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4.1牛顿第一定律
【学习目标】
1.能大致叙述发现牛顿第一定律的历史过程，并能作出初步评述。
2.能清楚地描述伽利略关于力与运动的观点，以及对应设计出的理想实验和相应的推理结论。
3.准确描述牛顿第一定律（惯性定律），并能对定律有较为深入的理解，体会定律深刻的思想性及认识问题的本质性。
4.能举例说明物体的质量是其惯性大小的量度。
【学习重难点】
1.理解力与运动的关系。（重点）
2.理解牛顿第一定律，认识惯性与质量的关系。（重点）
3.惯性与质量的关系（重点）
【预习新知】
（一）理想实验的魅力
伽利略的理想实验
①（实验事实）两个斜面，小球从一个斜面的某一高度滚下，将到达另一个斜面的某一高度
②（科学推想）若另一个斜面光滑，则小球一定会滚到另一斜面的 高度
③（科学推想）若降低另一个斜面的坡度，则小球 高度，不过，在另一个斜面上将滚得更远
④（科学推想）若把另一个斜面改成光滑的水平面，则物体将 。
理想实验是建立在可靠的基础上的一种科学方法。
练习1：伽利略理想实验将可靠的事实和理论思维结合起来，能更深刻地反映规律，有关的实验程序内容如下：
（1）减小第二个斜面的角度，小球在这个斜面上仍要达到原来的高度。（2）两个对接的光滑斜面，使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，最后使它处于水平位置，小球沿水平面做持续的匀速运动。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，下列选项中正确的是：( )
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4
C．事实2→推论3→推论1→推论4 D．事实2→推论1→推论4
（二）牛顿第一定律
对牛顿第一定律的理解
(1)明确了惯性的概念．揭示了物体所具有的一个重要属性——惯性，即物体总有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质．定律指出，一切物体在任何情况下都具有惯性，正因为如此，牛顿第一定律又叫惯性定律．
(2)明确了力的含义．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)定性地揭示了力和运动的关系．任何物体只要运动状态保持不变，它所受的合外力必然为零；反之，如果物体的运动状态发生了变化，那么物体必受到了不为零的合外力．
例3 关于物体的惯性，下列说法中正确的是(　　)
A．运动速度大的物体不能很快地停下来，是因为物体的速度越大，惯性也越大
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的缘故
C．乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球的惯性小
D．在宇宙飞船中的物体不存在惯性
（三）惯性与质量
1、物体 的性质，叫做惯性。惯性是物体的 ，与物体的运动状态、物体是否受力均无关； 是惯性大小的量度，
越大，惯性就越大； 越小，惯性就越小。
①任何物体都有惯性，任何状态下都有惯性（错误的说法：只有在匀速直线运动或静止的状态时才有惯性）
②惯性不是一种力（错误的说法：物体受到惯性力的作用，所以要保持原有的运动状态）
③惯性有大小，惯性的大小只与物体的质量有关，质量大，惯性就大；或者说：质量是惯性大小的量度。（错误的说法：速度大的物体惯性大）
练习2：一列在平直铁路上匀速行驶的火车，当车厢里的人看到车厢内水平桌面上的小球突然向前运动时，说明火车是突然加速还是突然减速运动？
【重难探究】
在足球场上，为了不使足球停下来，运动员带球前进必须不断用脚轻轻地踢拨足球(如下图甲)。又如为了不使自行车减速，总要不断地用力蹬脚踏板(如下图乙)。这些现象不正说明了运动需要力来维持吗？那为什么又说“力不是维持物体运动的原因”？
提示：这一问题，我们可以这样思考：如果足球不是在草地上滚动，而是以相同的初速度在水平的水泥地板上滚动，它将会滚出比草地上远得多的距离，这说明了由于阻力的存在才导致足球的运动状态发生了改变，足球在草地上滚动时所受阻力大，运动状态很快发生改变；足球在水泥地面上滚动时所受阻力小，运动状态改变得慢，但终究还是要停下来。在盘带足球时，人对足球施加力的作用，恰恰是起了使足球已经变小的运动速度再变大的作用。自行车的例子也是同样的道理。
