資源簡介

(共43張PPT)
第四章 運動和力的關系
4.1 牛頓第一定律
運動學
第三章研究的是物體的受力
力學
第一、二章研究的是物體的運動
動力學
運動和力之間有什么關系呢？
動力學知識在生產和科學研究中很重要，設計各種機器，控制交通工具，研究天體運動等，都離不開動力學知識。
新課導入
初中我們學習了牛頓第一定律的基本內容，你能說說它揭示了物體運動遵循怎樣的規律嗎？滑冰運動員如果不用力，他會慢慢停下來。這是否與牛頓第一定律矛盾呢？
長期以來，在研究物體運動原因的過程中，人們的經驗是：要使一個物體運動，必須推它或拉它。因此，人們直覺地認為，物體的運動是與推、拉等行為相聯系的，如果不再推、拉，原來運動的物體便會停止下來。根據這類經驗，亞里士多德得出結論：必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體就要靜止在某個地方。
理想實驗的魅力
1、斜面摩擦力對小球上升高度的影響
伽利略的理想實驗分析
2、如果沒有摩擦，小球將上升到原來靜止時的高度
3、如果減小第二個斜面的傾角，小球的運動又會是怎樣的？
小球在這個斜面上仍然要達到原來的高度，但要通過更長的距離
4、如果傾角還繼續減小呢？小球的運動又是怎樣的？
小球達到同樣的高度，但滾的越來越遠
5、傾角減小到放平第二個斜面，如果第二個斜面無限長，
小球又會怎樣運動？
小球不可能達到原來的高度，就要沿水平面一直運動下去。
伽利略理想實驗的結論：
小球不受摩擦力，小球就要一直運動下去。
伽利略(Galileo，1564-1642)
在水平面上運動的物體所以會停下來，是因為受到摩擦阻力的緣故。
伽利略理想實驗的本 質是想象著把實際中存在、 影響物體運動的摩擦力去掉，抓住事物的本質。這 種依據邏輯推理把實際實驗理想化的思想也是研究 物理問題的重要方法之一。
笛卡兒(Descartes，1596-1650)
如果沒有其他原因，運動的物體將繼續以同一速度沿著一條直線運動，既不會停下來，也不會偏離原來的方向。
這應該成為一個原理，是人類整個自然觀的基石。
伽利略理想實驗
（1）理想實驗是一種理想化的實驗，是科學研究中的一種重要方法，在現實生活并不能實現。
（2）理想實驗的結論是正確的，因為它是建立在可靠的科學事實基礎上，并把實驗結果合理外推到一種理想狀態的科學方法。
想一想
有人認為伽利略斜面實驗為理想實驗，無法在實驗室中驗證，因此該實驗僅是一種假想，不能揭示自然規律。該說法是否正確？
提示　該說法是錯誤的。伽利略的理想斜面實驗反映了一種物理思想，它是建立在可靠的事實基礎上的，以事實為依據，以抽象為指導，抓住主要因素，忽略次要因素，從而深刻地揭示了自然規律。
牛頓第一定律
牛頓分析：物體除了運動的以外，還有靜止的，那么，靜止的物體在沒有受到外力作用時，將保持靜止狀態。
英國科學家牛頓提出了動力學的一條基本定律：
一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態。這就是牛頓第一定律。
對定律的理解：
（1）一切物體：
表明該定律對任何物體都適用。
（2）沒有受外力的作用：
是該定律成立的條件。
（3）總：
一直的意思
（4）或：
指一個物體只能處于一種狀態，到底處于哪種狀態，由原來的狀態決定，原來靜止就保持靜止，原來運動就保持勻速直線運動狀態
需要說明的:
1.牛頓第一定律不是由實驗直接得到的，它是在實驗的基礎上經過推理得到的
2.力是改變物體運動狀態的原因它不是維持物體運動的原因
物體的運動不需要力來維持
3.不能經過實踐檢驗，因為實際上不受力的環境是找不到的
對牛頓第一定律的理解
1．牛頓第一定律正確揭示了力和運動的關系，糾正了長期形成的“力是維持物體運動的原因”的錯誤觀點，明確指出了力是改變物體運動狀態的原因。
2．牛頓第一定律揭示了物體都有保持原來的靜止或勻速直線運動狀態的性質——慣性。
3．牛頓第一定律是由理想實驗加以科學推理得到的，但是，由它得出的結論，都經歷了廣泛、嚴謹的事實的檢驗。
4．牛頓第一定律是自然界中的普遍規律，“一切物體”是指宇宙中所有物體，不論物體是固體、液體還是氣體。
5．物體運動狀態的變化即物體運動速度的變化，有以下三種情況：
(1)速度的方向不變，只有大小改變。(物體做直線運動)
(2)速度的大小不變，只有方向改變。(物體做勻速曲線運動)
