第五章第1节牛顿第一运动定律
学习目标思维导图1.知道伽利略实验及其推理过程,知道理想实验是科学研究的重要方法。(物理观念)2.理解牛顿第一定律的内容及意义。(物理观念)3.理解惯性的概念,会解释有关的惯性现象。(物理观念)
内容索引0102基础落实•必备知识全过关重难探究•能力素养全提升03学以致用·随堂检测全达标
基础落实•必备知识全过关
一、力与运动的关系1.亚里士多德的观点:有__________作用时物体才能运动,要维持物体的运动就需要__________。2.伽利略的理想斜面实验(1)过程:①事实:如图所示,让小球沿光滑斜面从左侧某高处滚下时,无论右侧斜面坡度如何,它都会沿斜面上升到与出发点几乎__________的地方。②事实:斜面倾角越小,小球运动到同一高度所经历的路程越__________。③逻辑推理:当斜面倾角逐渐减小到零,右侧变为水平面时,小球为了达到那个永远无法达到的高度而________________。在这种情况下,小球在水平方向上__________,却会一直运动下去。(2)结论:力不是维持物体的运动的原因,亚里士多德的观点是错误的。外力外力等高远一直运动下去没有受力
3.笛卡儿的观点:笛卡儿把伽利略的结论推广到没有重力、摩擦力、空气阻力等更理想的情况,进一步完善了伽利略的观点。他指出:若没有其他原因,运动物体将继续以原来的__________沿__________运动。速度直线
二、牛顿第一运动定律及其意义1.牛顿第一定律:一切物体总保持_____________或__________状态,除非有__________迫使它改变这种状态。2.意义:(1)正确揭示了力与运动的关系,即力不是维持物体运动状态的原因,而是__________物体运动状态的原因。(2)物体不受外力或合外力为0时,物体保持匀速直线运动或静止状态。三、惯性与质量1.惯性:任何物体都有保持__________或____________________状态不变的属性。2.惯性大小:表示了物体运动状态改变的__________程度。3.惯性的量度:__________是描述物体惯性大小的物理量。匀速直线运动静止外力改变静止匀速直线运动难易质量
易错辨析判一判(1)亚里士多德认为物体的自然状态是静止,只有当它受到外力的作用才会运动。()(2)伽利略认为力不是维持物体运动的原因。()(3)笛卡儿认为若没有力作用,物体的运动状态就不会改变。()√解析亚里士多德认为必须有外力作用,物体才运动,没有外力作用,物体一定静止,外力是维持物体运动的原因。√解析伽利略通过理想实验得出,物体的运动不需要力来维持,力不是维持物体运动的原因。√解析笛卡儿认为若没有力作用,物体将保持原来的速度运动,物体的运动状态不变。
(4)运动速度大的物体,不能很快停下来,是因为速度大时,惯性也大。()(5)牛顿认为力的真正效果总是改变物体的速度,而不是使物体运动。()(6)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。()×解析物体的惯性大小仅与物体的质量有关,与其他因素都没关系。质量越大的物体,它的惯性越大。√解析力的作用效果是改变物体的运动状态,即改变物体的速度。×解析在水平地面上滑动的木块最终停下来的原因是受到了地面给物体的摩擦力,改变了物体的运动状态。
合格考试练一练1.以下说法正确的是()A.物体不受外力作用时,一定处于静止状态B.要物体运动必须有力的作用,没有力的作用,物体将静止C.要物体静止必须有力的作用,没有力的作用,物体将运动D.物体不受外力作用时,总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态D解析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,B、C错误;物体不受外力作用时,将处于匀速直线运动状态或静止状态,A错误,D正确。
2.关于惯性,下列说法正确的是()A.静止的火车启动时速度变化缓慢,是因为火车静止时惯性大B.战斗机投入战斗时,必须抛掉副油箱,是要减小惯性,保证其运动的灵活性C.在绕地球运转的宇宙飞船内的物体不存在惯性D.乒乓球可以快速抽杀,是因为乒乓球惯性大B解析静止的火车启动缓慢是因为火车质量大,从而惯性大,不是因为静止,故A错误;抛掉副油箱,减小了飞机的质量,从而减小惯性,保证其运动的灵活性,故B正确;绕地球运转的宇宙飞船内的物体质量不变,仍有惯性,故C错误;乒乓球质量小,故惯性小,可以快速抽杀,故D错误。
重难探究•能力素养全提升
探究一对牛顿第一定律的理解【情境探究】如图所示,冰壶在冰面上的运动。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。试结合上述现象讨论:(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?
