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第四章牛顿运动定律一、牛顿第一定律［要点导学］1．人类研究力与运动间关系的历史过程。要知道伽利略的成功在于把“明明白白的实验事实和清清楚楚的逻辑推理结合在一起”，物理学从此走上了正确的轨道。2．力与运动的关系。（1）历史上错误的认识是“运动必须有力来维持”（2）正确的认识是“运动不需要力来维持，力是改变物体运动状态的原因”。3．对伽利略的理想实验的理解。这个实验的事实依据是运动物体撤去推力后没有立即停止运动，而是运动一段距离后再停止的，摩擦力越小物体运动的距离越长。抓住这些事实依据的本质属性，并作出合理化的推理，这就是伽利略的高明之处，我们要学习的就是这种思维方法。4．对“改变物体运动状态”的理解——运动状态的改变就是指速度的改变，速度的改变包括速度大小和速度方向的改变，速度改变就意味着存在加速度。5．维持自己的运动状态不变是一切物体的本质属性，这一本质属性就是惯性。揭示物体的这一本质属性是牛顿第一定律的伟大贡献之一。6．掌握牛顿第一定律的内容。（1）“一切物体总保持匀速直线运动或者静止状态”——这句话的意思就是说一切物体都有惯性。（2）“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”——这句话的意思就是外力是产生加速度的原因。7．任何物理规律都有适用范围，牛顿运动定律只适用于惯性参照系。8．质量是惯性大小的量度。［范例精析］例1关于惯性，下列说法中正确的是（）A．速度大的物体不能很快地停下来，是因为物体速度越大，惯性越大B．小球在做自由落体运动时，没有惯性C．乒乓球的运动状态容易改变，是因为乒乓球惯性较小的缘故D．物体受到的外力越大，其惯性越小，受到的外力越小，惯性越大解析：物体的惯性仅由其质量决定，一切物体都有惯性，与它是否受力及运动情况均无关．此题正确答案为C．乒乓球的运动状态容易改变，是因为其质量小惯性小的缘故．拓展：①惯性是物体本身固有的属性，质量是物体惯性大小的量度．②火车在平直轨道上匀速行驶，车厢内有一个人向上跳起，发现仍落回车上原处，这是因为（）A．人跳起后，车厢内空气给他以向前力，使他随与同火车一起向前运动B．人跳起的瞬间，车厢地板给他一个向前的力，使他与火车一起向前运动C．人跳起后，车在继续向前运动，所以人落下后必定偏后一些，只有由于时间很短，不明显而已D．从人跳起后仍落到回车上原处，这是由于人有惯性，在水平方向上始终和车具有相同的速度本题提示：人在水平方向匀速运动的原因是人有惯性，所以正确答案是D。例2下列说法正确的是（）A.物体处于静止时才有惯性B.物体只受到一个力的作用，其运动状态一定改变C.没有力的推动作用，小车就不能运动D.汽车的速度越大则惯性越大解析：原来运动的小车如果没有外力作用，就会保持自己的匀速运动状态，所以A选项是错的；物体只受一个力作用，就是说它有外力作用，所以运动状态一定改变，B选项正确；物体的惯性大小仅由质量决定，与物体的运动状态无关，所以CD选项都是错的。本题正确选项为B。拓展：物体的惯性是指物体保持自己原有的运动状态的性质，物体的质量越大，它的运动状态越难改变。物体的速度越大，要它停下来越不容易，但这并不意味着它的运动状态越难改变。目前情况下，我们只能说惯性的大小与运动状态无关，今后我们会知道运动状态难改变的意思是外力一定时产生的加速度小。例3如果正在作自由落体运动的物体的重力忽然消失，那么它的运动状态应该是（）A．悬浮在空中不动B．运动速度逐渐减小C．作竖直向下的匀速直线运动D．以上三种情况都有可能解析：作自由落体运动的物体仅受重力作用，如果重力忽然消失，它就不受外力作用，撤去外力作用的物体应该保持它撤消外力时的运动状态，所以该物体应该作竖直向下的匀速直线运动。本题目正确选项是C。拓展：自由落体运动的物体如果是在刚释放的瞬时重力忽然消失，或者是竖直上抛的物体运动到最高点时重力忽然消失，那么物体就会悬浮在空中不动。例4地球自西向东转，地球上的固体、水和空气都在自西向东转动。假如地球忽然停止转动，请你说说会发生哪些自然灾害？