4.1 牛顿第一定律

1.如果另一个斜面的倾角减小,小球到达的高度和运动 的距离如何?
答案：小球仍将到达原来的高度,但是运动的距离更长. 2.当另一个斜面的倾角继续减小,斜面最终变为水平面 时,小球的运动将会怎样?
答案：小球的速度不增大也不减小,小球将做匀速直线 运动.
3.以上现象说明什么? 答案：如果没有摩擦,沿水平面运动的小球将永远运动 下去,并不需要力来维持.以上现象说明力不是维持物体运 动的原因.
答案：(1)②③①④ (2)B
探究二 牛顿第一定律 问题情境 1687 年,英国物理学家牛顿在笛卡儿、伽利略等人工 作的基础上,撰写《自然哲学的数学原理》一书,提出了动 力学的一条基本定律: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状态. 这就是牛顿第一定律,它与牛顿第二定律、牛顿第三定律 构成了牛顿力学的完整体系.
(只写序号即可).
(2)在上述步骤中,有的属于可靠的事实,有的则是理想
化的推论.下列关于事实和推论的分类正确的是
.
A.①是事实,②③④是推论 B.②是事实,①③④是推论 C.③是事实,①②④是推论 D.④是事实,①②③是推论
解析：(1)伽利略理想斜面实验的步骤按照正确的顺序排列 是②③①④.(2)由于现实生活中,小球在斜面上滚动时不可能不 受摩擦力的作用,所以实验步骤③①④都是对实验现象的合理 推理,实验步骤②是可靠的实验事实,故选项 B 正确.
大,物体的运动状态较难改变;惯性小,物体的运动状态容易 改变.
3.惯性的利用. 当我们需要物体的运动状态容易改变时,应尽可能减小 物体的质量;当我们需要物体的运动状态不容易改变时,应 尽可能增大物体的质量.
【典例 3】从惯性的角度对生活中的现象进行分析, 下列解释正确的是 ( )
A.赛车的速度可以超过直升机的速度,这表明质量 小的物体可以获得大的惯性
塑料球的质量不同,m 铁>m 水>m 泡沫.质量越大,惯性越大,
运动状态越难以改变,故铁球运动状态的改变比瓶子中 的水慢,所以铁球会相对瓶子向左偏,而泡沫塑料球运动 状态的改变比瓶子中的水快,所以泡沫塑料球会相对瓶 子向右偏.
3.某同学设计了一个实验来探究惯性和质量的关系: 一光滑斜面左侧连接一粗糙水平长木板,使一小车从斜 面上无初速度滑下,然后滑上木板,最终停下,记录小车 在木板上滑动的距离.再将 10 g、50 g 的砝码分别放到小
B.射出枪膛的子弹在运动一段距离后连一件棉衣也 穿不透,这表明它的惯性变小了
C.火车运行到不同的车站时,经常要摘下或加挂一 些车厢,这会改变它的惯性
D.摩托车转弯时车手要控制适当的速度和角度,也 就是调控人和车的惯性
解析：惯性的大小只与物体的质量有关,质量越大,惯 性越大.赛车的质量小,惯性小,选项 A 错误;子弹、摩托车 的速度改变,它们的惯性大小不变,选项 B、D 错误;火车运 行到不同的车站时,摘下或加挂一些车厢时质量改变,这会 改变它的惯性,选项 C 正确.
知识点一 理想实验的魅力 1.日常生活中,我们有这样的经验:马拉车,车就前进,停止 用力,车就停下来.是否有力作用在物体上物体就运动,没有力 的作用物体就停止运动呢?马不拉车时,车为什么会停下来呢?
答案：不是.马不拉车时,车会停下来是因为车受到阻力的 作用.
2.对运动与力的关系的认识历程.
代表人物
过程建构 1.对惯性的理解. (1)普遍性:一切物体都具有惯性,惯性是物体的固 有属性. (2)唯一性:质量是惯性大小的唯一量度.惯性的大 小只与物体的质量有关,与其他因素(如受力情况、运动 情况等)无关. 2.惯性的两种表现形式. (1)在物体不受力的条件下,惯性表现为保持原来的
运动状态,有“惰性”的意思. (2)物体受到力时,惯性表现为抗拒运动状态改变.惯性
2.根据牛顿第一定律思考,如果物体不受力的作用, 物体将处于什么状态?
答案：原来静止的物体,不受力时永远静止;原来运动 的物体,不受力时将永远做匀速直线运动.即物体不受力 的时候有两种状态:静止状态或匀速直线运动状态.
