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1　牛顿第一定律
[定位·学习目标]　1.通过对伽利略的斜面实验的分析,掌握运动与力的关系,进一步理解牛顿第一定律,了解研究科学问题需要运用的科学物理方法。2.通过对生活中的惯性现象的解释,掌握惯性与质量的关系,体会建构物理模型的思维方式。
知识点一　理想实验的魅力
探究新知
1.力与运动关系的不同认识
代表人物 主要观点
亚里士 多德 必须有力作用在物体上,物体才能运动;没有力的作用,物体就要静止在某个地方
伽利略 力不是维持物体运动的原因
笛卡儿 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,既不会停下来,也不会偏离原来的方向
2.伽利略的理想实验
(1)斜面实验:如图所示,让一个小球沿斜面从静止状态开始运动,小球将“冲”上另一个斜面。如果没有摩擦,小球将到达原来的高度。如果第二个斜面倾角减小,小球仍将到达原来的高度,但是运动的距离更长。当斜面最终变为水平面时,小球要到达原有高度将永远运动下去。
(2)实验结论:力不是维持物体运动的原因。
正误辨析
(1)亚里士多德认为力是维持物体运动的原因。(　√　)
(2)笛卡儿认为物体的运动状态不需要力来维持。(　√　)
(3)伽利略的理想实验说明了力是维持物体运动的原因。(　×　)
(4)伽利略的理想实验是不科学的假想实验。(　×　)
知识点二　牛顿第一定律
探究新知
1.内容
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。
2.惯性
物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性。
3.运动和力的关系
力不是维持物体运动状态的原因,而是改变物体运动状态的原因。
正误辨析
(1)牛顿第一定律是可以通过实验验证的。(　×　)
(2)牛顿认为力的真正效应总是改变物体的速度,而不仅仅是使之运动。(　×　)
(3)牛顿第一定律说明一切物体都具有惯性。(　√　)
(4)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。(　×　)
知识点三　惯性与质量
探究新知
1.不同物体维持其原有运动状态的“能力”不同,质量大的物体惯性大。描述物体惯性大小的物理量是它的质量。
2.对质量的认识
(1)质量是标(选填“矢”或“标”)量,在国际单位制中的单位是千克,符号为kg。
(2)从物体惯性的角度认识质量:质量是物体惯性大小的唯一量度。
正误辨析
(1)物体的惯性大小取决于物体的质量大小。(　√　)
(2)物体只有处于静止状态或匀速直线运动状态时才有惯性。(　×　)
(3)力无法改变物体的惯性。(　√　)
(4)速度越大的物体,惯性越大。(　×　)
要点一　伽利略理想实验
情境探究
日常生活中,我们有这样的经验:马拉车,车就前进,马停止用力,车就停下来。
探究:(1)是否有力作用在物体上物体才能运动呢 马不拉车时,车为什么会停下来呢
(2)如果没有摩擦阻力,也不受其他任何力的作用,车的运动状态会改变吗
【答案】 (1)不是。因为车受到阻力的作用。
(2)如果没有摩擦阻力,也不受其他任何力的作用,车将保持原来的速度沿直线永远运动下去,即运动状态不变。
要点归纳
1.伽利略的理想实验
(1)(实验事实)如图所示,两个斜面平滑地对接在一起,小球从一个斜面的某一高度自由滚下,在第二个斜面上所达到的高度同它在第一个斜面上开始滚下时的高度几乎相等,伽利略分析高度的微小差别是由摩擦阻力引起的。
(2)(科学推理)若两个斜面均光滑,则小球一定会上升到原来的高度。
(3)(科学推理)若减小第二个斜面的倾角,则小球仍然会到达相同的高度,即在第二个斜面上运动的距离更长。
(4)(科学推理)若将第二个斜面放平(成为水平面),那么小球从第一个斜面上滚下来之后,为达到原有高度,将以恒定的速度在无限长的水平面上永远不停地运动下去。
2.理想实验的意义
(1)伽利略用“实验和科学推理”的方法推翻了亚里士多德的观点。
(2)第一次确立了物理实验在物理学研究中的基础地位。
(3)揭示了力不是维持物体运动的原因。
(4)理想实验是一种科学抽象,在实验室无法验证,但它建立在可靠的事实基础上,以物理事实为依据,经过科学抽象和逻辑推理。抓住主要因素,忽略次要因素,从而更深刻地揭示了自然规律。伽利略的研究方法的核心是把实验和逻辑推理相结合。
