(共30张PPT)
第5章 研究力和运动的关系
第5章 研究力和运动的关系
预习导学新知探究
梳理知识·夯实基础
要点探究讲练互动
突破疑难·讲练提升(共26张PPT)牛顿第一定律
1.了解力是改变物体运动状态的原因． 2.了解牛顿第一运动定律，并能用牛顿第一定律解释生活中的有关问题．(重点)
3．了解惯性概念，知道惯性是物体的固有属性，知道质量是物体惯性大小的量度．(重点)
一、重新习惯地球上的生活
航天员回到地球上所谈的感受中蕴含着一个深刻的物理道理，那就是运动和力的关系．
二、伽利略的实验和牛顿的总结
1．伽利略的实验
2．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，直到外力迫使它改变运动状态为止．
(2)意义：揭示了力和运动的关系，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．
1．伽利略斜面实验虽具有实验的特点但不是真实的实验，是理想实验，由此得到的结论可靠吗，为什么？
提示：可靠．伽利略的斜面实验是建立在可靠的事实基础上的，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．
三、惯性有大小吗
1．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．
2．质量是物体惯性大小的唯一量度．质量越大，物体的惯性越大，物体的运动状态越难改变．
2．如图所示，当用铅笔猛击纸条时，纸条离开桌面，而钢笔帽依然竖立在桌上未倒．为什么？
提示：纸条对钢笔帽的摩擦力作用时间很短，钢笔帽因惯性而保持原有的静止状态．
对牛顿第一定律的理解[学生用书P63]
1．惯性的概念
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”揭示了物体所具有的一个重要的属性——惯性，即物体保持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．
2．力的含义
定律的后半句话“直到有外力迫使它改变这种运动状态为止”，这句话指明了力的作用效果，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，这一点明确了力与运动的关系．
3．牛顿第一定律的得出
牛顿第一定律是由理想实验加以科学推理得到的，但是由它得出的一切结论都经受了广泛、严谨的实验检验，证明结论是正确的．
4．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．
(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．
(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．
(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
[思路点拨] 解此题的关键是正确理解力和运动的关系．
[解析] 牛顿第一定律描述的是物体不受外力作用时的状态，即总保持匀速直线运动状态或静止状态，A、B正确；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，C错误，D正确．
[答案] ABD
eq \a\vs4\al()
关于牛顿第一定律的问题的注意事项
(1)力是改变物体运动状态的原因是指合外力不为零时，物体运动状态发生改变．但力与速度的大小、方向之间没有必然的关系．
(2)物体不受力或物体所受合外力为零时，物体运动状态不发生改变．
1.(多选)关于牛顿第一定律的理解，正确的是( )
A．牛顿第一定律只是揭示了物体具有惯性，因此也叫惯性定律
B．牛顿第一定律描述物体不受外力作用时的运动规律，故物体不受力时才有惯性
C．牛顿第一定律既揭示了物体不受外力作用时的运动规律，又揭示了运动状态改变的原因
D．在任何情况下，物体都有惯性
解析：选CD.牛顿第一定律既揭示了力和运动的关系，也揭示了物体具有惯性，故不能认为牛顿第一定律只揭示了物体具有惯性，故A项错误；一切物体都有惯性，物体的运动不需要力来维持，惯性是物体固有的属性，物体不论处于什么状态，都有惯性，与是否受力无关，故B项错误，D项正确；牛顿第一定律既揭示了物体不受外力作用时的运动规律，又揭示了力是改变物体运动状态的原因，故C项正确．
对惯性的理解[学生用书P63]
要点 理解
