上铺毛巾，第二次铺棉布，第三次将棉布去掉，只剩
下木板，比较小车每次在水平面上滑行的距离。
【实验器材】小车、长木板、斜面、棉布、毛巾、玻璃板、刻度尺等；
【进行实验与收集证据】
（1）在水平木板上铺上毛巾，让小车从斜面顶端由静止滑下，观察小车在阻力较大的毛巾表面上滑行
的距离。
（2）在水平木板上铺上棉布，让小车从斜面上同一位置由静止滑下，观察小车在阻力较小的棉布表面
上滑行的距离。
（3）让小车从斜面上同一位置由静止滑下，观察小车在更光滑的木板表面上滑行的距离。
实验记录表
表面 阻力 小车运动 小车速度
材料 大小 距离（cm） 减小情况
毛巾 大 最短 比较快棉布 中 比较长 比较慢
木板 小 最长 最慢
【分析与论证】对物体运动的阻碍程度反映物体所受阻力的大小。
小车在不同材料的平面上最终停下来的原因是因为受到了阻力的作用。小车受到的阻力越小，小车滑
行的距离越大，速度减小得越慢。
对以上实验结论进一步推理得出：如果运动的物体受到的阻力为零，速度就不会减小，物体将以恒定
不变的速度永远运动下去。由此可以说明伽利略的说法是正确的，即物体的运动不需要力来维持。
【实验结论】运动物体受到的阻力越小，速度减小得越慢，运动得越远。如果运动的物体受到的阻力
为0，速度就不会减小，物体将以恒定不变的速度永远运动下去。
【交流与讨论】
（1）实验方法
①控制变量法：控制小车从斜面上同一高度处由静止释放，使小车到斜面底端时具有相同的初速度；
②科学推理法：若小车不受阻力时，小车的速度将不会减小，将永远做匀速直线运动。
（2）对小车受力情况进行分析：小车在水平面上运动时，在竖直方向受重力和支持力，这两个力相
互平衡，对物体的运动没有影响；在水平方向上受到阻力的作用，是非平衡力，所以做减速直线运动。
（3）实验选用小车而不选用木块的原因：相同条件下，小车受到的阻力较小，实验现象较明显。
【例题1】小华用如图所示的实验装置探究阻力对物体运动的影响。他在水平台面上分别铺上材料不
同的物体，让同一小车从同一斜面上的相同高度由静止滑下，在小车停下的位置分别作上标记a、b、c。
（1）实验中让同一小车从同一斜面的相同高度由静止滑下是为了使小车到达水平面时的_______相同。
（2）若水平台面上铺的物体分别是毛巾、木板、棉布，则标记c位置是小车在______表面运动时停下
的位置。
（3）由实验现象可以得出结论：水平面粗糙程度越小，小车运动的距离越_______；由此说明小车受
到的阻力越小，速度减小得越____。
（4）对上述实验进行分析并进一步推理：运动的物体在没有受到阻力的作用时，将_______。
（5）上述探究实验中用到的科学研究方法有控制变量法和_____。
【答案】（1）速度；（2）木板；（3）远，慢；（4）以恒定不变的速度运动下去；（5）实验推理
法。
【解析】（1）根据控制变量法，要探究阻力对物体运动的影响，需要使小车到达水平面时的速度相
同，所以用同一小车从同一斜面的同一高度由静止滑下是为了使小车到达水平面时的速度相同。
（2）三种表面，木板表面最光滑，受到的阻力最小，速度减小的最慢，所以小车运动的距离最远，
则标记c是小车在木板表面下停下的位置。
（3）由图知水平面越光滑，小车受到的阻力越小，运动的距离越远，说明小车速度减小的越慢。（4）实验中随着小车受到的阻力越来越小，小车滑行的距离越来越远，速度减小的越来越慢，故推
理可得：如果运动的物体在没有受到力的作用时，以恒定不变的速度运动下去（做匀速直线运动）。
（5）如果水平面绝对光滑，运动的小车不受阻力，小车将会一直运动下去，做匀速直线运动，这种
研究方法是科学推理法。