（至少说出两个）解析：1、正常行驶的火车会忽然向东倾倒，因为火车原来具有自西向东的速度，地球忽然停止转动时，火车具有惯性，要保持原来的运动状态，结果就会向东倾倒。2、全球会刮起很大的西风，因为空气也有惯性，地球停止转动了，而空气要保持原来的运动状态，空气继续向东运动，就刮大西风。拓展：尽管地球不会停止转动，但是这类问题的讨论可以激发我们的想象力，使我们学到的知识在一种全新的情景下得到应用。上述问题中，我们还可以说说海水将怎么样运动。有兴趣的同学还可以以此为话题写一篇科幻小说，或者编一部科幻课本剧。例5有一位古代哲学家曾经把自然界的运动分为两种：一种是天然运动，轻的东西如气、火向上走，重的东西如水、土向下跑，这是天然运动。它是由于物体的本性决定的，一旦物体达到了自己天然的位置，就不再有运动的倾向了。另一种是受迫运动，如水平地面上的马车，只有马的拉力才能迫使马车运动，这样的运动是受迫运动。地面上物体的运动都有是受迫运动。外力一旦消失，受迫运动也就停止了。请你说说这位哲学家的思想有哪些闪光点？解析：（1）这位哲学家对错综复杂的自然现象进行详细的观察，并且对观察的结果进行分类的做法是可贵的。（2）他在研究轻的东西时提出了物体的本性，这对后人认识物体的惯性是一个可贵的提示。拓展：现在我们都知道这位哲学家的观点是错误的，但决不能因此而看不到他对科学研究的贡献。伽利略曾说：“老实说，我赞成看亚里士多德的箸作，并精心进行研究，我只是责备那些把自己完全沦为亚里士多德奴隶的人。”例6正在行驶的火车车厢内,有一人相对车厢静止释放一小球(图4-1-1),则小球会落在：（）A、可能落在A处B、可能落在B处C、可能落在C处D、以上都有可能解析：受思维定势影响：由于惯性火车、小球保持原来运动的状态，小球会落在B处。其实，正在行驶的火车怎样运动未知，可能加速、匀速、减速，所以小球落在A、B、C处都有可能。本题目正确选项是D。拓展：解题时需认真审题，弄清题意。［能力训练］1、一切物体总保持_______状态或________状态，除非__________________，这就是牛顿第一定律．牛顿第一定律揭示了运动和力的关系：力不是_________的原因，而是______________的原因．匀速直线运动、静止、作用在它上面的力迫使它改变这种运动状态、维持运动、改变运动状态2、物体的这种保持_________或__________的性质叫做惯性，惯性是物体的____性质．匀速直线运动、静止状态、固有3、理想实验是科学研究中的__________方法，它把___________和__________结合起来，可以深刻地揭示________________．一种重要、可靠的事实、合理的推论、自然规律4、关于伽利略的理想实验，下列说法正确的是（BD）A．只要接触面相当光滑，物体在水平面上就能匀速运动下去B．这个实验实际上是永远无法做到的C．利用气垫导轨，就能使实验成功D．虽然是想象中的实验，但是它建立在可靠的实验基础上5、下列事例中利用物体惯性的是（AD）A．跳远运动员在起跳前的助跑运动B．跳伞运动员在落地前打开降落伞C．自行车轮胎做成凹凸不平的形状D．铁饼运动员在掷出铁饼前快速旋转6、下列关于惯性的说法中，正确的是（D）A．汽车刹车时，乘客的身子会向前倾斜，是因为汽车有惯性B．做匀速直线运动的物体和静止的物体没有惯性C．物体的惯性只有在物体速度改变时才表现出来D．物体都具有惯性，与物体是否运动无关，与物体速度是否变化也无关7、门窗紧闭的火车在平直轨道上匀速行驶，车厢内有一人竖直上跳起后仍落会原处，这是因为（CD）A．人起跳后，车厢底板仍然对他有向前的推力B．人起跳后，车厢中的空气对他有向前的推力C．人起跳后，在火车运动方向上仍具有与火车相同的速度D．人起跳后，在水平方向上没有受到力的作用8、小孩在向前行驶的轮船的密封船舱内竖直方向上抛出一个小球，结果小球落到了抛出点的后面，这是因为（B）A．小球离开小孩后，不具备向前的速度B．轮船正向前加速运动C．轮船正向前减速运动D．小球在空中运动时失去惯性9、下列情况中，物体运动状态发生改变的有（BCD）A．