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第1節　牛頓第一運動定律
[學習目標]　1．知道牛頓第一定律的內容，了解慣性的含義。知道質量是物體慣性大小的量度。2．學會根據理想實驗的條件，結合現行器材，探究實驗結果的正確性并進行討論，能交流探究過程及結果。3．通過伽利略、笛卡兒等相關史實，能認識到物理學研究是不斷完善的，堅持實事求是，激發學習與探究興趣。
知識點一　力與運動的關系
1．時空對話
亞里士多德觀點 有外力的作用時物體才能運動，要維持物體的運動就需要________
伽利略理想實驗 (1)現象：當小球沿光滑斜面從左側某一高度滾下時，無論右側斜面的坡度如何，它都會沿斜面上升到與出發點幾乎________的地方 (2)維持物體的運動不需外力
笛卡兒觀點 若無其他原因，運動物體將繼續以原來的________沿直線運動
2．運動狀態：________是描述物體運動狀態的物理量，運動狀態的改變是指________的改變。
3．力和運動的關系：力不是維持物體運動的原因，而是________物體運動狀態的原因。
　伽利略理想實驗中的“理想”指的是什么？
1．思考辨析(正確的打√，錯誤的打×)
(1)亞里士多德認為力是維持物體運動的原因。 (　　)
(2)笛卡兒認為物體的運動狀態不需力來維持。 (　　)
(3)伽利略的理想實驗說明了力是維持物體運動的原因。 (　　)
知識點二　牛頓第一運動定律及其意義
1．內容：一切物體總保持____________或________狀態，除非有________迫使它改變這種狀態。
2．意義
(1)指出了物體________(或所受合外力為零)時的運動狀態是靜止或勻速直線運動狀態。
(2)明確了力的作用效果，即力是________物體運動狀態的原因。
(3)指出了一切物體都具有保持原有運動狀態________的性質。
3．慣性
(1)定義：任何物體都有保持________或______________狀態不變的屬性。
(2)大小：________是描述物體慣性大小的物理量。物體的質量大，慣性______；質量小，慣性______。
(3)慣性的大小體現在__________改變的難易程度上，和物體是否受力，是否運動________。
　慣性是物體的固有屬性，與物體是否受力無關，與物體的運動狀態及所在的地理位置均無關。
2．思考辨析(正確的打√，錯誤的打×)
(1)牛頓第一運動定律是可以通過實驗驗證的。 (　　)
(2)力的作用效果不僅可以改變物體的形狀，也可以改變物體的運動狀態。 (　　)
(3)牛頓第一運動定律說明一切物體都具有慣性。 (　　)
馬拉車，車就前進，停止用力，車就停下來。這是否說明必須有力作用在物體上，物體才能運動？
考點1　伽利略理想實驗
1．理想實驗
理想實驗有時能更深刻地反映自然規律。伽利略設想了一個理想實驗如下：
(1)操作過程：讓小球沿光滑斜面從左側某一高度滾下。
(2)實驗現象：無論右側斜面坡度如何，它都會沿斜面上升到與出發點幾乎等高的地方。
(3)實驗結論：斜面的傾角越小，小球運動到同一高度所經歷的路程越遠，當斜面傾角逐漸減小到0時，右側變為水平面，小球將為了達到那個永遠無法達到的高度而一直運動下去。
2．伽利略理想實驗的意義
(1)研究方法：伽利略的理想實驗將可靠的事實和理論推理結合起來，即采用“可靠事實＋抽象思維＋科學推理”的方法推翻了亞里士多德的觀點，初步揭示了運動和力的正確關系。
(2)歷史意義：第一次確立了實驗在物理學中的地位。
【典例1】　理想實驗有時能更深刻地反映自然規律。伽利略設想了一個理想實驗，下面是關于該實驗被打亂的步驟：
①減小第二個斜面的傾角，小球在這個斜面上仍然要達到原來的高度。
②如圖所示為兩個對接的斜面，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球將滾上另一個斜面。
③如果兩個斜面是光滑的，小球將上升到原來釋放時的高度。
④繼續減小第二個斜面的傾角，最后使它成為水平面，小球要沿水平面做持續的勻速直線運動。
(1)請將上述理想實驗的步驟按照正確的順序排列______________(只填寫序號即可)。
(2)在上述的理想實驗步驟中，有的是可靠的實驗事實，有的則是理想化的推論，則步驟②屬于________。
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[跟進訓練]
