物理鲁科必修1：6.1《牛顿第一定律》

欢迎进入物理课堂 第6章力与运动 第6章力与运动 第1节牛顿第一定律 目标导航1 知道伽利略和亚里士多德对力和运动关系的不同认识 2 理解牛顿第一定律的内容和意义 重点 3 知道什么是惯性 会正确解释有关现象 难点 一 力与运动状态1 亚里士多德的观点 有外力的作用才有速度 要维持物体的运动速度就需要 2 伽利略的 理想实验 方法得到的结论 物体的运动不需要 维持 3 外力作用可以改变物体的速度 而速度的改变也就意味着物体运动状态发生了变化 所以 力的作用可以改变物体的运动状态 外力 外力 想一想1 做自由落体运动的小球与空中沿直线匀速飞行的飞机 它们的运动状态改变了吗 提示 做自由落体运动的小球下落时加速度不变 但其速度越来越大 运动状态发生了改变 而匀速运动的飞机 其速度的大小和方向都没有发生变化 则运动状态没改变 二 牛顿第一运动定律1 内容 一切物体总保持 状态或 状态 直到有 迫使它改变这种状态为止 2 意义 1 物体不受外力 或合外力为零 物体将保持原来的 或 状态 2 物体的运动状态不变 它所受 必然为零 运动状态改变 必受到不为零的 静止 匀速直线运动 外力 静止状态 匀速直线运动 外力 外力 想一想2 你是否体验或注意过 当你以相同的速度骑车时 停止用力蹬车后 在下列三种不同的路面上车的运动有什么不同 为什么不同 平整的柏油路面 粗糙不平的路面 沙滩上 提示 因为三种路面对车的摩擦力不同 即使以相同速度骑车 停止用力蹬车后 在三种路面上滑行的距离也不同 这说明 力是改变物体运动状态的原因 三 物体的惯性1 惯性 任何物体都有保持原来 或 状态的性质 牛顿第一定律又被称为 2 惯性大小的量度 是惯性大小的唯一量度 物体的 大 惯性大 小 惯性小 注意 惯性的大小 体现在运动状态改变的难易程度上 和物体是否受力 是否运动无关 静止 匀速直线运动 惯性定律 质量 质量 质量 想一想3 为什么机器采用大质量的底座 而歼击机作战时要减小质量 提示 质量是惯性的唯一量度 柴油机 电动机等机器在使用时往往要避免它们发生移动 所以要增加质量 以增大惯性 而歼击机在执行战斗任务时 为了使自己便于调节 灵活机动 就要抛掉副油箱以减小惯性 学案导引1 力与运动状态的两种观点是什么 2 伽利略观点的方法与意义 1 亚里士多德的观点 力是维持物体运动的原因 也就是说必须有力作用在物体上 物体才会运动 没有力的作用 物体就会停下来 2 伽利略的观点 维持物体的运动可以不需要外力 依据 理想实验 3 力与运动的关系 力是改变物体运动状态的原因 4 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 伽利略的理想斜面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 以抽象为指导 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学中的地位 3 初步揭示了力和运动的关系 即力不是维持物体运动的原因 而恰恰是改变物体运动状态即改变速度的原因 特别提醒 物体的运动不需要力来维持 但运动状态变化的物体一定受到了力的作用 16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 开启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 A 4匹马拉的车比2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 它总会逐渐停下来 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 不需要外力 思路点拨 亚里士多德的观点其实质是物体运动必受力 物体不受力时一定静止 精讲精析 亚里士多德所持观点是 力是维持物体运动的原因 也就是运动必定受力 不运动则不受力 另外 受力大 运动快也是其观点的内涵 本题中A B C说法符合亚里士多德的观点 物体维持匀速直线运动 不需要外力 D符合伽利略的观点 正好与亚里士多德的观点相反 所以本题选D 答案 D 名师点评 亚里士多德的观点表面看来合情合理 但无法解释伽利略的斜面实验 只有伽利略的观点才揭示了力和运动问题的实质 变式训练1 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 则其所受的合力必为零D 物体处于平衡状态 则该物体不受外力作用 解析 选A 物体的速度大小 方向在任一方面变化 即指运动状态发生变化 则物体必受外力的作用 故B C D错 A正确 学案导引1 牛顿第一定律是实验定律吗 2 牛顿第一定律揭示了什么规律 3 什么是运动状态的变化 1 对牛顿第一定律的理解 1 牛顿第一定律正确揭示了力和运动的关系 纠正了长时间形成的力是维持物体运动的原因的错误观点 指出了力是改变物体运动状态的原因 2 牛顿第一定律不是由实验直接得到的 也无法由实验进行验证 它是由 理想实验 加以科学推理而得到的 这种在实际实验的基础之上 抓住问题的主要因素 忽略次要因素 在理想的情况下对实验进行合理外推而得出结论的实验方法 在科学研究中经常用到 2 对牛顿第一定律内容的说明 1 物体保持匀速直线运动状态或静止状态是有条件的 那就是物体不受外力的作用或所受合力为零 2 当物体不受外力作用时 原来运动的物体将保持匀速直线运动状态 原来静止的物体将保持静止状态 3 要改变物体的运动状态 物体必须受到力的作用 即力是改变物体运动状态的原因 特别提醒 1 牛顿第一定律所描述的是物体不受外力时的状态 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 下列说法正确的是 A 静止的物体或匀速直线运动的物体一定不受外力作用B 