1、1牛顿第一定律目标导航 学习目标 1.知道伽利略的理想实验及其主要推理过程和推论,知道理想实验是科学研究的重要方法。2.理解牛顿第一定律的内容及意义,理解力和运动的关系,知道物体的运动不需要力来维持。3.理解惯性的概念,知道质量是惯性大小的量度;会用惯性知识解释一些现象。重点难点 重点:对牛顿第一定律和惯性的正确理解,科学思想的建立过程。难点:力和运动的关系,惯性和质量的关系。激趣诱思1.现代汽车中,通常配有安全带、安全气囊和头枕等设备,我国公安交通部门规定,从 1993 年 7 月 1 日起,在各种小型车辆前排乘坐的人(包括司机)必须系好安全带。为什么这样规定呢?你能从物理学的角度加以说明吗
2、?简答:当汽车紧急刹车或出现车祸时,汽车突然减速,速度会在几秒甚至零点几秒的时间内从几十千米每小时迅速减小到 0。这时,由于人具有惯性,仍然会以很大的速度向前冲,就会对人造成伤害。安全带、安全气囊和头枕等可以阻止人体向前冲出,保证人身安全。2.几年前,在中央电视台“实话实说”节目中,司马南与主持人崔永元为了揭露各种歪理邪说,曾合作表演过“铁锤砸砖”节目。崔永元头顶八块砖,司马南用一铁锤打崔头顶上的砖,结果砖被击碎,但崔永元安然无恙。据司马南讲,他做第一次试验时头顶一块砖,结果被砸昏过去。请从物理学的角度解释上述事实。简答:只要人能承受,砖越多越安全。这是由于质量越大,惯性越大,则物体的运动状态
3、越不易改变。即砖越多,砖保持原来的静止状态的惯性越大,人越安全。预习导引1.理想实验的魅力(1)亚里士多德的观点:必须有力作用在物体上,物体才能运动;没有力的作用,物体就要静止。即力是维持物体运动的原因。(2)伽利略的观点:理想实验:让小球沿一个斜面从静止开始向下运动,再让小球冲上第二个斜面,如果没有摩擦,第二个斜面的倾角不同时,小球所达到的高度相同,若将第二个斜面放平,小球将永远运动下去。结论: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。(3)笛卡儿的观点:如果运动中的物体没有受到力的作用,它将继续以同一速度沿同一直线运动,既不停下来也不偏离原来的方向。预习交流 1如何理解运动状态
4、改变?答案:描述物体运动状态的物理量是速度,运动状态是否改变由速度来度量。当物体的速度大小和方向都保持不变时,物体的运动状态保持不变。运动状态改变是指速度(大小和方向)发生改变,包括三种情况:(1)速度大小改变,方向不变;(2)速度大小不变,方向改变;(3)速度大小和方向都改变。要改变物体的运动状态,必须对物体施加外力的作用。2.牛顿第一定律与惯性(1)牛顿第一定律: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。该定律也叫作惯性定律。(2)惯性:物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性。惯性是物体的固有属性,与物体的受力情况或所处的运动状态无关
5、。物体的惯性有大小,惯性的大小由质量来量度。预习交流 2载重货车启动时,由静止到高速需要较长一段时间;百米冲刺到终点后,体重大的运动员较难停下来。为什么?答案:运动状态变化的难易程度与质量有关,即惯性大小与质量有关,质量大的物体惯性大,质量小的物体惯性小。一、牛顿第一定律知识精要1.对牛顿第一定律的理解(1)牛顿第一定律的得出:牛顿第一定律不是从实验中直接得出的,它是在大量实验基础上通过进一步的科学推理得到的。由于这个进一步科学推理得出的科学推论经受住了实践的检验,虽然无法直接验证,但仍具有科学意义。(2)牛顿第一定律的意义:牛顿第一定律揭示了惯性的概念。定律中“一切物体总保持静止状态或匀速直
6、线运动状态”揭示了物体所具有的一种重要属性惯性,即物体具有的保持原来静止状态或匀速直线运动状态的性质。牛顿第一定律揭示了力与运动的关系。定律中“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”这句话揭示了力与运动的关系的本质,即力是改变物体运动状态的原因,而不是维持物体运动状态的原因。思考探究1.牛顿第一定律的内容是什么?怎样理解“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”?答案: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,这个规律叫牛顿第一定律,又叫惯性定律。原来静止的保持静止,原来运动的保持匀速直线运动,说明力不是维持物体运动状态的原因。2.牛顿第一定律指出“
7、除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”应该怎样理解?答案:如果物体的运动状态发生改变,必定有力作用于物体上,因此力是改变物体运动状态的原因。3.图示是冰壶在冰面上的运动图片。由于冰壶所受摩擦力很小,所以冰壶能运动较远的距离实现一定的战术安排。试运用牛顿第一定律“除非作用在它上面的力迫使它改变运动状态”说明运动和力有什么关系。设想如果冰壶不受外力作用,它将处于什么状态?答案:运动和力的关系为原来静止的物体,不受外力,仍然静止;原来运动的物体不受外力时将永远做匀速直线运动。冰壶如果不受外力作用,也将一直做匀速直线运动。典题例解【例 1】(多选)以下说法中正确的是()A.牛顿第一定律反映了物体不受
8、外力作用时的运动规律B.不受外力作用时,物体运动状态保持不变是由于物体具有这样的性质,即惯性C.在水平面上滑动的木块最终要停下来,是由于没有外力维持木块运动D.物体运动状态发生变化时,必定受到外力的作用解析:牛顿第一定律描述的是一种理想的情况物体不受任何外力作用,物体将保持静止状态或匀速直线运动状态不变。实际的情况是物体都要受到外力的作用,只要物体所受的外力的合力为零,物体就保持静止或匀速直线运动状态不变,所以选项 A 正确;物体的运动并不需要力来维持,而是由物体本身所固有的一种属性惯性来维持的,力是改变物体运动状态的原因,所以选项 B、D 均正确;C 项中木块最终要停下来的原因是木块在运动过
