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牛顿第一定律基础知识一、牛顿第一定律1、理想实验的魅力（1）两千多年前对力和运动的关系的认识亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因.人们由于观测方法、手段有限，主要凭“直觉+观察”得出这样一个错误结论.（2）伽利略的观点：在水平面上的物体，设想没有摩擦，一旦物体具有某一速度，物体将保持这个速度继续运动下去.①伽利略的理想斜面实验②伽利略的思想方法伽利略用“实验+科学推理”的方法推翻了亚里士多德的观点.2、牛顿物理学的基石——牛顿第一定律牛顿总结了伽利略等人的工作，并提出了三条运动定律，下面是牛顿第一定律：牛顿第一定律（惯性定律）（1）内容：一切物体总是保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。（2）理解：①明确了惯性的概念：定律前半句话“一切物体总是保持匀速直线运动状态或静止状态”，揭示了物体所具有的一个重要属性——惯性，即物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质，牛顿第一定律指出一切物体在任何情况下都具有惯性.因此牛顿第一定律又叫惯性定律.②确定了力的含义：定律的后半句话“直到有外力迫使它改变这种状态为止”，实际上是对力的定义，即力是改变物体运动状态的原因，并不是维持物体运动的原因.注：力是改变物体运动状态的原因。（运动状态指物体的速度）又根据加速度定义：tva，有速度变化就一定有加速度，所以可以说：力是使物体产生加速度的原因。（不能说“力是产生速度的原因”、“力是维持速度的原因”，也不能说“力是改变加速度的原因”。）③定性揭示了力和运动的关系：牛顿第一定律指出物体不受外力作用时的运动规律，它描述的只是一种理想状态，而实际不受外力的物体是不存在的，当物体所受合外力为零时，其效果跟不受外力的作用相同，但是，我们不能把“不受外力作用”理解为“合外力为零”.3、惯性与质量惯性（1）定义：物体的这种保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性.（2）理解：①惯性是物体的固有属性：一切物体都具有属性②惯性与物体的运动状态无关.不管物体处于怎样的运动状态，惯性总是存在的.当物体静止时，它一直想保持这种静止状态；当物体运动时，它一直想那一时刻的速度做匀速直线运动.即在不受力或合外力为零的情况下，惯性表现为保持原来的运动状态.③惯性与是否受力无关，与速度大小无关.（3）惯性与质量质量是惯性大小的量度，而一个物体惯性的大小，则意味着改变物体运动状态的难易程度.思考：请用自己所学习的物理知识解释“船大调头难”这句俗语的道理．解析：“船大”，指船的质量大，“调头难”指改变速度方向难，“船大调头难”说明质量大的物体惯性大，要改变其运动状态需要的力大．试题展示：【例1】科学思维和科学方法是我们认识世界的基本手段．在研究和解决问题过程中，不仅需要相应的知识，还要注意运用科学方法．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，其中有一个是实验事实，其余是推论．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，小球要沿水平面做持续的匀速运动．请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列②③①④〔只要填写序号即可）．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【例2】下列说法正确的是（D）A、运动得越快的汽车越不容易停下来，是因为汽车运动得越快，惯性越大B、小球在做自由落体运动时，惯性不存在了C、把一个物体竖直向上抛出后，能继续上升，是因为物体仍受到一个向上的推力D、物体的惯性仅与质量有关，质量大的惯性大，质量小的惯性小解析：惯性是物体保持原来运动状态的性质，仅由质量决定，与它的受力状况与运动状况均无关。