新教材物理教科版課件41牛頓第一定律

第四章牛頓運(yùn)動定律

1.牛頓第一定律

必備知識·自主學(xué)習(xí)一、亞里士多德的理論、伽利略的研究【情境思考】隨著科技的不斷發(fā)展,伽利略的“理想實(shí)驗(yàn)”能否變成真正的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?提示:不能,絕對光滑不可能實(shí)現(xiàn)。1.對力與運(yùn)動關(guān)系的認(rèn)識過程比較漫長,把下列代表人物與其觀點(diǎn)對應(yīng)連線。2.(1)斜面實(shí)驗(yàn):讓靜止的小球從第一個(gè)斜面滾下,沖上第二個(gè)斜面,如果沒有摩擦,小球?qū)⑸仙絖______。減小第二個(gè)斜面的傾角,小球滾動的距離增大,但所達(dá)到的高度_____。當(dāng)?shù)诙€(gè)斜面放平,小球?qū)____________。(2)推理結(jié)論:力_____(選填“是”或“不是”)維持物體運(yùn)動的原因。原高度相同永遠(yuǎn)運(yùn)動下去不是二、牛頓第一定律、慣性及慣性大小的量度【情境思考】歷史上有人提出過這種環(huán)游世界的方式:游客乘坐熱氣球懸浮在一定高度,由于地球的自轉(zhuǎn),一晝夜就可以環(huán)游世界。這個(gè)設(shè)想可行嗎?提示:不行,熱氣球相對地面上的物體仍然保持靜止。1.牛頓第一定律:一切物體總保持_____________狀態(tài)或_____狀態(tài),直到有外力_______________________。2.慣性:一切物體都有保持原來_____________狀態(tài)或_____狀態(tài)的性質(zhì)。把物體本身要保持_____________的性質(zhì),叫作慣性。牛頓第一定律也叫作_____定律。3.慣性的表現(xiàn):___________________________。4.慣性的量度:對于任何物體,決定它們慣性大小的唯一因素就是它們的_____。(口訣:物體有慣性,不論動與靜。慣性是屬性,大小質(zhì)量定。)勻速直線運(yùn)動靜止迫使它改變這種狀態(tài)為止勻速直線運(yùn)動靜止運(yùn)動狀態(tài)不變慣性物體運(yùn)動狀態(tài)改變的難易程度質(zhì)量【易錯辨析】(1)必須有力作用在物體上,物體才會運(yùn)動。 ()(2)物體的運(yùn)動狀態(tài)改變指的是速度的改變。 ()(3)任何物體只要運(yùn)動狀態(tài)不變,它一定不受外力作用。 ()(4)物體運(yùn)動的速度越大,慣性越大。 ()(5)力無法改變物體的慣性。 ()×√××√關(guān)鍵能力·合作學(xué)習(xí)知識點(diǎn)一伽利略的理想實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?研究力和運(yùn)動的關(guān)系。2.實(shí)驗(yàn)方法:理想實(shí)驗(yàn)法。3.實(shí)驗(yàn)步驟:(1)讓小球從第一個(gè)斜面由靜止?jié)L下,沖上第二個(gè)斜面。(2)如果沒有摩擦,小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫艜r(shí)的高度。(3)減小第二個(gè)斜面的傾角,小球滾動的距離增大,但所達(dá)到的高度相同。(4)當(dāng)?shù)诙€(gè)斜面平放時(shí),小球?qū)⒂肋h(yuǎn)運(yùn)動下去。4.實(shí)驗(yàn)結(jié)論:力不是維持物體運(yùn)動的原因?！镜淅痉丁俊镜淅坷硐雽?shí)驗(yàn)有時(shí)更能深刻地反映自然規(guī)律。伽利略設(shè)計(jì)了一個(gè)如圖所示的理想實(shí)驗(yàn),他的設(shè)想步驟如下:①減小第二個(gè)斜面的傾角,小球在這個(gè)斜面上仍然要達(dá)到原來的高度;②兩個(gè)對接的斜面,讓靜止的小球沿一個(gè)斜面滾下,小球?qū)L上另一個(gè)斜面;③如果沒有摩擦,小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫诺母叨?