“惯性”的本质 惯性是物体的固有属性．一切物体在任何时刻、任何情况下都具有惯性．与物体的受力情况和运动情况无关
“惯性”与“第一定律”的区别 牛顿第一定律是研究物体在不受外力作用时如何运动的问题，是一条运动定律，它指出了“物体保持匀速直线运动状态或静止状态”的原因．而惯性是“物体具有保持原来的匀速直线运动状态或静止状态”的特性；两者完全不同
“惯性”与“力”的区别 (1)物理意义不同：惯性是指物体具有保持静止状态或匀速直线运动状态的性质；而力是指物体对物体的作用．惯性是物体本身的属性，始终具有这种性质，与外界条件无关；力则只有物体与物体发生相互作用时才有，离开了物体就无所谓力(2)构成的要素不同：惯性只有大小，没有方向和作用点，而大小也没有具体数值，无单位；力是由大小、方向和作用点三要素构成，它的大小有具体的数值，单位是牛顿(3)惯性是保持物体运动状态不变的性质；力的作用则是改变物体的运动状态
“惯性”与“外力作用”的关系 物体原来具有某个速度，则惯性力图使其继续保持这一速度，但力图保持与能否保持则是不同的．当物体受到合外力为零时，物体可保持这个速度，当物体所受合外力不为零时，物体运动状态就发生了变化．物体的惯性和外力作用这一对矛盾的对立统一，形成了宏观物体的形形色色的各种复杂的运动．如果没有外力，物体也就没有复杂多样的运动形式；如果没有惯性，物体的运动状态改变不需要力的作用
下列说法中正确的是( )
A．掷出的铅球速度不大，所以其惯性很小，可以用手去接
B．用力打出的乒乓球速度很大，因此其惯性很大，不能用手去接
C．相同的两辆车，速度大的比速度小的难以停下，是因为速度大的车惯性大
D．相同的两辆车，速度大的比速度小的难以停下，是因为速度大的车运动状态变化大
[思路点拨] 物体具有总保持原来的静止状态或匀速直线运动状态的性质，即惯性．比较惯性大小，由质量确定．
[解析] 因为惯性的大小仅由质量来决定，铅球质量很大，其惯性大，尽管速度不大，但是运动状态很难改变，故不能用手接．乒乓球则与其相反，运动状态容易改变，尽管速度很大，也可以用手去接，所以选项A、B是错误的．由C选项知，两辆相同的车应具有相同的惯性，至于为什么初速度大的物体运动的时间会长一些，应该这样理解：由于两物体所受的摩擦力相同，物体做减速运动的加速度大小相同，相同时间内速度的变化相同，初速度大的运动时间就长，但其运动状态改变的难易程度是相同的．由此可见，C选项说法是错误的，两物体的惯性一样大．
[答案] D
eq \a\vs4\al()
惯性是物体的固有属性，其大小与质量有关，与是否运动或是否受力无关．
2.下列关于惯性的说法中正确的是( )
A．静止的物体有惯性，外力使它运动起来以后，惯性就被克服了
B．运动的物体有惯性，外力使它停止以后惯性就被克服了
C．物体运动状态改变时才有惯性
D．惯性是物体的固有属性，不随运动状态变化而变化
解析：选D.惯性是物体的固有属性，不随运动状态变化而变化，故D正确，C错误，有外力作用，物体运动状态发生改变，但运动状态改变不等于惯性的改变，“克服惯性”“惯性消失”说法是错误的，故A、B错误．
惯性在生活中的应用[学生用书P64]
卡车或拖拉机的后面，常挂有拖车．当拖车装满了货物后，质量很大，惯性也很大．汽车紧急刹车时，如果刹车装置在车头，前面的机车停住了，而后面的拖车由于惯性却仍按原来的速度往前冲，在短时间内将产生巨大的破坏力，甚至造成翻车事故．在实践中，人们找到一个借助拖车惯性进行刹车的方法，如图所示，试解释其惯性刹车的原理．
[思路点拨] 解释其惯性刹车原理，关键要弄清楚惯性刹车的结构．
[解析] 如题图所示，在机车与拖车的连接处装上惯性刹车装置，也就是在连杆AB上套装一个弹簧，这个弹簧可以固定在拖车上的滑道C里滑动．当车头向前加速时，连杆利用顶在前面的挡圈把滑道向前拉，牵引拖车前进，当车辆紧急刹车时，AB杆突然停止牵引，可是拖车由于惯性还向前冲，滑道也随着向前运动，使弹簧迅速被压缩，这样一来，一起拉动后面的两个曲杆旋转，曲杆又带动装在后轮上的制动器，制动器动作，就会把拖车刹住．这种利用拖车惯性的制动不仅灵敏而且可靠．
[答案] 见解析
eq \a\vs4\al()
“生活处处有物理”，只要用心就会发现更多的惯性在日常生活和生产中的应用．
3.在水平路面上有一辆匀速行驶的小车，车上固定一盛满水的碗．现突然发现碗中的水洒出，水洒出的情况如图所示，请描述小车的运动情况并说明理由．
解析：原来水和小车相对静止以共同速度运动，水突然向右洒出有两种可能：①原来小车向左运动，突然加速，碗中水由于惯性保持原速度不变，故相对碗向右洒出；②原来小车向右运动，突然减速，碗中水由于惯性保持原速度不变，相对碗向右洒出．
