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第四章 運動和力的關(guān)系
第 1 節(jié) 牛頓第一定律
教學(xué)目標(biāo)
1．知道伽利略的理想實驗及其主要推理過程和推論．
2．理解牛頓第一定律的內(nèi)容及意義．
3．知道什么是慣性，會正確地解釋有關(guān)慣性的現(xiàn)象．
在動力學(xué)知識基礎(chǔ)上，我們才可以按我們的意愿設(shè)置交通工具的運行，研究天體的運動、發(fā)射衛(wèi)星等等。
只研究物體怎樣運動而不涉及運動和力的關(guān)系的分支，叫作運動學(xué)。
研究物體在力的作用下平衡規(guī)律的分支，叫作靜力學(xué)。
研究運動和力的關(guān)系的分支，叫作動力學(xué)。
靜止的足球受到腳的作用力運動起來
人推著小車在運動
飛行中的乒乓球在球拍的作用下，改變運動方向
情景引入
這些例子能讓我們得出力與運動是什么關(guān)系？
問題1：如何使放在水平地面上的木箱運動起來？
用力推它
問題2：撤去推力之后，木箱的運動狀態(tài)？
生活經(jīng)驗:力推物動，力撤物停。
力推物動
力撤物停
——生活經(jīng)驗
亞里士多德
（古希臘哲學(xué)家）
有外力作用時物體才能運動，物體運動需要力來維持。
亞里士多德觀點
他的觀點正確么？
觀察冰壺的運動情況
靜止在地面上的冰壺，當(dāng)人推它時，冰壺開始運動
當(dāng)冰壺脫離運動員的作用時，冰壺沒有立即停下，而是繼續(xù)向前運動。
撤去推力之后，為什么冰壺最終還是會停下？
冰壺停下來的原因是摩擦力。如果沒有摩擦力，運動物體會一直運動下去。
力推物動，符合亞里士多德觀點
力撤物還動，違背亞里士多德觀點
冰壺由靜變?yōu)檫\動
運動員對冰壺有推力作用
撤去推力后，運動的冰壺受到摩擦力作用
冰壺由運動最終變?yōu)殪o止
力是改變物體運動狀態(tài)的原因
伽利略是怎么驗證他的觀點的？
伽利略的觀點
伽利略（17世紀(jì)意大利）
(1)讓一個小球沿斜面從靜止?fàn)顟B(tài)開始運動，小球?qū)ⅰ皼_上”另一個斜面，如果沒有摩擦，小球?qū)⒌竭_(dá)原來的高度；
(2)如果第二個斜面傾角減小，小球仍將到達(dá)原來的高度，但是運動距離更長；
(3)第二個斜面水平時，小球要到達(dá)原有高度將永遠(yuǎn)運動下去。
理想實驗的魅力
伽利略斜面實驗
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物體的運動不需要力來維持
合理外推：小球?qū)_(dá)到同一高度對接斜面傾角越小，運動距離越遠(yuǎn)對接斜面傾角為零，小球永遠(yuǎn)運動。
客觀事實：小球從斜面的一側(cè)某高處滾下，會滾上斜面另一側(cè)，摩擦力越小，越接近原來的高度。
理想情況：摩擦力大小為零，小球?qū)_(dá)到同一高度。
愛因斯坦的評價：伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法是人類思想史上最偉大的發(fā)現(xiàn)之 一，而且標(biāo)志著物理的真正開端。
理想實驗：是在真實的科學(xué)實驗基礎(chǔ)上，經(jīng)過邏輯推理而進(jìn)行的一種思維過程。它是科學(xué)研究的重要方法。
閃光的足跡
古希臘哲學(xué)家
亞里士多德
( 384-322 )
結(jié)合已有生活經(jīng)驗：力是維持物體運動的原因。
意大利伽利略(1564-1642)
法國笛卡爾(1596-1650)
英國牛頓(1643-1727)
力不是維持物體運動的原因；如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運動，既不會停下來，也不會偏離原來的方向。
一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。
通過理想斜面實驗推出：力不是維持物體運動的原因。