这两个例子都充分说明了阻力能使物体的运动状态发生改变(物体的速度变小)，动力也能使物体的运动状态发生改变(物体的速度变大)，即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。
要点提炼
1．牛顿第一定律的物理意义：
(1)揭示了力与运动的关系：
①力是改变物体运动状态的原因：物体受力的作用，它的运动状态就一定发生改变，并且产生加速度。
②力不是维持物体运动的原因：物体若不受力，它将做匀速直线运动或者保持静止状态。
(2)揭示了一切物体都具有的一种属性——惯性，所以牛顿第一定律也叫惯性定律。
2．物体运动状态改变的三种情况：
(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。(物体做匀速曲线运动)
(3)速度的大小和方向同时发生改变。(物体做变速曲线运动)
特别提醒
(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。
(3)牛顿第一定律只适用于惯性参考系中的运动，在非惯性参考系中不适用。
思维升华：牛顿第一定律巧应用
(1)由“因”索“果”：在判断力与运动之间的关系时，一定要把握准牛顿第一定律的含义，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。
(2)由“果”索“因”：如果物体的运动状态发生改变，则物体必然受到不为零的合外力的作用，所以判断物体的运动状态是否改变以及如何改变，应分析物体的受力情况。
(3)应用步骤：应用牛顿第一定律解释有关现象时，一要看物体原来的运动状态，二要看物体现在的受力情况及所受合力是否为零，最后判断由于物体具有惯性将会出现的现象。
探究：对惯性概念的理解
情境导入
锤头松了，把锤柄的一端在凳子上撞击几下，锤头就套紧了，为什么？试解释其中的原因。
提示：锤与柄原来都处于运动状态，柄撞在凳子上受到阻力作用，改变了它的运动状态，就停止了运动，锤头由于惯性仍保持原来的运动状态，这样锤头就继续向前运动紧套在锤柄上了。
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)惯性与物体受力情况、运动情况及地理位置均无关。
(3)质量是物体惯性大小的唯一量度，质量越大，惯性越大。
2．惯性与力的关系
(1)惯性不是力，而是物体本身固有的一种性质，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。力越大，运动状态越易改变；惯性越大，运动状态越难改变。
(3)惯性与物体的受力情况无关。
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，是矢量，惯性是物体本身固有的性质，其大小仅由物体质量决定。
(2)一切物体都有惯性，和物体是否有速度及速度的大小均无关。
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。
特别提醒
(1)在不受力(或合外力为零)的条件下，惯性表现为保持原来的运动状态。　　　　
(2)在受力条件下，惯性表现为运动状态改变的难易程度。质量越大，惯性越大，运动状态越难改变。
思维升华：惯性理解两注意
(1)注意一个“一切”，即一切物体具有惯性；
(2)注意一个“唯一”，即质量是惯性大小的“唯一”量度。
【巩固训练】
1.打水漂是人类最古老的游戏之一。如图所示，仅需要一块小瓦片，在手上呈水平放置后，用力使它水平飞出，瓦片擦水面飞行，不断地在水面上向前弹跳，直至下沉。下列判断正确的是( )
A.瓦片飞出时的初速度越大，它的惯性一定越大
B.瓦片飞行时所用时间越长，它的惯性一定越大
C.瓦片飞出去的距离越长，它的惯性一定越大
D.瓦片的质量越大，它的惯性一定越大
2.“复兴号”高铁在某段水平轨道上匀速行驶，假设高铁上固定着盛满水的纸杯。若突然发现纸杯中的水向右洒出，如图所示，则关于高铁在此种情况下的运动，下列描述正确的是( )
A.高铁匀速向左运动 B.高铁可能突然向左加速运动
C.高铁可能突然向左减速运动 D.高铁可能突然向右加速运动
参考答案
1.答案：D
解析：惯性的大小只与物体的质量有关，D正确。
2.答案：B
解析：若高铁匀速向左运动，则水也匀速运动，速度相等，水不会从纸杯中洒出，故A错误；高铁突然向左加速，由于惯性，水还没有来得及加速，所以高铁向左的速度大于水向左的速度，可以出现题图所示情况，故B正确；同理可知，D错误；高铁突然向左减速，由于惯性，水还没有来得及减速，所以高铁向左的速度小于水向左的速度，水应向左洒出，故C错误。

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