答案：见解析
[随堂检测][学生用书P65]
1．如图所示，理想实验有时更能深刻地反映自然规律，伽利略设想的理想实验中的几个主要步骤如下：
①减小第二个斜面的倾角，小球在这斜面上仍然要达到原来的高度
②两个对接的斜面，让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，小球将上升到原来释放时的高度
④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面做持续的匀速运动
在上述步骤中，有的属于可靠的事实，有的则是理想化的推论，下列关于事实和推论的分类正确的是( )
A．①是事实，②③④是推论
B．②是事实，①③④是推论
C．③是事实，①②④是推论
D．④是事实，①②③是推论
解析：选B.对于对接的斜面，小球从一个斜面滚下将滚上另一个斜面，这是人所共知的事实，即②是事实；而在实际中，光滑的斜面是不存在的，因此①③④是推论．
2．(多选)下列说法中正确的是( )
A．在一条直线上运动的物体，其运动状态一定不变
B．在圆周上运动的物体，其运动状态一定改变
C．物体的运动状态不变，物体一定做直线运动
D．物体的运动状态发生了变化，物体一定做变速运动
解析：选BD.运动状态变化即速度大小或方向变化，加速度不为零．
3．下列说法正确的是( )
A．力是使物体惯性改变的原因
B．静止的火车启动时速度变化较慢，是因为物体静止时惯性大
C．乒乓球可快速被抽杀，是因为乒乓球的惯性小
D．物体静止时没有惯性，只有始终保持运动状态才有惯性
解析：选C.力是改变物体运动状态的原因，力不能改变惯性，故A错误；惯性大小与物体的质量有关，质量越大，惯性越大，与速度无关，故B错误；乒乓球的质量较小，所以惯性较小，故C正确；惯性大小的量度是质量，与速度无关，故D错误．
4．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，当汽车启动时，哪只灯亮？当汽车急刹车时，哪只灯亮？为什么？
解析：当汽车启动时，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，所以启动时绿灯亮；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：当汽车启动时，绿灯亮 当汽车急刹车时，红灯亮
原因见解析
[课时作业][学生用书P129(单独成册)]
一、单项选择题
1．伽利略的理想斜面实验说明( )
A．一切物体都具有惯性
B．亚里士多德的运动和力的关系的观点是错误的
C．力是维持物体运动的原因
D．力是改变物体运动状态的原因
解析：选B.伽利略理想斜面实验中斜面放平后，球将永远运动下去，说明物体的运动不是力来维持的，故而推翻了亚里士多德的观点，故B正确．C与实验结论相反显然错误．但实验并没进一步说明力的作用是改变物体运动状态，也没有指出物体永远运动下去的原因是由于惯性，故A、D错，故选B.
2．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
解析：选C.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．
3．下列关于惯性的说法中正确的是( )
A．物体只有静止或做匀速直线运动时才有惯性
B．物体只有受外力作用时才有惯性
C．物体的运动速度大时惯性大
D．物体在任何情况下都有惯性
解析：选D.惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性，与物体的运动状态及受力情况无关，故只有D项正确．
4．人从行驶的汽车上跳下来后容易( )
A．向汽车行驶的方向跌倒
B．向汽车行驶的反方向跌倒
C．向汽车右侧跌倒
D．向汽车左侧跌倒
解析：选A.人跳下后，脚部受到摩擦力的作用，停止运动，身体上部由于惯性，仍以原车速前进，因此向车行驶方向跌倒．
5．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．
6．如图所示，一个劈形物体M，各面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在上表面放一个光滑小球m.劈形物体由静止开始释放，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．无规则的曲线
D．抛物线
