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描述物体运动的第一个基本定律
知识引入
通过对第七章知识的学习，我们已经知道牛顿发现了万有引力。然而要解开大自然的奥秘，光研究力是远远不够的，因为在自然现象中，力和运动是紧密联系在一起的，我们还需要研究力与运动的关系。作为一个物理学家，牛顿当然明白这一点。不只是牛顿，两千多年前的古希腊科学家亚里士多德对力与运动的关系就进行过研究，并提出了自己的见解：必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就要静止下来。
这个错误的观点影响了人们很长时间，后来，意大利物理学家伽利略等人对这个观点提出了质疑。再后来，牛顿在伽利略等人工作的基础上进行了深入研究，总结出了物体运动的三个基本定律（牛顿三定律），并在他1687年7月5日出版的《自然哲学之数学原理》（如图所示）一书中进行了详细的阐述。
本期我们先学习牛顿第一定律，让我们一起看看这个伟大的定律如何描述力与运动的关系，它又能解释我们生活中的哪些物理现象呢？
概念分析
一、牛顿第一定律
1、探究阻力对物体运动的影响
（1）该实验采用控制变量法来设计，分析实验利用“科学推理法”在实验结论的基础上得出推论。
（2）选用不同的物体表面，是为了改变接触面的粗糙程度，从而改变小车在水平面上受到的阻力大小。为了保证小车到达水平面时初速度相等，每次实验都让同一小车从同一斜面顶端从静止自由滑下。
（3）实验结论：接触面粗糙程度越小，小车受到的阻力越小，小车速度减小得越慢，小车滑行的距离越远。
（4）实验推论：如果小车不受阻力，它将以不变的速度永远运动下去，即做匀速直线运动。
2、牛顿第一定律
（1）内容：一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。
（2）说明：①“一切”说明该定律对于所有物体都是适用的，不是特殊现象。②“没有受到外力作用”包含两层意思：一是该物体确实没有受到任何力的作用，这是理想情况，实际上不受任何力作用的物体是不存在的；二是该物体在某一方向上不受力的作用；③“或”指两种状态必居其一，不能同时存在。就是说物体不受力时，原来静止的物体将永远保持静止状态，原来运动的物体将永远做匀速直线运动。④牛顿第一定律说明了力的本质：力不是维持物体运动状态的原因，力是改变物体运动状态的原因。⑤牛顿第一定律不是实验定律，而是在大量实验事实的基础上，通过进一步推理概括出来的，但由此推出的结论，经实践检验是正确的。
惯性
（1）概念：一切物体都有保持原来运动状态不变的性质，我们把这种性质叫做惯性。
（2）概念分析：①一切物体在任何情况下都具有惯性，惯性跟物体的运动状态无关。②惯性大小由物体的质量决定。质量越大，惯性越大。惯性大小通过力改变物体运动状态的“难易程度”表现出来。③惯性是物体本身具有的性质，不是力。不能说受到惯性，更不能说受到惯性力作用哦！
（3）解释惯性现象的基本步骤：
①确定研究对象；
②确定研究对象原来处于什么状态；
③其中的哪个物体（或物体的哪一部分）受何种力，运动状态发生何种改变；
④哪个物体（或物体的哪一部分）由于惯性继续保持原来的运动状态；
⑤发生了何种现象（或造成了何种结果）。
二、二力平衡
1.平衡状态
物体处于静止或匀速直线运动状态，叫做平衡状态。
2.力的平衡
物体受到几个力作用时，如果保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这几个力相互平衡。
知识拓展：物体处于平衡状态时，一定受平衡力作用。它处于平衡状态时，所受力的作用效果相互抵消，因此平衡状态下运动状态不变。也就是说，物体受平衡力作用，对应着不变的运动状态；受非平衡力作用，对应着运动状态的变化。
3.二力平衡的条件