1．理想實驗是科學研究中的一種重要方法，它把可靠的事實和合理的推論結合起來，可以深刻地揭示自然規律。關于伽利略的理想實驗，下列說法正確的是(　　)
A．只要接觸面“相當光滑”，物體在水平面上就能勻速運動下去
B．實際上這個實驗是永遠無法做到的
C．利用氣墊導軌，就能使實驗成功
D．要使物體運動就必須有力的作用，沒有力的作用物體就靜止
考點2　牛頓第一定律及其意義
對牛頓第一定律的認識
1．一切：說明牛頓第一定律適用于任何物體，沒有范圍限制。
2．沒有受外力作用包含兩種情況
(1)物體不受任何力的作用，一種理想狀態；
(2)物體所受合外力為零。
3．總：指在成立條件下結果是確定的，沒有例外。
4．或：指兩種狀態必居其一，是選擇的意思，不能同時存在，物體只能處于兩種狀態中的一種。
5．定律揭示的規律
(1)物體本身有保持原來運動狀態的屬性，不受力是保持原來運動狀態不變的原因之一。
(2)要改變物體的運動狀態，必須有力作用于物體。
(3)力的作用不是維持運動，而是改變運動狀態。
6．不能用實驗證明，只能在實驗基礎上通過科學推理得到。
【典例2】　(雙選)在勻速前進的磁懸浮列車里，小明將一小球放在水平桌面上，且小球相對桌面靜止。關于小球與列車的運動，下列說法正確的是(　　)
A．若小球向前滾動，則磁懸浮列車在加速前進
B．若小球向后滾動，則磁懸浮列車在加速前進
C．磁懸浮列車急剎車時，小球向前滾動
D．磁懸浮列車急剎車時，小球向后滾動
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　　牛頓第一定律應用技巧
(1)力與運動之間的關系：力是改變物體運動狀態的原因，而不是維持物體運動狀態的原因。
(2)如果物體的運動狀態發生改變，則物體必然受到不為零的合力作用，所以根據物體的運動狀態分析物體所受合力是否為零。
[跟進訓練]
2．如圖所示，一個劈形物體M，各表面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在上表面上放一光滑小球m，劈形物體從靜止開始釋放，則小球在碰到斜面前的運動軌跡是(　　)
A．沿斜面向下的直線
B．豎直向下的直線
C．無規則直線
D．拋物線
考點3　對慣性的理解和應用
1．慣性現象的“一只”“二有”“三區別”
(1)“一只”：慣性的大小只跟物體的質量有關。
(2)“二有”：慣性是一切物體固有的屬性；物體在任何情況下都有慣性。
(3)“三區別”：慣性與第一定律的區別；慣性與力的區別；慣性與速度的區別。
2．四個關系
慣性與質 量的關系 質量是物體慣性大小的唯一量度，質量越大，慣性越大
慣性與力 的關系 慣性不是力，而是物體本身固有的一種性質，慣性大小與物體的受力情況無關
慣性與 速度 一切物體都有慣性，慣性大小與物體是否有速度及速度的大小無關
慣性與 慣性定律 慣性是物體具有的一種固有屬性；慣性定律是物體不受外力時所遵循的一條規律，慣性定律揭示了物體的慣性
3.慣性的“兩表現”
(1)不受外力的條件下，慣性表現出“保持”“原來的”運動狀態。
(2)在受力條件下，慣性表現出運動狀態改變的難易程度，質量越大，慣性越大，運動狀態越難改變。
【典例3】　如圖所示是一種汽車安全帶控制裝置示意圖。當汽車處于靜止或勻速直線運動時，剎車擺錘豎直懸掛，鎖棒水平，棘輪可以自由轉動，安全帶能被拉動。當汽車突然剎車時，擺錘由于慣性繞軸擺動，使得鎖棒鎖定棘輪的轉動，安全帶不能被拉動。若擺錘從圖中實線位置擺到虛線位置，汽車的可能運動方向和運動狀態是(　　)
A．向右行駛、勻速直線運動
B．向左行駛、勻速直線運動
C．向右行駛、突然剎車
D．向左行駛、突然剎車
思路點撥：
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　　利用慣性解釋現象的方法
(1)明確研究的物體原來處于怎樣的運動狀態。
(2)當外力作用在該物體的某一部分(或外力作用在與該物體有關聯的其他物體上)時，分析這一部分的運動狀態的變化情況。
(3)該物體由于慣性保持怎樣的運動狀態，判斷最后會出現什么現象。
[跟進訓練]
3．如圖所示，一個盛水的容器固定在一個小車上，在容器中分別用繩懸掛和拴住一只鐵球
和一只乒乓球，容器中的水和鐵球、乒乓球都處于靜止狀態。當容器隨小車突然向右運動時，兩球的運動狀況是(以小車為參考系)(　　)
