第一节伽利略的理想实验与牛顿第一定律

1、第1页 共 56 页第一节第一节 伽利略的理想实验伽利略的理想实验与牛顿第一定律与牛顿第一定律 第2页 共 56 页新知预习新知预习1.牛顿第一定律牛顿第一定律(1)内容内容:一切物体总保持一切物体总保持_运动状态或运动状态或_状态状态,直到有直到有_迫使它迫使它_这种状态为止这种状态为止.匀速直线匀速直线静止静止外力外力改变改变(2)意义意义:指出了物体不受外力时的运动状态指出了物体不受外力时的运动状态,即即_运动状态或运动状态或_状态状态.定义了惯性的概念定义了惯性的概念,因此又叫因此又叫_定律定律.揭示了运动和力的关系揭示了运动和力的关系:力不是力不是_物体运动的原因物体运动的原因,而是

2、而是_物体运动状态的原因物体运动状态的原因.匀速直线匀速直线静止静止惯性惯性维持维持改变改变第3页 共 56 页2.惯性惯性(1)定义定义:物体保持原来的物体保持原来的_运动或运动或_状态的性状态的性质质.(2)理解理解:惯性是物体的惯性是物体的_性质性质,_物体都具物体都具有惯性有惯性.惯性的大小与物体的惯性的大小与物体的_无关无关,与物体是否与物体是否_无无关关.匀速直线匀速直线静止静止固有固有运动状态运动状态一切一切受力受力第4页 共 56 页一一 伽利略的理想实验伽利略的理想实验1.伽利略的理想实验如图所示伽利略的理想实验如图所示,将轨道弯曲成将轨道弯曲成ABC的形状的形状,在轨在轨道

3、的一边释放一颗钢珠道的一边释放一颗钢珠,如果不存在摩擦力如果不存在摩擦力,钢珠将上升到与钢珠将上升到与原来的释放高度相同的点原来的释放高度相同的点.2.若将轨道弯曲成若将轨道弯曲成ABD或或ABE曲线的形状曲线的形状,钢珠也应钢珠也应上升到原来的高度上升到原来的高度,但通过的路程更长但通过的路程更长.3.若将轨道弯曲成一侧水平的曲线若将轨道弯曲成一侧水平的曲线,由于由于BF是水平的是水平的,钢珠就钢珠就再也达不到原来的高度再也达不到原来的高度,将以恒定的速度永远的运动下去将以恒定的速度永远的运动下去.第5页 共 56 页4.伽利略由此推断伽利略由此推断:在水平面上做匀速直线运动的物体并不需在水

4、平面上做匀速直线运动的物体并不需要用外力来维持要用外力来维持.伽利略构想的伽利略构想的理想实验理想实验(假想实验假想实验),以可靠的实验事实为基础以可靠的实验事实为基础,把实验与逻辑推理和谐地结合在一起把实验与逻辑推理和谐地结合在一起.他的这种以事实为依据他的这种以事实为依据,以抽象为指导以抽象为指导,抓住主要因素抓住主要因素,忽略次要因素的科学探究的思忽略次要因素的科学探究的思想方法想方法,深刻地揭示了自然规律深刻地揭示了自然规律,有力地推动了科学的发展有力地推动了科学的发展.第6页 共 56 页二二 牛顿第一定律的理解和应用牛顿第一定律的理解和应用1.明确了惯性的概念明确了惯性的概念定律的

5、前半句话定律的前半句话“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态状态”,揭示了物体所具有的一个重要的属性揭示了物体所具有的一个重要的属性惯性惯性,即物即物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质,牛顿第一定律指牛顿第一定律指出一切物体在任何情况下都具有惯性出一切物体在任何情况下都具有惯性.2.确定了力的含义确定了力的含义定律的后半句定律的后半句“直到有外力迫使它改变这种运动状态为止直到有外力迫使它改变这种运动状态为止”,说明力是改变物体运动状态的原因说明力是改变物体运动状态的原因,并不是维持物体运动的原并不是维持物体运动的