解析：选B.对小球进行受力分析可知，小球在与斜面相碰之前，受到重力和M的支持力，而这两个力都在竖直方向上，水平方向上小球并没有受到力的作用，故水平方向上小球不会有运动发生，所以其轨迹为竖直向下的直线．
二、多项选择题
7．下列关于惯性的分析，正确的是( )
A．战斗机在空战时，甩掉副油箱是为了减小惯性，提高飞行的灵活性
B．高速公路上要限速，是因为车速越大惯性越大
C．机床安装在笨重的底座上，是为了增大惯性，提高稳定性
D．坦克车制造的很重，是为了增大惯性，提高行驶的平稳度
解析：选AC.战斗机甩掉副油箱，减小了质量，惯性减小，提高了飞行的灵活性，A对；惯性大小与速度无关，B错；机床与底座连成一体，质量大，惯性大，更稳定，C对；坦克车装甲厚重，是为了提高抗炮击能力，D错．
8．由牛顿第一定律可知( )
A．物体的运动是依靠惯性来维持的
B．力停止作用后，物体的运动就不能维持
C．物体做变速运动时，一定有外力作用
D．力是改变物体惯性的原因
解析：选AC.物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性，由于惯性的存在物体才保持原来的运动状态，A对；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，B错；当物体做变速运动时，运动状态发生了改变，一定有外力作用，C对；惯性是物体的固有属性，不因为力而发生改变，D错．
9．一辆汽车在路面情况相同的公路上直线行驶，下面关于车速、惯性、质量和滑行路程的讨论，正确的是( )
A．车速越大，它的惯性越大
B．质量越大，它的惯性越大
C．车速越大，刹车后滑行的路程越长
D．车速越小，刹车后滑行的路程越短，所以惯性越小
解析：选BC.惯性只与质量有关，与物体的速度大小无关，故选项A、D错误，选项B正确；汽车质量不变，车速越大，刹车后滑行的路程越长，故选项C正确．
10.在列车的车厢内，有一个自来水龙头C.第一段时间内，水滴落在水龙头的正下方B点，第二段时间内，水滴落在B点的右方A点，如图所示．那么列车可能的运动是( )
A．先静止，后向右做加速运动
B．先做匀速运动，后做加速运动
C．先做匀速运动，后做减速运动
D．上述三种情况都有可能
解析：选BC.水滴下落时，水平方向保持原来的速度，若车匀速运动，车的水平位移与水滴的水平位移相同，则落在B点；若车向左加速运动，则水滴仍保持下落时的水平速度，而车的水平位移增大，故水滴可落在A处；同理，车向右减速运动，水滴也会落在A处．故选BC.
11．在静止的列车上，有两个注满水的容器，容器中分别用细线系着铁球和乒乓球，在列车启动的过程中，小球所处状态表示正确的是(图中箭头表示启动方向)( )
解析：选BD.因为列车由静止向右启动，铁球、乒乓球和水都有向右运动的趋势．但是，由于与同体积的“水球”相比，铁球质量大、惯性大，铁球的运动状态难改变，即速度增加慢，而同体积的“水球”的运动状态容易改变，即速度增加快，而且水和容器一起运动，所以列车启动时，铁球相对于容器向左运动．同理，由于乒乓球与同体积的“水球”相比，质量小，惯性小，乒乓球相对于容器向右运动．故B、D正确．
三、非选择题
12．如图所示，水平放置的小瓶内装有水，其中有一小气泡．当瓶子从静止状态突然向右运动时，小气泡在瓶内将向哪个方向运动？当瓶子从向右的匀速运动状态突然停止时，小气泡在瓶内又将如何运动？
解析：当瓶子向右加速运动时，由于惯性，瓶中水要保持原来的静止状态．气泡左边的水由于瓶底的作用随瓶一起向右加速运动，而气泡右边的水将相对瓶向左移动，故气泡被挤着向右运动．当瓶子运动起来后，突然停止，瓶子必然要减速运动，这时气泡右边的水受瓶的作用随瓶一起减速运动，而气泡左边的水将相对瓶向前(右)运动，气泡将被水挤着相对瓶向左移动．
答案：突然向右运动时，气泡向右运动 突然停止时，气泡向左运动
13．如图，高为h的车厢在平直的轨道上匀减速向右行驶，加速度大小为a，车厢顶部A点处有一滴油滴落到地板上，O点在A点的正下方，则油滴落地点必在O点的哪方(答“左”或“右”)方，离O点的距离为多大？
解析：油滴离开车厢顶部以后，在竖直方向受到重力作用，下落高度h所用的时间为t＝.以水平向右作为正方向．油滴在水平方向没有受到外力作用，所以在水平
方向以速度v匀速向右前进．在时间t内前进的距离为
s1＝vt ①
而车厢在水平方向向右减速运动，在时间t内的位移为s2＝vt－at2 ②
比较①②两个式子可知，在时间t内，车厢比油滴少前进了Δs＝s1－s2＝at2＝h.
答案：右 h
PAGE
- 10 -