一切物体都有惯性。【例3】火车在长直水平轨道上匀速行驶，车厢内有一个人向上跳起，发现仍落回到车上原处，这是因为（）A．人跳起后，车厢内的空气给人一个向前的力，这力使他向前运动B．人跳起时，车厢对人一个向前的摩擦力，这力使人向前运动C．人跳起后，车继续向前运动，所以人下落后必定向后偏一些，只是由于时间很短，距离太小，不明显而已D．人跳起后，在水平方向人和车水平速度始终相同解析：人向上跳起，竖直方向做竖直上抛运动，水平方向不受外力作用（空气阻力不计），由于惯性，所以水平方向与车速度相同，因而人落回原处．答案：D【例4】伽利略在著名的实验中，让小球分别沿倾角不同、阻力很小的斜面从静止开始滚下，他通过实验观察和逻辑推理，得到的正确结论有（）A.倾角一定时，小球在斜面上的位移与时间成正比B.倾角一定时，小球在斜面上的速度与时间成正比C.斜面长度一定时，小球从顶端滚到低端时的速度与倾角无关D.斜面长度一定时，小球从顶端滚到低端时的时间与倾角无关二、牛顿第二定律1、牛顿第二定律（1）内容：物体的加速度跟所受合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度方向跟合外力方向相同.（2）表达式：Fam或Fma.（3）力的单位—牛顿的含义在国际单位制中，力的单位是牛顿，符号为N，它是根据牛顿第二定律定义的：使质量为1kg的物体产生21/Nm加速度的力，叫做1N，即1N=12/kgms.（4）公式Fma中，F为物体所受外力的合力即合外力，a为物体实际运动的加速度即合加速度，加速度的方向始终与合外力方向相同，“ma”不是力，只能理解为力的作用效果的数值.（5）变形式Fam是运动加速度的决定公式，说明物体的加速度与所受的合力成正比，与物体的质量成反比.要与加速度的定义式vat区别开来.（6）牛顿第二定律公式Fma中，F是物体所受的合外力，而“ma”不是一个力，此式是利用物体产生加速度的效果来量度合外力的一种形式.只有采用国际单位制单位时，此式才会成立.该式说明力是产生加速度的原因，但不能说F与m成正比，F与a成正比.（7）牛顿第二定律只适用于宏观、低速物体在惯性参考系中的运动，对高速运动的微观粒子则不适用.（8）牛顿第一定律不是牛顿第二定律的特例，而是牛顿第二定律的思想基础.【例5】根据牛顿第二定律，下列叙述正确的是（）A.物体加速度的大小跟它的质量和速度大小的乘积成反比B.物体所受合力必须达到一定值时，才能使物体产生加速度C.物体加速度的大小跟它所受作用力中的任一个力的大小成正比D.当物体质量改变但其所受合力的水平分力不变时，物体水平加速度大小与其质量成反比【例6】关于力和运动，下列说法正确的是（）A.如果物体运动，它一定受到力的作用.B.力是使物体做变速运动的原因.C.力是使物体产生加速度的原因.D.力只能改变速度的大小.【解析】力是物体运动状态变化的原因，是物体产生加速度的原因.所以选项B、C正确；物体运动，但不一定受到力的作用，只有变速的物体才受到力的作用，所以选项A错误；力不仅可以改变速度的大小，还可以改变速度的方向，所以选项D错.【点评】力是产生加速度的原因，合外力不为零时，物体必产生加速度，物体做变速运动；另一方面，如果物体做变速运动，则物体必存在加速度，这是力作用的结果.2、对牛顿第二定律的理解（1）同一性把物体运动的加速度和该物体所受合力的这种对应关系叫做牛顿第二定律的同一性，因此，牛顿第二定律Fma，F为物体所受的合外力，加速度的方向与合外力方向相同.（2）瞬时性Fma是对运动过程中的每一瞬间成立的，某一时刻的加速度大小总跟那一时刻的合外力大小成正比，即有力作用就有加速度产生.合外力停止作用，加速度随即消失，在持续不断的恒定合外力作用下，物体具有持续不断的恒定加速度.合外力随着时间而改变，加速度就随着时间而改变.（3）矢量性作用力F和加速度a都是矢量，所以牛顿第二定律的表达式Fma是一个矢量表达式，它反映了加速度的方向始终跟合外力的方向相同，而速度的方向与合外力的方向无必然联系.