（1）内容：作用在同一物体上的两个力，大小相等、方向相反，并且在同一条直线上，这两个力就彼此平衡。
（2）探究的方法：控制变量法，且是水平桌面尽量光滑，用小车不用木块，可以减小阻力对实验的影响。
（3）物体受力情况与运动状态之间的对应关系：①如果物体受平衡力，则物体必然处于静止或匀速直线运动状态；如果物体静止或做匀速直线运动，则物体可能受平衡力，也可能不受力。②物体受非平衡力，运动状态必改变；如果物体的运动状态发生了改变，则它必然受非平衡力作用。故而我们说力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因。
方法介绍
1.科学推理法。在实验事实的基础上进行科学合理的推断，获取推论，就是科学推理法。在探究阻力对物体运动的影响实验中，就是根据“阻力越小、物体速度减小得越慢、滑行距离越长”这个实验结果，作出物体不受阻力的假设，推断出“它的速度将不变，永远做匀速直线运动”这个推论的。
2.分析说理法。用物理知识、原理、规律对生活中的某一现象、事例做出合理的分析和解释，利用惯性知识解释生活中的现象就用到了这种方法。“摩擦力”知识精讲
知识点一、滑动摩擦力及产生条件
两个互相接触的物体，当它们相对滑动时，就会在接触面上产生一种阻碍相对运动的力——滑动摩擦力。滑动摩擦力产生的条件：
（1）两个物体接触，并且有挤压，即有压力产生。
（2）接触面粗糙。
（3）物体间有相对运动。
例1 下列叙述正确的是（　　）
A．相互接触的物体发生相对运动时，不一定会产生滑动摩擦力
B．滑动摩擦力总是在阻碍物体的运动
C．运动的物体一定受滑动摩擦力
D．轻推冰壶，冰壶就可以在冰面上滑行很远，说明冰面对冰壶没有滑动摩擦力
解析 相互接触的物体，不一定相互挤压，因此即使发生相对运动时，也不一定会产生滑动摩擦力。如果接触面光滑也不会产生摩擦力，故A正确。
滑动摩擦力总是阻碍物体间的相对运动，而不一定是阻碍物体的运动，有些滑动摩擦力会阻碍物体的运动，而有些滑动摩擦力是物体在运动过程中的动力。刚放到匀速转动的传送带上的物体，会受到向前的滑动摩擦力，这个滑动摩擦力就是物体前进的动力。故B错误。
运动的物体是否受滑动摩擦力，还要看产生滑动摩擦力的另外两个条件：接触面是否粗糙、物体间是否有压力产生。故C错误。
冰壶可以在冰面上滑行很远，但也不会永远运动下去，冰壶与冰面之间还是有滑动摩擦力存在的。故D错误。
答案 A
知识点二、通过二力平衡看摩擦力
测量滑动摩擦力的实验，我们用到了二力平衡的知识。弹簧测力计在水平面上匀速直线拉动木块时，木块受到水平面的摩擦力与弹簧测力计对木块的拉力大小相等，方向相反。
例2 为了探究滑动摩擦力，小明利用牙刷做实验，当用力匀速拖动牙刷时，刷发发生了如图1所示的弯曲，对这一实验的分析错误的是（ ）
A．刷发弯曲得越厉害，说明牙刷受到的力越大
B．从刷发弯曲的方向可以判断牙刷受到摩擦力的方向向左
C．牙刷受到的摩擦力作用在刷发上
D．手的拉力和牙刷受到的摩擦力不平衡
解析 刷发弯曲得越厉害，即其发生的形变越大，表明力的作用效果越明显，故牙刷受到的力越大。由“用力匀速拖动牙刷”知牙刷受力平衡，即手的拉力和牙刷受到的摩擦力二力平衡，而牙刷刷发向左弯曲，说明摩擦力方向向左，拉力方向向右。研究牙刷受到的摩擦力，牙刷一定是受力物体，而且是和接触面接触的部分，所以摩擦力作用在刷发上。综上所述，选项D错。
答案 D
知识点三、影响滑动摩擦力大小的因素
（1）滑动摩擦力的大小与物体所受压力大小有关：在接触面粗糙程度相同时，所受压力越大，滑动摩擦力越大。
（2）滑动摩擦力的大小与物体接触的面的粗糙程度有关：在物体所受压力大小相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。
（3）滚动代替滑动，可大大减小摩擦。
（4）滑动摩擦力的大小与接触面面积无关，与物体运动速度无关。
