牛顿第一定律
牛顿第一定律
1.伽利略的理想实验
伽利略注意到,当一个球沿斜面向下运动时,它的速度增大,而向上运动时,速度减小。他由此猜想:当球沿水平面运动时,它的速度应该不增不减。但实际情况却是,即使沿水平面运动,球也越来越慢,最后停下来。伽利略认为,这是摩擦阻力作用的结果,因为他同样还观察到,表面越光滑,球便会运动得越远。于是,他推断:若没有摩擦阻力,球将永远运动下去。
伽利略为了说明他的思想,设计了一个如图所示的实验:让小球沿一个斜面从静止状态开始向下运动,小球将冲上另一个斜面,如果没有摩擦,小球将上升到原来的高度。减小第二个斜面的倾角,小球在这个斜面上仍将达到同一高度,但这时它要运动得远些。继续减小第二个斜面的倾角,球达到同一高度时就会离得更远。那么伽利略推理:如果斜面的倾角无限小(即为平面),那么小球为了到达等高的位置将沿平面几乎可以一直滚动下去。伽利略进一步总结到:力不是维持运动的原因,而是改变物体运动状态的原因。
笛卡儿也研究了这个问题,它指出:如果运动中的物体没有受到力的作用,将继续以同一速度沿着一条直线运动,既不会停下来,也不会偏离原来的方向。他还认为,这
应该成为一个原理,它是整个人类自然观的基石。
2.牛顿第一定律
⑴ 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。 ⑵ 意义:
① 澄清了力的概念: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。 ② 指出了力和运动的定性关系:不受外力作用的物体,将保持匀速直线运动状态或静止状态。
③ 揭示了一切物体固有的属性——惯性。
典例精讲
【例2.1】(2019?徐州学业考试)关于牛顿第一定律,下列说法中错误的是( ) A.牛顿第一定律又叫惯性定律 B.牛顿第一定律说明一切物体都有惯性
C.牛顿第一定律是通过大量实验总结出来的实验结论 D.牛顿第一定律说明力可以改变物体的运动状态
【分析】牛顿第一定律是在实验的基础上通过推理概括得而出的规律,即物体在不受力的作用时,总保持静止状态或物体做匀速直线运动状态。
【解答】解:A、牛顿第一定律说明一切物体都具有保持速度不变的性质,故又叫惯性定律,故A正确;
B、牛顿第一定律揭示了一切物体都具有惯性,惯性是物体的固有属性,故B正确; C、牛顿第一定律是在实验的基础上进一步的推理概括出来的科学理论,而不是直接通过实验得出的,故C错误;
D、牛顿第一定律告诉我们,一切物体都有保持原来速度不变的性质,力不是维持物体运动的原因,力是改变物体运动状态的原因,故D正确。 本题选错误的,故选:C。
【例2.2】(2018?上海学业考试)下列说法正确的是( )
A.静止或做匀速直线运动的物体,一定不受外力作用 B.当物体的速度等于零时,物体一定不受外力作用
C.当物体的速度发生变化时,物体一定受到了外力作用 D.当物体受到的合外力为零时,物体一定做匀速直线运动
【分析】力是物体运动状态改变的原因,若物体受平衡力作用,物体的运动状态一定不变,物体受非平衡力作用时其运动状态一定改变.
【解答】解:AD、静止或做匀速直线运动的物体,处于平衡状态,可以不受外力的作用或所受合力为零,故AD错误;
B、当物体的速度等于零时,它不一定处于平衡状态,例如竖直上抛运动到最高点,故B错误;
C、当物体的速度变化,即运动状态发生变化时,它一定受到外力作用,故C正确; 故选:C。
【例2.3】(2016?陕西学业考试)关于力和运动的关系,下列说法中正确的是( ) A.力是物体运动的原因
B.力是维持物体运动的原因
C.力是改变物体运动状态的原因 D.力是物体获得速度的原因
【分析】本题考查了力和运动的关系,正确理解牛顿第一定律即可解答本题.
【解答】解:力和运动无关,力不是产生运动的原因,力是运动状态变化的原因是产生加速度的原因,故ABD错误,C正确。 故选:C。
【例2.4】(2015?徐州学业考试)关于牛顿第一定律,下列说法中正确的是( ) A.牛顿第一定律说明力是维持物体运动的原因
B.惯性就是物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质 C.由牛顿第一定律可知:物体所受的合力为零时,一定处于静止状态 D.牛顿第一定律可以通过实验来验证
【分析】牛顿第一定律给出了物体不受力作用时的运动规律,同时也说明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;牛顿第一定律是牛顿在前人实验的基础上,根据逻辑推理得出的,是以实验为基础,但又不是完全通过实验得出.
【解答】解:A、牛顿第一定律说明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,故A错误;
B、物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质,叫做惯性,与质量有关,故B正确;
C、由牛顿第一定律可知:物体所受的合力为零时,处于静止状态或者匀速直线运动状态,故C错误;
D、牛顿第一定律是牛顿在前人实验的基础上,根据逻辑推理得出的,是以实验为基础,但又不是完全通过实验得出,故D错误; 故选:B。
3.惯性
⑴ 牛顿第一定律表明,物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质,我们把这个性质叫做惯性。
⑵ 如图甲所示,将弹簧压缩后用细绳拴住置于静置的两车之间,剪断细绳后,我们可以观察到质量较大的黑车几乎不动,质量较小的白车很短的时间内获得较大速度弹出(如图乙所示,白车已弹出屏幕范围)。说明质量较大的物体运动状态较难改变,质量较小的物体运动状态较易改变。
图甲
图乙
大量实验表明:惯性是物体的固有属性:一切物体都具有惯性。惯性与物体的受力情况及运动状态无关只与物体本身有关。惯性大小的量度是质量。
典例精讲
【例3.1】(2019?云南学业考试)在学校安全教育中,要求学生骑自行车不带人、不超速。则下列说法正确的是( ) A.带人后总质量变大,惯性变大 B.带人后总质量变大,惯性变小 C.超速时惯性变大 D.超速时惯性变小
【分析】惯性是物体的固有属性,它指的是物体能够保持原来的运动状态的一种性质,惯性大小与物体的质量有关,质量越大,惯性越大。
【解答】解:AB、惯性大小只与物体的质量有关,质量越大,惯性越大,可知带人后总质量变大,惯性变大。故A正确,B错误;
CD、惯性大小只与物体的质量有关,与物体是否运动、运动的快慢无关,故CD错误; 故选:A。
【例3.2】(2016?铜仁市校级模拟)如图所示,一只盛水的容器固定在一个小车上,在容器中分别悬挂和拴住一只铁球和一只乒乓球,容器中水和铁球。乒乓球都处于静止状态,当容器随小车突然向右运动时,两球的运动状况是(以小车为参考系)( )
A.铁球向左,乒乓球向右 B.铁球向右。乒乓球向左 C.铁球和乒乓球都向左
D.铁球和乒乓球都向右
【分析】当容器随小车突然向右运动时,铁球由于惯性要保持原来状态,故相对小车向左运动;当容器随小车突然向右运动时,容器中的水也有惯性,故也有相对小车向左运动的趋势,水的密度大于整个乒乓球的密度,故把乒乓球挤向右,故乒乓球故相对小车向右运动。 【解答】解:因为小车突然向右运动时,由于惯性,铁球和乒乓球都有向左运动趋势,但由于与同体积的“水球”相比铁球的质量大,惯性大,铁球的运动状态难改变,即速度变化慢,
高一物理必修一第11讲 牛顿第一定律(简单版) 教师版讲义
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