第三章 牛顿运动定律 _ 1. 牛顿第一定律 _课件52张PPT

第四章　牛顿运动定律
1　牛顿第一定律
主题1 理想斜面实验
研读教材·自主认知
1.亚里士多德的观点：力是_____物体运动状态的原因。
2.伽利略的观点：力不是_____物体运动状态的原因。
3.笛卡儿的观点：如果没有其他原因,运动的物体将继续以_________
沿着同一条直线运动,既不会_______,也不会_____原来的方向。
维持
维持
同一速度
停下来
偏离
合作探究·核心归纳
如图是伽利略的斜面实验原理图。
情景1：如图甲所示,对称斜面,小球无摩擦滚下。
情景2：如图乙所示,减小另一侧斜面倾角,小球从同一位置自由释放滚下。
情景3：如图丙所示,把另一侧斜面放平,小球滚下。
试结合上述情景,讨论下列问题：
(1)图甲中小球在对称斜面上无摩擦滚下,能否到达对应的等高处?
提示：因无摩擦,没有能量损失,小球能到达对应的等高处。
(2)图乙中减小另一侧斜面倾角,小球从同一位置自由释放能否滚到等高处?滚动的水平距离怎样变化?
提示：小球从同一位置自由释放能滚到对应的等高处,滚动的水平距离增大。
(3)图丙中把另一侧斜面放平,小球能否在平面上一直滚下去?
提示：运动的小球在水平方向不受摩擦阻力,小球将匀速运动下去。
【归纳总结】
力与运动的关系
1.物体的运动不需要力来维持：
(1)运动的物体若不受力,物体将匀速运动下去。
(2)静止的物体若不受力,物体将保持静止。
2.力是改变物体运动状态的原因。
【拓展延伸】伽利略的理想实验的意义
(1)伽利略的理想实验将可靠的事实和理论思维结合起来,即采用“实验+科学推论”的方法推翻了亚里士多德的观点,初步揭示了运动和力的正确关系。
(2)第一次确立了物理实验在物理学中的地位。
过关小练·即时应用
1.(多选)伽利略的理想实验说明了(　　)
A.亚里士多德关于运动和力的观点是正确的
B.亚里士多德关于运动和力的观点是错误的
C.力是维持物体运动的原因
D.物体的运动不需要力来维持
【解析】选B、D。伽利略的理想实验中斜面放平后,小球将永远运动下去,说明物体的运动不是由力来维持的,故而推翻了亚里士多德的观点,B、D正确。
2.(多选)科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用。下列说法符合历史事实的是(　　)
A.亚里士多德认为：必须有力作用在物体上,物体的运动状态才会改变
B.伽利略通过“理想实验”得出结论：一旦物体具有某一速度,如果它不受力,它将以这一速度永远运动下去
C.笛卡儿指出：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,既不停下来也不偏离原来的方向
D.牛顿认为,物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质
【解析】选B、C、D。亚里士多德认为物体的运动需要力来维持,A错误;牛顿根据选项B中伽利略的正确观点和选项C中笛卡儿的正确观点,得出了物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质,选项B、C、D正确。
3.(2015·临沂高一检测)理想实验有时更能深
刻地反映自然规律。伽利略设计了一个如图所
示的理想实验,他的设想步骤如下：
①减小第二个斜面的倾角,小球在这个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的高度;④继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成为水平面,小球将沿水平面做持续的匀速运动。
请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列________(只要填写序号即可)。在上述的设想步骤中,有的属于可靠的事实,有的则是理想化的推论。下列有关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】本题是在可靠事实的基础上进行合理的推理,将实验理想化,并符合物理规律,得到正确的结论。②是可靠事实,因此放在第一步,③、①是在斜面上无摩擦的设想,最后推导出水平面上的理想实验④。因此正确顺序是②③①④。
答案：②③①④　B
【补偿训练】
1.伽利略的理想实验证明了(　　)
A.要让物体运动必须有力的作用,没有力的作用物体将会静止
B.要让物体静止必须有力的作用,没有力的作用物体就运动
C.物体不受力作用时,一定处于静止状态
D.物体不受力作用时,总保持原来的运动状态不变
【解析】选D。伽利略的理想实验,通过推理得到物体不受力作用时,总保持原来的运动状态不变。则A、B、C错误,D正确。
2.(多选)下列物体的运动状态发生了变化的有(　　)
A.匀速下落的羽毛
B.匀速拐弯的自行车
C.启动的火车
D.绕地球匀速运行的航天飞机
【解析】选B、C、D。物体运动状态的变化即速度的变化,速度的大小和方向有一个因素或两个因素变化,则速度一定发生变化,故B、C、D对。
【通法悟道】运动状态改变的三种情况
物体的运动状态就是指物体的运动速度,运动状态改变就是指运动速度的改变。而速度是矢量,既有大小,又有方向。故运动状态改变有以下三种情况：
(1)速度的方向不变、大小改变,如匀加速直线运动。
(2)速度的方向改变、大小不变,如汽车拐弯时保持速率不变的曲线运动。
(3)速度的方向改变、大小改变,如摆球的自由摆动。
主题2 牛顿第一定律
研读教材·自主认知
1.内容：一切物体总保持_____________状态或_____状态,除非作用
在它上面的力迫使它改变这种状态。
2.意义：
(1)牛顿第一定律明确了___和_____的关系。
(2)牛顿第一定律揭示了力是_____物体运动状态的原因,而不是_____
物体运动状态的原因。
匀速直线运动
静止
力
运动
改变
维持
合作探究·核心归纳
情景1：如图甲所示是冰壶在冰面上的运动情景,如果摩擦阻力比较大,冰壶很快停下来;如果摩擦阻力很小,可以忽略,冰壶将永远运动下去。
情景2：如图乙所示,一足球沿水平面滚动很远的距离停下。
试结合上述情景,讨论下列问题：
(1)图甲中的冰壶和图乙中的足球为什么会停下来?它说明了什么问题?
