第四章 牛顿运动定律

第四章牛顿运动定律4.1 牛顿第一定律知识点一理想实验的魅力1.亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因。

2.伽利略的理想实验（1）让小球沿一个斜面从静止开始滚下来，小球将滚上另一个斜面。

（2）若没有摩擦，小球将上升到原来的高度。

（3）如果减小第二个斜面的倾角，使小球在这个斜面上达到原来的高度就要通过更长的路程。

（4）继续减小第二个斜面的倾角，使它最终成为水平面，小球将沿水平面以恒定的速率持续运动下去。

3.伽利略的观点：在水平面上运动的物体之所以会停下来，是因为受到摩擦阻力的缘故。

物体不受外力作用，就会保持自己的速度不变。

4.笛卡尔的补充完善：除非物体受到外力作用，物体将永远保持其静止或运动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动。

5.伽利略的思想方法于意义（1）伽利略“实验+科学推理”的方法推翻了亚里士多德的观点。

伽利略的理想斜面实验虽然是想象中的实验，但这个实验反映了一种物理思想，它是建立在可靠的事实基础之上的，以事实为依据，以抽象为指导，抓住主要因素，忽略次要因素，从而深刻地揭示了自然规律。

（2）第一次确立了物理实验在物理研究中的基础地位。

（3）揭示了力不是维持物体运动的原因。

（4）“理想实验”在自然科学的理论研究中有着重要的作用。

但是，“理想实验”的方法也有其一定的局限性。

“理想实验”只不过是一中逻辑推理的思维过程，它的作用只限于逻辑上的证明与反驳，而不能用来作为检验认识正确与否的标准。

相反，由“理想实验”所得出的任何推论，都必须由观察或实验的结果来检验。

知识点二经典力学的基石——惯性定律1.内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或精致状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。

2.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，叫做惯性。

3.惯性的属性（1）普遍性：惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。

（2）无关性：惯性与运动状态无关，不论物体是出于怎样的运动状态，惯性总是存在的。

当物体原来静止时，它一直“想”保持这种静止状态；当物体原来运动时，它一直“想”以那一时刻的速度做匀速指向运动。

惯性与是否受力无关，与速度大小无关。

（3）唯一性：惯性由质量唯一决定，质量是惯性带大小的量度。

注意：①一切物体都具有惯性，这里的一切是没有例外的意思，不论构成物体的物质是何种类、质量多大、是否受力、处于怎样的运动状态，物体都具有惯性。

②惯性是物体的固有属性。

4.牛顿第一定律的含义（1）牛顿第一定律揭示了运动和力的关系，它说明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。

（2）牛顿第一定律指出一切物体都具有惯性，即保持原来运动状态不变的特性。

5.物体的运动状态与运动状态的改变物体运动状态的标志是速度，运动状态是否改变由速度衡量，物体的速度（大小或方向）改变了，我们就说物体的运动状态改变了。

物体运动状态的变化有以下三种情况：①速度方向不变，只有大小改变；②速度大小不变，只有方向改变；③速度大小和方向都改变。

运动物体不一定受力，但运动状态的改变一定受力。

知识点三惯性与质量1.惯性与质量的关系：质量是物体惯性大小的量度，质量越大，惯性越大；质量越小，惯性不变；质量不变，惯性不变。

2.对质量的理解从物质角度理解：质量为物体所含物质的多少。

从惯性角度理解：质量是决定物体惯性大小的唯一因素。

典型例题对伽利略斜面实验的理解例1 理想实验有时能更深刻地反映自然规律。

伽利略设想了一个理想实验，下面对斜面实验的设想步骤中，有一个实验事实，其余是推论①减小第二个斜面的倾角，小球在这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继续减小第二个斜面的倾角，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设想步骤按照正确的顺序排列（2）在上述的设想步骤中，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是推论对牛顿第一定律的理解例2如图所示，在一辆表面光滑的小车上，有质量分别为m1和m2的两个小球（m1>m2）随车一起匀速运。

当车突然停止时，如不考虑其他阻力，设车长无限，则两个小球（）A.一定相碰B.一定不想碰C.不一定相碰D.难以确定运动状态的改变例3 如果物体运动状态发生了变化，说明该物体的（）A.速度方向一定发生了变化B.速度大小一定发生了变化C.加速度一定发生了变化D.受到的合外力一定不为零对惯性的理解例4 下列说法正确的是（）A.惯性是只有物体在匀速运动或静止时才表现出来的性质B.物体的惯性是指物体不受外力作用时仍保持原来直线运动状态或静止状态的性质C.物体不受外力作用时保持匀速直线运动状态或静止状态，有惯性；受外力作用时，不能保持匀速直线运动状态或静止状态，因而就无惯性D.惯性是物体的属性，与运动状态和是否受力无关惯性的唯一量度例5 下列说法正确的是（）A.掷出的铅球速度不大，所以其惯性很小，可以用手去接B.用力打出兵乓球速度很大，因此其惯性很大，不能用手去接C.相同的两辆车，速度大的比速度小的难以停下，是因为速度大的车惯性大D.相同的两辆车，速度大的比速度小的难以停下，是因为速度大大的车状态变化大应用牛顿伊定律解释实际问题例6在南京举行的全国十运会上，山东选手邢慧娜与金牌失之交臂，据报道，原因是邢慧娜在跑得过程中和别人发生了绊脚现象。

