1、4.1 牛顿第一定律 目标定位 1.知道伽利略的理想实验及其推理过程,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.3.明确惯性的概念,会解释 有关的惯性现象 一、理想实验的魅力 1亚里士多德认为:必须有力作用在物体上,物体才能运动;没有力的作 用,物体就要静止在一个地方 2伽利略的理想实验 (1)斜面实验:让静止的小球从第一个斜面滚下,冲上第二个斜面,如果没 有摩擦,小球将上升到原来释放时的高度减小第二个斜面的倾角,小球滚动 的距离增大,当第二个斜面放平,小球将永远运动下去 (2)推理结论:力不是(选“是”或者“不是”) 维持物体运动的原因 3笛卡尔的观点:如果运动中
2、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 想一想: 伽利略的理想实验揭示了什么道理? 答案 伽利略的实验揭示了力不是维持物体运动的原因 二、牛顿物理学的基石惯性定律 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这就是牛顿第一定律 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惯 性牛顿第一定律也叫做惯性定律 三、惯性与质量 对于任何物体,在受到相同的力作用时,决定它们运动状态的变化难易程 度的唯一因素就是它们的质量 想一想: (1)是不是只有匀速直线运动或静止的物体才具有惯性? (
3、2)有人说“速度越大惯性越大” “受力越小惯性越大” ,对吗? 答案 (1)不是;一切物体都具有惯性物体的惯性与运动状态无关(2)不 对,惯性只与质量大小有关,而与速度大小无关,与受力大小也无关 一、对伽利略的理想实验的理解 1关于运动和力的两种对立的观点 (1)亚里士多德的观点:力是维持物体运动的原因这种错误的观点统治了 人们的思维近二千年 (2)伽利略的观点(伽利略第一次提出) :物体的运动不需要力来维持,力是 改变物体速度的原因 2伽利略的理想实验的意义 (1)伽利略的理想实验将可靠的事实和理论思维结合起来,即采用“事实基 础抽象思维科学推论”的方法推翻了亚里士多德的观点,初步揭示了运动
4、 和力的正确关系 (2)第一次确立了物理实验在物理学中的地位 例 1 理想实验有时更能深刻地反映自然规律伽利略设计了一个如图 411 所示的理想实验,他的设想步骤如下: 图 411 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的高度;继续减小第二个斜面的倾角, 最后使它成为水平面,小球将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 论下列有关事实和推论的分类正确的是_
5、 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 本题是在可靠事实的基础上进行合理的推理,将实验理想化,并符 合物理规律,得到正确的结论而是可靠事实,因此放在第一步,是在 斜面上无摩擦的设想,最后推导出水平面上的理想实验.因此正确顺序是 . 答案 B 二、对牛顿第一定律的理解 1对牛顿第一定律的理解 (1)定性说明了力和运动的关系: 力是改变物体运动状态的原因,或者说力是产生加速度的原因,而不是 维持物体运动状态的原因 物体不受外力时的运动状态:匀速直线运动状态或静止状态 (2)揭示了一切物体都具有的一种固有属性惯性因此牛顿第一定律也 叫惯性定律 2物体运动状态
6、的变化即物体运动速度的变化,有以下三种情况: (1)速度的方向不变,只有大小改变(物体做直线运动) (2)速度的大小不变,只有方向改变(物体做曲线运动) (3)速度的大小和方向同时发生改变(物体做曲线运动) 3注意: (1)牛顿第一定律所描述的是物体不受外力作用时的状态,与物体所受合外 力为零是等效的 (2)牛顿第一定律不是实验定律,它是在理想实验的基础上总结得出的 例 2 关于牛顿第一定律的理解正确的是( ) A牛顿第一定律反映了物体不受外力的作用时的运动规律 B不受外力作用时,物体的运动状态保持不变 C在水平地面上滑动的木块最终停下来,是由于没有外力维持木块运动 的结果 D飞跑的运动员,由
