4.1 牛顿第一定律.doc

清中高一物理备课组4.1 牛顿第一定律自主探究当汽车启动时车上的乘客会向后倾斜，你能解释这是为什么吗？ 原来，任何物体都具有保持其原来运动状态的特性，当汽车突然启动时，乘客的脚会随车一起向前运动，可是上半身保持要原来的静止状态，所以乘客就会出现向后倾斜的现象了。为什么人从高速行驶的汽车上跳下来是危险的？ 当人从高速行使的汽车上跳下时，由于惯性，人也具有很大的速度。人以很大的速度冲向地面，当然是十分危险的。物体做速度大小不变而方向不断变化的运动时，它受到的合外力是否为零？力是改变物体运动状态的原因。当物体运动的速度大小方向均不变化时，物体的运动状态不发生变化，所以物体受到的合外力一定为零。常见的柴油机、电动机等机器的底座非常的沉重，而参加作战任务的战斗机却要抛掉副油箱以减小重量，这是为什么呢？你能解释一下吗？ 惯性的量度是质量，而且是唯一的量度。柴油机、电动机等机器在使用时往往的要避免它们发生移动，所以要增加它们的质量，以增大它们的惯性。而战斗机在执行战斗任务时，为了使自己便于调节，灵活机动，就要抛掉副油箱以减小惯性。教材详解1、物体运动状态的标志我们经常提到物体处于什么运动状态或物体的运动状态发生了改变等，那么描述物体运动的几个参量中哪一个是物体运动状态的标志呢？如果一个物体由静止变为运动或由运动变为静止，我们就说物体的运动状态发生了变化，它们变化的实质是速度。速度才是物体运动状态的标志，如果物体的速度大小方向均不发生变化，我们就说物体的运动状态保持不变；如果物体的运动速度发生变化，则物体的运动状态就发生变化。2、理想实验所谓理想实验，又叫假想实验。它是人们在思想中塑造的一种理想过程，是逻辑推理的一种方法和形式。它是以真实的科学实验为基础，以科学事实为根据，突出主要因素，排除次要因素，运用逻辑推理，用以揭示物理世界的内在联系，发现物理规律。理想实验在认识论和方法论上的地位，虽不能代替具体实验，但也具有其特有的优越性。它不受仪器设备的限制，可以超越当时的科学技术水平，使研究过程达到完全简化和纯化的境界，可以充分发挥想象和推理的创造性作用，具有较大的概括性和预见性。伽利略就是利用理想斜面实验推翻了亚里士多德统治世界两千多年的错误观点，得出了正确的运动和力的关系，从而为牛顿第一定律的发现和提出打下了监视的基础。3、牛顿第一定律 （1）牛顿第一定律的内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这中状态。 （2）对牛顿第一定律的理解 力的作用：力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因。又因为物体运动状态的标志是速度，所以可以说力是改变物体运动速度的原因。根据运动学知识我们知道：加速度是描述物体速度变化快慢的物理量，而速度的变化量就是加速度对时间的积累，物体的速度发生变化一定存在加速度，所以又可以说力是产生加速度的原因。 平衡状态及平衡条件：物体在不受外力时所保持的运动状态，我们称为平衡状态。由牛顿第一定律我们可以得出，物体的平衡状态就是静止或匀速直线运动状态。而物体处于平衡状态的条件就是物体受到的合外力为零。 一切物体都具有保持其原来运动状态的特性惯性。惯性是物体本身具有的一种属性，与物体所处的运动状态无关。4、惯性与质量 质量指的是物体所含物质的多少，是物体本身的一种属性，它与物体的运动状态、受力状态以及物体所处的位置均无关；惯性指的是物体保持其原来运动状态的特性，也是物体的一种属性，它与物体的受力状态、运动状态以及物体所处的位置也无关系。物体所具有的惯性的大小，是通过质量来量度的，而且质量是惯性的唯一量度。