探究二、牛顿第一定律
1. 牛顿第一定律的建立过程
（1）伽利略结论：物理学家伽利略通过斜面小球实验认识到运动物体受到的阻力越小，它的速度减
小的越慢，运动时间越长，物体的运动不需要力来维持。他进一步推论，若没有摩擦阻力，球将永远滚下
去。
（2）笛卡尔观点：法国物理学家笛卡尔对伽利略的观点又进行了补充：运动的物体在不受外力的情
况下，它将速度不变、方向不变的永远运动下去，即作匀速直线运动。
（3）英国著名物理学家牛顿在伽利略等科学家研究的基础上，对大量的实验事实进行了深入研究，
总结出牛顿第一定律。
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力迫使它改变这种
运动状态。
（2）对牛顿第一定律的理解
①“一切物体”说明该定律对所有物体都是普遍适用的，没有特例，不论固体、液体，还是气体都适
用。
②“没有受到力的作用”是指定律成立的条件，“没有受到力的作用”包含两层意思：一是该物体确
实没有受到任何外力的作用，这是一种理想化的情况，实际上，不受任何外力作用的物体是不存在的；二
是该物体所受力的合力为零，它的作用效果可以等效为不受任何外力作用时的作用效果。
③ “或”指两种状态必居其一，不能同时存在。也就是说，物体如果没有受到力的作用，原来静止
的物体仍保持静止状态，而原来运动的物体将保持原来的速度大小和方向继续做匀速直线运动。
④牛顿第一定律不是实验定律，而是在大量经验事实的基础上，通过进一步的推理概括出来的。由该
定律得出的一切推论，都经受住了实践的检验，因此它已经成为公认的物理学基本定律之一。
⑤牛顿第一定律说明了力和运动的关系：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，
若不受力，则运动状态不改变；反之，如果物体的运动状态发生了改变，则物体一定受到了力的作用。
【想一想】玩滑板车时，滑板车运动一段时间后会停下来，再次蹬地，滑板车又会继续运动下去。你
认为运动需要力来维持吗?分析：运动的滑板车如果不受阻力，根据牛顿第一定律，滑板车在水平地面上将保持原有的运动状态
一直运动下去。实际上滑板车始终会受到阻力，导致它的运动越来越慢，即运动状态不断改变。物体运动
状态之所以发生了改变，就是因为物体受到了力的作用。
【例题2】关于牛顿第一定律，下例说法正确的是（ B ）
A．牛顿第一定律是用实验直接得到的一个科学的结论
B．牛顿第一定律是在实验的基础上进一步推理而概括出来的，是一个科学的理论
C．牛顿第一定律告诉我们，物体在不受外力作用时，能同时保持静止状态和匀速直线运动状态
D．牛顿第一定律是理论推出的，所以不一定是正确的
【解析】牛顿第一定律的内容：一切物体在不受外力作用时，总保持静止状态或者匀速直线运动状态。
牛顿第一定律是在大量经验事实的基础上通过推理概括得到的科学的结论。故ACD错误，B正确。所以选
B。
探究三、惯性
1. 现象探究：惯性现象
【想一想】从牛顿第一定律可以知道，如果物体不受力的作用，原来静止的物体要一直保持静止状态；
原来运动的物体将保持其速度一直运动下去。这是为什么？
下面一起分析生活中与惯性有关的现象。
（1）当汽车急刹车时，人会向前倾。
【分析】当汽车刹车时，人的脚部与车厢接触停止运动，但是人体的上部分仍要保持它原来的运动状
态，所以会向前倾。
（2）如图所示，把一个鸡蛋放在硬纸板上，硬纸板放在杯口上。快速水平击打硬纸板时，发现硬纸
板上的鸡蛋没有跟着纸板飞走，而是落入水杯中。
【分析】硬纸板受到击打力的作用，由静止变为运动，纸片上的鸡蛋不受击打力作用，仍保持原来的