7、于遇到障碍而被绊倒,这是因为他受到外力作用迫 使他改变原来的运动状态 解析 牛顿第一定律描述的是物体不受外力作用时的状态,即总保持匀速 直线运动状态或静止状态不变,A、B 正确;牛顿第一定律揭示了力和运动的关 系,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,在水平 地面上滑动的木块最终停下来,是由于摩擦阻力的作用而改变了运动状态,飞 跑的运动员,遇到障碍而被绊倒,是因为他受到外力作用而改变了运动状态, C 错误, D 正确 答案 ABD 三、对惯性的理解 1惯性是物体的固有属性,一切物体都具有惯性 2质量是惯性大小的唯一量度质量越大,惯性越大 3惯性大小与物体运动状态无关,与物体
8、受力情况以及地理位置无关 4惯性的表现 (1)不受力时,惯性表现为保持原来的匀速直线运动状态或静止状态,有 “惰性”的意思 (2)受力时,惯性表现为运动状态改变的难易程度质量越大,惯性越大, 运动状态越难以改变 例 3 关于惯性,下列说法正确的是( ) A惯性是物体固有的属性,惯性越大的物体,它的运动状态越难改变 B同一物体运动时的惯性大于静止时的惯性 C “嫦娥三号”卫星在地球上的惯性与它绕月球飞行时的惯性相同(燃料消 耗忽略不计) D各种机床和发电机的底座做得很笨重,并用螺丝固定在地面上,目的 是增大惯性 解析 惯性是物体固有的属性,惯性越大的物体,保持原来运动状态的性 质越强,即它的运动
9、状态越难改变,A 正确;质量是惯性大小的唯一量度,惯 性大小与运动状态无关,B 错误;“嫦娥三号”卫星在地球上的惯性与它绕月 球飞行时的质量不变,惯性不变,C 正确;质量大的物体惯性大,各种机床和 发电机的底座做得很笨重,目的是增大惯性,D 正确故选 A、C、D . 答案 ACD 借题发挥 分析有关惯性的问题时,应注意惯性的三个性质:(1)普遍性: 一切物体在任何情况下都具有惯性;(2)无关性:惯性与物体的运动状态和受力 情况均无关;(3) 唯一性:惯性由物体的质量唯一决定 图 412 例 4 在匀速行驶的火车车厢内,有一人从 B 点正上方相对车厢静止释放 一个小球,不计空气阻力,则小球( )
10、 A可能落在 A 处 B一定落在 B 处 C可能落在 C 处 D以上都有可能 解析 匀速行驶的火车车厢内,相对车厢静止释放一个小球,由于惯性, 在水平方向保持与车速相同的速度,因此在下落这段时间内,水平位移相等, 即落回到 B 点,故选 B. 答案 B 对伽利略的理想实验的理解 1伽利略的理想斜面实验说明( ) A亚里士多德关于运动和力的关系是正确的 B亚里士多德关于运动和力的关系是错误的 C力是维持物体运动的原因 D物体的运动不需要力来维持 解析 伽利略的理想实验中斜面放平后,小球将永远运动下去,说明物体 的运动不是由力来维持的,故而推翻了亚里士多德的观点,B、D 正确 答案 BD 对牛顿第
11、一定律的理解 2关于牛顿第一定律,下列说法中正确的是( ) A牛顿第一定律是在伽利略“理想实验”的基础上总结出来的 B不受力作用的物体是不存在的,故牛顿第一定律的建立毫无意义 C牛顿第一定律表明,物体只有在不受外力作用时才具有惯性 D牛顿第一定律表明,物体只有在静止或做匀速直线运动时才具有惯性 解析 牛顿第一定律是在伽利略“理想实验”的基础上经过抽象、加工、 推理后总结出来的,A 正确;虽然不受力作用的物体是不存在的,但是它与受 合外力为零时是等效的,故牛顿第一定律仍有实际意义,B 错误;物体的惯性 是物体本身的属性,与物体是否受外力无关,与物体静止还是匀速直线运动无 关,C 、D 错误故选
12、A. 答案 A 对惯性的理解 图 413 3如图 413 所示,冰壶在冰面运动时受到的阻力很小,可以在较长时间内 保持运动速度的大小和方向不变,我们可以说冰壶有较强的抵抗运动状态变化 的“本领” 这里所指的“本领”是冰壶的惯性,则惯性的大小取决于( ) A冰壶的速度 B冰壶的质量 C冰壶受到的推力 D冰壶受到的阻力 解析 一个物体惯性的大小,与其运动状态,受力情况是没有任何关系的, 衡量物体惯性大小的唯一因素是质量,故 B 正确 答案 B 4根据牛顿运动定律,以下选项中正确的是( ) A人只有在静止的车厢内,竖直向上高高跳起后,才会落在车厢的原来 位置 B人在沿直线匀速前进的车厢内,竖直向上高