物体的质量越大，惯性越大；物体的质量越小，惯性越小。5、惯性参考系 通过前面的学习，我们知道所谓参考系指的是为研究物体的运动而假定不动的物体。那么，什么是惯性参考系呢？因为一切物体在不受力或所受的合外力为零的情况下，要保持静止或匀速直线运动状态，所以我们把相对地面处于静止或匀速直线运动状态的物体选作参考系时，他们就是惯性参考系。牛顿运动定律在惯性参考系中是成立的，合作学习例题1：一列沿长直水平轨道匀速行驶的火车，门窗紧闭，在车上一个小朋友竖直向上跳起，发现自己落下来后还停在原地，你能分析一下这是为什么么吗？解析：分析一个物体的运动，必须从物体的受力情况和初始条件（即初位置和初速度）入手，对力和运动的关系必须有清醒的认识，本题考查你对惯性及惯性定律的理解和掌握程度，要解决本题需认真分析小朋友跳起后的运动，并要和火车的运动进行比较。 小朋友跳起的瞬间，具有跟火车相同的初速度。小朋友跳起后，仅受重力作用，在水平方向不受外力的作用。由于惯性，小朋友在水平方向上将做水平速度不变的匀速直线运动，在小朋友跳起直到落地这段时间内，小朋友和火车在水平方向的位移是相同的，故小朋友将落回原处。例题2、高速行驶的汽车比低速行驶时难以停下来，能否说汽车在高速行驶时比在低速行驶时的惯性大？解析：惯性的大小与物体的运动状态无关，质量是物体惯性大小的量度，而且是唯一的量度。汽车无论是高速、低速行驶，还是处于静止状态，其惯性大小是一定的。惯性是物体维持其原来运动状态的一种属性，决定于物体的本身，与物体的运动状态没有关系。那为什么同一辆汽车在同样的路面上，高速行驶时比低速行驶时难以停下来呢？同学们在学习完牛顿第二定律后就会有所理解了。例题3、在足球场上，为了不使足球停下来，运动员带球前进必须不断用脚轻轻地踢拨足球（即“盘带”）。又如为了不使自行车减速，总要不断的用力蹬脚踏板。这些现象不正说明了运动需要力来维持吗？那为什么又说“力不是维持运动的原因”？解析：这一问题，我们可以这样思考：如果足球不是在草地上滚动，而是以相同的初速度在水平的水泥地板上滚动，它将会滚出比草地上远的多的距离，这说明了由于阻力的存在才导致足球的运动状态发生了改变，足球在草地上滚动时所受阻力大，运动状态很快发生改变；足球在水泥地面上滚动时所受阻力小，运动状态改变的慢，但终究还是要停下来。在盘带足球时，人对足球施加力的作用，恰恰是起了使足球已经变小的运动速度再变大的作用。自行车的例子也是同样的道理。这两个例子都充分说明了阻力能使物体的运动状态发生改变（物体的速度变小），动力也能使物体的运动状态发生改变（物体的速度变大），即力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的运动。师生互动1、下列说法正确的是：A、 力是维持物体运动的原因B、 物体受恒力作用时，运动状态保持不变C、 物体只有在静止或匀速直线运动时才有惯性D、 惯性越大的物体运动状态越难改变。解析：根据牛顿第一定律知道：力的作用效果是改变物体的运动状态，而不是维持物体的运动状态；物体运动状态的标志是速度，所以可以说力是改变物体运动速度的原因。惯性是物体具有的保持其原来运动状态的属性，其唯一量度是物体的质量。答案：C2、下列属于惯性表现的现象是：A、 快速跑步的人很容易被绊倒B、 在真空中铁片和羽毛下落的一样快C、 飞机要在到达目标上空之前投弹才能击中目标D、 物体沿光滑斜面下滑时速度越来越大解析：惯性是物体保持其原来运动状态的属性，例如A选项人在快速跑步的时候，如果脚被绊住，上身由于惯性，继续往前冲，所以很容易摔倒。再如C选项，从飞机上抛出的炸弹，由于惯性，在水平方向上与飞机具有相同的速度，下落过程中还要水平飞行一段距离，所以飞机要在到达目标上空前投弹。