提示：冰壶和足球停下来都是因为受到了地面的摩擦力的作用。这些现象说明力是改变物体运动状态的原因。
(2)在问题(1)中,试猜想如果冰壶、足球不受外力作用将处于什么状态。
提示：原来静止的物体,不受外力作用时,仍然静止;原来运动的物体,不受外力作用时将永远做匀速直线运动。
(3)从(1)、(2)两个问题中,我们能得到什么结论?
提示：物体不受外力作用或所受合力为零时,总保持静止或匀速直线运动状态。
【归纳总结】对牛顿第一定律的理解
(1)明确了惯性的概念：
①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。
②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)揭示了力和运动的关系：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”,实质上是揭示了力和运动的关系,即力是改变物体运动状态的原因,而不是维持物体运动的原因。
(3)反映了物体不受外力时的运动状态：
①匀速直线运动或静止(原来运动的保持其速度不变,原来静止的保持静止)。
②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效果上是等效的,这就使牛顿第一定律具有了实际意义。
过关小练·即时应用
1.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.物体的运动状态发生变化时,物体必定受到外力的作用
【解析】选B。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,是由于一切物体均具有惯性,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;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。
2.(2015·厦门高一检测)如图所示,在一辆表面光滑的足够长的小车上,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(　　)
A.一定相碰 B.一定不相碰
C.不一定相碰 D.无法确定
【解题指南】解答本题时可把握以下两点：
(1)牛顿第一定律的内容。
(2)物体某一方向不受外力时,仍保持原来的运动状态。
【解析】选B。当小车停止时,两小球在水平方向上不受力的作用,由牛顿第一定律知均保持原来的速度做匀速直线运动,故两小球一定不相碰。则A、C、D错误,B正确。
【补偿训练】
1.(多选)下列说法中正确的是(　　)
A.在水平路面上用力推车,车才前进,人停止推车,车就会逐渐停下来
B.力作用在物体上,物体才能动,没有力的作用,物体就不能运动
C.地面上滑行的物体会停下来,是由于受摩擦力作用的结果
D.物体以一定的初速度在不同的地面上滑行,摩擦力越小,滑行的距离越大
【解析】选A、C、D。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。用力推车,车才前进,力改变了车的运动状态,即从静止到运动,人若停止推车,则车在摩擦力作用下逐渐停止,所以A正确,同理C正确;在光滑水平面上匀速运动的物体所受合外力为零,在不受外力的情况下,它将永远运动下去,B错误;摩擦力越小,越难改变物体的运动状态,所以D正确。
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。牛顿第一定律所描述的是一种理想状态,即物体不受外力时的状态,牛顿第一定律虽然无法由实验直接证实,但可由经过科学推理的理想实验推出,则A、B错误,C正确。静止的物体受的合力为零,D错误。
【通法悟道】应用牛顿第一定律分析问题应注意的两点
(1)物体不受力(或某个方向不受力)时物体的运动状态(或某方向的速度)保持不变。
(2)物体受到力的作用时运动状态要发生改变,速度增大、减小或方向改变。
主题3 惯性
研读教材·自主认知
1.惯性：物体具有保持_____________状态或_____状态的性质。
2.惯性的量度：_____是物体惯性大小的量度。
匀速直线运动
静止
质量
合作探究·核心归纳
情景1：如图甲所示,公交车突然快速启动时,车上站着的乘客身体会向后倾倒。
情景2：如图乙所示,公交车正在运行时突然急刹车,车内乘客身体会向前倾倒。
试结合上述情景,讨论下列问题：
(1)公交车快速启动时,乘客为什么会向后倾倒?
提示：当公交车由静止突然快速启动时,乘客的下半部分受到车的摩擦作用也随车运动,而上半部分由于要保持原来的静止状态,故向后倾倒。
(2)公交车急刹车时,乘客为什么会向前倾倒?
提示：乘客随车一起运动,当急刹车时,车停止运动,乘客的下半部分受到车的摩擦作用也随车停止运动,而上半部分由于要保持原来的运动状态,故向前倾倒。
(3)运动的乒乓球很容易被抽杀,而运动的重型汽车却很难停下来,这是为什么?
提示：乒乓球的质量小,运动状态容易改变,而重型汽车的质量大,运动状态不容易改变。
(4)从(3)中你能得出什么结论?
