第一节 伽利略的理想实验与牛顿第一定律
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.了解伽利略以实验为基础将实验与逻辑推理相结合的思想方法．
2．理解牛顿第一定律的内容及意义．(重点)
3．了解惯性的概念，会解释有关惯性现象．(重点)
4．会应用牛顿第一定律及惯性解决简单题目．(难点)
伽 利 略 的 理 想 实 验
1．亚里士多德认为：力是维持物体运动的原因．
2．伽利略的理想实验：
(1)斜面实验：将轨道弯成曲线，在轨道的一边释放一颗钢珠，如果不存在摩擦力，钢珠将上升到轨道另一边与原来的释放高度相同的点．减小另一边斜面的倾角，钢珠滚动的距离增大，当另一边斜面放平，钢珠将永远运动下去．
(2)推理结论：力不是维持物体运动的原因．
1．伽利略的理想实验是科学的理想实验．(√)
2．伽利略的理想实验有力说明了力是维持物体运动的原因．(×)
3．物体的自然状态是静止的，只有当它受到力的作用才会运动．(×)
伽利略的理想实验揭示了什么道理？
【提示】 伽利略的理想实验揭示了力不是维持物体运动的原因．
牛 顿 第 一 定 律
1．内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止．
2．牛顿第一定律的意义
揭示了力和运动的关系：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．
1．牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因．(√)
2．任何物体只要运动状态不变，它一定不受外力作用．(×)
3．如果物体的运动状态发生了改变，物体必受到了不为零的合外力．(√)
1．牛顿第一定律是实验定律吗？
【提示】 牛顿第一定律所描述的是一种理想状态，不是实验定律．
2．物体受到外力作用，其运动状态是否一定改变？
【提示】 不一定．当物体所受合外力为零时，其运动状态就不改变．
如图4-1-1所示，让一个小球从斜面上滑下，斜面末端分别放毛巾、木板和玻璃板，让学生仔细观察实验现象．
图4-1-1
探讨1：实验观察到的现象是什么，说明了什么问题？
【提示】 当斜面末端的接触面越光滑，小车滑动的距离越远，说明摩擦力是阻碍物体运动的原因，因为摩擦力的存在使物体运动状态发生了变化．
探讨2：如果没有摩擦力的作用，小车又将会怎样运动呢？
【提示】 如果没有摩擦力的作用，小车将匀速运动下去．
1．对牛顿第一定律的理解
(1)定性说明了力和运动的关系：
①力是改变物体运动状态的原因，或者说力是产生加速度的原因，而不是维持物体运动状态的原因．
②物体不受外力时的运动状态：匀速直线运动状态或静止状态．
(2)揭示了一切物体都具有的一种固有属性——惯性．因此牛顿第一定律也叫惯性定律．
2．物体运动状态的变化即物体运动速度的变化，有以下三种情况：
(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．(物体做曲线运动)
(3)速度的大小和方向同时发生改变．(物体做曲线运动)
3．注意
(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．
1．(多选)关于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，物体一定处于静止状态
C．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的结果
D．飞跑的运动员，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
【解析】 牛顿第一定律描述的是物体不受外力作用时的状态，总保持匀速直线运动状态或静止状态不变，A正确，B错误；牛顿第一定律揭示了力和运动的关系，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，在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于摩擦阻力的作用而改变了运动状态，飞跑的运动员，遇到障碍而被绊倒，是因为他受到外力作用而改变了运动状态，选项C错误，D正确．
【答案】 AD
2．牛顿第一定律揭示了( )
A．若物体运动，它一定受力
B．物体不受力，它一定静止
C．力的作用就是维持物体运动
D．物体在任何情况下都有惯性
【解析】 牛顿第一定律揭示了力与运动的关系，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，A、C错．物体若不受力，将会保持静止或匀速直线运动状态不变，B错．牛顿第一定律还揭示了任何物体都具有惯性，因此又叫惯性定律，D对．
【答案】 D
3．关于牛顿第一定律，下面说法中错误的是( )
A．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时物体的运动规律
B．牛顿第一定律就是惯性
C．不受外力作用时，物体运动状态保持不变是由于物体具有惯性