④繼續(xù)減小第二個(gè)斜面的傾角,最后使它成為水平面,小球?qū)⒀厮矫娉掷m(xù)做勻速運(yùn)動。請將上述理想實(shí)驗(yàn)的設(shè)想步驟按照正確的順序排列________(只要填寫序號即可)。在上述的設(shè)想步驟中,有的屬于可靠的事實(shí),有的則是理想化的推論。下列有關(guān)事實(shí)和推論的分類正確的是________。A.①是事實(shí),②③④是推論B.②是事實(shí),①③④是推論C.③是事實(shí),①②④是推論D.④是事實(shí),①②③是推論【解析】本題是在可靠事實(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的推理,將實(shí)驗(yàn)理想化,并符合物理規(guī)律,得到正確的結(jié)論。②是可靠事實(shí),因此放在第一步,③①是在斜面上無摩擦的設(shè)想,最后推導(dǎo)出水平面上的理想實(shí)驗(yàn)④。因此正確順序是②③①④。②是事實(shí),①③④是推論,故選項(xiàng)B正確。答案:②③①④B【素養(yǎng)訓(xùn)練】(多選)關(guān)于伽利略的斜面實(shí)驗(yàn),下列描述正確的是 ()A.伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)對于任意斜面都適用,都可以使小球在另一個(gè)斜面上升到同樣的高度B.只有斜面光滑時(shí),才有可能重復(fù)伽利略斜面實(shí)驗(yàn)C.在伽利略斜面實(shí)驗(yàn)中,只有右側(cè)斜面“坡度”較緩才有可能使小球上升到同樣高度D.設(shè)想在伽利略斜面實(shí)驗(yàn)中,若斜面光滑,并且使右側(cè)斜面變成水平,則可以使小球沿水平面運(yùn)動到無窮遠(yuǎn)處【解析】選B、D。在伽利略斜面實(shí)驗(yàn)中,必須是阻力不計(jì)(斜面光滑)時(shí),小球才能在另一個(gè)斜面上升到相同高度,而不用管另一個(gè)斜面的傾角多大,所以A、C項(xiàng)錯,B項(xiàng)正確;當(dāng)右側(cè)斜面的傾角減小到0°時(shí),小球仍欲在右側(cè)斜(水平)面上升到同樣高度,所以D項(xiàng)中的設(shè)想是合理的?！炯庸逃?xùn)練】1.伽利略理想實(shí)驗(yàn)揭示了 ()A.若物體運(yùn)動,那么它一定受力B.力不是維持物體運(yùn)動的原因C.只有受力才能使物體處于靜止?fàn)顟B(tài)D.只有受力才能使物體運(yùn)動【解析】選B。伽利略理想實(shí)驗(yàn)指出:如果水平面沒有摩擦,那么在水平面上的物體一旦獲得某一速度,物體將保持這一速度一直運(yùn)動下去,而不需要外力來維持,運(yùn)動和靜止都不需力來維持,故B正確,A、C、D錯誤。2.在物理學(xué)史上,正確認(rèn)識運(yùn)動和力的關(guān)系且推翻“力是維持物體運(yùn)動的原因”這個(gè)觀點(diǎn)的物理學(xué)家和建立慣性定律的物理學(xué)家分別是 ()A.亞里士多德、伽利略B.伽利略、牛頓C.伽利略、笛卡兒D.亞里士多德、笛卡兒【解析】選B。伽利略通過“理想斜面”實(shí)驗(yàn)推翻了“力是維持物體運(yùn)動的原因”的觀點(diǎn),而牛頓在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過邏輯推理,歸納總結(jié)出了牛頓第一定律,即慣性定律,故B正確。知識點(diǎn)二牛頓第一定律1.牛頓第一定律內(nèi)容:一切物體總保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。2.牛頓第一定律的內(nèi)涵:(1)牛頓第一定律揭示了一切物體都具有保持原來運(yùn)動狀態(tài)的性質(zhì)——慣性。