A．鐵球向左，乒乓球向右
B．鐵球向右，乒乓球向左
C．鐵球和乒乓球都向左
D．鐵球和乒乓球都向右
1．在物理學的發展過程中，許多物理學家的研究推動了人類文明的進程。在對以下幾位物理學家所做的貢獻的敘述中，正確的是(　　)
A．亞里士多德認為較重物體與較輕物體下落得一樣快
B．伽利略通過理想斜面實驗得出物體的運動不需要力維持
C．笛卡兒認為如果物體受到力的作用，它將繼續以同一速度沿同一方向運動下去
D．牛頓認為力不僅可以維持物體的運動，而且可以改變物體的運動狀態
2．春秋時期齊國人的著作《考工記·辀人篇》中有“勸登馬力，馬力既竭，辀猶能一取焉”的記載，如圖所示，意思是馬拉車的時候，馬雖然對車不再施力了，但車還能繼續向前運動一段距離，這一現象說明了車具有慣性，下列關于慣性的說法正確的是(　　)
A.馬對車的力越大，車的慣性越大
B．車的速度越大，慣性越大
C．車的質量越大，慣性越大
D．車的慣性與質量無關
3．下列說法正確的是(　　)
A．靜止或勻速直線運動的物體一定不受外力的作用
B．戰斗機在戰斗前丟掉副油箱，目的是減小慣性
C．從高處下落的玻璃杯比低處下落的玻璃杯容易碎，是因為前者慣性比較大
D．物體運動狀態改變的難易程度取決于速度的大小
4．(新情境題：以氣球上升為背景，考查牛頓第一定律)如圖所示，物體B在氣球A的帶動下勻速上升，運動到某一時刻，連接A、B的繩子斷了，關于A、B后來的運動情況，則：(不考慮空氣阻力)
(1)B是否立即下落？請描述B的運動情況。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(2)繩子斷后A是否仍是勻速上升？請描述A的運動情況。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
回歸本節知識，完成以下問題：
(1)伽利略通過理想斜面實驗得出的力與運動的關系是怎樣的？
(2)牛頓第一定律的內容是什么？
(3)物體慣性的大小由什么因素決定？
不系安全帶，安全氣囊就是個“炸彈”
為了保證安全氣囊在適當的時候打開，生產廠家都給汽車安全氣囊設置了起爆條件，只有滿足了這些條件，安全氣囊才能夠彈出。雖然在一些交通事故中，車內乘客已經碰得頭破血流，但是如果達不到安全氣囊爆炸的條件，安全氣囊也是不會打開的。
安全氣囊打開需要合適的速度和角度。理論上講，只有速度高于30千米/小時，并且車輛的正前方左右大約60°之間位置撞擊在固定的物體上，安全氣囊才會打開。
技術人員設計氣囊的初衷是希望氣囊充分展開到位之后再來保護乘客，這個時候氣囊已經完全展開，內部壓力變得平衡。但是，乘客如果不系安全帶，在碰撞剛一發生的時候過早地向前傾，或者在車內飛起，這樣就會過早和還沒有充分展開的氣囊接觸。由于氣囊的展開速度過快，氣囊內部的壓力還沒有達到平衡，沒有完全打開的安全氣囊還在爆破狀態就遇到了乘客的身體，這樣必然會對乘客造成更大傷害。
這個時候，如果系上了座椅安全帶，就能夠在碰撞剛剛發生的時候控制住乘客的身體避免乘客過早地向前傾，從而能夠讓安全氣囊充分打開，氣囊內部的壓力達到平衡的時候接觸到安全氣囊，這樣才能最大限度地降低安全氣囊產生的副作用。
　當汽車剎車時，沒有安全帶和安全氣囊情況如何？有安全帶和安全氣囊情況如何？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
10 / 10第1節　牛頓第一運動定律
[學習目標]　1．知道牛頓第一定律的內容，了解慣性的含義。知道質量是物體慣性大小的量度。2．學會根據理想實驗的條件，結合現行器材，探究實驗結果的正確性并進行討論，能交流探究過程及結果。3．通過伽利略、笛卡兒等相關史實，能認識到物理學研究是不斷完善的，堅持實事求是，激發學習與探究興趣。
知識點一　力與運動的關系
1．時空對話
亞里士多德觀點 有外力的作用時物體才能運動，要維持物體的運動就需要外力
伽利略理想實驗 (1)現象：當小球沿光滑斜面從左側某一高度滾下時，無論右側斜面的坡度如何，它都會沿斜面上升到與出發點幾乎等高的地方
(2)維持物體的運動不需外力
笛卡兒 觀點 若無其他原因，運動物體將繼續以原來的速度沿直線運動
2．運動狀態：速度是描述物體運動狀態的物理量，運動狀態的改變是指速度的改變。
3．力和運動的關系：力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動狀態的原因。