D．运动的物体状态发生变化时，物体必定受到外力的作用
【解析】 牛顿第一定律有三层含义：不受力时物体将保持静止状态或匀速直线运动状态，是由于一切物体均有惯性，故C说法正确；受到力的作用物体的运动状态就要发生变化，从而揭示出力是改变物体运动状态的原因，故D说法正确；并且定律指出了物体在不受力时的运动状态，故A说法正确；牛顿第一定律并不是惯性，惯性是物体的一种性质，而牛顿第一定律是物体的运动规律，是两个不同的概念，不可混为一谈，故B说法错误．
【答案】 B
惯 性
1．惯性定义
物体具有的保持原来的静止状态或匀速直线运动状态的性质称为惯性．
2．惯性是物体的固有属性，与物体的受力情况及运动情况无关．
1．物体不论是运动还是静止，都具有惯性．(√)
2．物体的运动状态发生变化，是物体有惯性的原因．(×)
3．力无法改变物体的惯性．(√)
是不是只有匀速直线运动或静止的物体才具有惯性？
【提示】 不是．一切物体都具有惯性，物体的惯性与运动状态无关．
探讨1：坐在公共汽车里的人，当汽车突然启动时，有什么感觉？当运动的汽车突然停止时，又有什么感觉？解释上述现象．
【提示】 当汽车突然启动时，人身体后倾．当汽车突然停止时，人身体前倾．这是因为人具有惯性，原来人和车一起保持静止状态，当车突然启动时，人的身体下部随车运动了，但上部由于惯性保持原来的静止状态，所以会向后倾；原来人和车一起运动，当车突然停止时，人的身体下部随车停止了，但上部由于惯性保持原来的运动状态，故向前倾．
探讨2：沪杭高铁的列车最高速度可以达到400多千米每小时，是世界上跑得最快的火车，火车速度快了，惯性大了，刹车也困难了，你认为这种说法正确吗？
【提示】 这种说法是错误的，惯性是物体的固有属性，火车提速后，其质量不变，惯性也不变．
1．惯性与质量
(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
(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．惯性越小，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
(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，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
(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．
4．关于物体的惯性，下述说法中正确的是( )
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
C．乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球惯性小
D．在宇宙飞船中的物体不存在惯性
【解析】 惯性大小只与物体质量有关，与物体的速度无关，故A错误；质量是物体惯性大小的唯一量度，火车速度变化慢，表明它的惯性大，是因为它的质量大，与是否静止无关，故B错误；乒乓球能被快速抽杀，表明它的运动状态容易发生改变，是因为它的惯性小，故C正确；一切物体在任何情况下都有惯性，故D错误．
【答案】 C
5．如图4-1-2所示，在一辆表面光滑足够长的小车上，有质量为m1和m2的两个小球(m1＞m2)，两小球原来随车一起运动．当车突然停止时，如不考虑其他阻力，则两个小球( )
图4-1-2
A．一定相碰 B．一定不相碰
C．不一定相碰 D．无法确定
【解析】 因小车表面光滑，因此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速度，当车突然停止时，由于惯性，两小球的速度不变，所以不会相碰．
【答案】 B
6.我国《道路交通安全法》中规定各种小型车辆前排乘坐的人(包括司机)必须系好安全带．从物理知识的角度看，这是因为 ( )
图4-1-3
A．系好安全带可以减小人的惯性
B．系好安全带可以增大人的惯性
C．系好安全带可以防止因人的惯性而造成的伤害
D．系好安全带可以让人更加舒适
【解析】 质量是物体惯性大小的唯一量度，系好安全带不可以改变人的惯性，故A、B错误；安全带系在人的身上，对人有一定的作用力，可以改变人的运动状态，所以系好安全带可以防止因人的惯性而造成的伤害，故C正确，D错误．
【答案】 C
惯性与力的三点区别
1．性质方面
惯性是物体保持原来运动状态不变的性质，是物体本身的属性，而力是物体对物体的作用．
2．大小方面
惯性的大小取决于物体本身质量的大小，力的大小取决于物体之间相互作用的强弱．
3．效果方面
力是改变物体运动状态的原因，而惯性却要物体保持原来的运动状态不变．
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伽 利 略 的 理 想 实 验维持 高度相同 增大 永远运动下去 不是 牛 顿 第 一 定 律匀速直线 静止 外力 改变 维持 惯 性静止 匀速直线运动 固有属性 无关
