資源簡介

描述物體運動的第一個基本定律
知識引入
通過對第七章知識的學習，我們已經知道牛頓發現了萬有引力。然而要解開大自然的奧秘，光研究力是遠遠不夠的，因為在自然現象中，力和運動是緊密聯系在一起的，我們還需要研究力與運動的關系。作為一個物理學家，牛頓當然明白這一點。不只是牛頓，兩千多年前的古希臘科學家亞里士多德對力與運動的關系就進行過研究，并提出了自己的見解：必須有力作用在物體上，物體才能運動，沒有力的作用，物體就要靜止下來。
這個錯誤的觀點影響了人們很長時間，后來，意大利物理學家伽利略等人對這個觀點提出了質疑。再后來，牛頓在伽利略等人工作的基礎上進行了深入研究，總結出了物體運動的三個基本定律（牛頓三定律），并在他1687年7月5日出版的《自然哲學之數學原理》（如圖所示）一書中進行了詳細的闡述。
本期我們先學習牛頓第一定律，讓我們一起看看這個偉大的定律如何描述力與運動的關系，它又能解釋我們生活中的哪些物理現象呢？
概念分析
一、牛頓第一定律
1、探究阻力對物體運動的影響
（1）該實驗采用控制變量法來設計，分析實驗利用“科學推理法”在實驗結論的基礎上得出推論。
（2）選用不同的物體表面，是為了改變接觸面的粗糙程度，從而改變小車在水平面上受到的阻力大小。為了保證小車到達水平面時初速度相等，每次實驗都讓同一小車從同一斜面頂端從靜止自由滑下。
（3）實驗結論：接觸面粗糙程度越小，小車受到的阻力越小，小車速度減小得越慢，小車滑行的距離越遠。
（4）實驗推論：如果小車不受阻力，它將以不變的速度永遠運動下去，即做勻速直線運動。
2、牛頓第一定律
（1）內容：一切物體在沒有受到力的作用時，總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。
（2）說明：①“一切”說明該定律對于所有物體都是適用的，不是特殊現象。②“沒有受到外力作用”包含兩層意思：一是該物體確實沒有受到任何力的作用，這是理想情況，實際上不受任何力作用的物體是不存在的；二是該物體在某一方向上不受力的作用；③“或”指兩種狀態必居其一，不能同時存在。就是說物體不受力時，原來靜止的物體將永遠保持靜止狀態，原來運動的物體將永遠做勻速直線運動。④牛頓第一定律說明了力的本質：力不是維持物體運動狀態的原因，力是改變物體運動狀態的原因。⑤牛頓第一定律不是實驗定律，而是在大量實驗事實的基礎上，通過進一步推理概括出來的，但由此推出的結論，經實踐檢驗是正確的。
慣性
（1）概念：一切物體都有保持原來運動狀態不變的性質，我們把這種性質叫做慣性。
（2）概念分析：①一切物體在任何情況下都具有慣性，慣性跟物體的運動狀態無關。②慣性大小由物體的質量決定。質量越大，慣性越大。慣性大小通過力改變物體運動狀態的“難易程度”表現出來。③慣性是物體本身具有的性質，不是力。不能說受到慣性，更不能說受到慣性力作用哦！
（3）解釋慣性現象的基本步驟：
①確定研究對象；
②確定研究對象原來處于什么狀態；
③其中的哪個物體（或物體的哪一部分）受何種力，運動狀態發生何種改變；
④哪個物體（或物體的哪一部分）由于慣性繼續保持原來的運動狀態；
⑤發生了何種現象（或造成了何種結果）。
二、二力平衡
1.平衡狀態
物體處于靜止或勻速直線運動狀態，叫做平衡狀態。
2.力的平衡
物體受到幾個力作用時，如果保持靜止或勻速直線運動狀態，我們就說這幾個力相互平衡。
知識拓展：物體處于平衡狀態時，一定受平衡力作用。它處于平衡狀態時，所受力的作用效果相互抵消，因此平衡狀態下運動狀態不變。也就是說，物體受平衡力作用，對應著不變的運動狀態；受非平衡力作用，對應著運動狀態的變化。
3.二力平衡的條件
（1）內容：作用在同一物體上的兩個力，大小相等、方向相反，并且在同一條直線上，這兩個力就彼此平衡。