9、程中受到摩擦阻力的作用,即木块受到的外力的合力不为零,所以 C 项是错误的。答案:ABD点拨:理解牛顿第一定律,应牢牢抓住两点:一是力是改变物体运动状态的原因;二是惯性是维持原来运动状态的物体本身固有的一种属性。迁移应用1.如果物体运动状态发生了变化,说明该物体()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解析:物体运动状态发生变化一定是它的速度发生变化,可能是速度大小、也可能是速度方向、还有可能是二者一起发生变化,既然物体运动速度发生变化,物体一定产生了加速度。由牛顿第一定律知,物体所受合外力一定不为零,使物体速度发生改变,但有可能
10、是匀变速运动,速度不断变化,加速度不变,故选 D 项。答案:D2.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(m1m2)随车一起匀速运动。当车突然停止时,如不考虑其他阻力,设车无限长,则两个小球()A.一定相碰B.一定不相碰C.不一定相碰D.难以确定解析:因为小车表面光滑,因此,不论小车如何运动,两小球在水平方向均不受力,根据牛顿第一定律可知两球将保持匀速运动状态,又因为两球速度相等,故两球一定不会相碰。答案:B二、惯性与质量知识精要1.惯性与质量的关系(1)惯性是物体的固有属性,一切物体都具有惯性。(2)质量是物体惯性大小的唯一量度,质量越大,惯性越大。2.惯性
11、与力的关系(1)惯性是物体本身固有的一种性质,与是否受力无关,惯性也不是力,因此说“物体受到了惯性作用”“产生了惯性”“受到惯性力”等都是错误的。(2)力是改变物体运动状态的原因,惯性是维持物体运动状态的原因。(3)质量一定的物体,其惯性不因受力而改变。3.惯性与速度的关系(1)速度是表示物体运动快慢的物理量,惯性是物体本身固有的性质。(2)一切物体都有惯性,与物体是否有速度及速度的大小无关。4.惯性与惯性定律的关系(1)惯性不是惯性定律,惯性没有条件限制,是物体的一种固有属性。(2)惯性定律是物体不受外力作用时物体运动所遵守的一条规律。思考探究1.(1)如图所示,一个玻璃杯内盛半杯盐水,上面
12、盖一块塑料板,板上放一只鸡蛋,用小棒猛击塑料板,塑料板离杯飞出,鸡蛋却稳稳地落入杯中。怎样解释这个现象?(2)结合(1)中情景,说明惯性的表现形式怎样?(3)物体的惯性大小是用哪一个物理量来量度的?答案:(1)敲击塑料板时,塑料板向左运动,因为惯性,鸡蛋要保持原来的静止状态,所以没有随塑料板飞出,而是落入杯中。(2)当物体不受外力时,静止的物体恒静止,运动的物体保持当时的速度运动;在外力作用下,惯性的大小体现在运动状态改变的难易程度上。(3)观察和实验表明,对于任何物体,在受到相同的作用力时,决定它们运动状态变化难易程度的唯一因素就是它们的质量。质量是惯性的量度,物体的质量越大,惯性就越大。2
13、.图示是军用战斗机,在投入战斗前,飞行员总要抛掉副油箱“轻装上阵”,试结合上述现象讨论物体的运动状态改变的难易与什么因素有关。答案:物体的质量大,惯性大,运动状态就不容易改变;物体质量小,惯性小,运动状态容易改变。战斗机投入战斗前,抛掉副油箱,可以减小质量,减小惯性,从而更加机动灵活。典题例解【例 2】下列说法中正确的是()A.惯性是物体只有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保持匀速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;受到外力作用时,不能保持匀速直线运动状态或静止状态,因此无惯性D.惯性是物体的属性,与
14、物体的运动状态和是否受力均无关思路分析:解答本题时要注意以下三点:(1)惯性的定义。(2)惯性的表现。(3)惯性的决定因素。解析:惯性是物体的固有属性,由物体的质量唯一决定,任何情况下都存在,与物体的运动状态和受力情况均无关,故选项 D 正确。答案:D迁移应用向右做匀速直线运动的小车上水平放置一密封的装有水的瓶子,瓶内有一气泡,当小车突然停止运动时,气泡相对于瓶子向 (选填“左”或“右”)运动。解析:水和空气都有惯性,由于水的密度比气泡大,所以相同体积的水比气泡质量大,保持原来运动状态的本领大。所以气泡相对于水向左运动。答案:左理想实验的魅力知识链接1.伽利略的理想实验(1)让小球沿一个斜面从
15、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,使它放平,小球将沿水平面以恒定的速度持续运动下去。2.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。3.笛卡儿的补充完善物体将永远保持其静止或匀速直线运动状态,永远不会使自己沿曲线运动,而只保持在直线上运动,除非物体受到外力作用。案例探究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,如图所示的斜面实验,其中有一个是
16、实验事实,其余是推论。减小第二个斜面的倾角,小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度。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。如果没有摩擦,小球将上升到原来释放时的高度。继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成一水平面,小球要沿水平面做持续的匀速运动。请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列 (只要填写序号即可)。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.是事实,是推论B.是事实,是推论C.是事实,是推论D.是事实,是推论解析:体会伽利略的理想实验,可知顺序排列为,分类正确的是选项 B。答案:B思悟升华伽利略的思想方法与意义(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。伽利略的理想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,经科学抽象,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。