静止状态，在重力作用下落入杯中。
（3）运动员投篮时，当把篮球投出后，篮球继续向前飞。
【分析】当把篮球投出后，篮球离开手时，仍要保持它原来的运动状态（离开手时的速度），所以会
继续向前飞。
【探究总结】物体不受力的作用时，为什么会保持原来的静止状态或运动状态呢？原来，这是物体固有的一种性质，叫做惯性。
2. 惯性
（1）惯性的定义：物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，我们把这种性质叫作惯性。
（2）对惯性的理解
①惯性的普遍性：一切物体在任何情况下都具有惯性。
②惯性大小的决定因素：惯性的大小是由物体的质量决定的，质量越大，惯性越大，而与物体的形状、
运动状态、所处位置、受力情况等外界因素无关。
③惯性与牛顿第一定律的区别：惯性是物体本身的一种属性，而牛顿第一定律是物体不受力时遵循的
运动定律。任何物体在任何情况下都具有惯性，牛顿第一定律只有物体不受力时才成立。
（3）区分惯性与力
项目 惯性 力
惯性是物体自身的性质，始终具 力是物体对物体的作用，物体间有相
性质不同
有；与外界条件无关 互作用时才有，一个物体不会产生力
要素不同 惯性只有大小，且与质量有关 力不仅有大小，还有方向和作用点
效果不同 保持物体运动（静止）状态不变 改变物体的运动状态
应说“由于惯性”“具有惯性”，
表述 应说“受到力”“施加力”“在力的
不能说成“惯性力”“受到惯性”
不同 作用下”等
“受到惯性作用”等
3. 利用惯性解释有关现象
（1）实例分析
①跑动中的人，脚被绊住，为什么会向前倒？
【分析】跑动中的人整个身体向前运动，当脚被绊住后停止运动，而上半身由于惯性，仍要保持原来
的运动状态，继续向前运动，所以人向前摔倒。
②如图所示，拨动簧片，把小球与支座之间的金属片弹出时，小球并没有随金属片飞出。你能说说发
生这一现象的原因吗？
【分析】静止的小球没有受到击打力的作用。有保持原有静止状态的性质，所以没有随金属片飞出，
而是落入支座上的凹槽中。
（2）解释惯性现象分三步：
①明确研究物体开始处于怎样的状态（静止或运动）；②观察这个物体(或物体的某一部分)受到外力作用运动状态发生了怎样的变化。
③说明研究物体由于惯性要保持原来的状态（静止或运动），从而得出物体运动的变化情况。
4. 惯性的利用
【想一想】在生活中，惯性有哪些应用？
（1）跳远或跳高
跳远或跳高运动员快速助跑后，飞身一跃，利用自身的惯性，在空中继续前进，以提高成绩。
（2）锤头变紧的方法
锤子的锤头变松了，人们常用撞击锤柄下端的方法使锤头紧套在锤柄上，这是因为锤柄突然停止时，
锤头由于惯性会继续向下运动，这样锤头就会牢牢地套在锤柄上了。
（3）投铅球、篮球、标枪
运动员在投铅球、篮球、标枪时，尽量提高物体脱离手时的运动速度，当物体离开手之后由于具有惯
性，将保持这个速度运动下去，所以物体离开手时的速度越大，运动的越远。
5. 惯性的危害和防止
【想一想】惯性有时也会给人带来危害，为防止惯性带来的危害，人们采取了什么措施？
【归纳】例如交通事故的发生，多数是由于惯性造成的。所以车辆必须安装安全气囊；乘坐交通工具
时，要系安全带；车辆行驶要限载限速；车辆行驶要保持距离。
【例题3】下列关于惯性的说法中，正确的是（ C ）
A．人走路时没有惯性，被绊倒时有惯性
B．物体没有受外力作用时有惯性，受外力作用后惯性就被克服了
C．质量越大的物体惯性越大
D．物体的惯性与物体的运动状态及受力情况有关
【解析】ABD．一切物体在任何情况下都有惯性，物体的惯性与物体的运动状态及受力情况均无关，
所以人走路时有惯性，被绊倒时也有惯性，受外力作用后仍然有惯性，故ABD错误；