（2）探究的方法：控制變量法，且是水平桌面盡量光滑，用小車不用木塊，可以減小阻力對實驗的影響。
（3）物體受力情況與運動狀態之間的對應關系：①如果物體受平衡力，則物體必然處于靜止或勻速直線運動狀態；如果物體靜止或做勻速直線運動，則物體可能受平衡力，也可能不受力。②物體受非平衡力，運動狀態必改變；如果物體的運動狀態發生了改變，則它必然受非平衡力作用。故而我們說力是改變物體運動狀態的原因，而不是維持物體運動的原因。
方法介紹
1.科學推理法。在實驗事實的基礎上進行科學合理的推斷，獲取推論，就是科學推理法。在探究阻力對物體運動的影響實驗中，就是根據“阻力越小、物體速度減小得越慢、滑行距離越長”這個實驗結果，作出物體不受阻力的假設，推斷出“它的速度將不變，永遠做勻速直線運動”這個推論的。
2.分析說理法。用物理知識、原理、規律對生活中的某一現象、事例做出合理的分析和解釋，利用慣性知識解釋生活中的現象就用到了這種方法。“摩擦力”知識精講
知識點一、滑動摩擦力及產生條件
兩個互相接觸的物體，當它們相對滑動時，就會在接觸面上產生一種阻礙相對運動的力——滑動摩擦力。滑動摩擦力產生的條件：
（1）兩個物體接觸，并且有擠壓，即有壓力產生。
（2）接觸面粗糙。
（3）物體間有相對運動。
例1 下列敘述正確的是（　　）
A．相互接觸的物體發生相對運動時，不一定會產生滑動摩擦力
B．滑動摩擦力總是在阻礙物體的運動
C．運動的物體一定受滑動摩擦力
D．輕推冰壺，冰壺就可以在冰面上滑行很遠，說明冰面對冰壺沒有滑動摩擦力
解析 相互接觸的物體，不一定相互擠壓，因此即使發生相對運動時，也不一定會產生滑動摩擦力。如果接觸面光滑也不會產生摩擦力，故A正確。
滑動摩擦力總是阻礙物體間的相對運動，而不一定是阻礙物體的運動，有些滑動摩擦力會阻礙物體的運動，而有些滑動摩擦力是物體在運動過程中的動力。剛放到勻速轉動的傳送帶上的物體，會受到向前的滑動摩擦力，這個滑動摩擦力就是物體前進的動力。故B錯誤。
運動的物體是否受滑動摩擦力，還要看產生滑動摩擦力的另外兩個條件：接觸面是否粗糙、物體間是否有壓力產生。故C錯誤。
冰壺可以在冰面上滑行很遠，但也不會永遠運動下去，冰壺與冰面之間還是有滑動摩擦力存在的。故D錯誤。
答案 A
知識點二、通過二力平衡看摩擦力
測量滑動摩擦力的實驗，我們用到了二力平衡的知識。彈簧測力計在水平面上勻速直線拉動木塊時，木塊受到水平面的摩擦力與彈簧測力計對木塊的拉力大小相等，方向相反。
例2 為了探究滑動摩擦力，小明利用牙刷做實驗，當用力勻速拖動牙刷時，刷發發生了如圖1所示的彎曲，對這一實驗的分析錯誤的是（ ）
A．刷發彎曲得越厲害，說明牙刷受到的力越大
B．從刷發彎曲的方向可以判斷牙刷受到摩擦力的方向向左
C．牙刷受到的摩擦力作用在刷發上
D．手的拉力和牙刷受到的摩擦力不平衡
解析 刷發彎曲得越厲害，即其發生的形變越大，表明力的作用效果越明顯，故牙刷受到的力越大。由“用力勻速拖動牙刷”知牙刷受力平衡，即手的拉力和牙刷受到的摩擦力二力平衡，而牙刷刷發向左彎曲，說明摩擦力方向向左，拉力方向向右。研究牙刷受到的摩擦力，牙刷一定是受力物體，而且是和接觸面接觸的部分，所以摩擦力作用在刷發上。綜上所述，選項D錯。
答案 D
知識點三、影響滑動摩擦力大小的因素
（1）滑動摩擦力的大小與物體所受壓力大小有關：在接觸面粗糙程度相同時，所受壓力越大，滑動摩擦力越大。
（2）滑動摩擦力的大小與物體接觸的面的粗糙程度有關：在物體所受壓力大小相同時，接觸面越粗糙，滑動摩擦力越大。
（3）滾動代替滑動，可大大減小摩擦。
（4）滑動摩擦力的大小與接觸面面積無關，與物體運動速度無關。
特別提示：在探究影響滑動摩擦力大小的因素時要應用控制變量法。