提示：质量小的物体惯性小,质量大的物体惯性大,质量是物体惯性大小的唯一量度。
【归纳总结】
1.对惯性的理解：
(1)惯性是物体的固有属性,任何物体在任何状态下都有惯性。物体的惯性与物体的地理位置、运动状态、受力情况无关,因此物体的惯性是不能被克服的。
(2)惯性不是力,惯性是物体具有的保持匀速直线运动状态或静止状态的性质,力是物体对物体的作用,惯性和力是两个不同的概念。
(3)表现形式。
①在不受力的条件下,惯性表现出“保持”“原来的”运动状态的性质,有“惰性”的意思。
②在受力条件下,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。
2.惯性的量度：
质量是物体惯性大小的唯一量度。质量越大,惯性越大;质量越小,惯性越小;质量不变,惯性不变。
【拓展延伸】惯性和惯性定律的区别
(1)惯性与惯性定律是不同的,不能混淆。惯性是万物皆有的保持原运动状态的一种属性,惯性定律则是物体不受外力作用时的运动定律,当有力作用时,物体运动状态必定改变。
(2)惯性与物体是否受力及物体的运动状态无关,物体不受外力时,惯性表现为物体保持匀速直线运动状态或静止状态;受外力时,惯性表现为物体运动状态改变的难易程度。惯性定律则是有条件的,其成立的条件是物体不受外力作用。
(3)惯性的大小取决于物体的质量。惯性定律所描述的物体的匀速直线运动状态或静止状态,则取决于物体是否受力,取决于是否有外力迫使它改变这种状态。
过关小练·即时应用
1.(2015·温州高一检测)一天下着倾盆大雨,某人乘坐列车时发现,车厢的双层玻璃窗内积水了。列车进站过程中(箭头表示列车进站的方向),他发现水面的形状是如图所示中的(　　)
【解析】选C。列车进站时刹车,速度减小,而水由于惯性仍要保持原来较大的速度,所以水向前涌,液面形状和选项C中一致。
2.(多选)一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,惯性不变
D.车速越大,刹车后滑行的路程越长,所以惯性越大
【解题指南】解答本题时可把握以下两点：
(1)汽车的惯性与车速无关。
(2)汽车的惯性由质量决定。
【解析】选B、C。惯性是物体本身的固有属性,不随外界条件的变化而变化,只由本身的质量决定,物体的质量越大,其惯性越大,运动状态越难改变,物体的质量越小,其惯性就越小,运动状态越容易改变,B正确,A、D错。物体的速度越大,运动过程中速度的改变量越大,刹车后滑行的路程越长,但惯性不变,C正确。
3.(2015·信阳高一检测)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,当汽车向前开动时,哪只灯亮?当汽车急刹车时,哪只灯亮?为什么?
【解析】当汽车向前开动时,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,所以向前开动时绿灯亮;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。
答案：见解析
【互动探究】当汽车匀速行驶时,哪只灯亮?为什么?
【解析】当汽车匀速行驶时,弹簧将使金属块复位,两灯均不亮。
答案：见解析
【补偿训练】
1.下面关于惯性的说法中,正确的是(　　)
A.运动速度大的物体比运动速度小的物体难以停下来,所以运动速度大的物体具有较大的惯性
B.物体受的推力越大,要它停下来就越困难,所以物体受的推力越大,则惯性越大
C.物体的体积越大,惯性越大
D.物体含的物质越多,惯性越大
【解题指南】质量是物体惯性大小的唯一量度,比较惯性大小,只需比较质量。
【解析】选D。质量是惯性大小的唯一量度,质量大,惯性大,质量小,惯性小,D对;惯性大小与物体运动速度、受力大小、体积大小等因素无关,A、B、C错。
2.关于惯性的下列说法中正确的是(　　)
A.物体能够保持原有运动状态的性质叫惯性
B.物体不受外力作用时才有惯性
C.物体静止时有惯性,一开始运动,不再保持原有的运动状态,也就失去了惯性
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A。惯性是物体的固有属性,与其质量有关,与受力情况及运动状态无关,只要物体的质量不发生改变,其惯性就保持不变,故只有A项正确。
3.下列关于惯性的认识,正确的是(　　)
A.只有静止或做匀速直线运动的物体才具有惯性
B.物体运动时惯性小,静止时惯性大
C.有的物体没有惯性
D.两个物体质量相等,那么它们的惯性大小相等
【解析】选D。有无惯性与运动状态无关,A错误;惯性的大小与运动状态无关,B错误;只要有质量就有惯性,C错误;惯性大小由质量大小决定,D正确。
【通法悟道】
1.分析惯性问题的三点注意：
(1)普遍性：一切物体任何情况下均有惯性。
(2)无关性：惯性与物体运动状态及物体受力情况无关。
(3)唯一性：惯性由物体质量唯一决定。
2.解释惯性现象的方法：
(1)明确研究的物体原来处于怎样的运动状态。
(2)当外力作用在该物体的某一部分(或外力作用在与该物体有关联的其他物体上)时,这一部分的运动状态的变化情况。
(3)该物体由于惯性保持怎样的运动状态,判断最后会出现什么现象。