　伽利略理想實驗中的“理想”指的是什么？
提示：斜面光滑，水平面無限長。
1．思考辨析(正確的打√，錯誤的打×)
(1)亞里士多德認為力是維持物體運動的原因。 (√)
(2)笛卡兒認為物體的運動狀態不需力來維持。 (√)
(3)伽利略的理想實驗說明了力是維持物體運動的原因。 (×)
知識點二　牛頓第一運動定律及其意義
1．內容：一切物體總保持勻速直線運動或靜止狀態，除非有外力迫使它改變這種狀態。
2．意義
(1)指出了物體不受力(或所受合外力為零)時的運動狀態是靜止或勻速直線運動狀態。
(2)明確了力的作用效果，即力是改變物體運動狀態的原因。
(3)指出了一切物體都具有保持原有運動狀態不變的性質。
3．慣性
(1)定義：任何物體都有保持靜止或勻速直線運動狀態不變的屬性。
(2)大小：質量是描述物體慣性大小的物理量。物體的質量大，慣性大；質量小，慣性小。
(3)慣性的大小體現在運動狀態改變的難易程度上，和物體是否受力，是否運動無關。
　慣性是物體的固有屬性，與物體是否受力無關，與物體的運動狀態及所在的地理位置均無關。
2．思考辨析(正確的打√，錯誤的打×)
(1)牛頓第一運動定律是可以通過實驗驗證的。 (×)
(2)力的作用效果不僅可以改變物體的形狀，也可以改變物體的運動狀態。 (√)
(3)牛頓第一運動定律說明一切物體都具有慣性。 (√)
馬拉車，車就前進，停止用力，車就停下來。這是否說明必須有力作用在物體上，物體才能運動？
提示：停止用力，車停下來是因為受到了地面摩擦力的作用，不能說明必須有力作用在物體上，物體才能運動。
考點1　伽利略理想實驗
1．理想實驗
理想實驗有時能更深刻地反映自然規律。伽利略設想了一個理想實驗如下：
(1)操作過程：讓小球沿光滑斜面從左側某一高度滾下。
(2)實驗現象：無論右側斜面坡度如何，它都會沿斜面上升到與出發點幾乎等高的地方。
(3)實驗結論：斜面的傾角越小，小球運動到同一高度所經歷的路程越遠，當斜面傾角逐漸減小到0時，右側變為水平面，小球將為了達到那個永遠無法達到的高度而一直運動下去。
2．伽利略理想實驗的意義
(1)研究方法：伽利略的理想實驗將可靠的事實和理論推理結合起來，即采用“可靠事實＋抽象思維＋科學推理”的方法推翻了亞里士多德的觀點，初步揭示了運動和力的正確關系。
(2)歷史意義：第一次確立了實驗在物理學中的地位。
【典例1】　理想實驗有時能更深刻地反映自然規律。伽利略設想了一個理想實驗，下面是關于該實驗被打亂的步驟：
①減小第二個斜面的傾角，小球在這個斜面上仍然要達到原來的高度。
②如圖所示為兩個對接的斜面，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球將滾上另一個斜面。
③如果兩個斜面是光滑的，小球將上升到原來釋放時的高度。
④繼續減小第二個斜面的傾角，最后使它成為水平面，小球要沿水平面做持續的勻速直線運動。
(1)請將上述理想實驗的步驟按照正確的順序排列________(只填寫序號即可)。
(2)在上述的理想實驗步驟中，有的是可靠的實驗事實，有的則是理想化的推論，則步驟②屬于________。
[解析]　伽利略設計了一個理想實驗的步驟是：先在兩個對接的斜面上，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球將滾上另一個斜面；如果沒有摩擦，小球將上升到原來的高度；接著減小第二個斜面的傾角，小球在這斜面上仍然要達到原來的高度；繼續減小第二個斜面的傾角，最后使它成為水平面，小球要沿水平面做勻速直線運動。故實驗步驟是②③①④，并且步驟②屬于實驗事實。
[答案]　(1)②③①④　(2)實驗事實
[跟進訓練]
1．理想實驗是科學研究中的一種重要方法，它把可靠的事實和合理的推論結合起來，可以深刻地揭示自然規律。關于伽利略的理想實驗，下列說法正確的是(　　)
A．只要接觸面“相當光滑”，物體在水平面上就能勻速運動下去
B．實際上這個實驗是永遠無法做到的
C．利用氣墊導軌，就能使實驗成功
D．要使物體運動就必須有力的作用，沒有力的作用物體就靜止
B　[在實際情況下理想實驗條件永遠是理想化的，是永遠不能實現的，選項B正確；即使接觸面“相當光滑”，也不會達到沒有摩擦力的程度，選項A錯誤；利用氣墊導軌當然也不能實現“理想”的條件，仍然存在一定的阻力，只不過阻力很小而已，選項C錯誤；力是改變物體運動狀態的原因，并不是維持物體運動狀態的原因，選項D錯誤。]