1.內(nèi)容：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。
2.含義：(1)一切物體都有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)叫作慣性，牛頓第一定律又叫慣性定律。
(2)揭示了運動和力的關(guān)系：力不是維持物體運動狀態(tài)的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因(力是產(chǎn)生加速度的原因)。
牛頓第一定律
牛頓第一定律是實驗定律嗎？可以通過實驗來驗證嗎？
任何物體都和周圍的物體有相互作用，不受力作用的物體是不存在的。所以，牛頓第一定律所描述的狀態(tài)是一種理想狀態(tài)。它是利用邏輯思維進(jìn)行分析的產(chǎn)物，不可能用實驗直接驗證。實際物體合力為零時的運動效果與之相同。
例1.關(guān)于力和運動的關(guān)系，下列說法正確的是（ ）
A.力是維持物體運動的原因
B.只要有力作用在物體上，物體就一定運動
C.沒有力作用在物體上，物體就慢慢停下來
D.物體運動狀態(tài)改變時，一定受到了力的作用
D
典型例題
解釋現(xiàn)象
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乘車時為什么要系安全帶？
牛頓第一定律得知，物體都有要保持它們原有的勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)。也就是說，它們都有抵抗運動狀態(tài)變化“能力”，即都具有慣性。那么，怎樣描述慣性的大小呢？
思考與討論：
思考：為何“秋風(fēng)”可以“掃落葉”，卻不能“掃汽車”？
1. 慣性: 物體有保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì),這種性質(zhì)叫慣性.
2. 一切物體都具有慣性. 慣性是物體的固有性質(zhì), 牛頓第一定律又叫慣性定律.
慣性與質(zhì)量
3．慣性的大小
質(zhì)量是物體慣性大小的量度．質(zhì)量越大，慣性越大；質(zhì)量越小，慣性越小；質(zhì)量不變，慣性不變．
4．對質(zhì)量的理解
(1)從物質(zhì)的角度理解：質(zhì)量為物體所含物質(zhì)的多少．
(2)從慣性的角度理解：質(zhì)量是決定物體慣性大小的唯一因素．
慣性與物體受力情況、運動情況及地理位置均無關(guān)。
5. 慣性大小的意義：
物體保持原來狀態(tài)“本領(lǐng)”的大小。慣性越大，保持原來狀態(tài)“本領(lǐng)”越大，運動狀態(tài)越難改變；慣性越小，保持原來狀態(tài)的“本領(lǐng)”就越小，運動狀態(tài)就容易改變.
1．慣性與質(zhì)量的關(guān)系
(1)慣性是物體的固有屬性，一切物體都具有慣性，不能避免或克服。
(2)質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度，質(zhì)量越大，慣性越大．
2．慣性與力的關(guān)系
(1)慣性不是力。力是物體對物體的作用，必然要涉及兩個物體，單獨一個物體不會產(chǎn)生力的作用；每個物體都具有慣性．不需要兩個物體的相互作用，慣性只有大小沒有方向，慣性的大小只與物體的質(zhì)量有關(guān)，而力的大小跟許多因素有關(guān)。因此不能把慣性說成是“慣性力”“受到慣性作用”或“克服物體的慣性”，一般只能說“具有慣性”。
對慣性概念的理解及應(yīng)用
(2)力是改變物體運動狀態(tài)的原因，慣性是維持物體運動狀態(tài)的原因.力越大，運動狀態(tài)越易改變；慣性越大，運動狀態(tài)越難改變．
(3)慣性和力是決定物體運動狀態(tài)的兩個必不可少的原因，慣性是永恒的主觀內(nèi)因，外力是即時的客觀外因，內(nèi)因通過外因表現(xiàn)出來，外因決定著內(nèi)因的表現(xiàn)形式。
3．慣性與速度的關(guān)系