特别提示：在探究影响滑动摩擦力大小的因素时要应用控制变量法。
例3 在研究滑动摩擦力时，小明同学用一块各侧面光滑程度完全相同的木块，在同一水平桌面上进行了三次实验。如图2所示，当用弹簧测力计水平拉木块做匀速直线运动时，弹簧测力计三次示数F1、F2、F3的大小关系为（　　）
图2
A．F1=F2＞F3 B．F1＞F2＞F3 C．F2＞F1＞F3 D．F1＜F2=F3
解析 （1）因滑动摩擦力的大小跟压力大小和接触面的粗糙程度有关，而（a）（b）实验压力大小和接触面的粗糙程度都相同，因此F1=F2；改变了接触面积的大小，摩擦力不变。
（2）（a）（c）实验在压力大小相同时，用滚动代替滑动，减小了摩擦力的大小，所以F1＞F3。
综合上面两种情况可得：F1=F2＞F3。
答案：A
图1如何理解阻力
在第七章我已经学习了力，还具体学习了弹力和重力。通过学习我知道了力作用在物体上总会有作用效果，要么是改变物体的形状，要么就会使物体的运动状态发生变化。
在学习本章第一节“牛顿第一定律”时，我先学习了“阻力对物体运动的影响”，于是我的脑海里产生了这样的疑问：什么是阻力？弹力是物体发生弹性形变而产生的，重力是由于地球的吸引而产生的，阻力是怎么产生的呢？
课后我准备好实验器材，重做了“阻力对物体运动的影响”的实验（如图）。
同一辆小车，从斜面上同样的高度滑下三次，每次水平面的“粗糙程度”不同，发现小车在“粗糙程度”最小的木板上运动的距离最远，而在“粗糙程度”最大的毛巾表面运动的距离最近。这说明水平面“粗糙程度”越大，小车受到的阻力越大；水平面“粗糙程度”越小，小车受到的阻力越小。于是我发现，对于“阻力”而言，物体表面的“粗糙程度”很关键。
课后我预习了第三节的内容“摩擦力”，终于明白这个实验中小车所受的阻力原来是摩擦力，而物体表面的粗糙程度也的确是影响摩擦力大小的一个重要因素。做这个实验时只提阻力而不提摩擦力，可能是摩擦力的知识安排在后面，这里不方便提罢了。
作为一个汉语词语，阻力的词意是指阻碍事物发展或前进的外力。做这个实验时，我因为不理解什么是阻力，导致课堂中对这个实验的理解也遇到了一定的“阻力”。好在现在终于弄清楚了，我的疑惑也消除了。我希望别的同学在遇到“阻力”时，一定要在第一时间消除阻力，这样才会学得踏实。玩小车 悟惯性
虽然学习了牛顿第一定律，但章丽还是对“用惯性知识解释生活中的有关现象”不太明白，学习小组的同学决定结合生活情景并通过实验帮助她深入理解。
他们找老师借出上课实验时用到的斜面、木板和小车，还借出了几块大小不同的长方体木块和一个烧杯。
他们先询问章丽乘坐公共汽车时的感受：人上车后站在车上，这时人和汽车的状态都是静止的，人体受力均衡。汽车突然启动时，脚受车箱底部作用向前运动，而身体的上部由于不受力，将继续保持原来的静止状态，这样就出现了人体向后倾倒的情况。
接着他们进行了演示：如果把木块当作乘客，小车就相当于汽车，木块与小车是静止的，如图（a）所示。当小车突然向左运动时，木块的下部由于和小车接触受到阻力的作用，于是和小车一起向左运动；而木块的上部由于不受力，要继续保持原来的静止状态，因此出现了木块向后倒的情况，如图（b）所示。
而当汽车紧急刹车时，人和汽车原来的状态是一起向前运动，汽车突然停止运动，脚受车箱地板阻力的作用而停止运动，身体的上部由于没有受到力要保持原来的运动状态，所以会出现身体向前倾倒的情况。
模拟实验是：木块原来和小车一起在向右运动，如（c）所示；当小车突然停止运动时，木块下部受小车阻力的作用停止运动，木块上部由于没有受到力的作用保持原来向右运动的状态，因此出现了向右倾倒的情况，如（d）图所示。
几个人边做边说，章丽终于明白了。做实验 会评估
评估，是科学探究的一个重要环节。每做完一个实验，同学们都要反思自己的探究过程，包括实验设计是否合理，实验过程是否规范，结论的得出是否与实验现象相符合，在实验中有什么优点，怎么进一步改正存在的不足等等。