考點2　牛頓第一定律及其意義
對牛頓第一定律的認識
1．一切：說明牛頓第一定律適用于任何物體，沒有范圍限制。
2．沒有受外力作用包含兩種情況
(1)物體不受任何力的作用，一種理想狀態；
(2)物體所受合外力為零。
3．總：指在成立條件下結果是確定的，沒有例外。
4．或：指兩種狀態必居其一，是選擇的意思，不能同時存在，物體只能處于兩種狀態中的一種。
5．定律揭示的規律
(1)物體本身有保持原來運動狀態的屬性，不受力是保持原來運動狀態不變的原因之一。
(2)要改變物體的運動狀態，必須有力作用于物體。
(3)力的作用不是維持運動，而是改變運動狀態。
6．不能用實驗證明，只能在實驗基礎上通過科學推理得到。
【典例2】　(雙選)在勻速前進的磁懸浮列車里，小明將一小球放在水平桌面上，且小球相對桌面靜止。關于小球與列車的運動，下列說法正確的是(　　)
A．若小球向前滾動，則磁懸浮列車在加速前進
B．若小球向后滾動，則磁懸浮列車在加速前進
C．磁懸浮列車急剎車時，小球向前滾動
D．磁懸浮列車急剎車時，小球向后滾動
BC　[列車加(減)速時，小球由于慣性保持原來的運動狀態不變，相對于車向后(前)滾動，故B、C正確。]
　牛頓第一定律應用技巧
(1)力與運動之間的關系：力是改變物體運動狀態的原因，而不是維持物體運動狀態的原因。
(2)如果物體的運動狀態發生改變，則物體必然受到不為零的合力作用，所以根據物體的運動狀態分析物體所受合力是否為零。
[跟進訓練]
2．如圖所示，一個劈形物體M，各表面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在上表面上放一光滑小球m，劈形物體從靜止開始釋放，則小球在碰到斜面前的運動軌跡是(　　)
A．沿斜面向下的直線
B．豎直向下的直線
C．無規則直線
D．拋物線
B　[由于劈形物體M的各表面均光滑，所以小球m在水平方向上不受力的作用，故小球m在水平方向上將保持“靜止”狀態；小球m在豎直方向上受到重力及劈形物體M的支持力作用，當劈形物體從靜止開始釋放后，小球在碰到斜面前在豎直方向的運動狀態不發生改變，B正確。]
考點3　對慣性的理解和應用
1．慣性現象的“一只”“二有”“三區別”
(1)“一只”：慣性的大小只跟物體的質量有關。
(2)“二有”：慣性是一切物體固有的屬性；物體在任何情況下都有慣性。
(3)“三區別”：慣性與第一定律的區別；慣性與力的區別；慣性與速度的區別。
2．四個關系
慣性與質 量的關系 質量是物體慣性大小的唯一量度，質量越大，慣性越大
慣性與力 的關系 慣性不是力，而是物體本身固有的一種性質，慣性大小與物體的受力情況無關
慣性與 速度 一切物體都有慣性，慣性大小與物體是否有速度及速度的大小無關
慣性與 慣性定律 慣性是物體具有的一種固有屬性；慣性定律是物體不受外力時所遵循的一條規律，慣性定律揭示了物體的慣性
3．慣性的“兩表現”
(1)不受外力的條件下，慣性表現出“保持”“原來的”運動狀態。
(2)在受力條件下，慣性表現出運動狀態改變的難易程度，質量越大，慣性越大，運動狀態越難改變。
【典例3】　如圖所示是一種汽車安全帶控制裝置示意圖。當汽車處于靜止或勻速直線運動時，剎車擺錘豎直懸掛，鎖棒水平，棘輪可以自由轉動，安全帶能被拉動。當汽車突然剎車時，擺錘由于慣性繞軸擺動，使得鎖棒鎖定棘輪的轉動，安全帶不能被拉動。若擺錘從圖中實線位置擺到虛線位置，汽車的可能運動方向和運動狀態是(　　)
A．向右行駛、勻速直線運動
B．向左行駛、勻速直線運動
C．向右行駛、突然剎車
D．向左行駛、突然剎車
思路點撥：
C　[若汽車做勻速直線運動，則擺錘不會從實線位置擺到虛線位置，故A、B錯誤；由題圖可知擺錘向右擺動，根據慣性知識可推知，汽車可能向左加速或向右減速，故C正確，D錯誤。]
　利用慣性解釋現象的方法
(1)明確研究的物體原來處于怎樣的運動狀態。
(2)當外力作用在該物體的某一部分(或外力作用在與該物體有關聯的其他物體上)時，分析這一部分的運動狀態的變化情況。
(3)該物體由于慣性保持怎樣的運動狀態，判斷最后會出現什么現象。
[跟進訓練]
3．如圖所示，一個盛水的容器固定在一個小車上，在容器中分別用繩懸掛和拴住一只鐵球和一只乒乓球，容器中的水和鐵球、乒乓球都處于靜止狀態。當容器隨小車突然向右運動時，兩球的運動狀況是(以小車為參考系)(　　)
A．鐵球向左，乒乓球向右
B．鐵球向右，乒乓球向左