典例研习
[例1] 如图所示是伽利略的“理想实验”示意图,根据该实验,下列说法正确的是(　　)
[A] 该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据
[B] 该实验是理想实验,是在思维中进行的,无真实的实验基础,故其结果并不可信
[C] 该实验充分证实了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的结论
[D] 该实验说明物体的运动需要力来维持
【答案】 A
【解析】 该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据,故A正确;虽然是借助想象的实验,但是它建立在可靠的实验基础上,并进行了合理的推理,其结果是可信的,故B错误;伽利略由此推翻了亚里士多德的观点,认为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,故C、D错误。
理解理想实验应注意的三点
(1)真实实验是一种实践活动,是可以通过一定的实验器材和实验方法来实现的实验。
(2)理想实验是一种思维活动,是抽象思维中设想出来的、无法做到的实验。
(3)理想实验是以可靠的实验事实为基础,经过合理的推想获取结论的。
要点二　对牛顿第一定律的理解
情境探究
在冰壶比赛中,冰壶在冰面上运动,如果摩擦阻力比较大,冰壶很快停下来;如果摩擦阻力很小,冰壶能滑得很远;如果摩擦阻力为零,冰壶将永远运动下去。
探究:(1)牛顿第一定律中“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”说明运动与力有什么关系
(2)根据牛顿第一定律思考,如果物体不受外力作用,物体将处于什么状态
【答案】 (1)说明力是改变物体运动状态的原因。
(2)原来静止的物体,不受外力时,仍然静止;原来运动的物体,不受外力时,速度保持不变,将永远做匀速直线运动。
要点归纳
1.运动状态变化的三种情况
(1)速度的方向不变,只有大小改变。
(2)速度的大小不变,只有方向改变。
(3)速度的大小和方向同时发生改变。
2.对牛顿第一定律的理解
(1)明确了惯性的概念。
牛顿第一定律的前半句话“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”,表明了物体所具有的一个重要的属性——惯性,即物体保持原来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)揭示了运动和力的关系。
牛顿第一定律的后半句话“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”,实质上是揭示了运动和力的关系,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。
(3)反映了物体不受外力时的运动状态。
匀速直线运动或静止(即原来运动的物体保持其速度不变,原来静止的物体保持位置不变)。不受外力作用的物体是不存在的,但物体所受外力的合力为零与不受外力在对运动产生的效果上是相同的,这就使牛顿第一定律具有了实际意义。
典例研习
[例2] (多选)下列对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,是没有外力维持木块运动的结果
[D] 奔跑的运动员,由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
【答案】 ABD
【解析】 牛顿第一定律反映了物体在不受外力作用时将保持匀速直线运动状态或静止状态,故A正确;不受外力作用时,由于惯性的作用,物体的运动状态保持不变,故B正确;水平地面上的木块最终要停下来,是因为物体受到了摩擦力的作用,故C错误;力是改变物体运动状态的原因,故物体运动状态发生改变时,一定受到了外力的作用,奔跑的运动员,由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,故D正确。
牛顿第一定律的应用
(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即所受合力是否为零,最后判断由于物体具有惯性将会出现的现象。
要点三　对惯性的理解和应用
情境探究
阅读教材“惯性与质量”部分,探究以下问题。
