人教新课标牛顿第一定律精简精炼

庖丁巧解牛知识·巧学·升华一、理想实验的魅力1.伽利略的理想斜面实验如图4-1-1甲所示，让小球沿一个斜面从静止滚下，小球将滚上另一个斜面，如果没有摩擦力，小球将上升到原来的高度。如图4-1-1乙所示，如果第二个斜面倾角减小，小球在这个斜面上达到原来的高度就要通过更长的路程。继续减小第二个斜面的倾角，如图4-1-1丙所示，使它最终成为水平面，小球就再也达不到原来的高度，而将沿水平面以恒定的速度持续运动下去。图4-1-1（1）伽利略理想斜面的思想方法伽利略采用“科学猜想——设计自主——推断结论”这一思维过程推翻了亚里士多德的观点。伽利略的理想斜面实验虽然是想象中的实验，但这个实验反映了一种物理思想，它是建立在可靠的事实基础之上的，以事实为依据，以抽象为指导，抓住主要因素，忽略次要因素，从而揭示了正确的自然规律。（2）实验结论伽利略的理想斜面实验得出的结论是：力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。2.伽利略的观点物体之所以能停下来是因为受到了摩擦阻力作用的缘故。意大利科学家伽利略在研究物体的运动原因时注意到，当一个小球沿斜面向下滚动时，它的速度增大，而向上滚动时，它的速度减小。他由此猜想：当球沿水平面滚动时，它的速度应该不增不减。而实际上，球在水平面上滚动时会越来越慢，最后停下来，伽利略认为，这是由于摩擦阻力的缘故。他还推断，如果没有摩擦阻力，一旦物体具有某一速度，就将保持这一速度匀速直线运动下去。3.笛卡儿的观点法国科学家笛卡儿补充和完善了伽利略的观点，明确指出：除非物体受到外力的作用，物体将永远保持静止或运动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动。二、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种状态。2.牛顿第一定律的意义①明确了力和运动的关系。指出物体的运动并不需要力来维持，只有当物体的运动状态发生变化时，即产生了加速度时才需要力的作用。牛顿第一定律揭示了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，这实际上是对力下了一个更加严密的定义。②提出了惯性的概念。牛顿第一定律既有实验基础，又是一种理想化的思维产物，它在牛顿运动定律中具有极其重要的地位，它揭示了一切物体在任何状态下都具有惯性。因此牛顿第一定律又叫惯性定律。③自然界实际上不存在不受力的物体，但物体所受合外力为零或某一方向上受力为零的情况大量存在，牛顿第一定律也符合这些情况。3.对牛顿第一定律的正确理解牛顿第一定律反映了物体不受外力（或所受外力的合力为零）时的运动状态：静止或匀速直线运动（即原来静止的保持静止；原来运动的保持匀速直线运动）。不受外力作用的物体是不存在的，这里所说的“不受外力”的实质是“所受外力的合力为零”。例如，在平直公路上匀速行驶的汽车，受到重力，地面的支持力，牵引力，阻力四个力作用。其中重力与支持力，牵引力与阻力都满足二力平衡，因此，外力的合力为零，这与“不受外力”在作用效果上是等效的，所以，汽车保持匀速直线运动的状态不变。一个物体，如果它的速度的大小和方向都保持不变，则这个物体的运动状态保持不变，即我们是用速度这个矢量来描述物体的运动状态的。物体的运动状态改变了，就是指物体的速度发生了变化。由于速度是矢量，既有大小，又有方向，只要其中之一发生了变化，物体的运动状态就发生了变化。因此，物体运动状态的改变有三种情况：①速度大小改变，方向不变；②速度大小不变，方向改变；③速度的大小和方向都改变。由牛顿第一定律可知，如果物体的运动状态发生改变，必定有力作用于物体，而物体的运动状态发生改变时，物体具有加速度，因此力是使物体产生加速度的原因。例如，物体做自由落体运动，速度大小逐渐增大，运动状态发生了变化；物体做竖直上抛运动，速度的大小方向都在改变，运动状态发生了变化。这都是因为物体受到了重力的作用，产生了加速度，所以“加速度”是物体运动状态改变的标志，力是使物体产生加速度的原因。三、惯性与质量1.惯性物体具有的保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，叫做惯性。惯性是物体的固有属性，与物体的受力情况及运动状态无关。（1）惯性与运动状态无关：不论物体是处于怎样的运动状态，惯性总是存在的。当物体原来静止时，它一直“想”保持这种静止状态；当物体运动时，它一直“想”以那一时刻的速度做匀速直线运动。（2）惯性没有方向。（3）惯性的表现形式是：当物体不受外力时，静止的物体恒静止，运动的物体保持当时的运动；在外力作用下，惯性的大小体现在运动状态改变的难易程度上。2.惯性和惯性定律的区别惯性是一切物体所具有的一种性质，不需要附加限制条件；而惯性定律（牛顿第一定律）是一切物体在不受外力作用时，物体运动所遵循的规律。在惯性定律中所说的物体没有受到外力的作用，是一种理想的情况。