C．惯性是物体的固有属性，惯性大小只跟物体的质量有关，质量越大的物体惯性越大，故C正确。
故选C。
【例题4】如图，汽车头枕能在下列何种情形中保护司机（ D ）A．前行时突然刹车 B．前行时撞上前车
C．静止时受到前车撞击 D．静止时受到后车撞击
【解析】头枕是为了减小司机突然向后仰带来的伤害。
A．前行时突然刹车，司机的下半身随车子减速，上半身
由于惯性保持原来的运动状态，司机会向前倾，故A不符合题意；
B．前行时撞上前车，车子减速，司机的下半身随车子减速，上半身由于惯性保持原来的运动状态，
司机会向前倾，故B不符合题意；
C．静止时受到前车撞击，车子会向后运动，司机的下半身随车子一起向后运动，上半身由于惯性保
持静止，司机会向前倾，故C不符合题意；
D．静止时受到后车撞击，车子会向前运动，司机的下半身随车子一起向前运动，上半身由于惯性保
持静止，司机会向后仰，故D符合题意。
故选D。
【精讲点拨】
1. 对牛顿第一定律中“将保持静止状态或匀速直线运动状态”这句话的含义，我们可以理解为：物体
不受力时，原来静止的物体将永远保持静止状态；原来运动的物体将永远做匀速直线运动。
2. 关于“力和运动”的关系的理解：物体的运动不需要靠力来维持，而力作用在物体上，是改变了物
体的运动状态。
3. 一切物体任何时候、任何状态都有惯性。但表现形式有两种：静止的时候表现为保持物体的静止
状态；一旦物体运动起来，惯性表现为保持物体匀速直线运动的状态，至于能不能保持物体原来的状态取
决于物体的受力情况。
【归纳整理】【课堂练习】
1．2022年3月23日，老师带领同学们一起集中收看了中国空间站进行的第二次太空授课，其中，为
了验证牛顿第一定律，宇航员王亚平拿着冰墩墩转身面向叶光富，王亚平抛出冰墩墩后，冰墩墩将（
）
A．沿抛物线快速下落 B．竖直下落
C．沿原方向加速运动 D．沿原方向匀速运动
【答案】D
【详解】王亚平抛出冰墩墩后，因冰墩墩处于失重状态，所以可以认为它所处于理想状态——不受任
何力的作用，根据牛顿第一定律可知，它将沿原方向匀速运动，故D符合题意，ABC不符合题意。
故选D。
2．下列事例中利用惯性的一组是（ ）
①火车进站前，撤去动力，仍能进站
②高速路上汽车要限速行驶
③上岸后的鸭子，振动翅膀，把身上的水抖掉
④用力拍打被子，使被子上的灰尘落下
A．②③④ B．①③④ C．①②④ D．①②③④
【答案】B
【详解】①火车进站前，撤去动力，仍能进站，是利用了火车的惯性；②高速路上汽车要限速行驶，
是为了防止由于惯性带来伤害；③上岸后的鸭子，振动翅膀，把身上的水抖掉，是利用了水的惯性；④用
力拍打被子，使被子上的灰尘落下，是利用了灰尘的惯性。所以利用惯性的是①③④。故B符合题意，
ABD不符合题意。故选B。
3．《中华人民共和国道路交通安全法》第五一条规定“机车行驶时，驾驶人、乘坐人员应当按规定
使用安全带”。结图可知，汽车紧刹车，安全带可以（ ）
A．减小驾人车运动的惯性作用
B．减小汽高速行而具有的惯性
C．增大因汽车高速行驶具有的惯性
D．减小因惯性对驾人员造成的伤害【答案】D
【详解】A．惯性是物体保原运动状态不变的性质，不是力，不能说惯性的作用，故A不符合题意；
BC．惯性的小只与物体质有在汽车驶过中，汽车或驾驶员质量不变，所以其惯性大小不变，故BC不
符合题意；
D．乘坐机车使用安全带，是为了减小急刹车时，乘驾人员由于惯性向前倾斜带来的伤害，故D符合
题意。
故选D。
4. 打篮球是大家喜爱的体育运动。如图所示是向空中斜抛出去的篮球的运动轨迹，忽略空气阻力，下
列说法中正确的是（ ）