探究:(1)“物体停下来需要的时间长,就是惯性大”,对吗
(2)物体受力时还具有惯性吗
(3)物体静止时有惯性吗
【答案】 (1)不对。
(2)(3)惯性大小的唯一量度是质量,物体不论静止与否还是是否受力都有惯性。
要点归纳
1.惯性是物体的固有属性
一切物体都具有惯性。
2.惯性的大小
(1)质量是惯性大小的唯一量度。质量越大,惯性越大;反之则越小。
(2)惯性大小与物体运动状态(速度)、受力情况以及所处地理位置均无关。
3.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。
(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。
典例研习
[例3] 月球表面的重力加速度为地球表面的重力加速度的,同一个飞行器在月球表面与在地球表面相比较(　　)
[A] 惯性减小,重力不变
[B] 惯性和重力都减小为在地球表面时的
[C] 惯性不变,重力减小为在地球表面时的
[D] 惯性和重力都不变
【答案】 C
【解析】 物体的惯性大小仅与物体的质量有关,同一物体的质量与它所在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。这个飞行器在月球表面的重力为G月=mg月=m·g地=G地。故选项C正确。
物体质量对惯性大小的影响
　　如图所示,将一玻璃瓶装水后密封,并平放在水平桌面上,在瓶的中部有一小塑料块处于静止状态,现突然用力将瓶子向右推动,使其在桌面上向前运动一段距离后停止,可看到塑料块相对瓶子的运动情况是先向右,再向左。
[思考] 我们的常规认知不应该是先向左,再向右吗 为什么是这个样子
【答案】 对瓶中塑料块与其左侧相邻的同形状的“水块”进行分析。当瓶子向右加速运动时,由于惯性,瓶中“水块”要保持原来的静止状态,塑料块右边的水将相对瓶向左运动,把塑料块挤到瓶子的右面,即塑料块相对瓶向右移动。当瓶子做减速运动时,塑料块右边的水将相对瓶向右运动,把塑料块挤到瓶子的左面,即塑料块相对瓶向左移动。
1.(多选)伽利略理想斜面实验创造性地把实验、假设和逻辑推理相结合,有力地促进了人类科学认识的发展。关于伽利略的斜面实验,下列说法正确的是(　　)
[A] 该实验虽然是理想实验,是在思维中进行的,但仍以真实的实验为基础
[B] 如果斜面粗糙,不论右侧斜面倾角如何,小球也将上升到与释放点等高的位置
[C] 该实验说明了物体的运动不需要力来维持
[D] 该实验证明了力是维持物体运动的原因
【答案】 AC
【解析】 该实验虽然是理想实验,是在思维中进行的,但同时是以真实的斜面实验为基础,故A正确;如果斜面粗糙,小球将不能上升到与释放点等高的位置,故B错误;该实验说明了物体的运动不需要力来维持,故C正确,D错误。
2.(教材改编)下列说法正确的是(　　)
[A] 飞机投弹,应在目标正上方时投下炸弹,才能击中目标
[B] 向上抛出一个物体,物体在空中能继续向上运动,是受到了向上的作用力
[C] 汽车速度越大,刹车后制动时间越长,是因为汽车速度越大,惯性越大
[D] 我国道路交通安全法规定,机动车行驶时,驾驶人、乘坐人员应当按规定使用安全带,是为了防止在汽车紧急刹车或强烈碰撞时,由于惯性造成的人员伤亡
【答案】 D
【解析】 飞机投弹时,炮弹抛出后具有与飞机等大的速度,由于惯性炮弹会继续向前运动,若在目标正上方时投下炸弹,则落地后不能击中目标,故A错误;向上抛出一个物体,物体在空中能继续向上运动,是由于惯性,故B错误;汽车的惯性只与质量有关,与速度无关,故C错误;我国道路安全法规定,在各种小型车辆里乘坐的人必须系好安全带,是为了防止在汽车紧急刹车或强烈碰撞时,由于惯性造成的人员伤亡,故D正确。
3.静止在水平地面上的密闭装置内部如图1所示,装置内部固定着一根竖直的杆,杆顶有一小球,忽略杆和球间的摩擦,由于装置开始沿某一水平方向做直线运动,小球从杆上落下,刚离开杆时的俯视图如图2所示,请由此判断装置的运动方向(　　)
[A] 东 [B] 南 [C] 西 [D] 北
【答案】 B
【解析】 忽略杆和球间的摩擦,装置开始沿某一水平方向做直线运动时,小球由于惯性仍要保持原来的静止状态,所以小球会相对于装置向装置运动的相反方向运动;从题图2的俯视图可知,小球相对于装置向北运动,则说明装置是向南运动的,故B正确,A、C、D错误。