例3 在研究滑動摩擦力時，小明同學用一塊各側面光滑程度完全相同的木塊，在同一水平桌面上進行了三次實驗。如圖2所示，當用彈簧測力計水平拉木塊做勻速直線運動時，彈簧測力計三次示數F1、F2、F3的大小關系為（　　）
圖2
A．F1=F2＞F3 B．F1＞F2＞F3 C．F2＞F1＞F3 D．F1＜F2=F3
解析 （1）因滑動摩擦力的大小跟壓力大小和接觸面的粗糙程度有關，而（a）（b）實驗壓力大小和接觸面的粗糙程度都相同，因此F1=F2；改變了接觸面積的大小，摩擦力不變。
（2）（a）（c）實驗在壓力大小相同時，用滾動代替滑動，減小了摩擦力的大小，所以F1＞F3。
綜合上面兩種情況可得：F1=F2＞F3。
答案：A
圖1如何理解阻力
在第七章我已經學習了力，還具體學習了彈力和重力。通過學習我知道了力作用在物體上總會有作用效果，要么是改變物體的形狀，要么就會使物體的運動狀態發生變化。
在學習本章第一節“牛頓第一定律”時，我先學習了“阻力對物體運動的影響”，于是我的腦海里產生了這樣的疑問：什么是阻力？彈力是物體發生彈性形變而產生的，重力是由于地球的吸引而產生的，阻力是怎么產生的呢？
課后我準備好實驗器材，重做了“阻力對物體運動的影響”的實驗（如圖）。
同一輛小車，從斜面上同樣的高度滑下三次，每次水平面的“粗糙程度”不同，發現小車在“粗糙程度”最小的木板上運動的距離最遠，而在“粗糙程度”最大的毛巾表面運動的距離最近。這說明水平面“粗糙程度”越大，小車受到的阻力越大；水平面“粗糙程度”越小，小車受到的阻力越小。于是我發現，對于“阻力”而言，物體表面的“粗糙程度”很關鍵。
課后我預習了第三節的內容“摩擦力”，終于明白這個實驗中小車所受的阻力原來是摩擦力，而物體表面的粗糙程度也的確是影響摩擦力大小的一個重要因素。做這個實驗時只提阻力而不提摩擦力，可能是摩擦力的知識安排在后面，這里不方便提罷了。
作為一個漢語詞語，阻力的詞意是指阻礙事物發展或前進的外力。做這個實驗時，我因為不理解什么是阻力，導致課堂中對這個實驗的理解也遇到了一定的“阻力”。好在現在終于弄清楚了，我的疑惑也消除了。我希望別的同學在遇到“阻力”時，一定要在第一時間消除阻力，這樣才會學得踏實。玩小車 悟慣性
雖然學習了牛頓第一定律，但章麗還是對“用慣性知識解釋生活中的有關現象”不太明白，學習小組的同學決定結合生活情景并通過實驗幫助她深入理解。
他們找老師借出上課實驗時用到的斜面、木板和小車，還借出了幾塊大小不同的長方體木塊和一個燒杯。
他們先詢問章麗乘坐公共汽車時的感受：人上車后站在車上，這時人和汽車的狀態都是靜止的，人體受力均衡。汽車突然啟動時，腳受車箱底部作用向前運動，而身體的上部由于不受力，將繼續保持原來的靜止狀態，這樣就出現了人體向后傾倒的情況。
接著他們進行了演示：如果把木塊當作乘客，小車就相當于汽車，木塊與小車是靜止的，如圖（a）所示。當小車突然向左運動時，木塊的下部由于和小車接觸受到阻力的作用，于是和小車一起向左運動；而木塊的上部由于不受力，要繼續保持原來的靜止狀態，因此出現了木塊向后倒的情況，如圖（b）所示。
而當汽車緊急剎車時，人和汽車原來的狀態是一起向前運動，汽車突然停止運動，腳受車箱地板阻力的作用而停止運動，身體的上部由于沒有受到力要保持原來的運動狀態，所以會出現身體向前傾倒的情況。
模擬實驗是：木塊原來和小車一起在向右運動，如（c）所示；當小車突然停止運動時，木塊下部受小車阻力的作用停止運動，木塊上部由于沒有受到力的作用保持原來向右運動的狀態，因此出現了向右傾倒的情況，如（d）圖所示。
幾個人邊做邊說，章麗終于明白了。做實驗 會評估
評估，是科學探究的一個重要環節。每做完一個實驗，同學們都要反思自己的探究過程，包括實驗設計是否合理，實驗過程是否規范，結論的得出是否與實驗現象相符合，在實驗中有什么優點，怎么進一步改正存在的不足等等。