6、原因因,这一点要切实理解这一点要切实理解.第7页 共 56 页3.定性揭示了力和运动的关系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的运动规律牛顿第一定律指出物体不受外力作用的运动规律,它描述的只它描述的只是一种理想状态是一种理想状态,而实际中不受外力作用的物体是不存在的而实际中不受外力作用的物体是不存在的.当物体所受合外力为零时当物体所受合外力为零时,其效果跟不受外力作用相同其效果跟不受外力作用相同,因此因此我们可以我们可以把把“不受外力作用不受外力作用”理解为理解为“合外力为零合外力为零”.第8页 共 56 页提示提示:(1)牛顿第一定律所描述的是一种理想状态牛顿第一定律所描

7、述的是一种理想状态,即物体不受即物体不受外力时的状态外力时的状态.(2)牛顿第一定律虽然无法由实验直接证实牛顿第一定律虽然无法由实验直接证实(不是实验定律不是实验定律),但但可经过科学推理的理想实验推出可经过科学推理的理想实验推出.(3)从牛顿第一定律中可知从牛顿第一定律中可知:力是改变物体运动状态的原因力是改变物体运动状态的原因.第9页 共 56 页三三 对惯性的理解对惯性的理解1.惯性是一切物体的固有属性惯性是一切物体的固有属性,一切物体在任何情况下都具有一切物体在任何情况下都具有惯性惯性.其表现形式是其表现形式是:(1)在不受力在不受力(或合外力为零或合外力为零)的条件下的条件下,惯性表

8、现为保持原来的惯性表现为保持原来的运动状态运动状态.(2)在受力条件下在受力条件下,惯性表现为运动状态改变的难易程度惯性表现为运动状态改变的难易程度.2.惯性大小由物体质量决定惯性大小由物体质量决定,与其他因素无关与其他因素无关,其他因素的改变其他因素的改变不影响物体的惯性不影响物体的惯性.第10页 共 56 页3.惯性不是力惯性不是力,惯性是物体保持匀速直线运动或静止状态的性惯性是物体保持匀速直线运动或静止状态的性质质,而力是物体对物体的作用而力是物体对物体的作用,力是改变物体运动状态的原因力是改变物体运动状态的原因,二者在概念上有着本质的区别二者在概念上有着本质的区别.4.惯性不是惯性定律

9、惯性不是惯性定律,惯性指的是一切物体都具有保持匀速直惯性指的是一切物体都具有保持匀速直线运动或静止状态的性质线运动或静止状态的性质,惯性定律即牛顿第一定律惯性定律即牛顿第一定律,反映了反映了物体不受外力时的运动规律物体不受外力时的运动规律.提示提示:惯性是任何物体都具有的属性惯性是任何物体都具有的属性,不能说不能说“产生惯产生惯性性”“”“克服惯性克服惯性”等等.第11页 共 56 页四四 对对“质量是物体惯性大小的量度质量是物体惯性大小的量度”的理解的理解量度物体惯性大小的物理量是它们的质量量度物体惯性大小的物理量是它们的质量.物体质量越大物体质量越大,惯性就越大惯性就越大,运动状态也就难以

10、改变运动状态也就难以改变.第12页 共 56 页例例1:理想实验有时更能深刻地反映自然规律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伽利略设想了一个理想实验想实验,如下图如下图,其中有一个是经验事实其中有一个是经验事实,其余是推论其余是推论. 减小第二个斜面的倾角减小第二个斜面的倾角,小球在小球在这斜面上仍然要达到原来的高度这斜面上仍然要达到原来的高度两个对接的斜面两个对接的斜面,让静止的小球让静止的小球沿一个斜面滚下沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面小球将滚上另一个斜面如果没有摩擦如果没有摩擦,小球将上升到原来释放时的高度小球将上升到原来释放时的高度继续减小第二个斜面的倾角继续

11、减小第二个斜面的倾角,最后将它放在水平面上最后将它放在水平面上,小球小球要沿水平面做持续的匀速运动要沿水平面做持续的匀速运动请区别出上述步骤中的事实和推论请区别出上述步骤中的事实和推论( )A.是事实是事实,是推论是推论 B.是事实是事实,是推论是推论C.是事实是事实,是推论是推论 D.是事实是事实,是推论是推论答案答案:B第13页 共 56 页变式训练变式训练1:关于伽利略的理想实验关于伽利略的理想实验,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( )A.这个实验实际上是永远无法实现的这个实验实际上是永远无法实现的B.只要接触面相当光滑只要接触面相当光滑,物体在水平面上就能匀速运动下去物体在水平面