（4）独立性物体受到几个力的作用时，每个力各自独立地使物体产生一个加速度，就像其他力不存在一样，这个性质叫做力的独立作用原理.（5）同体性,,Fam三个物理量是对同一研究对象（物体）而言的.分析受力情况和认定加速度时千万不可张冠李戴，错体错位.【例7】质量为m的物体从高处释放后竖直下落，在某时刻受到的空气阻力为f，加速度为a＝13g，则f的大小为A．13fmgB．23fmgC．f＝mgD．43fmg【解析】以物体为研究对象，根据牛顿第二定律有mg－f＝ma，解得23fmg，选项B正确。3、突变类问题（力的瞬时性）（1）物体运动的加速度a与其所受的合外力F有瞬时对应关系，每一瞬时的加速度只取决于这一瞬时的合外力，而与这一瞬时之前或之后的力无关，不等于零的合外力作用的物体上，物体立即产生加速度；若合外力的大小或方向改变，加速度的大小或方向也立即（同时）改变；若合外力变为零，加速度也立即变为零（物体运动的加速度可以突变）。（2）中学物理中的“绳”和“线”，是理想化模型，具有如下几个特性：A．轻：即绳（或线）的质量和重力均可视为等于零，同一根绳（或线）的两端及其中间各点的张为大小相等。B．软：即绳（或线）只能受拉力，不能承受压力（因绳能变曲），绳与其物体相互间作用力的方向总是沿着绳子且朝绳收缩的方向。C．不可伸长：即无论绳所受拉力多大，绳子的长度不变，即绳子中的张力可以突变。（3）中学物理中的“弹簧”和“橡皮绳”，也是理想化模型，具有如下几个特性：A．轻：即弹簧（或橡皮绳）的质量和重力均可视为等于零，同一弹簧的两端及其中间各点的弹力大小相等。B．弹簧既能承受拉力，也能承受压力（沿着弹簧的轴线），橡皮绳只能承受拉力。不能承受压力。C、由于弹簧和橡皮绳受力时，要发生形变需要一段时间，所以弹簧和橡皮绳中的弹力不能发生突变。（4）做变加速度运动的物体，加速度时刻在变化（大小变化或方向变化或大小、方向都变化度叫瞬时加速度，由牛顿第二定律知，加速度是由合外力决定的，即有什么样的合外力就有什么样的加速度相对应，当合外力恒定时，加速度也恒定，合外力随时间变化时，加速度也随时间改变，且瞬时力决定瞬时加速度，可见，确定瞬时加速度的关键是正确确定瞬时作用力。【例8】如图（a）所示，一质量为m的物体系于长度分别为l1、12的两根细绳上，l1的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为θ,l2水平拉直，物体处于平衡状态，现将l2线剪断，求剪断瞬间物体的加速度。（1)下面是某同学对该题的一种解法：设l1线上拉力为FT1，l2线上拉力为FT2，重力为mg,物体在三力作用下保持平衡：FT1cosθ＝mg，FT1sinθ＝FT2，FT2＝mgtanθ剪断线的瞬间，FT2突然消失，物体即在FT2,反方向获得加速度．因为mgtanθ=ma,所以加速度a＝gtanθ，方向在FT2反方向。你认为这个结果正确吗？请对该解法作出评价并说明（2）若将图a中的细线11改为长度相同、质量不计的轻弹簧，如图b所示，其他条件不变，求解的步骤与（1）完全相同，即a=gtanθ,你认为这个结果正确吗？请说明理由．解析：(1)结果不正确．因为12被剪断的瞬间,11上张力的大小发生了突变，此瞬间FT1=mgcosθ,它与重力沿绳方向的分力抵消，重力垂直于绳方向的分力产生加速度:a=gsinθ。(2)结果正确，因为l2被剪断的瞬间，弹簧11的长度不能发生突变，FT1的大小方向都不变，它与重力的合力大小与FT2方向相反，所以物体的加速度大小为：a=gtanθ。【例9】如下图所示，一质量为m的物体系于长度分别为L1、L2的两根细线上，L1的一端悬挂在天花板上，与竖直方向夹角为a，L2水平拉直，物体处于平衡状态，现将L2线剪断，求剪断瞬间物体的加速度.(1)下面是某同学对该题的一种解法：解：设L2线上拉力为T1，L2上拉力为T2，重力为mg，物体在三力作用下平衡.T1cosa=mg，T1sina=T2T2=mgtana剪断线的瞬间，T2突然消失，物体在T2反方