4.如图所示,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(m1>m2),两个小球随车一起运动,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] 不一定相碰
[C] 一定不相碰
[D] 无法确定
【答案】 C
【解析】 因小车表面光滑,小球在水平方向上没有受到外力作用,原来两球与小车有相同的速度,当车突然停止时,由于惯性,两小球的速度不变保持匀速运动,所以不会相碰。
故选C。
课时作业
(分值:60分)
考点一　对伽利略理想实验的理解
1.(6分)(多选)近四百年前,伽利略用实验和推理,推翻了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,开启了物理学发展的新纪元。下列说法与伽利略观点相悖的是(　　)
[A] 一个物体维持匀速直线运动,不需要受力
[B] 两物体从同一高度自由下落,较重的物体下落较快
[C] 四匹马拉的车比两匹马拉的车加速快,这说明物体受的力越大,速度就越大
[D] 一个运动的物体,如果不再受拉力了,它总会逐渐停下来,这说明静止状态才是物体长时间不受力时的“自然状态”
【答案】 BCD
【解析】 伽利略通过实验和推理,得到的观点为一个物体维持匀速直线运动,不需要受力,该说法与伽利略的观点相同,故A不符合题意;通过实验和推理,伽利略认为在忽略空气阻力时,两物体从同一高度自由下落,较重的物体与较轻的物体下落快慢相同,选项中的观点与伽利略观点相悖,故B符合题意;伽利略认为物体的运动不需要力来维持,即力与速度大小没有本质关系,四匹马拉的车比两匹马拉的车加速快,只能够说明物体受的力越大,物体速度变化越快,选项中的观点与伽利略观点相悖,故C符合题意;伽利略认为力不是维持物体运动的原因,一个运动的物体,如果不再受拉力了,它总会逐渐停下来,这是由于物体受到阻力,并不说明静止状态是物体长时间不受力时的“自然状态”,选项中的观点与伽利略观点相悖,故D符合题意。
考点二　对牛顿第一定律的理解
2.(4分)(2025·湖南开学考试)小天站在水平方向运动的滑板车上不再蹬地,滑板车最终会停下来。下列说法正确的是(　　)
[A] 滑板车停下来是因为没有动力维持运动
[B] 滑板车停下来是因为受到阻力的作用
[C] 滑板车的惯性随着速度的减小而减小
[D] 如果一切外力突然消失,滑行的滑板车会马上静止
【答案】 B
【解析】 滑板车停了下来是因为受到阻力的影响,物体的运动不需要力来维持,因为当运动物体不受任何外力时会保持匀速直线运动状态,故A、D错误,B正确;惯性的大小由质量决定,与速度无关,故C错误。
3.(4分)如图所示,一个劈形物体,各面均光滑,放在固定的斜面上,上表面水平,在劈形物体上表面上放一光滑小球,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] 无规则直线 [D] 抛物线
【答案】 B
【解析】 由于劈形物体各面均光滑,所以小球在水平方向上不受力的作用,故小球在水平方向上将保持“静止”状态;小球在竖直方向上受到重力及劈形物体的支持力作用,当劈形物体从静止开始释放后,小球在碰到斜面前在竖直方向的运动状态也发生改变。故选B。
4.(6分)(多选)(2025·山东菏泽开学考试)我国乒乓球运动员在各类乒乓球比赛中屡创佳绩。关于乒乓球运动中蕴含的力学知识,下列说法正确的是(　　)
[A] 乒乓球在空中飞行时受到了向前的推力
[B] 乒乓球的质量小,所以容易被快速抽杀
[C] 空中飞行的乒乓球,如果所受的力突然全部消失,它将做匀速直线运动
[D] 球拍击球时,只能改变乒乓球的运动方向
【答案】 BC
【解析】 由于惯性,乒乓球在空中飞行,并没有受到向前的推力,故A错误;由牛顿第一定律可知,乒乓球的质量小,惯性小,所以容易被快速抽杀,故B正确;根据牛顿第一定律可知,空中飞行的乒乓球,如果所受的力突然全部消失,它将由于惯性而保持此时的运动状态,做匀速直线运动,故C正确;球拍击球时,不但可以改变乒乓球的运动方向,而且可以改变乒乓球的速度大小,故D错误。
考点三　对惯性的理解和应用
5.(4分)(2025·北京海淀期中)下列关于物体惯性的说法正确的是(　　)
[A] 汽车速度越大,刹车后越难停下来,表明物体的速度越大,其惯性越大
[B] 汽车转弯后前进方向发生了改变,表明物体速度方向改变,其惯性方向也随之改变
[C] 被抛出的小球,尽管速度的大小和方向都改变了,但惯性不变
[D] 物体受到外力作用后运动状态改变,是因为外力减小了惯性