物体在斜面上匀速下滑B．在粗糙水平面上运动的物体逐渐停下来C．物体以大小不变的速度通过圆弧轨道D．物体以恒定的加速度做自由落体运动10、下列关于力和运动关系的说法中，正确的是（AC）A．物体做曲线运动，一定受到了力的作用B．物体做匀速运动，一定没有力作用在物体上C．物体运动状态的改变，一定受到了力的作用D．物体受到摩擦力的作用，运动状态一定会发生变化11、理想实验有时更能深刻地反映自然规律。伽利略设想了一个理想实验，其中有一个是经验事实，其余是推论。可参考图4-1-2。①减小第二个斜面的倾角，小球在这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时的高度④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面作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②③①④（只要写序号即可）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。下列关于事实和推论的分类正确的是（B）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12、如图4-1-3所示，一个劈形物体M，各面均光滑，放在固定的粗糙斜面上，上表面成水平，在水平面上放一光滑小球m,劈形物体从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是(B)A.沿斜面向下的直线B.竖直向下的直线C.无规则曲线D.抛物线13.有一仪器中电路如图4-1-4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,当汽车启动时,哪只灯亮?当汽车急刹车时哪只灯亮?为什么?当汽车启动时,绿灯亮；当汽车急刹车时，红灯亮14、如图4-1-5所示，物块A、B叠放在一起，在10N的水平拉力的作用下沿水平面匀速向右运动，物块A受哪几个力的作用?物块B受哪几个力的作用？水平面对物块B的摩擦力多大？A受二个力、B受五个力、10N15、一列在水平轨道上匀速运动的火车，在车厢内的水平桌面上放一小球，若车内旅客突然发现小球向火车头方向运动，试说明火车的运动情况。以这列火车为参照系，牛顿第一定律是否成立？二、实验：探究加速度与力、质量的关系［要点导学］1．实验目的：探究加速度与外力、质量三者的关系。这个探究目的是在以下两个定性研究的基础上建立起来的。（1）小汽车和载重汽车的速度变化量相同时，小汽车用的时间短，说明加速度的大小与物体的质量有关。（2）竞赛用的小汽车与普通小轿车质量相仿，但竞赛用的小车能获得巨大的牵引力，所以速度的变化比普通小轿车快，说明加速度的大小与外力有关。2．实验思路：本实验的基本思路是采用控制变量法。（1）保持物体的质量不变，测量物体在不同外力作用下的加速度，探究加速度与外力的关系。探究的方法采用根据实验数据绘制图象的方法，也可以彩比较的方法，看不同的外力与由此外力产生的加速度的比值有何关系。（2）保持物体所受的力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，探究加速度与力的关系。探究的方法采用根据实验数据绘制图象的方法。3．实验方案：本实验要测量的物理量有质量、加速度和外力。测量质量用天平，需要研究的是怎样测量加速度和外力。（1）测量加速度的方案：采用较多的方案是使用打点计时器，根据连续相等的时间T内的位移之差Δx=aT2求出加速度。条件许可也可以采用气垫导轨和光电门。教材的参考案例效果也比较好。（2）提供并且测量物体所受的外力的方案：由于我们上述测量加速度的方案只能适用于匀变速直线运动，所以我们必须给物体提供一个恒定的外力，并且要测量这个外力。教材的参考案例提供的外力比较容易测量，采用这种方法是不错的选择。4．对实验结果的分析是本实验的关键。如果根据实验数据描出的a-F图象和a-1/m图象都非常接近一条通过原点的直线，也只能说我们的实验结