而选项B、D反映的是力与运动的关系。答案：A、C3、对惯性的理解，下列说法中正确的是：A、 将物体抛到空中后，物体就没有惯性了B、 物体做自由落体运动时，惯性就变小了C、 两个质量相同的物体，不论速度大小及是否受力，惯性大小一定相同D、 两个质量相同的物体，在不同的合外力作用下，惯性大小不同解析：惯性是物体具有的保持其原来运动状态的特性，其唯一的量度是物体的质量。其大小与物体的受力情况及运动状态无关。答案：C4、在一艘匀速向北行驶的轮船船舱中，一运动员做立定跳远，若向各个方向都用相同的力跳出，则运动员在船上跳过的距离比较：A、 向北跳的最远B、 向南跳的最远C、 向东向西跳的一样远，但没有向南跳的远D、 无论向哪跳，运动员在船上跳过的距离都相同解析：运动员在船上跳起时用的力相同，又由于惯性，不管向哪个方向跳起，他相对于船的速度都是相同的，所以在船上跳过的距离一定是相同的答案：D5、站在地面上的人看到放在行驶着的汽车中间的木箱突然向车厢前面移动，则可知汽车的运动情况是：A、 匀速直线运动B、 在加速前进C、 在减速前进D、 在向右转弯解析：汽车在行驶过程中木箱沿着车厢向前运动，考虑到木箱的惯性，必然是由于汽车的速度突然变小的缘故。答案：CmM6、一个劈形物体M，各面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在上表面放一个光滑小球m，劈形物体由静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是：A、 沿斜面向下的直线B、 竖直向下的直线C、 无规则的曲线D、 抛物线解析：根据牛顿第一定律知道，力是改变物体运动状态的原因。对小球进行受力分析可知小球在与斜面相碰之前，受到重力和M的支持力，而这两个力都在竖直方向上，水平方向上球并没有受到力的作用，故水平方向上m不会有速度，所以其轨迹为竖直向下的直线。答案：B7、一个物体保持静止或匀速直线运动状态是因为：A、 物体一定没有受到任何外力B、 物体一定是受到一对平衡力的作用C、 物体受到的合外力为零D、 物体与接触面间的摩擦力恒定解析：牛顿第一定律所说的“一切物体总保持静止或匀速直线运动，直到有外力迫使它改变这中状态为止”中的“外力”是指物体受到的合外力。我们从定律的内容中可以得出，物体的平衡态：静止或匀速直线运动，而平衡条件就是物体所受的合外力为零。答案：C8、有人设想，乘坐气球飘在高空，由于地球自转，一昼夜就能周游世界，请你评价一下，这个设想可行吗？解析：气球在地面上时，具有与地球在该处的自转速度相同的速度。气球飘起来后，由于惯性，它仍然保持原来的速度，所以乘坐飘在空中的气球，不可能由于地球自转而周游世界。9、假如地球在某时刻不再受太阳和其他星体的任何力的作用，以后地球将怎样运动？解析：地球由于受到太阳等星体的引力作用，而绕太阳转动，其速度的大小和方向都在变化，如果地球不再受这些力的作用，由牛顿第一定律可知物体将保持撤力瞬间时的速度，做匀速直线运动。课后习题解答1、（1）不能击中目标。因为从飞机上投下的炸弹由于惯性，与飞机在水平方向上具有相同的速度，当飞机在目标的正上方的时候投弹，炸弹在落地前要继续向前飞行，所以不会击中目标。（2）地球在从西向东自转时，地球上的人也要随地球从西向东转动。当人向上跳起时由于惯性，还要随地球一起转动，所以人还会落回原地。2、由于小型汽车在行驶过程中速度很大，一旦遇到紧急情况需要急刹车时，前排的乘客如果不系安全带，由于惯性会使乘客和驾驶员头部受到撞击甚至撞破挡风玻璃飞出车外，造成重大的伤亡事故；如果系安全带，在安全带的牵拉下，使乘客与座椅之间尽可能的不发生相对运动，从