12、上就能匀速运动下去C.利用气垫导轨利用气垫导轨,就能使实验成功就能使实验成功D.虽然是想象中的实验虽然是想象中的实验,但是它是建立在可靠的事实基础上的但是它是建立在可靠的事实基础上的解析解析:可以由伽利略理想实验的特点进行分析可以由伽利略理想实验的特点进行分析.伽利略的理想实验伽利略的理想实验是建立在可靠的事实基础上的是建立在可靠的事实基础上的,进行科学的进行科学的 合理的推理而得出合理的推理而得出的结论的结论,但是摩擦力永远无法消除但是摩擦力永远无法消除,平板或导轨也不能做得无限长平板或导轨也不能做得无限长,因而无法用实验直接验证因而无法用实验直接验证.答案答案:AD第14页 共 56 页题

13、型二题型二 对牛顿第一定律的理解对牛顿第一定律的理解例例2:以下说法正确的是以下说法正确的是( )A.牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律B.不受外力作用时不受外力作用时,物体运动状态保持不变是由于物体具有惯物体运动状态保持不变是由于物体具有惯性性C.在水平地面上滑动的木块最终要停下来在水平地面上滑动的木块最终要停下来,是由于没有外力维是由于没有外力维持木块运动持木块运动D.物体运动状态发生变化时物体运动状态发生变化时,物体必定受到外力的作用物体必定受到外力的作用答案答案:ABD第15页 共 56 页点评点评:学习牛顿第一定律后纠正以下错

14、误学习牛顿第一定律后纠正以下错误:(1)认为运动的物体一定受到力的作用认为运动的物体一定受到力的作用.(2)认为物体向哪个方向运动认为物体向哪个方向运动,就受向哪个方向的力就受向哪个方向的力.(3)认为物体受力越大认为物体受力越大,速度越大速度越大.第16页 共 56 页变式训练变式训练2:关于牛顿第一定律的下列说法中关于牛顿第一定律的下列说法中,正确的是正确的是( )A.牛顿第一定律是实验定律牛顿第一定律是实验定律B.牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因C.惯性定律与惯性的实质是相同的惯性定律与惯性的实质是相同的D.物体的运动不需要力来维持物体

15、的运动不需要力来维持第17页 共 56 页解析解析:牛顿第一定律反映的是物体在不受外力的情况下所遵循牛顿第一定律反映的是物体在不受外力的情况下所遵循的规律的规律,而不受力的物体是不存在的而不受力的物体是不存在的,故故A错误错误,惯性是一种属惯性是一种属性性,而惯性定律是反映物体受力和运动状态改变关系的规律而惯性定律是反映物体受力和运动状态改变关系的规律,二者实质不同二者实质不同,故故C错误错误,B D正确正确.答案答案:BD第18页 共 56 页题型三题型三 用惯性知识解释实际问题用惯性知识解释实际问题例例3:一人由行驶的自行车上跳下一人由行驶的自行车上跳下,下列说法中正确的是下列说法中正确的

16、是( )A.若他跳下的速度方向与车速度方向垂直若他跳下的速度方向与车速度方向垂直,着地后他将不会跌着地后他将不会跌倒倒B.若他跳下的速度方向与车速度方向垂直若他跳下的速度方向与车速度方向垂直,着地后他将向车行着地后他将向车行驶的反方向跌倒驶的反方向跌倒.C.若他跳下的速度方向与车速度方向一致若他跳下的速度方向与车速度方向一致,且着地后与车同方且着地后与车同方向跑几步向跑几步,他可能不跌倒他可能不跌倒D.若他跳下的速度方向与车速度方向一致若他跳下的速度方向与车速度方向一致,着地后他将向车行着地后他将向车行驶的反方向跌倒驶的反方向跌倒第19页 共 56 页解析解析:人跳车前与车同速人跳车前与车同速