13、高跳起后,将落在起跳点 的后方 C人在沿直线加速前进的车厢内,竖直向上高高跳起后,将落在起跳点 的后方 D人在沿直线减速前进的车厢内,竖直向上高高跳起后,将落在起跳点 的后方 解析 人起跳后,水平方向保持起跳前的速度做匀速直线运动;车速如果 不变( 静止或匀速) ,则人和车水平方向相对静止;车如果加速,人相对滞后, 掉在后面;车如果减速,人相对超前,掉在前面故选 C. 答案 C (时间:60 分钟) 题组一 对伽利略的理想实验的理解 116 世纪末,伽利略用实验和推理,推翻了已在欧洲流行了近两千年的 亚里士多德关于力和运动的理论,开始了物理学发展的新纪元在以下说法中, 与亚里士多德观点相反的是
14、( ) A四匹马拉的车比两匹马拉的车跑得快,这说明,物体受的力越大,速 度就越大 B一个运动的物体,如果不再受力了,它总会逐渐停下;这说明,静止 状态才是物体长时间不受力时的“自然状态” C两物体从同一高度自由下落,较重的物体下落较快 D一个物体维持匀速直线运动,不需要受力 解析 亚里士多德的观点:力是使物体运动的原因,有力物体就运动,没 有力物体就停止运动,与此观点相反的选项是 D. 答案 D 2关于伽利略的理想实验,下列说法正确的是( ) A只要接触面摩擦相当小,物体在水平面上就能匀速运动下去 B这个实验实际上是永远无法做到的 C利用气垫导轨,就能使实验成功 D虽然是想象中的实验,但是它建
15、立在可靠的实验基础上 解析 伽利略的理想斜面实验反映了一种物理思想它是建立在可靠的事 实基础上的,它把实验和逻辑推理结合在一起,抓住主要因素,忽略次要因素, 从而深刻地揭示了自然规律故选 B、D. 答案 BD 3关于力和运动的关系,下列说法中正确的是( ) A物体的速度不断增大,表示物体必受外力的作用 B物体向着某个方向运动,则在这个方向上必受力的作用 C物体的速度大小不变,则其所受的合外力必为零 D物体处于平衡状态,则该物体必不受外力作用 解析 当物体速度增大时,运动状态发生了变化,而力是改变运动状态的 原因,故物体必受外力作用,A 正确;力不是维持物体运动的原因,所以物体 向某个方向运动,
16、可以不在此方向上受力的作用,B 错误;当物体的速度大小 不变时,其速度方向可能发生变化,即运动状态可能变化,合外力不一定为零, C 错误;物体处于平衡状态时,所受合外力为零,并不是物体不受外力作用, 故 D 错误 答案 A 题组二 对牛顿第一定律的理解 4由牛顿第一定律可知( ) A物体的运动是依靠惯性来维持的 B力停止作用后,物体的运动就不能维持 C物体做变速运动时,可以没有外力作用 D力是改变物体惯性的原因 解析 根据牛顿第一定律可得力不是维持物体运动的原因,而是改变物体 运动的原因,A 正确;惯性是物体固有的属性,跟外界因素无关,即力的存在 和消失对惯性没有影响,D 错误;力停止作用后,
17、物体将保持静止或者匀速直 线运动状态,B 错误;物体做变速运动,速度发生变化,则一定存在外力改变 物体的运动,C 错误故选 A. 答案 A 5做自由落体运动的物体,如果下落过程中某时刻重力突然消失,物体的 运动情况将是( ) A悬浮在空中不动 B速度逐渐减小 C保持一定速度向下做匀速直线运动 D无法判断 解析 物体自由下落时,仅受重力作用,重力消失以后,物体将不受力, 根据牛顿第一定律的描述,物体将以重力消失瞬间的速度做匀速直线运动,故 C 正确 答案 C 图 414 6如图 414 所示,在一辆表面光滑且足够长的小车上,有质量为 m1 和 m2 的两个小球(m 1m2),两个小球随车一起运动
18、,当车突然停止运动时,若不考虑 其他阻力,则两个小球( ) A一定相碰 B一定不相碰 C不一定相碰 D无法确定 解析 小车表面光滑,因此小球在水平方向上没有受到外力的作用原来 两个小球与小车具有相同的速度,当车突然停止运动时,由于惯性,两个小球 的速度不变,所以不会相碰 答案 B 7. 图 415 如图 415 所示,一个劈形物体 A,各面均光滑,放在固定的斜面上,上表 面水平,在上表面上放一光滑的小球 B,劈形物体 A 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 解析 小球原来静止时受重力和支持力作用,其合力为零当劈形