(3)速度的大小和方向同時發生改變。(物體做變速曲線運動)
(1)牛頓第一定律所描述的是物體不受外力作用時的狀態，與物體所受合外力為零是等效的。
(2)牛頓第一定律不是實驗定律，它是在理想實驗的基礎上總結得出的。
(3)牛頓第一定律只適用于慣性參考系中的運動，在非慣性參考系中不適用。
特別提醒
慣性與質量
2.一切物體都具有慣性。慣性是物體的固有性質，牛頓
第一定律又叫慣性定律。
1.慣性概念: 物體有保持原來的勻速直線運動狀態或靜止狀態的性質，這種性質叫慣性。
5. 慣性大小的意義：
物體保持原來狀態“能力”的大小。慣性越大，保持原來狀態“能力”越大，運動狀態越難改變；慣性越小，保持原來狀態的“能力”就越小，運動狀態就容易改變。
3．慣性的大小
質量是物體慣性大小的量度。質量越大，慣性越大；質量越小，慣性越小；質量不變，慣性不變。
4．對質量的理解
(1)從物質的角度理解：質量為物體所含物質的多少。
(2)從慣性的角度理解：質量是決定物體慣性大小的唯一因素。
不同質量的物體，慣性的大小是不一樣的。也就是說，不同物體維持其原有運動狀態的“能力” 不同，質量大的物體慣性大。描述物體慣性的物理量是它的質量。
質量只有大小，沒有方向，是標量。在國際單位制中，質量的單位是千克，符號為kg。
對慣性的理解及應用
1．慣性現象的“一只”“二有”“三區別”
(1)“一只”：慣性的大小只跟物體的質量有關。
(2)“二有”：慣性是一切物體固有的屬性；物體在任何情況下都有慣性。
(3)“三區別”：慣性與第一定律的區別；慣性與力的區別；慣性與速度的區別。
2．慣性與力的關系
(1)慣性不是力，而是物體本身固有的一種性質，因此說“物體受到了慣性作用”“產生了慣性”“受到慣性力”等都是錯誤的。
(2)力是改變物體運動狀態的原因，慣性是維持物體運動狀態的原因。力越大，運動狀態改變越快；慣性越大，運動狀態越難改變。
(3)慣性與物體的受力情況無關。
3．慣性與速度的關系
(1)慣性與運動狀態無關，不論物體是處于怎樣的運動狀態，慣性總是存在的，當物體靜止時，它一直“想”保持這種靜止狀態；當物體運動時，它一直“想”以那一時刻的速度做勻速直線運動。
(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。
4．慣性的“兩表現”
(1)不受外力的條件下，慣性表現出“保持” “原來的”運動狀態。
(2)在受力條件下，慣性表現出運動狀態改變的難易程度，質量越大，慣性越大，運動狀態越難改變。
5．慣性與慣性定律的關系
(1)慣性不是慣性定律，慣性沒有條件限制，是物體的一種固有屬性。
(2)慣性定律是物體不受外力作用時物體運動所遵守的一條規律。
(1)明確要研究的是哪個物體或物體的哪一部分，它原來處于什么運動狀態。
(2)確定外力作用在此物體的什么位置，物體在此位置的運動狀態發生了怎樣的變化。
(3)由于慣性的原因，物體上沒受力的部分保持原運動狀態。
(4)物體的不同部分運動狀態不同，引起了慣性現象的出現。
處理慣性問題的一般方法
拓展學習
慣性參考系
在桌面上放置一張紙和一個小鋼球，小鋼球靜止在紙面上。如果突然迅速拉動紙的一邊，雖然小鋼球相對桌面的位置幾乎不變，但是如果只關注紙面及其上的小鋼球時，你會發現小鋼球相對于紙面向相反的方向運動。
當紙相對于桌面加速運動時，如果以這張紙為參考系來觀察，小鋼球相對于紙面的運動狀態在改變。按照牛頓第一定律，小鋼球的運動狀態發生改變，說明小鋼球在水平方向上應該受到力的作用。但實際上，小鋼球只受到豎直方向的重力和支持力，水平方向幾乎不受力，這不是和牛頓第一定律相矛盾嗎？
若以地面為參考系，上述矛盾則不會存在。因為，在紙加速運動的過程中，盡管小鋼球相對于紙面的運動狀態在改變，但它相對于地面的位置并沒有變化，因而仍然保持靜止狀態。這與用牛頓第一定律分析得到的結論是一致的。對于同一個物體的運動，為何會得到兩種不同的分析結果呢？
這是由于我們觀察物體的運動時所選擇的參考系不同。牛頓第一定律是否成立與選擇什么參考系有關。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或靜止狀態，這樣的參考系叫作慣性參考系，簡稱慣性系。以加速運動的紙為參考系，牛頓第一定律并不成立，這樣的參考系叫作非慣性系。
學以致用
例1　關于牛頓第一定律，下列說法正確的是( )
A. 牛頓第一定律是實驗定律