要点提示(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,将永远做匀速直线运动。
【知识归纳】对牛顿第一定律的理解名师点睛改变物体运动状态的三种情况:(1)速度大小改变,方向不变。(2)速度方向改变,大小不变,即速率不变。(3)速度的大小和方向都改变。
【应用体验】典例1关于牛顿第一定律,下列说法正确的是()A.牛顿第一定律是依靠实验事实,直接归纳总结得出的B.根据牛顿第一定律可知,力是改变物体运动状态的原因C.根据牛顿第一定律可知,力是维持物体运动的原因D.牛顿第一定律反映了物体受到外力时的运动规律B解析牛顿第一定律是牛顿在伽利略等前人实验的基础上,根据逻辑推理得出的,是以实验为基础,但又不是完全通过实验得出,故A错误;根据牛顿第一定律可以知道,力是改变物体运动状态的原因,不是维持物体运动的原因,故B正确,C错误;由牛顿第一定律可以知道,物体在不受力的作用时保持静止状态或做匀速直线运动状态,所以牛顿第一定律反映了物体不受外力时的运动规律,故D错误。
规律方法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。
针对训练1关于力和运动的关系,下列说法正确的是()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A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,故A项正确;物体向某个方向运动,可以不在此方向上受力的作用,故B项错误;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,故C项错误;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项错误。
探究二对惯性的理解和应用【情境探究】请你用惯性的知识来解释一下为什么当你奔跑时碰到石块,会向前跌倒;而如果你踩到西瓜皮,会向后倒?要点提示奔跑时碰到石块,人的下半身就停了下来,而人的上半身由于惯性,仍然保持原来的运动状态,所以会向前跌倒。如果你踩到西瓜皮,脚有一个向前运动的较大的速度,而人的上半身由于惯性,仍保持原来的状态,所以会向后倒。
【知识归纳】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)质量是物体惯性大小的唯一量度,质量越大,惯性越大。2.惯性与力无关(1)惯性不是力,而是物体本身固有的一种性质,因此物体“受到了惯性作用”“产生了惯性”“受到惯性力”等说法都是错误的。(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。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,惯性是物体本身固有的性质。(2)一切物体都有惯性,并且惯性的大小由物体本身质量决定,与物体是否有速度及速度的大小无关。
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,运动状态越难改变。名师点睛惯性和惯性定律的区别:惯性是一切物体所具有的一种性质,不需要附加限制条件;而惯性定律(牛顿第一定律)是一切物体在不受外力作用时,物体运动所遵循的规律。在惯性定律中所说的物体没有受到外力作用是一种理想情况。
【应用体验】典例2关于惯性的大小,下列叙述正确的是()A.两个质量相同的物体,在阻力相同的情况下,速度大的不容易停下来,所以速度大的物体惯性大B.两个质量相同的物体,不管速度大小如何,它们的惯性的大小一定相同C.推动地面上静止的物体,要比维持这个物体做匀速直线运动所需的力大,所以物体静止时惯性大D.在月球上举重比在地球上容易,所以质量相同的物体在月球上比在地球上惯性小B解析物体的惯性的大小是由物体的质量决定的,质量相同,则惯性大小相同,惯性的大小与物体的位置、是否受力和运动状态是否变化均无关。故B正确,A、C、D错误。
