1、第一节 伽利略的理想实验与牛顿第一定律本节要求我们认识理想实验是一种科学的假设实验，是有根据的，同时理解牛顿第一定律的内容；能用惯性解析问题。一、学法指导1力和运动关系的两种观点（1） 亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因。（此观点错误）（2） 伽利略的观点：在水平面上做匀速运动的物体并不需要外力来维持。2伽利略的理想实验（又称假想实验图4-1，见课本）图4-1-3、牛顿第一定律（即惯性定律）（1） 内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种运动状态为止。（2） 意义：它指出了一切物体都具有惯性定律的前半句话“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”，揭示了
2、物体所具有的一个重要的属性惯性，即物体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，因此牛顿第一定律又叫惯性定律。（2）它指出了力是产生加速度的原因。定律的后半句话“直到有外力迫使它改变这种运动状态为止”，实际上是对力的定义，力不是使物体运动或维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因，换言之，力是产生加速度的原因。（3）定性地揭示了力和运动的关系牛顿第一定律指出物体不受外力作用时的运动规律，它描述的只是一种理想状态，而实际中不受外力作用的物体是不存在的，当物体所受外力合力为零时，其效果跟不受外力作用相同。因此，我们可以把“不受外力作用”理解为“合外
3、力为零”。（4）牛顿第一定律给出了惯性系。我们乘坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察周围的现象，将看到路边的树木、房屋朝后方加速运动，但它们确实未受到任何推力。故在加速车厢内观察现象，与牛顿第一定律相矛盾。牛顿第一定律能成立的参考系叫做惯性参考系或惯性系。一般说来，地球是一个惯性系。 在讨论运动学问题时，我们可以为了方便自由地选择参考系，但是在动力学问题中，便没有这种自由选择的权利了。4对惯性的认识惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。惯性与运动状态无关，不论物体是处于怎样的运动状态，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；当物体运动时，它一直“想”以那一时刻的速度
4、做匀速直线运动。当物体做变速运动时，可以从以下三个方面理解惯性：首先，运动中的任一时刻撤去外力，物体立刻开始以该时刻的速度做匀速直线运动。其次，无论外力多大，方向如何，物体的速度也不会发生突变，都得在原速度的基础上逐渐改变，改变后的速度是原速度的“继承和发展”。最后，质量的大小还直接影响运动状态改变的快慢。质量大，运动状态就越难改变。例如，宇航员背着质量很大的背包到月球上去探险，由于月球引力小，背起来并不吃力，但走起路来却要十分小心，不能突然移动或突然停止，因为背包轻了，但惯性并没有减小，质量很大的背包具有很大的惯性。如果宇航员突然停下来，大背包还会靠惯性向前移动，宇航员就会向前跌倒。5惯性和
5、惯性定律的区别牛顿第一定律称为惯性定律，该定律给出了惯性的概念，但惯性和惯性定律是不同的，它们的区别在于：其一，惯性定律是物体的运动规律，惯性是物体的固有属性；其二，惯性定律是有条件（不受力或合外力为零）的，惯性是无条件的，一切物体在任何情况下都有惯性。二、例题分析【例1】关于牛顿第一定律的下列说法中，正确的是（ ）A牛顿第一定律是实验定律B牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因C实际上不存在不受外力作用的物体，所以牛顿第一定律没有意义D物体的运动不需要力来维持【解析】牛顿第一定律是指物体在理想条件下的运动规律，反映的是物体在不受力的情况下所遵循的运动规律，而自然界中不受力的物体是不存在的
6、，该定律是在科学的抽象思维下，运用理想化实验推论得到的，因此该定律不属于实验定律。A错误。由于不受外力和合外力为零效果相同，所以仍有实际意义。C错误。牛顿第一定律揭示了力和运动的关系，物体的运动不需要力来维持，但要改变物体的运动状态则必须有力的作用，所以B、D正确 【答案】B D评注：掌握牛顿第一定律的本质，不要只是背诵定律内容，知道力是改变物体运动状态的原因。牛顿第一定律不能用实验证明，但它是建立在大量实验基础上，通过思维的逻辑推理而得出的正确结论。【例2】关于牛顿第一定律，下列说法正确的是（ ）A牛顿第一定律说明了物体不受外力作用时的运动规律B物体受到外力的作用，其运动状态必定发生变化C一
7、个人手拿小球从高处释放，空气阻力忽略不计，在松手的瞬间，小球静止。D力停止作用后，物体就会慢慢停下来。【解析】由牛顿第一定律可知，物体不受外力时总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止，因此选项A正确。当物体所受合外力为零时，相当于不受外力，运动状态不会发生改变，选项（B）错误。，忽略空气阻力，松手后小球做自由落体运动，整个过程受重力作用，松手的瞬间小球所受合外力不为零，不能看做静止状态，选项（C）错误。因力停止作用后，物体将保持原来的运动状态继续运动下去，故选项（D）错误。【答案】A评注：牛顿第一定律说明了物体不受外力时的运动规律，但不受外力在现实生活中是不可能的。