深化升华注意此处空半格对质量的理解：（1）从物质角度理解：物体含有物质的多少叫做质量；（2）从惯性角度理解：质量是决定物体惯性大小的唯一量度。3.在日常生产、生活中利用惯性有哪些要求？当我们要求物体的运动状态容易改变时，应该尽可能减小物体的质量；当我们要求物体的运动状态不容易改变时，应该尽可能增大物体的质量。例如，在跳水运动、体操运动等体育项目中，要求运动员的身材瘦小、体重较轻，目的是为了提高身体的灵活性，便于做出各种动作；在铅球运动、相扑运动等体育项目中，要求运动员的身材高大、体重较大，目的是让身体稳如泰山，状态不易被改变。方法点拨注意此处空半格处理惯性问题的一般方法（1）明确研究的物体，它原来处在怎样的运动状态；（2）当外力作用在该物体的某一部分（或外力作用在与该物体有关联的其他物体上）时，这一部分的运动状态的变化情况；（3）该物体由于惯性将保持怎样的运动状态，最后会出现什么现象。问题·自主·探究问题1惯性和力是同一个概念吗？如果不是，二者之间有什么区别呢？思路：比较概念的异同是学习概念的一个方法，能对概念有个更清楚完整的认识。探究过程：通过比较可知惯性和力不是同一个概念，主要从三个方面加以区别：①物理意义，②存在条件，③量性。探究：不是；区别：①物理意义不同：惯性是物体保持匀速直线运动或静止状态的性质；力是物体间的相互作用。②存在条件：惯性是物体本身的固有属性，始终具有，与外界条件无关。③量性：惯性有大小，无方向，并且无具体数值。一个物体的惯性大小由物体的质量决定。质量大，惯性大；质量小，惯性小。问题2“运动状态改变的难易”与“让物体停止运动的难易”有什么不同？思路：有同学认为，汽车的速度越大，让它停下来刹车所用的时间越长，即汽车停止运动就比较困难，故认为汽车的速度越大其惯性就越大，其实这是错误的。关键是要对惯性大小的量度要有个清晰的认识。比较物体惯性大小的方法是：在相同外力作用下，加速度大的惯性小，加速度小的惯性大，加速度相等时其惯性相等。探究：同一辆汽车，刹车时所受阻力相同，加速度相同，即单位时间内速度改变量相同，惯性大小就相同。行驶速度大的汽车停下来的速度改变量过大所用时间就越长，而单位时间内速度改变量仍然相同，即加速度相同，惯性大小相同。所以惯性大小与速度无关。典题·热题·新题例1下列说法中正确的是（）A.惯性是只有物体在匀速直线运动或静止时才表现出来的性质B.物体的惯性是指物体不受外力作用时仍保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质C.物体不受外力作用时保持匀速直线运动状态或静止状态，有惯性；受到外力作用时，不能保持匀速直线运动状态或静止状态，因而就无惯性D.惯性是物体的属性，与运动状态和是否受力无关思路解析：因为一切物体都具有惯性，惯性是物体的固有属性，与物体的受力情况及运动状态无关，当物体受到外力作用，运动状态要发生改变时，物体才表现出惯性。故只有D选项正确。答案：D例2下列说法中正确的是（）A.掷出的铅球速度不大，所以其惯性小，可以用手去接B.用力打出的乒乓球速度很大，因此其惯性很大，不能用手去接C.相同的两辆车，速度大的比速度小的难以停下来，是因为速度大的车惯性大D.相同的两辆车，速度大的比速度小的难以停下来，是因为速度大的车运动状态变化大思路解析：质量是惯性大小的唯一量度，铅球质量很大，其惯性大，尽管速度不大，但是运动状态很难改变，故不能用手去接；而乒乓球则与其相反，运动状态容易改变，尽管速度很大，也可以用手去接（这一点同学们都有生活经验），所以AB是错误的。相同的车辆惯性相同，要让速度大的停下来，其运动状态变化大，因此较困难，故D正确。答案：D例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，总要不断地用力蹬脚踏板。这些现象不正说明了运动需要力来维持吗？那为什么又说“力不是维持物体运动的原因”？思路解析：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得多的距离，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，运动状态改变得慢，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。答案：力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。例4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的惯性比在低速行驶时的惯性大？思路解析：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。答案：不能这样说。深化升华注意此处空半格惯性的大小与物体运动的速度无关，与物体是否受力无关，仅与质量有关，因此，质量是物体惯性大小的唯一量度。例5有一仪器中电路如图4-1-2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