【答案】 C
【解析】 物体的惯性只与物体的质量有关,与速度无关,选项A错误;惯性是物体的基本属性,无方向,汽车转弯后前进方向发生了改变,但是惯性不变,选项B错误;物体的惯性只与物体的质量有关,被抛出的小球,尽管速度的大小和方向都改变了,但惯性不变,选项C正确;物体受到外力作用后运动状态改变,物体质量没变,则惯性不变,选项D错误。
6.(4分)(2025·湖北期中)列车沿着水平轨道加速出站过程中(箭头表示列车出站的方向),乘客发现小桌板上的水杯里水面的形状如选项图中的(　　)
[A] [B]
[C] [D]
【答案】 B
【解析】 列车加速出站,速度增大,由于惯性水相对水杯向后运动。故选B。
7.(4分)(2025·黑龙江哈尔滨开学考试)如图所示,甲、乙两货车内部用细线悬挂一个小球,在行驶过程中发现小球的细线摆角不同,下列关于货车运动情况的描述,正确的是(　　)
[A] 甲车在前行中加速
[B] 甲车在做匀速直线运动
[C] 乙车在前进中刹车
[D] 乙车在加速前进
【答案】 D
【解析】 甲车中球向前摆,说明汽车在减速,球由于惯性才会向前摆,故A、B错误;乙车中球向后摆,说明汽车在加速,球由于惯性才会向后摆,故C错误,D正确。
8. (6分)(多选)(2025·浙江杭州期中)如图所示,航天员在天宫二号中进行太空授课时演示了旋转的小扳手,下列关于惯性的说法正确的是(　　)
[A] 小扳手漂浮不动时没有惯性
[B] 小扳手的惯性比航天员的惯性小
[C] 小扳手从地面移到空间站惯性不变
[D] 惯性是改变物体运动状态的原因
【答案】 BC
【解析】 小扳手漂浮不动时,仍存在质量,仍有惯性,故A错误;由于小扳手的质量小于航天员的质量,则小扳手的惯性比航天员的惯性小,故B正确;小扳手从地面移到空间站,质量不变,则惯性不变,故C正确;惯性是保持物体运动状态的原因,而力是改变物体运动状态的原因,故D错误。
9.(4分)(2025·黑龙江哈尔滨开学考试)汽车上配有安全带和头枕,司机和乘客都必须系好安全带。当向前行驶的汽车分别出现突然加速、紧急刹车两种状况时,对乘车人员起主要保护作用的分别是(　　)
[A] 头枕、头枕 [B] 安全带、安全带
[C] 安全带、头枕 [D] 头枕、安全带
【答案】 D
【解析】 当向前行驶的汽车突然加速时,汽车速度变大,人的头部会向后仰,对乘车人员起主要保护作用的是头枕;紧急刹车时,人由于惯性要保持原来较快速度的运动状态,容易撞到前面的物体。对乘车人员起主要保护作用的是安全带。
10. (4分)(2025·天津南开开学考试)如图所示,一只氦气球用细线固定在车厢内,小车匀速向右行驶时细线竖直,当小车急速刹车时氦气球将(　　)
[A] 向左偏 [B] 向右偏
[C] 保持竖直 [D] 无法判断
【答案】 A
【解析】 当小车急刹车时,空气和氦气球都会因为惯性而向右运动。但是相同体积下,空气的质量大于氦气的质量,所以此时空气的惯性比氦气的惯性大,即空气会挤到氦气球的右侧,故氦气球会向左偏。
11.(6分)如图所示,较重的书系在细线CD的下端,书下再系一根同样的线BA。
(1)若在线的A端慢慢增加拉力,则哪根线先断 请简述理由。
(2)若在线的A端突然用力一拉,则哪根线先断 请简述理由。
【答案】 见解析
【解析】 (1)缓慢增加拉力,上边绳拉力等于书重力与下边绳拉力之和,故CD先断。
(2)A端突然用力时,由于惯性,书有保持原来静止状态的性质,故BA先断。
12.(8分)有两个瓶子,瓶内盛水,一个铁球、一个与铁球体积相同的泡沫塑料球被两根细绳分别系到两个瓶盖上,铁球在水中下沉,瓶正放(如图甲所示),泡沫塑料球在水中上浮,瓶倒放(如图乙所示)。当两瓶突然向前运动时,观察比较小球的运动状态。请说出观察到的现象并解释。
【答案】 见解析
【解析】 现象是小铁球相对瓶是向后运动的,而泡沫塑料球相对瓶是向前运动的。
由于惯性的大小与质量有关,铁球质量大于同体积水的质量,泡沫塑料球的质量小于同体积水的质量,所以铁球的惯性大于同体积水的惯性,泡沫塑料球的惯性小于同体积水的惯性。当瓶突然向前运动时,铁球保持原来静止状态的能力大于同体积水保持原来静止状态的能力,所以铁球相对于水向后运动;同体积的水保持原来静止状态的能力大于泡沫塑料球保持原来静止状态的能力,所以泡沫塑料球相对于水向前运动。(共47张PPT)
1　牛顿第一定律
第四章　运动和力的关系
[定位·学习目标]　