A．篮球在上升过程中惯性变小
B．篮球落向地面是由于篮球具有惯性
C．篮球能继续向前运动，是因为受到惯性力的作用
D．篮球在上升、下降过程中，惯性大小不变
【答案】D
【详解】AD．物体惯性大小只与物体质量有关，与运动状态无关，所以篮球在上升、下降过程中，
惯性不变，故A错误，D正确；
B．篮球落向地面是由于篮球受到重力作用，重力的方向是竖直向下的，故B错误；
C．篮球离手能继续运动，是因为篮球具有惯性，惯性不是力，不能说受到惯性力作用，故C错误。
故选D。
5. 如图（a）所示，木块与小车一起做匀速直线运动，当小车的运动状态发生变化时，木块的状态如
图（b）所示。把木块换成盛有水的烧杯，重复上述过程，烧杯中水面的状态分别如图（c）和（d）所示。
由图（a）（b）或（c）（d）可知，小车运动状态变化的可能情况是 （任写一种情况即可得分）。
若实验时小车上表面绝对光滑，则木块将会一直做 ，得到上述结论是利用了木块和水都具有
的性质。
【答案】向左加速/向右减速；匀速直线运动；保持原来运动状态。
【详解】木块或水杯中的水，刚开始若与小车一起向左做匀速直线运动，当小车突然加速时，木块或
水杯中的水的下端在摩擦力作用下，与小车一起加速，而上端由于惯性，会保持原来的运动状态，故向右
倾倒。若与小车一起向右做匀速直线运动，小车突然减速，木块或水杯中的水下端受到摩擦力而与小车一
起减速，上端由于惯性会保持原来的运动状态继续向前运动，从而向右倾倒。
小车上表面绝对光滑，则木块在水平方向不受力，由牛顿第一定律可知，物体在不受力时会保持静止
状态或匀速直线运动状态。物体具有保持原来运动状态的性质，称之为惯性。
6. 在“探究阻力对物体运动的影响”时，使用的器材有斜面、木板、棉布、毛巾和小车。
（1）实验时要固定斜面，并将小车从斜面上同一位置由静止释放，目的是 ；
（2）分析图中运动情况可知：小车在毛巾表面上滑行的距离最短，说明小车受到的阻力越大，速度
减小得越 （选填“快”或“慢”）；
（3）从实验现象可推理，若水平面绝对光滑，则运动的小车将在水平面上做 ；
（4）如图丙，若实验中小车仅在木板上滑行时滑出了右端，则 （选填“需要”或“不需
要”）重做本实验以获取可靠的证据；
（5）在本实验中，“小车在水平面上运动的距离”反映的是 。
A．小车所受阻力值的大小
B．阻力对小车运动的影响情况
C．A、B选项均正确
【答案】（1）使小车在滑到水平面时的初速度相同；（2）快；（3）匀速直线运动；（4）不需要；
（5）B.
【详解】（1）为了使小车在滑到水平面时的初速度相同，在实验中应让小车从同一斜面的同一高度
由静止开始滑下，这里采取的研究方法是控制变量法。
（2）实验中发现：小车在毛巾表面上滑行的距离最短，在木板上滑行的距离最远，说明小车受到的
阻力越小，速度减小得越慢，行驶的距离越远，阻力越大，速度减小得越快，行驶的距离越短。
（3）进一步推理可知，若水平面绝对光滑，即小车不受摩擦力，小车的速度不再减小，则小车将做
匀速直线运动。
（4）本实验中，通过观察小车在水平面上运动的距离来反映阻力对小车运动的影响情况，三次实验
小车运动的距离不同，可以说明阻力对小车运动的影响，若实验中小车仅在木板上滑行时滑出了右端，无
需要重新实验。
（5）本实验中，在压力不变时，小车在水平表面受到阻力的大小由接触面的粗糙程度决定，通过观
察小车在水平面上运动的距离来反映阻力对小车运动的影响情况，利用了转换法，无法知道小车受到阻力
值的大小。故选B。
【课后反思】
本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？