在近几年的学业水平测试题中，评价实验结论类考题有的是由于实验过程中没有注意控制变量，如没有控制压力大小不变或没有控制接触面粗糙程度不变，导致得出的结论是错误的；有时是在表述探究结论时，不注意控制变量而漏掉结论成立的前提条件，如“压力越大，滑动摩擦力就越大”的结论是错误的，应改为“接触面粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力就越大”。
评价实验方案类考题有时提供几种实验方案，评估方案的优劣或提出改进方案。请看下面的例题。
例题 在探究滑动摩擦力的大小与什么因素有关的实验中，选用的器材有：正方体木块，读数准确的弹簧测力计，粗糙程度均匀的长木板等。
（1）采用如图甲所示的实验装置测量木块与长木板之间的摩擦力时，发现弹簧测力计示数不稳定，很难读数，其原因是_________________________________________。
（2）为解决上述问题，小娟对实验装置进行了改进，用图乙所示的装置进行实验，解决了上述问题，这是因为__________________________________________________。
解析 在测定摩擦力大小的实验中，需要用弹簧测力计拉着木块在水平面上匀速运动，而拉力的大小通过弹簧测力计读取出来，即为摩擦力的大小。若拉动木块运动时不能保证匀速直线运动，则拉力不等于摩擦力。弹簧测力计在运动中读数示数不稳定，读数不准确。为了使弹簧测力计示数稳定，可将弹簧测力计固定，拉动木板的方法来进行，这样无论怎样拉动木板，木块总处于静止状态，这样操作较容易，读数较准确。
图甲实验装置“直观”、“易懂”，是典型的实验设计。图乙实验装置“巧妙”、“好用”，但需要同学们变换角度，理解“动与静”互换带来的影响。
答案 （1）不容易保持木块做匀速直线运动，弹簧测力计在运动中读数不准确 （2）无论长木板怎样运动，木块都处于静止状态，这样操作较容易，读数较准确
点评：评估是科学探究的环节之一，本题通过对探究方案的改进考查同学们的实验创新能力，注重过程与方法是实验探究考题永恒的主题，希望同学们注意。抖空竹的学问
空竹是我国民族文化苑中一株灿烂的花朵。空竹古称“胡敲”，也叫“地铃”、 “空钟”、 “风葫芦”， 关于空竹的记载，最早见于北宋宣年年间，至今已有近千年的历史。清代《燕京岁时记》中记载：“空竹者，形如车轮，中有短轴，儿童以双杖系棉线播弄之。”
最早的空竹是两个如同车轮的竹筒，中间加一个转轴，由于外形对称，其重心在中间位置，初玩者能很好地找到支撑点而使之平衡，但随着制作技术的发展，不对称的空竹也受到人们的欢迎。现在大多是塑料制成的，也有天然竹木制成的。
空竹启动前用绳子拉住提起，此时要选好恰当的位置，保证支持力和重力在同一条直线上，满足二力平衡的条件，否则空竹就要翻倒从绳子上落下。空竹的转动是依靠绳子的拉动，利用绳子与转轴之间的摩擦力使其转动，因此绳子选用比较粗糙的麻绳或者棉纱捻成的纱绳，这是通过增加接触面的粗糙程度来增大摩擦。同样地，抖杆采用玻璃钢或竹木制成，为了防滑，杆把采用软性塑料并刻有花纹。
表演时，熟练的表演者可以在抖动中把空竹抛起数丈之高，仍以绳承接，抛起后由于空竹具有惯性而继续向上运动，但由于此时只受到重力的作用，在非平衡力作用下，空竹的运动状态发生改变，速度越来越小，然后下落。绳接时，绳子对空竹施加的弹力使其运动状态改变。空竹从抛起到接住，始终是高速旋转的，因为抛出前是转动的，空竹具有惯性，保持了原来的这种运动状态继续转动，但由于有空气的阻力作用，转速会减小，因此表演时还要继续牵拉绳子使其加速转动。
通过这么一介绍，你对空竹一定有了较好的认识，也去买一个，利用周末休息日好好地玩一玩，体会一下。

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