1.通过对伽利略的斜面实验的分析,掌握运动与力的关系,进一步理解牛顿第一定律,了解研究科学问题需要运用的科学物理方法。2.通过对生活中的惯性现象的解释,掌握惯性与质量的关系,体会建构物理模型的思维方式。
探究·必备知识
知识点一　理想实验的魅力
「探究新知」
1.力与运动关系的不同认识
代表人物 主要观点
亚里士多德 必须有力作用在物体上,物体才能 ;没有力的作用,物体就要 在某个地方
伽利略 力不是 物体运动的原因
笛卡儿 如果运动中的物体没有受到 ,它将继续以同一 沿同一 运动,既不会停下来,也不会偏离原来的
运动
静止
维持
力的作用
速度
直线
方向
2.伽利略的理想实验
(1)斜面实验:如图所示,让一个小球沿斜面从静止状态开始运动,小球将“冲”上另一个斜面。如果没有摩擦,小球将到达原来的 。如果第二个斜面倾角减小,小球仍将到达 的高度,但是运动的距离 。当斜面最终变为水平面时,小球要到达原有高度将 。
高度
原来
更长
永远运动下去
(2)实验结论:力 维持物体运动的原因。
不是
正误辨析
(1)亚里士多德认为力是维持物体运动的原因。(　 　)
(2)笛卡儿认为物体的运动状态不需要力来维持。(　 　)
(3)伽利略的理想实验说明了力是维持物体运动的原因。(　 　)
(4)伽利略的理想实验是不科学的假想实验。(　 　)
√
√
×
×
知识点二　牛顿第一定律
「探究新知」
1.内容
一切物体总保持 状态或 状态,除非作用在它上面的 迫使它改变这种状态。
2.惯性
物体保持原来 状态或 状态的性质叫作惯性。
匀速直线运动
静止
匀速直线运动
静止
力
3.运动和力的关系
力不是 物体运动状态的原因,而是 物体运动状态的原因。
维持
改变
(1)牛顿第一定律是可以通过实验验证的。(　 　)
(2)牛顿认为力的真正效应总是改变物体的速度,而不仅仅是使之运动。
(　 　)
(3)牛顿第一定律说明一切物体都具有惯性。(　 　)
(4)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。(　　)
正误辨析
×
×
√
×
知识点三　惯性与质量
「探究新知」
1.不同物体维持其原有运动状态的“能力”不同, 的物体惯性大。描述物体惯性大小的物理量是它的 。
2.对质量的认识
(1)质量是 (选填“矢”或“标”)量,在国际单位制中的单位是 ,符号为 。
(2)从物体惯性的角度认识质量:质量是物体惯性大小的唯一量度。
质量大
质量
标
千克
kg
(1)物体的惯性大小取决于物体的质量大小。(　 　)
(2)物体只有处于静止状态或匀速直线运动状态时才有惯性。(　 　)
(3)力无法改变物体的惯性。(　 　)
(4)速度越大的物体,惯性越大。(　 　)
正误辨析
√
×
√
×
突破·关键能力
要点一　伽利略理想实验
「情境探究」
日常生活中,我们有这样的经验:马拉车,车就前进,马停止用力,车就停下来。
探究:(1)是否有力作用在物体上物体才能运动呢 马不拉车时,车为什么会停下来呢
【答案】 (1)不是。因为车受到阻力的作用。
(2)如果没有摩擦阻力,也不受其他任何力的作用,车的运动状态会改变吗
【答案】 (2)如果没有摩擦阻力,也不受其他任何力的作用,车将保持原来的速度沿直线永远运动下去,即运动状态不变。
1.伽利略的理想实验
(1)(实验事实)如图所示,两个斜面平滑地对接在一起,小球从一个斜面的某一高度自由滚下,在第二个斜面上所达到的高度同它在第一个斜面上开始滚下时的高度几乎相等,伽利略分析高度的微小差别是由摩擦阻力引起的。
「要点归纳」
(2)(科学推理)若两个斜面均光滑,则小球一定会上升到原来的高度。
(3)(科学推理)若减小第二个斜面的倾角,则小球仍然会到达相同的高度,即在第二个斜面上运动的距离更长。
(4)(科学推理)若将第二个斜面放平(成为水平面),那么小球从第一个斜面上滚下来之后,为达到原有高度,将以恒定的速度在无限长的水平面上永远不停地运动下去。
2.理想实验的意义
(1)伽利略用“实验和科学推理”的方法推翻了亚里士多德的观点。
(2)第一次确立了物理实验在物理学研究中的基础地位。
(3)揭示了力不是维持物体运动的原因。
(4)理想实验是一种科学抽象,在实验室无法验证,但它建立在可靠的事实基础上,以物理事实为依据,经过科学抽象和逻辑推理。抓住主要因素,忽略次要因素,从而更深刻地揭示了自然规律。伽利略的研究方法的核心是把实验和逻辑推理相结合。
[例1] 如图所示是伽利略的“理想实验”示意图,根据该实验,下列说法正确的是(　　)