C．鐵球和乒乓球都向左
D．鐵球和乒乓球都向右
A　[靜止的小車突然向右運動，即向右加速運動，由于與同體積的“水球”相比，鐵球質量大、慣性大，鐵球的運動狀態難改變，即速度變化慢，而同體積的“水球”的運動狀態容易改變，即速度變化快，而且水和車一起向右加速運動，所以當小車突然向右運動時，鐵球相對于小車向左運動。同理，由于乒乓球與同體積的“水球”相比，質量小，慣性小，故乒乓球相對于小車向右運動，故A正確。]
1．在物理學的發展過程中，許多物理學家的研究推動了人類文明的進程。在對以下幾位物理學家所做的貢獻的敘述中，正確的是(　　)
A．亞里士多德認為較重物體與較輕物體下落得一樣快
B．伽利略通過理想斜面實驗得出物體的運動不需要力維持
C．笛卡兒認為如果物體受到力的作用，它將繼續以同一速度沿同一方向運動下去
D．牛頓認為力不僅可以維持物體的運動，而且可以改變物體的運動狀態
B　[亞里士多德認為重的物體下落得快，輕的物體下落得慢，A錯誤；伽利略通過理想斜面實驗得出力不是維持物體運動狀態的原因，B正確；笛卡兒認為如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續以同一速度沿同一直線運動，C錯誤；牛頓認為力不是維持物體運動狀態的原因，而是改變物體運動狀態的原因，D錯誤。]
2．春秋時期齊國人的著作《考工記辀人篇》中有“勸登馬力，馬力既竭，辀猶能一取焉”的記載，如圖所示，意思是馬拉車的時候，馬雖然對車不再施力了，但車還能繼續向前運動一段距離，這一現象說明了車具有慣性，下列關于慣性的說法正確的是(　　)
A．馬對車的力越大，車的慣性越大
B．車的速度越大，慣性越大
C．車的質量越大，慣性越大
D．車的慣性與質量無關
C　[慣性大小的唯一量度是質量，與速度無關，與物體是否受力無關，質量越大，慣性越大，故A、B、D錯誤，C正確。]
3．下列說法正確的是(　　)
A．靜止或勻速直線運動的物體一定不受外力的作用
B．戰斗機在戰斗前丟掉副油箱，目的是減小慣性
C．從高處下落的玻璃杯比低處下落的玻璃杯容易碎，是因為前者慣性比較大
D．物體運動狀態改變的難易程度取決于速度的大小
B　[物體處于靜止狀態或勻速直線運動狀態也可能是因為受到的合外力為零，選項A錯誤；戰斗機為了提高作戰的靈活性，戰斗前丟掉副油箱，從而減小飛機的質量，減小飛機的慣性，增加飛機的機動性，選項B正確；從高處下落的玻璃杯比低處下落的玻璃杯容易碎，是因為從高處下落的玻璃杯受到的沖擊力大，所以容易碎，慣性大小取決于玻璃杯的質量，選項C錯誤；對于運動的物體，慣性表現為運動狀態改變的難易，選項D錯誤。]
4．(新情境題：以氣球上升為背景，考查牛頓第一定律)如圖所示，物體B在氣球A的帶動下勻速上升，運動到某一時刻，連接A、B的繩子斷了，關于A、B后來的運動情況，則：(不考慮空氣阻力)
(1)B是否立即下落？請描述B的運動情況。
(2)繩子斷后A是否仍是勻速上升？請描述A的運動情況。
[解析]　(1)否。物體B與A整體勻速上升，氣球的浮力與總重力等大反向；繩子斷后，B由于慣性仍有向上的速度，在重力作用下，B將先減速上升再加速下落。
(2)否。繩子斷后，A受浮力大于其重力，合力方向向上，所以A的運動狀態發生變化做變速運動。
[答案]　見解析
回歸本節知識，完成以下問題：
(1)伽利略通過理想斜面實驗得出的力與運動的關系是怎樣的？
提示：力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動狀態的原因。
(2)牛頓第一定律的內容是什么？
提示：一切物體總保持勻速直線運動或靜止狀態，除非有外力迫使它改變這種狀態。
(3)物體慣性的大小由什么因素決定？
提示：物體的質量。
不系安全帶，安全氣囊就是個“炸彈”
為了保證安全氣囊在適當的時候打開，生產廠家都給汽車安全氣囊設置了起爆條件，只有滿足了這些條件，安全氣囊才能夠彈出。雖然在一些交通事故中，車內乘客已經碰得頭破血流，但是如果達不到安全氣囊爆炸的條件，安全氣囊也是不會打開的。
安全氣囊打開需要合適的速度和角度。理論上講，只有速度高于30千米/小時，并且車輛的正前方左右大約60°之間位置撞擊在固定的物體上，安全氣囊才會打開。
技術人員設計氣囊的初衷是希望氣囊充分展開到位之后再來保護乘客，這個時候氣囊已經完全展開，內部壓力變得平衡。但是，乘客如果不系安全帶，在碰撞剛一發生的時候過早地向前傾，或者在車內飛起，這樣就會過早和還沒有充分展開的氣囊接觸。由于氣囊的展開速度過快，氣囊內部的壓力還沒有達到平衡，沒有完全打開的安全氣囊還在爆破狀態就遇到了乘客的身體，這樣必然會對乘客造成更大傷害。