17、,跳下时跳下时,脚先着地受阻力减速停下脚先着地受阻力减速停下,而而上身由于惯性仍要保持原来运动状态上身由于惯性仍要保持原来运动状态,人会向车行驶方向跌倒人会向车行驶方向跌倒.若人向车行驶方向跳下若人向车行驶方向跳下,且跟着车跑几步就不会跌倒且跟着车跑几步就不会跌倒.答案答案:C第20页 共 56 页变式训练变式训练3:火车在长直水平轨道上匀速行驶火车在长直水平轨道上匀速行驶,车窗紧闭的车厢车窗紧闭的车厢内有一人向上跳起内有一人向上跳起,发现仍落回到车上原处发现仍落回到车上原处.这是因为这是因为( )A.人跳起后人跳起后,车厢内空气给他以向前的力车厢内空气给他以向前的力,带着他随同火车一带着他随

18、同火车一同向前运动同向前运动B.人跳起的瞬间人跳起的瞬间,车厢的地板给他一个向前的力车厢的地板给他一个向前的力;推动他随同推动他随同火车一起向前运动火车一起向前运动C.人跳起后人跳起后,车在继续向前运动车在继续向前运动,所以人落下后必定偏后一些所以人落下后必定偏后一些,只是由于时间很短只是由于时间很短,偏后距离太小偏后距离太小,不明显而已不明显而已D.人跳起后直到落地人跳起后直到落地,在水平方向上和车始终具有相同的速度在水平方向上和车始终具有相同的速度第21页 共 56 页解析解析:火车做匀速直线运动火车做匀速直线运动,火车和站在车厢地板上的人水平火车和站在车厢地板上的人水平方向上所受合外力均

19、为零方向上所受合外力均为零,他们沿水平方向做匀速直线运动的他们沿水平方向做匀速直线运动的速度相同速度相同,人竖直跳起后上升又下落的过程中人竖直跳起后上升又下落的过程中,均没有受到水均没有受到水平方向上的力的作用平方向上的力的作用,根据牛顿第一定律根据牛顿第一定律,人保持水平方向上人保持水平方向上的匀速直线运动状态的匀速直线运动状态,与火车一起匀速向前与火车一起匀速向前,可见可见,在四个选项在四个选项中中,只有只有D正确正确.答案答案:D第22页 共 56 页本节学习过程本节学习过程,要注重概念要注重概念 规律的对比规律的对比,找到它们的联系和找到它们的联系和区别区别.1.亚里士多德亚里士多德:

20、力是维持物体运动的原因力是维持物体运动的原因伽利略伽利略:力是改变物体运动状态的原因力是改变物体运动状态的原因2.伽利略的理想实验伽利略的理想实验牛顿第一定律只能由理想实验验证牛顿第一定律只能由理想实验验证3.惯性定律说明力与运动有关系惯性定律说明力与运动有关系,受力物体的运动状态才会发受力物体的运动状态才会发生改变生改变.惯性描述物体的一种状态与力无关惯性描述物体的一种状态与力无关.状态变与不变都状态变与不变都能表现出惯性能表现出惯性.第23页 共 56 页1.关于伽利略理想实验关于伽利略理想实验,以下说法中正确的是以下说法中正确的是( )A.完全是理想的完全是理想的,没有事实为基础没有事实

21、为基础B.是以可靠事实为基础的纯科学抽象是以可靠事实为基础的纯科学抽象,深刻反映自然规律深刻反映自然规律C.没有事实为基础没有事实为基础,只是理想推理只是理想推理D.以上说法都不对以上说法都不对答案答案:B解析解析:“真正的实验真正的实验”是一种实践活动是一种实践活动,是可以依靠一定的实是可以依靠一定的实验器材和实验方法而实现的实验验器材和实验方法而实现的实验.“理想实验理想实验”则是一种思则是一种思维活动维活动,是人们在抽象思维中设想出来而实际上无法做到的是人们在抽象思维中设想出来而实际上无法做到的实验实验.第24页 共 56 页2.关于惯性的说法中正确的是关于惯性的说法中正确的是( )A.