当物体的速度等于零时 物体一定处于平衡状态C 当物体的运动状态改变时 物体一定受到外力作用D 物体运动的方向一定是物体所受合外力的方向 思路点拨 解此题要注意的是 力是改变物体运动状态的原因 只要合外力不为零物体的运动状态一定改变 精讲精析 静止的物体或匀速直线运动的物体可以是不受外力作用的物体 也可以是受合外力为零的物体 故选项A错误 物体的瞬时速度为零 不能说物体处于静止状态 也不能说物体处于平衡状态 因为速度为零而加速度不为零时 物体受到了不为零的合外力作用 并没有处于平衡状态 选项B错误 当物体的运动状态变化时 一定受到了力的作用 但合外力方向不一定与运动方向相同 故选项C正确 D错误 答案 C 变式训练2 下列说法正确的是 A 牛顿第一定律是科学家凭空想象出来的 没有实验依据B 牛顿第一定律无法用实验直接验证 因此是不成立的C 理想实验的思维方法与质点概念的建立一样 都是一种科学抽象的思维方法D 由牛顿第一定律可知 静止的物体一定不受外力作用 解析 选C 牛顿第一定律是在理想实验的基础上经过合理推理 总结出来的 但无法用实验来验证 故A B错误 理想实验的思维方法与质点概念的建立相同 都是突出主要因素 忽略次要因素的科学抽象的思维方法 故C正确 物体静止时不受外力或所受合外力为零 故D错误 学案导引1 惯性大小的决定因素是什么 2 惯性是力吗 它与力之间有什么关系吗 3 惯性与速度之间有联系吗 4 惯性就是惯性定律吗 1 惯性的定义物体保持原来静止或匀速直线运动状态的性质叫做惯性 2 惯性的大小 1 惯性与质量的关系 惯性是物体的固有属性 一切物体都具有惯性 惯性与物体的受力情况 运动情况及所处地理位置无关 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 惯性不是力 而是物体本身固有的一种性质 因此不能说 物体受到了惯性作用 产生了惯性 受到惯性力 等 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 运动状态越容易改变 惯性越大 运动状态越难改变 3 惯性与速度的关系 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 其大小由物体的质量决定 一切物体都有惯性 与物体是否具有速度及速度的大小均无关 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 有一仪器中电路如图所示 其中M是质量较大的一个金属块 两端与弹簧相连接 将仪器固定在一辆汽车上 当汽车起动时 哪只灯亮 当汽车急刹车时 哪只灯亮 为什么 精讲精析 当汽车起动时 汽车的速度变大了 而金属块由于惯性 将保持原来的静止状态 从而使绿灯所在的电路被接通 所以起动时绿灯亮 急刹车时 汽车的速度变小了 而金属块由于惯性 将保持原来的速度运动 从而使红灯所在的电路被接通 所以急刹车时红灯亮 当汽车匀速行驶时 弹簧将使金属块复位 两灯均不亮 答案 当汽车起动时 绿灯亮当汽车急刹车时 红灯亮原因见精讲精析 借题发挥 分析由于惯性出现的现象时 有时会忽略物体的形状和体积 即把物体看成质点 如起重机吊起货物过程中突然绳索断裂 货物由于惯性会上升一段距离后才落下 有时需将物体分成不同部分 突然受力的部分运动状态发生改变 不受力的部分由于惯性要保持原有的状态 如客车起动时人后仰 急刹车时前倾现象等 依据情况 灵活掌握 变式训练3 做匀速直线运动的小车上水平固定一密闭的装有水的瓶子 瓶内有一气泡 如图所示 当小车突然停止运动时 气泡相对于瓶子怎样运动 当小车由静止突然运动时 气泡相对于瓶子怎样运动 解析 由于水的密度比气泡的密度大很多 当小车突然停止时 气泡后面的水由于惯性继续运动 后面留出了气泡的空间 故气泡向后运动 当小车由静止突然运动时 气泡前面的水由于惯性 将保持原来的静止状态 故瓶子前面留出了气泡的空间 气泡向前运动 答案 向后运动向前运动 惯性与运动公式的综合应用 经典案例 伽利略在著名的斜面实验中 让小球分别沿倾角不同 阻力很小的斜面从静止开始滚下 他通过实验观察和逻辑推理 得到的正确结论有 A 倾角一定时 小球在斜面上的位移与时间成正比B 倾角一定时 小球在斜面上的速度与时间成正比 C 斜面长度一定时 小球从顶端滚到底端时的速度与倾角无关D 斜面长度一定时 小球从顶端滚到底端所需的时间与倾角无关 思路分析 物体在斜面上下滑 倾角变化则加速度发生变化 本题只要找到速度 加速度 位移之间的关系不难解答 答案 B 借题发挥 本题以历史上著名的伽利略理想斜面实验为依托 考查考生应用牛顿运动定律并结合运动学公式解题的能力 要注意辨别题目类型进而顺利求解 学习惯性的常见错误对于牛顿第一定律及惯性的学习 很多同学容易犯的错误就是凭主观想象 而不是按物理规律分析问题 导致 经验性错误 不少同学初学时容易误认为惯性是 把物体从运动改变为静止的难易程度 事实上 质量相同的物体 它们的运动状态改变的难易程度也是相同的 区别惯性大小与速度的大小有的同学总认为 惯性与物体的运动速度有关 速度大惯性就大 速度小惯性就小 理由是物体运动速度大不容易停下来 速度小容易停下来 事实上 在受到相同阻力的情况下 速度不同 质量相同的物体 在相同的时间内速度的减少量是相同的 说明质量相同的物体 改变它们的运动状态的难易程度 惯性 是相同的 与它们的速度大小无关 很多同学还对惯性存在另外一些错误认识 如认为做匀速直线运动的物体才有惯性 做变速运动的物体没有惯性 或把惯性看成一种力 认为物体保持原来运动状态是因为受到惯性力的作用 其实惯性是一切物体的固有属性 与物体的运动状态以及是否受力没有关系 仅由物体的质量决定 因此人们只能 利用 惯性而不能 克服 惯性 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全