這個時候，如果系上了座椅安全帶，就能夠在碰撞剛剛發生的時候控制住乘客的身體避免乘客過早地向前傾，從而能夠讓安全氣囊充分打開，氣囊內部的壓力達到平衡的時候接觸到安全氣囊，這樣才能最大限度地降低安全氣囊產生的副作用。
　當汽車剎車時，沒有安全帶和安全氣囊情況如何？有安全帶和安全氣囊情況如何？
提示：當汽車急剎車的時候，乘客的身體會在慣性的作用下繼續前傾，這個時候，如果沒有安全帶和安全氣囊，乘客很可能會飛出座位，撞到方向盤、儀表板或者擋風玻璃等這些車內比較堅硬的結構。如果使用了安全帶和安全氣囊，乘客身體在碰撞中直接接觸的首先將是安全氣囊和座椅安全帶這些比較柔軟的部件，這樣就會大大降低乘客受傷的風險。
課時分層作業(十四)　牛頓第一運動定律
?題組一　伽利略理想實驗
1．如圖所示為在實驗室所做的伽利略斜面實驗的頻閃照片的組合圖。實驗中把小球從左側斜面的某個位置由靜止釋放，它將沖上右側斜面，頻閃照片顯示小球在右側斜面運動過程中相鄰的兩個小球間的距離依次減小；如果右側斜面變成水平，頻閃照片顯示小球在右側斜面運動過程中相鄰的兩小球間的距離幾乎相等。對于這個實驗，以下敘述正確的是(　　)
A．小球沖上右側斜面后做減速運動，表明“力是維持物體運動的原因”的結論是正確的
B．小球最終也會在右側水平面上停下來，表明“力是維持物體運動的原因”的結論是正確的
C．因為沒有絕對光滑的斜面或者平面，所以伽利略提出的“如果沒有摩擦阻力，小球將在水平面上永遠運動下去”的結論是荒謬可笑的
D．上述實驗表明“如果沒有摩擦阻力，小球將在水平面上永遠運動下去”的結論是正確的
D　[小球沖上右側斜面后做減速運動，表明“力是維持物體運動的原因”的結論是錯誤的，故A錯誤；小球最終也會在右側水平面上停下來，是由于受到摩擦力的作用，故B錯誤；因為沒有絕對光滑的斜面或者平面，所以伽利略提出的“如果沒有摩擦阻力，小球將在水平面上永遠運動下去”的結論是一種理想的推論，但是卻有著非常重要的現實意義，它開創了物理學研究的新方法，故C錯誤；上述實驗表明“如果沒有摩擦阻力，小球將在水平面上永遠運動下去”的結論是正確的，故D正確。]
2．愛因斯坦在評價伽利略所取得的成就時認為“……是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正開端。”這主要是基于伽利略(　　)
A．定義了“慣性”和“力”的概念
B．通過實驗推翻了“重物比輕物下落得快”的錯誤觀點
C．通過理想斜面實驗推翻了以亞里士多德為代表的關于“力是維持物體運動的原因”的觀點
D．把實驗和邏輯推理和諧地結合起來，發展了科學思維方式和研究方法
D　[愛因斯坦認為：“伽利略把實驗和邏輯推理和諧地結合起來，發展了科學思維方式和研究方法，伽利略的發現以及他所應用的科學的推理方法，是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正開端。”故A、B、C錯誤，D正確。]
?題組二　對牛頓第一定律的理解
3．下列說法正確的是(　　)
A．牛頓第一定律是科學家憑空想象出來的，沒有實驗依據
B．牛頓第一定律無法用實驗直接驗證，因此是不成立的
C．理想實驗的思維方法與質點概念的建立一樣，都是一種科學抽象的思維方法
D．由牛頓第一定律可知，靜止的物體一定不受外力作用
C　[牛頓第一定律是在理想實驗的基礎上經過合理歸納總結出來的，但無法用實驗來直接驗證，故選項A、B錯誤；理想實驗的思維方法與質點概念的建立相同，都是突出主要因素、忽略次要因素的科學抽象的思維方法，故選項C正確；物體靜止時不受外力或合力為零，故選項D錯誤。]
4．下列說法正確的是(　　)
A．靜止的物體一定不受其他物體的作用
B．物體受力才會運動，當外力停止作用后，物體會慢慢停下來
C．物體不受力的作用時，運動狀態也能改變
D．物體運動狀態發生變化時一定受到外力作用
D　[靜止的物體可能不受其他物體的作用或受到平衡力的作用，故A錯誤；力是改變物體運動狀態的原因，運動中的物體不受力時，仍會保持原來的運動狀態，故B錯誤；由牛頓第一定律可知，物體不受力的作用時，其運動狀態一定不會改變，故C錯誤；力是改變物體運動狀態的原因，物體運動狀態發生改變時一定受到力的作用，故D正確。]