運(yùn)動的物體會保持原速度勻速直線運(yùn)動,靜止的物體會保持靜止。(2)力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因,只有受到力的作用,物體的運(yùn)動狀態(tài)才會改變。3.運(yùn)動狀態(tài):(1)描述物體運(yùn)動狀態(tài)的唯一因素——速度。(2)速度是一個(gè)矢量,既有大小又有方向,所以運(yùn)動狀態(tài)改變有如下三種情況:①速度的大小變化,方向不變。②速度的方向變化,大小不變。③速度的大小和方向同時(shí)改變?！镜淅痉丁俊镜淅咳绻诳罩凶杂上侣涞奈矬w的重力突然消失,那么它的運(yùn)動狀態(tài)應(yīng)該是 ()A.懸浮在空中不動B.運(yùn)動速度逐漸減小C.做豎直向下的勻速直線運(yùn)動D.以上三種情況都有可能【解析】選C?？罩凶杂上侣涞奈矬w僅受重力作用,如果重力突然消失,它就不受外力作用,撤去外力作用的物體應(yīng)該保持它撤去外力時(shí)的運(yùn)動狀態(tài),所以該物體應(yīng)該做豎直向下的勻速直線運(yùn)動,C正確。【素養(yǎng)訓(xùn)練】(多選)關(guān)于牛頓第一定律的理解正確的是 ()A.牛頓第一定律反映了物體不受外力的作用時(shí)的運(yùn)動規(guī)律B.不受外力作用時(shí),物體的運(yùn)動狀態(tài)保持不變C.在水平地面上滑動的木塊最終停下來,是由于沒有外力維持木塊運(yùn)動的結(jié)果D.飛跑的運(yùn)動員,由于遇到障礙而被絆倒,這是因?yàn)樗艿酵饬ψ饔闷仁顾淖冊瓉淼倪\(yùn)動狀態(tài)【解析】選A、B、D。牛頓第一定律反映了物體在不受外力作用時(shí)將保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),故A正確;不受外力作用時(shí),由于慣性的作用,物體的運(yùn)動狀態(tài)保持不變,故B正確;水平地面上滑動的木塊最終要停下來,是因?yàn)槟緣K受到了摩擦力的作用,故C錯誤;力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因,故物體運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變時(shí),一定受到了外力的作用,飛跑的運(yùn)動員,由于遇到障礙而被絆倒,這是因?yàn)樗艿酵饬ψ饔闷仁顾淖冊瓉淼倪\(yùn)動狀態(tài),故D正確?！炯庸逃?xùn)練】關(guān)于牛頓第一定律,下列說法正確的是 ()A.牛頓第一定律可以用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證B.由于不受力的物體不存在,因此牛頓第一定律沒有實(shí)際意義C.牛頓第一定律就是慣性D.當(dāng)物體受到的外力為零時(shí),物體可能做勻速直線運(yùn)動【解析】選D。牛頓第一定律是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上推理概括出來的科學(xué)理論,而不是直接通過實(shí)驗(yàn)得出的,但它符合物理規(guī)律,故有一定的物理意義,A、B錯誤;牛頓第一定律是描述運(yùn)動和力的關(guān)系的定律,慣性是物體的性質(zhì),C錯誤;由牛頓第一定律的內(nèi)容可知D正確。知識點(diǎn)三慣性與質(zhì)量1.慣性的“三性”:普遍性一切物體都有慣性,慣性是物體的固有屬性相關(guān)性慣性僅與質(zhì)量有關(guān)唯一性質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度提醒:慣性大小的唯一影響因素是質(zhì)量,與速度、力、運(yùn)動狀態(tài)、所處位置等其他一切因素均無關(guān)系。2.