针对训练2关于物体的惯性,下列说法正确的是()A.骑自行车的人,上坡前要紧蹬几下,是为了增大惯性冲上坡B.子弹从枪膛中射出后,在空中飞行速度逐渐减小,因此惯性也减小C.物体惯性的大小,由物体的质量大小决定D.物体由静止开始运动的瞬间,它的惯性最大C解析骑自行车的人,上坡前要紧蹬几下是为了增大人和自行车整体的动能,使得可以克服重力和路面摩擦力做功,提升高度,并不是增大惯性,故A项错误。惯性是固有属性,只与物体本身质量有关,与物体的运动状态和受力情况无关,故B、D项错误,C项正确。
学以致用·随堂检测全达标
1.如图所示,为现代人在实验室所做的伽利略斜面实验的频闪照片的组合图。实验中把小球从左侧斜面的某个位置由静止释放,它将冲上右侧斜面,频闪照片显示小球在右侧斜面运动过程中相邻的两个小球间的距离依次减小;如果右侧斜面变成水平,频闪照片显示小球在右侧斜面运动过程中相邻的两小球间的距离几乎相等。对于这个实验,以下叙述正确的是()A.小球冲上右侧斜面后做减速运动,表明“力是维持物体运动的原因”的结论是正确的B.小球最终也会在右侧水平面上停下来,表明“力是维持物体运动的原因”的结论是正确的C.因为没有绝对光滑的斜面或者平面,所以伽利略提出的“如果没有摩擦阻力,小球将在水平面上永远运动下去”的结论是荒谬可笑的D.上述实验表明“如果没有摩擦阻力,小球将在水平面上永远运动下去”的结论是正确的D
解析小球冲上右侧斜面后做减速运动,表明“力是维持物体运动的原因”的结论是错误的,故A错误;小球最终也会在右侧水平面上停下来,是由于受到摩擦力的作用,故B错误;因为没有绝对光滑的斜面或者平面,所以伽利略提出的“如果没有摩擦阻力,小球将在水平面上永远运动下去”的结论是一种理想的推论,但是却有着非常重要的现实意义,它开创了物理量研究的新方法,故C错误;上述实验表明“如果没有摩擦阻力,小球将在水平面上永远运动下去”的结论是正确的,故D正确。
2.关于牛顿第一定律,下列说法正确的是()A.牛顿第一定律是一条实验定律B.牛顿第一定律说明力是维持物体运动状态的原因C.惯性定律和惯性的实质是相同的D.物体的运动不需要力来维持D解析牛顿第一定律反映的是物体在不受力的情况下所遵循的运动规律,而自然界中不受力的物体是不存在的,因此它是理想条件下的运动定律,但不是实验定律,它来源于大量真实的科学实验,但不能用真实的实验来验证,选项A错误;由牛顿第一定律可知,物体的运动不需要力来维持,力的本质是使物体发生形变的原因、是改变物体运动状态的原因、是使物体产生加速度的原因,选项B错误,D正确;惯性是物体的固有属性,惯性定律是在一定条件下物体运动遵循的规律,二者实质不同,选项C错误。
3.下列现象与惯性无关的是()A.小狗抖动身体,甩掉毛上的水B.跳远时利用助跑,使自己跳得更远C.拍打衣服,除去上面的灰尘D.加深鞋底的花纹,可以防滑D解析任何物体在任何情况下都具有惯性,惯性只与物体的质量有关,质量越大,惯性就越大。小狗抖动身体,甩掉毛上的水,是利用了惯性,故A错误。跳远时助跑是利用惯性使自己保持向前运动的状态,使自己跳得更远,与惯性有关,故B错误。拍打衣服,除去上面的灰尘,是利用了惯性,故C错误。加深鞋底的花纹,可以防滑,是利用摩擦力的性质,与惯性无关,故D正确。
4.下列事例中,利用了物体的惯性的是()A.①②B.③④C.①④D.②③C解析跳远运动员在起跳前尽可能高速助跑,是为了利用惯性跳得更远;铁饼运动员在掷出铁饼前快速旋转,是为了让铁饼在离开手后利用惯性飞得更远。故选C。
5.关于惯性和牛顿第一定律,下列说法正确的是()A.静止的物体没有惯性B.速度越大的物体惯性越大C.牛顿第一定律可通过实验直接检验D.伽利略的斜槽实验以可靠的事实为基础并把实验探究和逻辑推理和谐地结合在一起D解析任何物体在任何情况下都有惯性,故A错误;惯性的大小与速度无关,只和物体的质量有关,故B错误;牛顿第一定律是逻辑思维对事实进行分析的产物,不可能直接用实验验证,故C错误;根据物理学史的知识可知,伽利略的斜槽实验以可靠的事实为基础并把实验探究和逻辑推理和谐地结合在一起,故D正确。
本课结束
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