2018-2019 高中物理同步课堂讲义12.2 牛顿运动定律牛顿运动定律2.2.1 牛顿第一定律牛顿第一定律学习目标核心提炼1.知道亚里士多德的观点，知道伽利略理想斜面实验及推理方法。2.知道惯性概念，知道惯性是物体的固有属性。3.理解牛顿第一定律的内容和意义，并能解释有关现象。1 个实验伽利略理想斜面实验1 个定律牛顿第一定律1 种固有性质惯性一、历史回顾主要观点亚里士多德必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在一个地方伽利略力不是维持物体运动的原因笛卡儿如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向思考判断(1)亚里士多德认为力是维持物体运动的原因。()(2)伽利略认为，没有力作用在物体上，它就不能运动。()(3)笛卡儿认为若没有力作用，物体的运动状态就不会改变。()二、理想实验的魅力1.伽利略理想实验：让小球沿斜面从静止状态开始向下运动，小球将“冲”上另一斜面，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。若将第二个斜面放平，球将永远2018-2019 高中物理同步课堂讲义2运动下去。2.结论：力不是维持物体运动的原因。思维拓展有人认为伽利略的斜面实验为理想实验，无法在实验中验证，故不能揭示自然规律。该说法是否正确？提示 该说法是错误的。伽利略的理想斜面实验反映了一种物理思想，它建立在可靠的事实基础上，抓住主要因素，忽略次要因素，从而深刻揭示了自然规律。三、牛顿第一定律和惯性1.牛顿第一定律：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.惯性：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质。3.惯性的量度：质量是惯性大小的唯一量度。思维拓展1.如图 1 所示是冰壶在冰面上的运动图片，如果摩擦阻力比较大，冰壶很快停下来；如果摩擦阻力很小。可以忽略，冰壶将永远运动下去。图 1试结合上述现象讨论：(1)牛顿第一定律中的“除非作用在它上面的力迫使它改变运动状态”说明运动与力有什么关系？(2)根据牛顿第一定律思考，如果物体不受外力作用，物体将处于什么状态？ 提示 (1)说明力是改变物体运动状态的原因。(2)原来静止的物体，不受外力时，仍然静止；原来运动的物体，不受外力时，将永远做匀速直线运动。2.高铁的列车最高时速可以达到 400 多千米，是世界上最快的火车。有的同学认为：火车变快了，其惯性变大了，所以难刹车。他的认识正确吗？2018-2019 高中物理同步课堂讲义3图 2提示 他的认识是错误的，惯性是物体的固有属性，火车提速后，其质量不变，惯性也不变。对牛顿第一定律的理解要点归纳 1.牛顿第一定律的物理意义(1)揭示了力与运动的关系力是改变物体运动状态的原因：物体受力的作用，它的运动状态就一定发生改变，并且产生加速度。力不是维持物体运动状态的原因：物体若不受力，它将做匀速直线运动或者保持静止状态。(2)揭示了一切物体都具有的一种属性惯性，所以牛顿第一定律也叫惯性定律。2.物体运动状态改变的三种情况(1)速度的方向不变，大小改变。(2)速度的大小不变，方向改变。(3)速度的大小和方向同时发生改变。精典示例例 1 关于牛顿第一定律，下列说法中错误的是( )A.牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律B.牛顿第一定律就是惯性C.不受外力作用时，物体的运动状态保持不变是由于物体具有惯性 D.物体的运动状态发生变化时，物体必定受到外力的作用 思路点拨 解答本题时应注意以下三点：(1)牛顿第一定律和惯性的区别。2018-2019 高中物理同步课堂讲义4(2)力和运动的关系。(3)力和运动状态变化的关系。解析 牛顿第一定律有三层含义：不受力时物体将保持静止状态或匀速直线运动状态，这是由于一切物体都具有惯性；受到力的作用物体的运动状态就要发生变化，从而揭示出力是改变物体运动状态的原因；指出了物体在不受力时的运动状态，故选项 A、C、D 正确；牛顿第一定律并不是惯性，惯性是物体的一种性质，而牛顿第一定律是物体的运动规律，两者是不同的概念，不可混为一谈，选项 B 错误。