慣性與慣性定律:慣性慣性定律基本含義物體本身固有的一種屬性物體運(yùn)動的規(guī)律(牛頓第一定律)理解要點(diǎn)①與是否運(yùn)動無關(guān),與速度大小無關(guān)②與是否受力無關(guān)③與所在位置無關(guān)④只與質(zhì)量有關(guān)①無法用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證,它所描述的是一種理想狀態(tài),即不受力的狀態(tài)②當(dāng)物體所受合力為0時(shí),其效果跟不受力作用相同,但“所受合力為0”不能說成“不受力作用”與力的關(guān)系①無關(guān)②慣性不是一種特殊的力強(qiáng)調(diào)了力的作用效果——改變運(yùn)動狀態(tài)(產(chǎn)生加速度)提醒:物體具有慣性是沒有附加限制條件的,而慣性定律是一種規(guī)律?！镜淅痉丁俊镜淅咳鐖D所示,在勻速行駛的火車車廂內(nèi),有一人從B點(diǎn)正上方相對車廂靜止釋放一個(gè)小球,不計(jì)空氣阻力,則小球 ()A.可能落在A處B.一定落在B處C.可能落在C處 D.以上都有可能【解析】選B。由于慣性,小球在水平方向保持與火車相同的速度,因此在下落時(shí)間內(nèi),兩者水平位移相等,即落回到B點(diǎn),故B正確。【素養(yǎng)訓(xùn)練】漫畫中的情景在公交車急剎車時(shí)常會出現(xiàn)。為提醒乘客注意,公交公司征集到幾條友情提示語,其中對慣性的理解正確的是 ()A.站穩(wěn)扶好,克服慣性B.穩(wěn)步慢行,避免慣性C.當(dāng)心急剎,失去慣性 D.謹(jǐn)防意外,慣性恒在【解析】選D。慣性是具有的保持原來運(yùn)動狀態(tài)的性質(zhì),是物體固有的屬性,不能被克服或避免,也不會失去,故A、B、C錯誤;當(dāng)公交車突然剎車時(shí),公交車和乘客的腳同時(shí)受到阻力的作用而停止運(yùn)動,而乘客的上半身由于慣性,繼續(xù)保持向前的運(yùn)動狀態(tài)而向前傾倒,所以謹(jǐn)防意外,慣性恒在是對慣性的正確理解。故D正確?！炯庸逃?xùn)練】打水漂是人類最古老的游戲之一(如圖),僅需要一塊小瓦片,在手上呈水平放置后,用力水平飛出,瓦片擦著水面飛行,瓦片不斷地在水面上向前彈跳,直至下沉。下列判斷正確的是 ()A.飛出時(shí)的初速度越大,瓦片的慣性一定越大B.飛行時(shí)所用時(shí)間越長,瓦片的慣性一定越大C.飛出去的距離越長,瓦片的慣性一定越大D.瓦片的質(zhì)量越大,慣性一定越大【解析】選D。慣性是物體本身具有的一種性質(zhì),慣性的大小只與物體的質(zhì)量有關(guān),所以瓦片的質(zhì)量越大,慣性一定越大,與初速度、時(shí)間、飛行距離無關(guān),故A、B、C錯誤,D正確?！就卣估}】考查內(nèi)容:慣性的應(yīng)用實(shí)例【典例】如圖所示是一種汽車安全帶控制裝置的示意圖,當(dāng)汽車處于靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)時(shí),擺錘豎直懸掛,鎖棒水平,棘輪可以自由轉(zhuǎn)動,安全帶能被拉動。當(dāng)汽車突然剎車時(shí),擺錘由于慣性繞軸擺動,使得鎖棒鎖定棘輪的轉(zhuǎn)動,安全帶不能被拉動。若擺錘從圖中實(shí)線位置擺到虛線位置,汽車可能的運(yùn)動方向和運(yùn)動狀態(tài)是 ()A.向左行駛,突然剎車B.向右行駛,突然剎車C.向左行駛,勻速直線運(yùn)動D.向右行駛,勻速直線運(yùn)動【解析】選B。當(dāng)汽車勻速行駛時(shí),擺錘與汽車無相對運(yùn)動,所以不會向右擺動,故C、D錯誤;當(dāng)汽車向右行駛,突然剎車時(shí),車速減小,而擺錘由于慣性仍保持原有的速度向右運(yùn)動,故A錯誤,B正確。