[A] 该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据
[B] 该实验是理想实验,是在思维中进行的,无真实的实验基础,故其结果并不可信
[C] 该实验充分证实了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的结论
[D] 该实验说明物体的运动需要力来维持
「典例研习」
A
【解析】 该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据,故A正确;虽然是借助想象的实验,但是它建立在可靠的实验基础上,并进行了合理的推理,其结果是可信的,故B错误;伽利略由此推翻了亚里士多德的观点,认为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,故C、D错误。
·规律方法·
理解理想实验应注意的三点
(1)真实实验是一种实践活动,是可以通过一定的实验器材和实验方法来实现的实验。
(2)理想实验是一种思维活动,是抽象思维中设想出来的、无法做到的实验。
(3)理想实验是以可靠的实验事实为基础,经过合理的推想获取结论的。
要点二　对牛顿第一定律的理解
「情境探究」
在冰壶比赛中,冰壶在冰面上运动,如果摩擦阻力比较大,冰壶很快停下来;如果摩擦阻力很小,冰壶能滑得很远;如果摩擦阻力为零,冰壶将永远运动下去。
探究:(1)牛顿第一定律中“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”说明运动与力有什么关系
【答案】 (1)说明力是改变物体运动状态的原因。
(2)根据牛顿第一定律思考,如果物体不受外力作用,物体将处于什么状态
【答案】 (2)原来静止的物体,不受外力时,仍然静止;原来运动的物体,不受外力时,速度保持不变,将永远做匀速直线运动。
「要点归纳」
1.运动状态变化的三种情况
(1)速度的方向不变,只有大小改变。
(2)速度的大小不变,只有方向改变。
(3)速度的大小和方向同时发生改变。
2.对牛顿第一定律的理解
(1)明确了惯性的概念。
牛顿第一定律的前半句话“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”,表明了物体所具有的一个重要的属性——惯性,即物体保持原来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)揭示了运动和力的关系。
牛顿第一定律的后半句话“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”,实质上是揭示了运动和力的关系,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。
(3)反映了物体不受外力时的运动状态。
匀速直线运动或静止(即原来运动的物体保持其速度不变,原来静止的物体保持位置不变)。不受外力作用的物体是不存在的,但物体所受外力的合力为零与不受外力在对运动产生的效果上是相同的,这就使牛顿第一定律具有了实际意义。
[例2] (多选)下列对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,是没有外力维持木块运动的结果
[D] 奔跑的运动员,由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
「典例研习」
ABD
【解析】 牛顿第一定律反映了物体在不受外力作用时将保持匀速直线运动状态或静止状态,故A正确;不受外力作用时,由于惯性的作用,物体的运动状态保持不变,故B正确;水平地面上的木块最终要停下来,是因为物体受到了摩擦力的作用,故C错误;力是改变物体运动状态的原因,故物体运动状态发生改变时,一定受到了外力的作用,奔跑的运动员,由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,故D正确。
·规律方法·
牛顿第一定律的应用
(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。
·规律方法·
(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即所受合力是否为零,最后判断由于物体具有惯性将会出现的现象。
要点三　对惯性的理解和应用
「情境探究」
阅读教材“惯性与质量”部分,探究以下问题。