(1)速度是表示物體運動快慢的物理量，慣性是物體本身固有的性質(zhì)．
(2)一切物體都有慣性，和物體是否有速度及速度的大小均無關(guān)．速度大的物體受力難停下來，意思是位移大(x大)時間長（t大），不是運動狀態(tài)改變難（a小）。
為什么乒乓球用塑料做成空心球而拳擊沙袋卻要用重重的沙子來做呢？
常見的慣性現(xiàn)象
紙飛機離開手以后，還會繼續(xù)飛行，這是為什么？
為什么汽車緊急剎車時，我們的身體會前傾？
把錘柄在固定的物體上撞幾下，錘頭就牢牢地套在錘柄上了。
跳遠(yuǎn)時利用助跑，使自己跳得更遠(yuǎn)。
如果在一個參考系中，一個不受力的物體會保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，這樣的參考系叫作慣性參考系，簡稱慣性系。
地面或相對于地面靜止的物體都是慣性系。
牛頓第一定律不成立的參考系叫做非慣性系。
慣性參考系
例2.關(guān)于牛頓第一定律的說法中正確的是( )
A.物體在任何情況下始終處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)
B.牛頓第一定律既揭示了物體保持原有運動狀態(tài)的原因，又揭示了運動狀態(tài)改變的原因
C.物體運動需要靠力來維持
D.牛頓第一定律反映物體不受外力作用時的運動規(guī)律，即始終處于勻速直線運動狀態(tài)
解析：A、物體不受力或合力等于零時，才處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)；B、保持原來運動狀態(tài)的原因是物體具有慣性，運動狀態(tài)改變的原因是因為物體受到力的作用；C、物體運動不需要力來維持；D、物體不受外力時，處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。
B
典型例題
例3.下列關(guān)于慣性的說法中，正確的是( )
A.物體只在靜止時才具有慣性
B.物體運動速度越大，其慣性也越大
C.太空中的物體沒有慣性
D.不論物體運動與否，受力與否物體都具有慣性
解析：慣性是物體的固有屬性，它指的是物體能夠保持原來運動狀態(tài)的一種性質(zhì)，一切物體都具有慣性，與運動狀態(tài)和所處位置無關(guān)，故ABC錯誤，D正確。
D
1.閃光的足跡：亞里士多德、伽利略、笛卡爾、牛頓
2.伽利略理想斜面實驗：依據(jù)邏輯推理把實際實驗理想化的方法
3.牛頓第一定律（慣性定律）：揭示力力和運動的關(guān)系
4.慣性大小的唯一量度是質(zhì)量
課堂總結(jié)
1、關(guān)于伽利略實驗，下列說法正確的是（ ）
A．完全是理想的，沒有事實為基礎(chǔ)；
B．是以可靠事實為基礎(chǔ)的，經(jīng)科學(xué)抽象，深刻反映自然規(guī)律的；
C．沒有事實為基礎(chǔ)，只有理想推理；
D．以上說法都不對；
B
跟蹤練習(xí)
2、行駛的汽車在剎車后能靜止，這是因為（ ）
A.汽車的慣性消失了
B.汽車的慣性小于汽車的阻力
C.阻力的作用改變了汽車的運動狀態(tài)
D.汽車受到平衡力的作用而靜止
C
3、下列現(xiàn)象中不能用慣性知識解釋的是（ ）
A.跳遠(yuǎn)運動員的助跑速度越大，跳遠(yuǎn)成績往往越好
B.用力將物體拋出去，物體最終要落到地面上
C.子彈離開槍口后，仍能繼續(xù)高速向前飛行
D.古代打仗時，使用絆馬索能將敵方飛奔的馬絆倒
B
4、火車在長直軌道上勻速行駛,門前緊閉的車廂內(nèi)有一人向上跳起,發(fā)現(xiàn)仍落回原處的原因是（ ）
A.人跳起后,車廂內(nèi)空氣給他以向前的推力,帶著他隨同火車一起向前運動
B.人跳起瞬間,車廂地板給他一向前推力,推動他隨同火車一起向前運動
C.人跳起后,車在繼續(xù)向前運動,所以人落下后必定偏后一些,只是由于時間很短,偏后的距離的不明顯
D.人跳起后直到落地,在水平方向上始終和車具有相同的速度
D

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