在近幾年的學業水平測試題中，評價實驗結論類考題有的是由于實驗過程中沒有注意控制變量，如沒有控制壓力大小不變或沒有控制接觸面粗糙程度不變，導致得出的結論是錯誤的；有時是在表述探究結論時，不注意控制變量而漏掉結論成立的前提條件，如“壓力越大，滑動摩擦力就越大”的結論是錯誤的，應改為“接觸面粗糙程度相同時，壓力越大，滑動摩擦力就越大”。
評價實驗方案類考題有時提供幾種實驗方案，評估方案的優劣或提出改進方案。請看下面的例題。
例題 在探究滑動摩擦力的大小與什么因素有關的實驗中，選用的器材有：正方體木塊，讀數準確的彈簧測力計，粗糙程度均勻的長木板等。
（1）采用如圖甲所示的實驗裝置測量木塊與長木板之間的摩擦力時，發現彈簧測力計示數不穩定，很難讀數，其原因是_________________________________________。
（2）為解決上述問題，小娟對實驗裝置進行了改進，用圖乙所示的裝置進行實驗，解決了上述問題，這是因為__________________________________________________。
解析 在測定摩擦力大小的實驗中，需要用彈簧測力計拉著木塊在水平面上勻速運動，而拉力的大小通過彈簧測力計讀取出來，即為摩擦力的大小。若拉動木塊運動時不能保證勻速直線運動，則拉力不等于摩擦力。彈簧測力計在運動中讀數示數不穩定，讀數不準確。為了使彈簧測力計示數穩定，可將彈簧測力計固定，拉動木板的方法來進行，這樣無論怎樣拉動木板，木塊總處于靜止狀態，這樣操作較容易，讀數較準確。
圖甲實驗裝置“直觀”、“易懂”，是典型的實驗設計。圖乙實驗裝置“巧妙”、“好用”，但需要同學們變換角度，理解“動與靜”互換帶來的影響。
答案 （1）不容易保持木塊做勻速直線運動，彈簧測力計在運動中讀數不準確 （2）無論長木板怎樣運動，木塊都處于靜止狀態，這樣操作較容易，讀數較準確
點評：評估是科學探究的環節之一，本題通過對探究方案的改進考查同學們的實驗創新能力，注重過程與方法是實驗探究考題永恒的主題，希望同學們注意。抖空竹的學問
空竹是我國民族文化苑中一株燦爛的花朵。空竹古稱“胡敲”，也叫“地鈴”、 “空鐘”、 “風葫蘆”， 關于空竹的記載，最早見于北宋宣年年間，至今已有近千年的歷史。清代《燕京歲時記》中記載：“空竹者，形如車輪，中有短軸，兒童以雙杖系棉線播弄之。”
最早的空竹是兩個如同車輪的竹筒，中間加一個轉軸，由于外形對稱，其重心在中間位置，初玩者能很好地找到支撐點而使之平衡，但隨著制作技術的發展，不對稱的空竹也受到人們的歡迎。現在大多是塑料制成的，也有天然竹木制成的。
空竹啟動前用繩子拉住提起，此時要選好恰當的位置，保證支持力和重力在同一條直線上，滿足二力平衡的條件，否則空竹就要翻倒從繩子上落下。空竹的轉動是依靠繩子的拉動，利用繩子與轉軸之間的摩擦力使其轉動，因此繩子選用比較粗糙的麻繩或者棉紗捻成的紗繩，這是通過增加接觸面的粗糙程度來增大摩擦。同樣地，抖桿采用玻璃鋼或竹木制成，為了防滑，桿把采用軟性塑料并刻有花紋。
表演時，熟練的表演者可以在抖動中把空竹拋起數丈之高，仍以繩承接，拋起后由于空竹具有慣性而繼續向上運動，但由于此時只受到重力的作用，在非平衡力作用下，空竹的運動狀態發生改變，速度越來越小，然后下落。繩接時，繩子對空竹施加的彈力使其運動狀態改變。空竹從拋起到接住，始終是高速旋轉的，因為拋出前是轉動的，空竹具有慣性，保持了原來的這種運動狀態繼續轉動，但由于有空氣的阻力作用，轉速會減小，因此表演時還要繼續牽拉繩子使其加速轉動。
通過這么一介紹，你對空竹一定有了較好的認識，也去買一個，利用周末休息日好好地玩一玩，體會一下。

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