答案 B方法总结牛顿第一定律描述了物体不受外力作用时的状态总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，同时揭示了力和运动的关系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。分析此类问题时要注意牛顿第一定律与惯性的区别。针对训练 1 根据牛顿第一定律判断，以下说法正确的是 ( )A.人只有在静止的车厢内，竖直向上高高跳起后，才会落在起跳时的位置B.人在沿直线匀速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方C.人在沿直线加速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方D.人在沿直线减速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方解析 人竖直跳起离开车厢瞬间，人与车在水平方向上的速度相同，由牛顿第一定律知如果车子静止或做匀速直线运动，人都将落回原地，故 A、B 项错误；如果车加速前进，则在相同时间内人的水平位移比车的水平位移小，故落在起跳点后方，C 项正确；反之若车子减速前进，则在相同时间内人的水平位移比车子的水平位移大，故落在起跳点的前方，D 项错误。答案 C对惯性的理解和应用要点归纳 1.惯性与质量的关系(1)惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。2018-2019 高中物理同步课堂讲义5(2)质量是物体惯性大小的唯一量度，质量越大，惯性越大。2.惯性与力的关系(1)惯性不是力，而是物体本身固有的一种性质，因此“物体受到了惯性作用” 、“产生了惯性” 、 “受到惯性力”等说法都是错误的。(2)力是改变物体运动状态的原因。惯性是维持物体运动状态的原因。力越大，物体的运动状态改变越快；惯性越大，物体的运动状态越难改变。(3)惯性与物体的受力情况无关。3.惯性与速度的关系(1)速度是表示物体运动快慢的物理量，惯性是物体本身固有的性质。(2)一切物体都有惯性，并且惯性的大小由物体本身决定，与物体是否有速度及速度的大小无关。4.惯性与惯性定律的关系(1)惯性是物体具有的一种固有属性。惯性定律是物体不受外力作用时所遵守的一条规律，属性不同于规律。(2)惯性使物体保持原来运动状态，但能否保持取决于其受力情况。当物体不受外力(或所受合外力为零)时，物体将保持静止状态或匀速直线运动状态。惯性定律揭示了物体的惯性，正因为物体有惯性，故物体的运动不需要力来维持。精典示例例 2 如图 3 所示是一种汽车安全带控制装置示意图。当汽车处于静止或匀速直线运动时，刹车摆锤竖直悬挂，锁棒水平，棘轮可以自由转动，安全带能被拉动。当汽车突然刹车时，摆锤由于惯性绕轴摆动，使得锁棒锁定棘轮的转动，安全带不能被拉动。若摆锤从图中实线位置摆到虚线位置，汽车的可能运动方向和运动状态是 ( )图 3A.向右行驶、匀速直线运动B.向左行驶、匀速直线运动2018-2019 高中物理同步课堂讲义6C.向右行驶、突然刹车D.向左行驶、突然刹车思路点拨解析 若汽车做匀速直线运动，则摆锤不会从实线位置摆到虚线位置，故A、B 均错误；由图可知摆锤向右摆动，根据惯性知识可推知，汽车可能向左加速或向右减速，故 C 正确，D 错误。答案 C方法总结解释惯性现象的方法(1)明确研究的物体原来处于怎样的运动状态。(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)该物体由于惯性保持怎样的运动状态，判断最后会出现什么现象。针对训练 2 下列事例中，利用了物体的惯性的是( )图 4A. B.C. D.答案 C1.在物理学史上，正确认识运动与力的关系并且推翻“力是维持运动的原因”2018-2019 高中物理同步课堂讲义7的物理学家和建立惯性定律的物理学家分别是 ( )A.亚里士多德、伽利略 B.亚里士多德、牛顿C.