19、物体 A 由静止释放,A 应沿斜面下滑,故 B 也将运动,运动状态就要发生改变,但由 于惯性,小球原来速度为零,没有水平或其他方向上的速度,而小球又光滑, 除竖直方向可以有合力外,其他方向上没有合力,因为力是使物体运动状态改 变的原因,故小球只能在竖直方向上运动,在碰到斜面之前,运动轨迹应为一 条直线,即竖直向下的直线 答案 B 题组三 对惯性的理解和应用 8关于惯性的理解,下列说法正确的是( ) A物体含的物质越多,惯性越大 B静止的火车启动时,速度变化慢,是因为静止的物体惯性大 C在月球上举重比在地球上容易,所以同一物体在地球上惯性比在月球 上大 D乒乓球可以快速抽杀(球接触球板后速度很大
20、),是因为乒乓球惯性小的 缘故 解析 质量是指物体所含物质的多少,而质量是物体惯性的唯一量度,质 量越大,物体的惯性越大,惯性与物体的速度和所在地理位置无关,A 正确, B、C 错误;乒乓球可以快速抽杀(球接触球板后速度很大 ),运动状态很容易改 变,因为它的质量很小,即乒乓球惯性小的缘故,D 正确 答案 AD 9下列说法中正确的是( ) A运动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 B小球由于受重力的作用而自由下落时,它的惯性就不存在了 C一个小球被竖直上抛,当抛出后能继续上升,是因为小球受到向上的 推力 D物体的惯性是物体保持匀速直线运动状态或静止状态的一种属性,与 物体
21、的速度大小无关 解析 做变速运动的物体速度之所以改变是因为受到了外力,外力迫使它 改变运动状态,不是物体失去了惯性 答案 D 10月球表面的重力加速度为地球表面的重力加速度的 ,同一个飞行器在 16 月球表面上时与在地球表面上时相比较( ) A惯性减小为 ,重力不变 16 B惯性和重力都减小为 16 C惯性不变,重力减小为 16 D惯性和重力都不变 解析 物体的惯性大小仅与物体的质量有关,因质量是恒量,同一物体的 质量与它所在的位置及运动状态无关,所以这个飞行器从地球到月球,其惯性 大小不变物体的重力是个变量,这个飞行器在月球表面上的重力为 G 月 mg 月 m g 地 G 地 故正确选项为
22、C. 16 16 答案 C 图 416 11如图 416 所示,在沿东西方向直线运动的小车上,放一竖直木块,突 然发现木块向西倒,则小车可能的运动情况( ) A向东做匀速运动 B向东做减速运动 C向东做加速运动 D向西做减速运动 解析 由牛顿第一定律可知,木块突然向西倒,说明小车具有向东的加速 度,由力和运动关系可知,小车可能向东加速或向西减速,所以 A、B 错误; C、D 正确 答案 CD 图 417 12如图 417 所示,在光滑水平面上有一密闭水箱,A 、B 、C 三个小球的 密度分别为 A 水 , B 水 , C 水 ,均用细线系在水箱中开始时,水箱 静止,细线竖直,现用力向右突然拉动
23、水箱的瞬间,则( ) A细线均竖直 BA 线左倾,C 线右倾,B 线竖直 C细线均左倾 DA 线右倾,C 线左倾,B 线竖直 解析 当用力向右突然拉动水箱,由于 A 水 , B 水 , C 水 , A 球的惯性大于相同体积的水的惯性,线向左倾斜; B 球的惯性与相同体积的 水的惯性相同,线不倾斜,仍竖直;而 C 球的惯性小于相同体积的水的惯性, 线向右倾斜,故 B 正确 答案 B 13下面摘自上个世纪美国报纸上的一篇小文章:阿波罗登月火箭在脱离 地球飞向月球的过程中,飞船内宇航员通过无线电与在家中上小学的儿子汤姆 通话宇航员:“汤姆,我们现在已经关闭了火箭上所有推动机,正向月球飞 去 ”汤姆:
24、“你们关闭了所有推动机,那么靠什么力量推动火箭向前运动?” 宇航员犹豫了半天,说:“我想大概是伽利略在推动飞船向前运动吧 ”若不计 星球对火箭的作用力,由上述材料可知( ) A汤姆问话体现的物理思想是“火箭的运动需要力来维持 ” B宇航员答话想表达的真实意思是“伽俐略用力推动着火箭向前运动 ” C宇航员答话想表达的真实意思是“火箭的运动不需要力来维持” D宇航员的答话想表达的真实意思是“火箭正在依靠惯性飞行 ” 解析 A、汤姆说:“你们关闭了所有推动机,那么靠什么力量推动火箭 向前运动?” ,想表达的真实意思是“火箭的运动需要力来维持” ,故 A 正 确B、 C、D 由题意知,宇航员说大概是伽利略在推动飞船向前运动,真实意 思是根据伽利略的理论, “火箭的运动不需要力来维持,火箭正在依靠惯性飞行” ,而不是伽俐略用力推动着火箭向前运动,故 B 错误, C、D 正确 答案 ACD