8、因为物体所受合外力为零与不受外力是完全等效的，所以在实际处理问题时，往往认为物体所受合外力为零时保持匀速直线运动状态或静止状态。【例3】下列说法哪些是正确的（ ）A物体能够做自由落体运动是由于惯性B竖直向上抛出的物体能够上升是由于受到向上的惯性力的作用C铁饼运动员抛出的铁饼是靠惯性飞向远处的D一般情祝下，相扑运动员的惯性大于体操运动员的惯性【解析】做自由落体运动的物体，受到重力的作用，速度由零开始逐渐增大；而惯性是物体保持静止或匀速直线运动状态的性质，因此选项A错误。竖直向上抛出的物体，抛出后只受重力，没有任何物体对它施加一个竖直向上的力，小球抛出时具有初速度，由于惯性会继续向上运动，因此选项
9、B错误。同样的道理，抛出的铁饼具有初速度，由于惯性继续飞行，因此选项C正确。体操运动员要求有灵活的动作表现，而相扑运动员则不希望被别人摔倒，所以，体操运动员的质量比相扑运动员要小得多，而质量是物体惯性大小的唯一量度，所以相扑运动员的惯性比体操运动员的惯性大，因此选项D正确。 【答案】CD评注：惯性是物体保持原有运动状态不变的性质，而不是一种力。任何一个力必须存在施力物体。三、跟踪训练L伽利略在研究力与运动的关系时，把_的方法引入了物理学。2.伽利略构想的理想实验以_的事实为基础，忽略次要因素，把实验与_和谐地结合在一起，其科学探究的方法有力地推动了科学的发展。2牛顿第一定律揭示了力的本质是改变
10、物体运动状态的原因，而不是_物体运动状态的原因。3物体保持_状态或_状态的特性叫惯性，惯性是物体的_。4火车在长直的水平轨道上匀速行驶，门窗紧闭的车厢内有一人相对车厢竖直向上跳起，经过一段时间后发现他仍落回原地，这是因为（ ）A人跳起后车继续前进，所以人落下后偏后一些，只是距离很小，无法区别B人起跳时地板给了他一个向前的冲力，使他具有了一个向前的速度，在水平方向随车一起运动C起跳前人和车具有共同的水平方向的速度，起跳过程中只改变了人在竖直方向的速度，所以人在空中和火车具有相同的水平方向的速度D从起跳到落回地板上，在水平方向上始终不受外力作用5下列说法正确的是（ ）A如果物体在运动，那么它受到的
11、合力一定不为零B力是使物体做变速运动的原因C撤出作用力，运动物体最终总要停下来D力只能改变物体运动速度的大小6根据牛顿第一定律，下列结论正确的是（ ）A静止的物体一定不受外力B物体所受合外力为零时若做匀速直线运动，是因为它具有惯性C物体运动状态改变了，必定受到外力作用D在水平地面上滑动的木块最终要停止下来，是由于没有外力维持木块运动的结果图4-2-7如图4-2所示，一个劈形物体，各接触面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在上面放着一个光滑小球m，劈形物体从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是（ ）A沿斜面向下的直线 B竖直向下的直线 C无规则曲线 D抛物线8关于物体的惯性，下列说法
12、正确的是（ ）A乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球惯性小的缘故B运动得越快的汽车越不容易停下来，是因为汽车运动得越快，惯性越大C同一物体，放在赤道上比放在广东惯性大D物体的惯性只与物体的质量相关，与其它因素无关9下面的实例属于惯性表现的是（ ）A滑冰运动员停止用力后，仍能在冰面上滑行一段距离B人在水平路面上骑自行车，为维持匀速直线运动，必须用力蹬自行车的脚踏板C奔跑的人的脚被障碍物绊住人就会摔倒D从枪日射出的子弹继续运动10锤头松动时，把锤柄末端在地面上磕磕，锤头就牢了，这是利用（ ）A锤头的惯性 B。锤柄的惯性 C地面的惯性 D人手的惯性11某人用力推原来静止在水平面上的小车，先使小车开始运动
13、，后改用较小的力就可以维持小车做匀速直线运动，可见（ ）A力是使物体产生运动的原因 B力是维持物体运动速度的原因C力是物体产生加速度的原因 D力是物体惯性改变的原因12伽利略的理想实验证明了（ ）A物体运动必须有力作用，没有力作用物体将静止B物体静止必须有力作用，没有力作用物体就运动C要使物体由静止变为运动，必须受不为零的合外力作用，且合外力越大速度变化越快D物体不受外力作用时，总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态图4-313如图4-3所示，在一辆表面光滑的小车上，有质量分别为ml和m2的两个小球（mlm2）随车一起匀速运动，当车突然停止时，如不考虑其他阻力，设车足够长，则两个小球（ ）A一
14、定相碰 B一定不相碰 C不一定相碰 D难以确定14伽利略理想实验将可靠的事实和理论思维结合起来，能更深刻地反映自然规律，有关的实验程序内容如下：（1） 减小第二个斜面的倾角，小球在这斜面上仍然能达到原来的高度（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，小球将上升到释放的高度（4） 继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球沿水平面作持续的匀速运动15请按程序先后次序排列，并指出它究竟属于可靠事实，还是通过思维过程的推论，下列选项正确的是（方框内数字表示上述程序的号码）（ ）A事实2事实1推论3推论4 B事实2推论1.推论3推论4C事实2推
15、论3推论1推论4 D事实2推论1推论416如图4-4所示，车厢顶的A点有一水壶滴水，O点在A点的竖直下方，车子以速度v向右匀速运动时，水壶中滴的水是落在0点的右边、左边还是O点上，为什么？图4-4-17有一仪器中电路如图 4-5所示，其中M是质量较大的一个钨块，将仪器固定在一辆汽车上，汽车起动时，哪个灯亮？原理是什么？汽车急刹车时，哪个灯亮？图4-5-参考答案:第一节：伽利略的理想实验与牛顿第一定律1、理想实验；可靠；逻辑推理。2、维持。3、匀速直线运动；静止；固有性质。4、CD5、B6、BC7、B8、AD9、ACD10、A11、C12、D13、B14、C16、落在O点，水壶中滴出的水在水平方向上与车具有相同的速度（或滴出的水相对于车在水平方向上静止）。17、汽车启动时，绿灯亮，是因为金属块由于惯性相对汽车向后移动，使绿灯电灯接触，汽车刹车时，红灯亮。