B. 牛頓第一定律說明力是改變物體運動狀態的原因
C. 慣性定律與慣性的實質是相同的
D. 物體的運動不需要力來維持
答案：BD
解析：A. 牛頓第一定律是在實驗的基礎上進一步的推理概括出來的科學理論，而不是直接通過實驗得出的，故A錯誤；
B. 由牛頓第一定律可知，當物體不受力或受平衡力時，物體將處于靜止狀態或勻速直線運動狀態，因此力是改變物體運動狀態的原因，故B正確；
C. 慣性是物體保持原來運動狀態不變的性質，慣性定律（即牛頓第一定律）則反映物體在一定條件下的運動規律，故C錯誤；
D. 牛頓第一定律告訴我們，一切物體在沒有受到外力作用下，總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態，故D正確。
例2　關于力和運動的關系，下列說法正確的是( )
A.物體不受力時，一定處于靜止狀態
B.物體運動狀態改變時，一定受到力的作用
C.物體運動速度越大，其慣性一定越大
D.物體受到非平衡力作用時，其運動狀態一定不變
答案：B
解析：A、物體不受力時，總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，故A錯誤；
B、力是改變物體運動狀態的原因，物體運動狀態改變時，一定受到力的作用，故B正確；
C、慣性大小只跟物體的質量大小有關，跟物體是否受力、是否運動、運動速度等都沒有關系，故C錯誤；
D、物體受到非平衡力一定改變運動狀態，故D錯誤。
故選B。
例3 下列關于慣性的說法正確的是( )
A.靜止的火車啟動時，速度變化慢，是因為靜止的物體慣性大的緣故
B.高速運動的汽車不能很快地停下來，是因為汽車的速度越大，慣性也越大
C.乒乓球可以快速抽殺，是因為乒乓球的慣性小
D.在宇宙飛船中的物體不存在慣性
答案：C
解析：A、質量是物體慣性大小的唯一的量度，質量越大，物體的慣性越大，與物體的運動狀態無關，故A錯誤；
B、質量是物體慣性大小的唯一的量度，與物體的運動狀態無關，故B錯誤；
C、乒乓球可以快速抽殺，是因為乒乓球的質量小，慣性小，故C正確；
D、在宇宙飛船中的物體有質量，則有慣性，故D錯誤；
例4（2021·北京·人大附中高一期末）下列對牛頓第一定律的理解正確的是（　?。?br/>A．地球上不存在不受力的物體，所以牛頓第一定律沒有實際意義
B．不受力的物體運動狀態有可能改變
C．公共汽車緊急剎車時乘客站著比坐著容易摔倒是因為站著比坐著慣性大
D．慣性是指物體有保持原來運動狀態的性質，與物體的運動狀態是否改變無關
【參考答案】D
例5（多選）（2022·陜西·長安一中高一期末）17世紀，意大利物理學家伽利略根據斜面實驗指出：在水平面上運動的物體之所以會停下來，是因為受到摩擦阻力的緣故，你認為下列說法正確的是（　?。?br/>A．該實驗是一理想實驗，是在思維中進行的，無真實的實驗基礎，故其結果是荒謬的
B．該實驗是以可靠的事實為基礎，經過抽象思維，抓住主要因素，忽略次要因素，從而更深刻地反映自然規律
C．該實驗證實了亞里士多德“力是維持物體運動的原因”的結論
D．該實驗反映了“力是改變物體運動狀態的原因”這一物理規律
【參考答案】BD
例6（2021·廣東·新會陳經綸中學高一階段練習）如圖所示，一個劈形物體M，各面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在劈形物體上表面上放一光滑小球m，劈形物體從靜止開始釋放，則小球在碰到斜面前的運動軌跡是（　?。?br/>A．沿斜面向下的直線
B．豎直向下的直線
C．無規則直線
D．拋物線
【參考答案】B
例7 公安部門要求小型客車的駕駛員和前排乘客必須使用安全帶。汽車安全帶的作用是（ ）
A．防止慣性的產生
B．防止汽車啟動時把人從后面甩出去
C．防止汽車速度突然增大時人向前“沖去”
D．急剎車時，對人體運動起到緩沖作用
【參考答案】D
例8 關于慣性，下列說法正確的是（　　）
A．公共汽車緊急剎車時乘客向前傾倒，說明其受到慣性力的作用
B．短跑運動員最后沖刺時很難立即停下來，是因為速度越大慣性越大
C．慣性的大小僅與質量有關，質量越大，慣性越大
D．把手中的球由靜止釋放后，球能豎直下落，是由于球具有慣性
【參考答案】C
完成課后相關練習

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