22、快速运动的物体难以静止快速运动的物体难以静止,说明物体的速度大说明物体的速度大,惯性大惯性大B.静止的火车难以起动静止的火车难以起动,说明静止的物体惯性大说明静止的物体惯性大C.乒乓球可以快速抽杀乒乓球可以快速抽杀,说明乒乓球惯性小说明乒乓球惯性小D.物体受到的力越大物体受到的力越大,越容易变速越容易变速,说明物体受力大说明物体受力大,惯性小惯性小答案答案:C解析解析:惯性大小由物体本身的质量确定惯性大小由物体本身的质量确定,与物体的运动状态与物体的运动状态及受力大小无关及受力大小无关.第25页 共 56 页3.关于运动和力的关系关于运动和力的关系,下列说法中正确的是下列说法中正确的是( )A

23、.必须有力作用在物体上必须有力作用在物体上,物体才能运动物体才能运动.没有力的作用没有力的作用,物体物体就会静止下来就会静止下来B.如果没有其他原因如果没有其他原因,运动的物体将持续以同一速度沿着一条运动的物体将持续以同一速度沿着一条直线运动直线运动.它不会停下来它不会停下来,但可能会偏离原来的方向但可能会偏离原来的方向C.物体如果向正北方向运动物体如果向正北方向运动,其受外力方向必定指向正北其受外力方向必定指向正北D.力不是维持物体速度的原因力不是维持物体速度的原因,而是改变物体速度的原因而是改变物体速度的原因第26页 共 56 页解析解析:由牛顿第一定律知由牛顿第一定律知,物体的运动不需要

24、力来维持物体的运动不需要力来维持,如果物如果物体不受外力作用体不受外力作用,物体将一直沿直线运动下去物体将一直沿直线运动下去,力是改变物体力是改变物体运动状态的原因运动状态的原因,而不是维持物体运动状态的原因而不是维持物体运动状态的原因,故只有故只有D正正确确.答案答案:D第27页 共 56 页4.关于物体惯性的大小关于物体惯性的大小,下列说法正确的是下列说法正确的是( )A.小轿车和载重大卡车相比较小轿车和载重大卡车相比较,大卡车的惯性大大卡车的惯性大B.某人无法拉动一部小车某人无法拉动一部小车,说明小车的惯性很大说明小车的惯性很大C.列车起动时列车起动时,速度增加十分缓慢速度增加十分缓慢,

25、说明速度小时列车的惯性说明速度小时列车的惯性较大较大D.机车用恒力牵引列车机车用恒力牵引列车,开始时列车的速度不断增加开始时列车的速度不断增加,但速度但速度增大到某一数值时增大到某一数值时,速度就不再增加了速度就不再增加了,保持匀速运动保持匀速运动,这说明这说明速度较大时惯性大速度较大时惯性大第28页 共 56 页解析解析:惯性是物体本身的固有属性惯性是物体本身的固有属性,惯性大小只与质量有关惯性大小只与质量有关,而而与物体受力情况以及运动情况无关与物体受力情况以及运动情况无关,A正确正确.答案答案:A第29页 共 56 页5.关于牛顿第一定律的下列说法中关于牛顿第一定律的下列说法中,正确的是

26、正确的是( )A.惯性定律可以用物体平衡条件取而代之惯性定律可以用物体平衡条件取而代之B.惯性定律可以用长斜面实验进行实验验证惯性定律可以用长斜面实验进行实验验证C.惯性定律叙述情况尽管在实际中找不到惯性定律叙述情况尽管在实际中找不到,但仍具实际意义但仍具实际意义D.物体速度的改变物体速度的改变,是外力作用的结果是外力作用的结果第30页 共 56 页解析解析:牛顿第一定律描述的是一切物体在不受任何外力时的一牛顿第一定律描述的是一切物体在不受任何外力时的一种理想情况种理想情况,在实际中并不存在在实际中并不存在,不能由实验验证不能由实验验证,但说明了力但说明了力是改变运动状态的原因是改变运动状态的