探究:(1)“物体停下来需要的时间长,就是惯性大”,对吗
【答案】 (1)不对。
(2)物体受力时还具有惯性吗
(3)物体静止时有惯性吗
【答案】 (2)(3)惯性大小的唯一量度是质量,物体不论静止与否还是是否受力都有惯性。
「要点归纳」
1.惯性是物体的固有属性
一切物体都具有惯性。
2.惯性的大小
(1)质量是惯性大小的唯一量度。质量越大,惯性越大;反之则越小。
(2)惯性大小与物体运动状态(速度)、受力情况以及所处地理位置均无关。
3.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。
(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。
「典例研习」
C
提升·核心素养
物体质量对惯性大小的影响
如图所示,将一玻璃瓶装水后密封,并平放在水平桌面上,在瓶的中部有一小塑料块处于静止状态,现突然用力将瓶子向右推动,使其在桌面上向前运动一段距离后停止,可看到塑料块相对瓶子的运动情况是先向右,再向左。
[思考] 我们的常规认知不应该是先向左,再向右吗 为什么是这个样子
【答案】 对瓶中塑料块与其左侧相邻的同形状的“水块”进行分析。当瓶子向右加速运动时,由于惯性,瓶中“水块”要保持原来的静止状态,塑料块右边的水将相对瓶向左运动,把塑料块挤到瓶子的右面,即塑料块相对瓶向右移动。当瓶子做减速运动时,塑料块右边的水将相对瓶向右运动,把塑料块挤到瓶子的左面,即塑料块相对瓶向左移动。
检测·学习效果
1.(多选)伽利略理想斜面实验创造性地把实验、假设和逻辑推理相结合,有力地促进了人类科学认识的发展。关于伽利略的斜面实验,下列说法正确的是(　 　)
[A] 该实验虽然是理想实验,是在思维中进行的,但仍以真实的实验为基础
[B] 如果斜面粗糙,不论右侧斜面倾角如何,小球也将上升到与释放点等高的位置
[C] 该实验说明了物体的运动不需要力来维持
[D] 该实验证明了力是维持物体运动的原因
AC
【解析】 该实验虽然是理想实验,是在思维中进行的,但同时是以真实的斜面实验为基础,故A正确;如果斜面粗糙,小球将不能上升到与释放点等高的位置,故B错误;该实验说明了物体的运动不需要力来维持,故C正确,D错误。
2.(教材改编)下列说法正确的是(　　)
[A] 飞机投弹,应在目标正上方时投下炸弹,才能击中目标
[B] 向上抛出一个物体,物体在空中能继续向上运动,是受到了向上的作用力
[C] 汽车速度越大,刹车后制动时间越长,是因为汽车速度越大,惯性越大
[D] 我国道路交通安全法规定,机动车行驶时,驾驶人、乘坐人员应当按规定使用安全带,是为了防止在汽车紧急刹车或强烈碰撞时,由于惯性造成的人员伤亡
D
【解析】 飞机投弹时,炮弹抛出后具有与飞机等大的速度,由于惯性炮弹会继续向前运动,若在目标正上方时投下炸弹,则落地后不能击中目标,故A错误;向上抛出一个物体,物体在空中能继续向上运动,是由于惯性,故B错误;汽车的惯性只与质量有关,与速度无关,故C错误;我国道路安全法规定,在各种小型车辆里乘坐的人必须系好安全带,是为了防止在汽车紧急刹车或强烈碰撞时,由于惯性造成的人员伤亡,故D正确。
3.静止在水平地面上的密闭装置内部如图1所示,装置内部固定着一根竖直的杆,杆顶有一小球,忽略杆和球间的摩擦,由于装置开始沿某一水平方向做直线运动,小球从杆上落下,刚离开杆时的俯视图如图2所示,请由此判断装置的运动方向(　　)
[A] 东 [B] 南
[C] 西 [D] 北
B
【解析】 忽略杆和球间的摩擦,装置开始沿某一水平方向做直线运动时,小球由于惯性仍要保持原来的静止状态,所以小球会相对于装置向装置运动的相反方向运动;从题图2的俯视图可知,小球相对于装置向北运动,则说明装置是向南运动的,故B正确,A、C、D错误。
4.如图所示,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(m1>m2),两个小球随车一起运动,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] 不一定相碰
[C] 一定不相碰
[D] 无法确定
C
【解析】 因小车表面光滑,小球在水平方向上没有受到外力作用,原来两球与小车有相同的速度,当车突然停止时,由于惯性,两小球的速度不变保持匀速运动,所以不会相碰。故选C。
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