过程建构 对牛顿第一定律的理解. (1)明确了惯性的概念.牛顿第一定律揭示了物体具有 一个重要属性——惯性,即物体具有保持匀速直线运动状态 或静止状态的性质.牛顿第一定律指出,一切物体在任何情 况下都具有惯性,正因为如此,牛顿第一定律又叫惯性定律. (2)明确了力的含义.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.
答案：用木棒猛击塑料板,使塑料板飞出,而鸡蛋由于惯性 仍保持原来的静止状态,在重力作用下就会下落入杯中.
3.惯性:物体保持原来 匀速直线运动 状态或 静止 状态 的性质叫作惯性.
4.惯性的量度: 质量 是惯性大小的唯一量度.
小试身手 判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打“√”, 错误的打“×”). 1.亚里士多德认为物体的自然状态是静止,只有当它 受到力的作用时才会运动. ( √ ) 2.伽利略根据理想实验推出,如果没有摩擦,在水平面 上的物体,一旦具有某一个速度,将保持这个速度继续运动 下去. ( √ )
①减小右侧斜面的倾角,小球在这个斜面上仍然要达到 原来的高度.
②两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,
小球将滚上另一个斜面.
③如果没有摩擦,小球将上升到原来释放时的高度.
④继续减小右侧斜面的倾角,最后使它成水平面,小
球要沿水平面做持续的匀速运动.
(1)请将上述理想实验的步骤按照正确的顺序排
列
3.物体的运动状态发生改变时,物体必定受到了力的作 用. ( √ )
4.牛顿第一定律是一条实验定律,它是在科学实验的基 础上得出的. ( × )
5.乒乓球可以快速抽杀,是因为乒乓球惯性小. ( √ ) 6.运动速度大的物体,不能很快停下来,是因为速度大时, 惯性也大. ( × )
探究一 理想实验的魅力 问题情境 为了驳斥力是维持物体运动的原因的观点,伽利略 设计了如图所示的实验:让一个小球沿斜面从静止状态 开始运动,小球将“冲”上另一个斜面.如果没有摩擦,小 球将到达原来的高度.
4.有人认为伽利略斜面实验为理想实验,无法验证, 故不能揭示自然规律,该说法是否正确?为什么?
答案：该说法错误.伽利略的理想斜面实验反映了一 种物理思想,它建立在可靠的事实基础之上,想象着把实 际中存在、影响物体运动的摩擦力去掉,抓住事物的主要 因素,忽略次要因素,从而揭示自然规律.这种依据逻辑推 理把实际实验理想化的思想也是研究物理问题的重要方 法之一.
主要观点
亚里士 必须有力作用在物体上,物体才能 运动 ;没有力的
多德 作用,物体就要 静止 在某个地方
力不是 维持 物体运动的原因,而是 改变 物体运 伽利略
动状态的原因
如果运动中的物体没有受到力的作用,它将继续以
笛卡儿 同一速度 沿 同一直线 运动,既不会停下来,也不
会偏离原来的方向
知识点二 牛顿第一定律 1.如图所示,用力踢球,球向上运动起 来.这个例子能否说明有力才有运动,运动 需要力来维持的观点是正确的?为什么? 答案：不能.正是由于脚对球的力,改变了足球原来 的静止状态,故力是改变物体运动状态的原因.脚离开球 后,球仍然向上运动,故不是有力才有运动,力不是维持 物体运动的原因.
第四章 运动和力的关系
1 牛顿第一定律
学习目标 1.结合历史上对力和运动关系的研究过程,了解各个代表人物 的观点.知道伽利略的理想实验及其推理过程,知道依据逻辑推 理把实际实验理想化的思想也是研究物理问题的重要方法之 一. 2.结合生活实例,认识牛顿第一定律和惯性,会阐述牛顿第一定 律的内容,知道质量是惯性大小的量度.进一步理解力和运动的 关系,会解释和惯性有关的现象,体会物理学知识的实际应用价 值.
答案：C
【典例 4】公交车会广播提示语“车辆转弯,请抓好 扶手”,这是为了避免转弯时乘客 ( )
A.向前倾倒 B.向后倾倒 C.向弯道的内侧倾倒 D.向弯道的外侧倾倒
解析：公交车转弯前,乘客具有与汽车相同的速度,当 车辆转弯时,由于惯性,乘客仍要保持原来的速度大小和方 向,这样转弯时乘客有向弯道外侧倾倒的趋势.所以车内广 播提示语主要是提醒站着的乘客抓好扶手,以免车辆转弯 时向外侧倾倒.选项 D 正确.