力與運(yùn)動的關(guān)系的探索亞里士多德（前384-前322）伽利略（1564-1642）笛卡爾（1596-1650）牛頓（1643-1727）必須有力的作用在物體上，物體才能運(yùn)動；沒有力的作用，物體就要靜止在一個(gè)地方由理想斜面實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：力不是維持物體運(yùn)動的原因如果運(yùn)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(yùn)動，既不停下來也不偏離原來的方向物體總保持勻速直線運(yùn)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)【生活情境】情境:在雜技表演中有一個(gè)節(jié)目叫“胸口碎大石”,讓一個(gè)人躺在兩個(gè)凳子上,找一塊大石頭壓在人身上,然后另一個(gè)人用大錘砸石頭,把石頭砸成幾塊。探究:這個(gè)節(jié)目所選石頭,在人能承受的范圍內(nèi),是越大越好還是越小越好?為什么?情境·模型·素養(yǎng)【解析】因?yàn)槭^質(zhì)量越大,其慣性就越大。石頭的運(yùn)動狀態(tài)就越難改變,所以人受到的附加沖擊力越小。故節(jié)目所選石頭越大越好。答案:見解析【生活情境】情境:熱愛勞動的同學(xué)應(yīng)該都接觸過這樣一個(gè)現(xiàn)象:錘頭松了,錘柄在板凳撞幾下,錘頭就緊緊套在錘柄上。探究:(1)解釋一下為什么會這樣?(2)是錘頭在下效果好,還是錘柄在下效果好?【解析】(1)錘柄撞擊板凳后停止運(yùn)動,錘頭由于慣性會繼續(xù)向下運(yùn)動。(2)錘柄在下效果好。錘頭的質(zhì)量大,慣性大,能夠相對運(yùn)動得更遠(yuǎn)。答案:見解析課堂檢測·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.(多選)科學(xué)家關(guān)于物體運(yùn)動的研究對樹立正確的自然觀具有重要作用。下列說法符合歷史事實(shí)的是 ()A.亞里士多德認(rèn)為,必須有力作用在物體上,物體的運(yùn)動狀態(tài)才會改變B.伽利略通過“理想實(shí)驗(yàn)”得出結(jié)論:一旦物體具有一定速度,如果它不受力,它將以這一速度永遠(yuǎn)運(yùn)動下去C.笛卡兒指出:如果運(yùn)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(yùn)動,既不停下來也不偏離原來的方向D.牛頓認(rèn)為,物體具有保持原來勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)【解析】選B、C、D。亞里士多德認(rèn)為物體的運(yùn)動需要力來維持,A錯誤;伽利略通過“理想實(shí)驗(yàn)”得出:一旦物體具有某一速度,如果它不受力,它將以這一速度永遠(yuǎn)運(yùn)動下去,B正確;笛卡兒指出:如果運(yùn)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(yùn)動,既不停下來也不偏離原來的方向,C正確;由牛頓第一定律知,D正確。2.就一些實(shí)際生活中的現(xiàn)象,某同學(xué)試圖從慣性角度加以解釋,其中正確的是()A.采用了大功率的發(fā)動機(jī)后,某些一級方程式賽車的速度甚至能超過某些老式螺旋槳飛機(jī)的速度。這表明,可以通過科學(xué)進(jìn)步使小質(zhì)量的物體獲得大慣性B.射出槍膛的子彈在運(yùn)動相當(dāng)長一段距離后連一件棉衣也穿不透,這表明它的慣性變小了C.貨運(yùn)列車運(yùn)行到不同的車站時(shí),經(jīng)常要摘下或加掛一些車廂,這會改變它的慣性D.摩托車轉(zhuǎn)彎時(shí),車手一方面要控制適當(dāng)?shù)乃俣?另一方面要將身體稍微向里傾斜,通過調(diào)控人和車的慣性達(dá)到轉(zhuǎn)彎的目的【解析】選C。質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度,質(zhì)量越大,慣性越大,故A、B、D錯誤,C正確。3.我國《道路交通安全法》規(guī)定:各種小型車輛前排乘坐的人(包括司機(jī))必須系好安全帶,這是因?yàn)?(