27、原因.故故C D正确正确.答案答案:CD第31页 共 56 页6.在静止的车厢里在静止的车厢里,水平桌面上放一小球水平桌面上放一小球,小球处于静止状态小球处于静止状态,如果发现小球向后滚动如果发现小球向后滚动,说明火车在说明火车在_,如果火车在如果火车在行进中行进中,小球在桌面上处于静止状态小球在桌面上处于静止状态,说明火车说明火车_,如果发现小球突然向前滚动如果发现小球突然向前滚动,说明火车在说明火车在_.启动开车启动开车匀速直线运动匀速直线运动突然刹车停止或减速运动突然刹车停止或减速运动第32页 共 56 页能力提升能力提升7.火车在平直轨道上匀速直线前进火车在平直轨道上匀速直线前进,在密

28、封的没有空气流动的在密封的没有空气流动的车厢内点燃了一支卫生香车厢内点燃了一支卫生香,则车里乘客看到卫生香所冒出的烟则车里乘客看到卫生香所冒出的烟的运动情况应是的运动情况应是( )A.一边上升一边向前飘一边上升一边向前飘B.一边上升一边向后飘一边上升一边向后飘C.只是上升不向任何一边飘只是上升不向任何一边飘D.无法确定无法确定第33页 共 56 页解析解析:冒出的烟由于惯性保持了原来的运动状态冒出的烟由于惯性保持了原来的运动状态,即烟与火车即烟与火车在水平方向上运动速度相同在水平方向上运动速度相同,故乘客看到烟只上升故乘客看到烟只上升,并不飘向并不飘向任何一方任何一方.答案答案:C第34页 共

29、 56 页8.如图所示如图所示,在一辆表面光滑的小车上在一辆表面光滑的小车上,有质量分别为有质量分别为m1、m2的两个小球的两个小球(m1m2)随车一起匀速运动随车一起匀速运动.当车突然停止时当车突然停止时,如不如不考虑其他阻力考虑其他阻力,设车足够长设车足够长,则两个小球则两个小球( )A.一定相碰一定相碰B.一定不相碰一定不相碰C.不一定相碰不一定相碰D.难以确定是否相碰难以确定是否相碰,因为不知小车的运动方向因为不知小车的运动方向第35页 共 56 页解析解析:当车停止时当车停止时,m1、m2由于惯性均保持了原来的速度由于惯性均保持了原来的速度,所以所以刹车后刹车后,m1、m2的间距并不

30、变化的间距并不变化,即即m1、m2一定不相碰一定不相碰.答案答案:B第36页 共 56 页9.某同学在上学路上骑自行车时某同学在上学路上骑自行车时,用力蹬车用力蹬车,车会加快向前运动车会加快向前运动,当不再用力时当不再用力时,车会慢慢停下来车会慢慢停下来.这个现象是否与牛顿第一定这个现象是否与牛顿第一定律相矛盾律相矛盾?答案答案:不矛盾不矛盾.牛顿第一定律研究的是物体不受力牛顿第一定律研究的是物体不受力(合力为零合力为零)时的运动规律时的运动规律;物体受力物体受力(合力不为零合力不为零)时时,物体的运动状态将物体的运动状态将要改变要改变.车加快向前是由于受人蹬车力的作用车加快向前是由于受人蹬车

31、力的作用,车慢慢停下车慢慢停下来是受地面摩擦力的作用来是受地面摩擦力的作用,他们都是所受合力不为零时运动他们都是所受合力不为零时运动状态改变的具体表现状态改变的具体表现,与牛顿第一定律并不矛盾与牛顿第一定律并不矛盾.第37页 共 56 页10.一辆汽车到站后启动不了一辆汽车到站后启动不了,常看到司机一边踩油门常看到司机一边踩油门,同时请同时请许多乘客齐心协力推一下许多乘客齐心协力推一下,结果汽车启动了结果汽车启动了,有人就说有人就说:“这是由这是由于大家帮忙克服了汽车的惯性的缘故于大家帮忙克服了汽车的惯性的缘故.”这种说法对吗这种说法对吗?物体的物体的惯性能被克服吗惯性能被克服吗?答案答案:不对不对,惯性不能被克服惯性不能被克服.第38页 共 56 页解析解析:只要物体的质量不变只要物体的质量不变,则惯性的大小也不会改变则惯性的大小也不会改变,因此