答案：CD
探究三 惯性与质量 问题情境 1.在生活中我们经常发现这样的现象,在路上奔跑的 人被绊倒时总是向前倾倒(图甲),而慢走的人在滑倒时多 是向后倾倒(图乙).试分析其原因.
甲
乙
答案：在路上奔跑的人被绊倒时,首先是人的脚由于受 力而停止向前运动,而人的上半身由于惯性仍要前进,所以 人总是向前倾倒;慢走的人在滑倒时,脚所受阻力突然减小, 脚的速度增大,而人的上半身由于惯性仍将维持原来较小 的速度,所以人将向后倾倒.
车上并使小车从斜面上同一高度无初速度滑下,记录的数据
如下表所示.
实验示意图
质量情况 小车
小车滑出的距离 33.00 cm
小车+10 g 砝码
36.20 cm
小车+50 g 砝码
38.55 cm
通过以上数据可以得到什么结论?
答案：质量越大,小车滑出的距离越远,说明抗拒运动状
态改变的能力越大,即惯性越大.
(3)定性地揭示了运动和力的关系.任何物体,只要 其运动状态保持不变,它所受的合力必然为 0;反之,如果 物体的运动状态发生了变化,那么该物体必受到不为 0 的 合力作用.
【典例 2】(多选)关于牛顿第一定律的说法,正确的是 ()
A.由牛顿第一定律可知,物体在任何情况下始终处于 静止状态和匀速直线运动状态
2.找两个相同的瓶子,瓶中盛满清水,用细绳分别系一 个小铁球、一个泡沫塑料小球置于水中,如图甲所示.使瓶 子突然向右加速运动,观察比较两个小球的运动状态.看到
的现象也许会让你惊讶,小铁球的情况正如你所想的一样, 相对瓶子向左运动,但泡沫塑料球却相对瓶子向右运动, 如图乙所示.为什么会这样呢?
甲
乙
答案：因为相同体积的水球与相同体积的铁球、泡沫
Байду номын сангаас
1.牛顿第一定律中的“除非作用在它上面的力迫使它改变 这种状态”说明力与运动有什么关系?“一切物体总保持匀速直 线运动状态或静止状态”说明物体具有什么性质?
答案：“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”说明 力是改变物体运动状态的原因.“一切物体总保持匀速直线运动 状态或静止状态”说明一切物体都具有一个固有属性——惯性.
过程建构 伽利略的理想实验. (1)实验结论:水平面上的物体,一旦具有某一速度, 假设没有摩擦,物体将保持这个速度永远运动下去,即物 体的运动不需要力来维持. (2)思想方法与意义. ①伽利略用“实验+科学推理”的方法推翻了亚里士 多德的观点.
②第一次确立了物理实验在物理学中的地位. ③初步揭示了力和运动的关系,即力不是维持物体运动 状态的原因,而恰恰是改变物体运动状态的原因. 【典例 1】理想实验有时更能深刻地反映自然规律.伽利 略设想了一个理想斜面实验,如图所示.实验步骤如下.
2.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.
3.意义:牛顿第一定律揭示了 运动和力 的关系,即力不是 维持物体运动状态的原因,而是 改变 物体运动状态的原因.
知识点三 惯性与质量 1.我们知道,地球在自西向东自转,当你向上跳起来以后, 为什么还落到原地,而不落到原地的西边? 答案：人在地球上,随地球的转动而运动,人竖直向上跳起 后,仍具有随地球转动的速度,人总在原地的正上方,故人向上 跳起后再落下时仍会落在原地. 2.如图所示,要求不直接用手接触塑料板和鸡蛋,把鸡蛋放 入水中,手中只有一根木棒.试用惯性知识解决把鸡蛋放入水中 的难题.
B.牛顿第一定律是依靠实验事实,直接归纳总结得出 的
C.牛顿第一定律揭示了物体不受力作用时的运动规律 D.牛顿第一定律既揭示了物体保持原有运动状态的原 因,又揭示了物体运动状态改变的原因
解析：物体不受力时表现为处于静止状态或匀速直线运 动状态,故选项 A 错误,选项 C 正确;牛顿第一定律不是实验 定律,是牛顿在伽利略等人研究的基础上,根据逻辑推理得 出的,选项 B 错误;牛顿第一定律明确了惯性的概念,揭示了 运动和力的关系,即力是改变物体运动状态的原因,选项 D 正确.