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/N

a/(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/kg

a/(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。