从生活的经验我们知道，在路上跑的人被绊倒时和慢走的人滑到时会发生不同现象。

试根据所学知识完成下表。

跑的人慢走的人绊倒时现象上身向前趴着倒下上身向后仰着倒下原因分析4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系知识点一实验目的探究加速度与力、质量的关系知识点二实验原理1.加速度与力的关系（1）实验的基本思路：测量质量m一定的物体在不同作用力F作用下得加速度a，分析a 与F的关系。

（2）实验数据解析：涉及表格，记录数据。

F/Na/(m·s-1)在如图所示坐标系内，作出a—F图象。

a分析：若图象是过原点的直线，则a∝F；若图象不是直线，再作其他分析，2.加速度与质量的关系（1）实验的基本思路：F一定，测量不同质量的m O F的物体在同一作用力F作用下的加速度a，分析a与m的关系。

（2）实验数据解析：设计表格，记录数据。

m/kga/(m·s-1)猜想：F相同，m越大，a越小，是否有“a与m成反比”或“a与m2成反比”？从简单入手，若a与m成反比， a则a与1/m成正比。

所以，建立如图所示的坐标系，作a—1/m图象。

分析：若图象是过原点的直线，则a与m成反比。

知识点三制定实验方案时应注意的两个问题本实验有三个需要测量的物理量：a、F、m。

质量可用天平测量，a与F如何测量呢？1.测量（或比较）物体的加速度方法有三：（1）若物体做初速度为零的匀加速直线运动测量位移x和时间t，由a=2x/t2计算。

（2）用打点计时器打纸带，由纸带上的点求出。

（3）不测a的数值，测量不同情况下物体的加速度比值。

若初速度为零的两个匀加速运动，在相同时间内位移分别为x1、x2，则:a1/a2=x1/x2。

2.提供和测量物体所受的恒力如图所示，取两个质量相同的小车放在光滑水平面上，小车的前端各系上细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中放有数目不等的砝码。

使小车自静止开始在不同拉力作用下匀加速运动，小车所受拉力F的大小可以认为等于砝码和盘所受重力的大小（保证小车的质量比砝码和盘的总质量大得多）。

小车后端系上细绳，用一只夹子夹住，以同时控制两小车。

使两车同时运动，同时停止，分别测出两小车的位移x和受力F的大小。

据x=1/2at2知道，在时间t相同的前提下，x∝a，通过实验分析知，x∝F。

可见，质量相同的物体，其加速度跟作用在它上面的力成正比，即a1：a2=F1：F2，或者a∝F。

注意：用此方法做实验时需要平衡摩擦力。

在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动木板的位置，直至小车在斜面上运动时保持匀速运动状态，这时小车拉着纸带运动时受到的摩擦力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。

知识点四怎样由实验结果得出结论1.猜想：a∝F，a∝1/m。

若猜想正确，则a-F、a-1/m图象均是过原点的直线。

由于实验误差的存在，各点并不是严格位于一条直线上，且直线并非准确地过原点。

2.若经多次实验，图像上的点都靠近某直线，而这条直线又十分接近原点，那么，实际的规律可能就是这样。

知识点五实验注意事项1.平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的质量还是改变小车以及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。

2.平衡摩擦力后，每次实验时必须在满足小车上所加砝码的质量远大于砝码和小盘的总质量的条件下进行。

只有如此，砝码和小盘的总重力可视为与小车受到的拉力相等。

3.先接通电源再放开小车。

4.改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器（或尽量远离定滑轮的一端），并应先接通电源，再放开小车，且小车到达定滑轮前应按住小车。

5.用图像法处理实验数据，作图像时应使尽可能多的点在直线上，不在直线上的点尽可能分布在所作直线两侧，偏离直线太大的点应舍弃掉。

典型例题对实验方法的理解例1 在探究加速度与力、质量关系的实验中，以下操作正确的是（）A.平衡摩擦力时，应将重物用细线通过定滑轮系在小车上B.平衡摩擦力时，应将纸带连接在小车上并穿过打点计时器C.每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力D.实验时，应先放开小车，后接通电源a、F、M的关系例2 现测得某一物体的质量M一定时，a与F的关系数据见表：a/(m.s-2) 1.98 4.06 5.95 8.12F/N 1.00 2.00 3.00 4.00（1）根据表中数据，画出a-F图象；（2）从图像可以判定，当M一定时，a与F的关系为：4.3牛顿第二定律知识点一牛顿第二定律1.内容：物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。

2.表达形式：F=kma。

注意：牛顿第一定律说明维持物体的速度不需要力，改变物体的速度才需要力。

牛顿第一定律定义了力，而牛顿第二定律是在力的基础上建立的，如果我们不知道物体在不受外力的情况下处于怎样的运动状态，要研究物体在力的作用下将怎样运动，显然是不可能的，所以牛顿第一定律是研究力学的出发点，是不能用牛顿第二定律代替的，更不是牛顿第二定律的特例。

知识点二力的单位1.1N的含义：当物体的质量是m=1kg，在某力的作用下他获得的加速度是a=1m/s2时，那么这个力就是1牛顿，用符号N表示。