伽利略、牛顿 D.伽利略、爱因斯坦解析 在物理学史上，正确认识运动与力的关系并且推翻“力是维持运动的原因”的物理学家和建立惯性定律的物理学家分别是伽利略和牛顿。故选项 C 正确。答案 C2.伽利略的斜面实验证明了 ( )A.要物体运动必须有力作用，没有力作用的物体将静止B.要物体静止必须有力作用，没有力作用的物体就运动C.物体不受外力作用时，一定处于静止状态D.力不是维持物体运动的原因解析 伽利略的斜面实验证明了：如果物体不受外力作用，运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动下去，所以只有 D 正确。答案 D3.如图 5 所示，某同学面朝列车行进方向坐在车厢中，水平桌面上放有一相对桌面静止的小球。列车在水平直轨道上运动时，突然，小球相对桌面向后滚动，则可判断( )图 5A.列车在刹车B.列车在做加速运动C.列车一定在做匀减速直线运动D.列车一定在做匀速直线运动答案 B4.下列关于惯性的说法，正确的是 ( )2018-2019 高中物理同步课堂讲义8A.高速行驶的公共汽车紧急刹车时，乘客都要向前倾倒，说明乘客都具有惯性B.短跑运动员最后冲刺时，速度很大，很难停下来，说明速度越大，惯性越大C.道路交通安全法中规定：各种小型车辆前排乘坐的人(包括司机)必须系好安全带，这是因为系好安全带可以防止因车的惯性而造成的伤害D.把手中的球由静止释放后，球能竖直下落，是由于球具有惯性的缘故解析 高速行驶的公共汽车紧急刹车时，乘客都要向前倾倒，说明乘客都具有保持原来运动状态的性质，即惯性，选项 A 正确；物体的惯性只与质量有关，与速度大小无关，选项 B 错误；系安全带的目的是防止由于人本身的惯性造成的伤害，选项 C 错误；把手中的球由静止释放后，球能竖直下落，是由于球受到竖直向下的重力的缘故，选项 D 错误。答案 A5.如图 6 所示，在瓶内装满水，将乒乓球用细线拴住并按入水中，线的另一端固定在瓶盖上。盖上瓶盖并将瓶子翻转，乒乓球将浮在水中。用手托着瓶子水平向右做加速直线运动，乒乓球在瓶中的位置会如何变化？解释你所观察到的现象图 6解析 因为水的质量大于同体积的乒乓球的质量，所以同体积的水的惯性大于乒乓球的惯性。当用手托着瓶子水平向右做加速直线运动时，同体积的水相对瓶子向左移动时，将挤压乒乓球，使乒乓球相对瓶子向右移动。答案 见解析牛顿第一定律巧应用2018-2019 高中物理同步课堂讲义9(1)由“因”索“果”：在判断力与运动之间的关系时，一定要把握准牛顿第一定律的含义，即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。(2)由“果”索“因”：如果物体的运动状态发生改变，则物体必然受到不为零的合外力的作用，所以判断物体的运动状态是否改变以及如何改变，应分析物体的受力情况。基础过关1.（多选）以下说法符合物理学史实的是 ( )A.亚里士多德认为，必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在某一个地方B.伽利略通过理想实验得出结论：力是维持物体运动的原因C.笛卡尔指出：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向D.牛顿第一定律是逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能直接用实验验证解析 亚里士多德认为力的作用是使物体运动的原因，A 的说法符合物理学史；伽利略通过理想实验得出运动不需要力来维持，故 B 项说法不符合物理学史；笛卡尔指出如果运动中的物体没有受到力的作用，它将以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向，C 的说法符合物理学史；牛顿第一定律是逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能直接用实验验证，故 D 项符合物理学史。答案 ACD2.(多选)关于伽利略的理想实验的叙述中正确的是( )A.这个实验是凭空想象的B.这个实验虽然是想象的，但它得出的结论是可