5．(雙選)下列物理現象中，可以用牛頓第一定律解釋的是(　　)
A．必須有力作用在物體上，物體才能運動，沒有力的作用，物體就要靜止下來
B．物體如果向正北方向運動，其受外力方向必須指向正北
C．如果沒有外力作用，運動的物體將繼續以同一速度沿著一條直線運動，既不會停下來，也不會偏離原來的方向
D．力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動狀態的原因
CD　[一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，直到有外力迫使它改變這種狀態為止，沒有外力作用時，物體可以做勻速直線運動，不一定靜止，故A錯誤；物體向正北方向做勻速直線運動時，可以不受外力，當受向正北方向的力作用時，它向北運動的速度會變大，當受向正南方向的力作用時，它向北運動的速度會減小，但仍可以向正北方向運動，故B錯誤；C、D兩種說法均符合牛頓第一定律，故C、D正確。]
6．如圖所示，在一輛表面光滑且足夠長的小車上，有質量為m1和m2的兩個小球A、B(m1>m2)，兩個小球原來隨小車一起運動。當小車突然停止時，若不考慮其他阻力，則兩個小球(　　)
A．一定相碰　　　　　　　 B．一定不相碰
C．不一定相碰 D．無法確定
B　[因為小車表面光滑，所以小球在水平方向上沒有受到外力作用。原來兩個小球與小車有相同速度，當小車突然停止時，因為慣性，兩個小球的速度不變，所以一定不相碰，故B正確。]
?題組三　慣性的理解和應用
7．卡車勻速行駛在公路上，發現前方有危險，司機采取緊急剎車后安全停下，此過程中關于卡車的慣性，下列說法正確的是(　　)
A．卡車勻速運動時的慣性大
B．卡車剎車時的慣性大
C．卡車的慣性保持不變
D．卡車靜止時沒有慣性
C　[卡車的慣性只與卡車的質量有關，與卡車的運動狀態無關，故C正確，A、B、D錯誤。]
8．如圖所示，在平直軌道上勻加速行駛的封閉車廂中，懸掛一個有滴管的盛油的容器。當滴管依次滴下三滴油時，三滴油落在車廂的地板上，下列說法正確的是(　　)
A．三滴油依次落在O點
B．三滴油依次落在同一位置上
C．三滴油依次落在A到O之間，而且后一滴比前一滴離O點近些
D．三滴油依次落在O到A之間，而且后一滴比前一滴離O點遠些
B　[三滴油離開容器時由于慣性和車同速，在水平方向上相對車的初速度為零，在豎直方向上運動情況相同，落到車廂地板上的時間相同。在水平方向上油滴相對于車的加速度方向向左，所以在水平方向上油滴相對于車的位移方向向左，位移大小x＝at2，所以三滴油依次落在同一位置上，選項B正確。]
9．下列現象不能用慣性知識解釋的是 (　　)
A．跳遠運動員的助跑速度越大，跳遠成績往往越好
B．用力將物體拋出去，物體最終要落回到地面上
C．子彈離開槍口后，仍能繼續高速向前飛行
D．古代打仗時，使用絆馬索能把敵方飛奔的馬絆倒
B　[跳遠運動員助跑后跳起，由于慣性仍保持向前的運動狀態，故速度越大，向前沖出的距離越遠，成績越好；拋出去的物體最終落回到地面上，是由于重力作用，與慣性無關；子彈離開槍口后，由于慣性，仍繼續向前高速飛行；敵方飛奔的馬，遇到絆馬索后，馬腿被絆住，但馬的上身由于慣性仍保持向前的運動，結果被絆倒在地。故選B。]
10．如圖所示，將一玻璃瓶裝水后密閉，并平放在水平桌面上，在瓶的中部有一小氣泡處于靜止狀態，現用力突然將瓶子向前推動，使其在桌面上向前運動一段后停止，可看到氣泡相對瓶子的運動情況是 (　　)
A．向前 B．向后
C．先向前，再向后 D．先向后，再向前
C　[當玻璃瓶靜止時，水和玻璃瓶保持相對靜止，氣泡在玻璃瓶中間；當突然用力將瓶子向前推動一下，水要保持原來的靜止狀態，向玻璃瓶后方運動，把氣泡擠向玻璃瓶前進的方向。當瓶子運動起來后，最終靜止，因此瓶子必然要減速運動，這時氣泡右邊的水受瓶的作用隨瓶一起減速運動，而氣泡左邊的水將相對于瓶向前(右)運動，氣泡將相對于瓶向后移動。故C正確，A、B、D錯誤。]
11．某同學為探究“運動與力的關系”，設計了如圖所示的斜面實驗。讓同一小車滑到接觸面分別為毛巾、棉布和木板的水平面上，觀察小車在水平面上滑行的距離。
(1)為了使小車滑到水平面時的________相同，實驗時應讓小車從同一斜面的同一高度滑下。
(2)比較甲、乙、丙三次實驗，發現阻力越小，小車滑行的距離就越遠，說明小車運動的速度改變得越______________(選填“快”或“慢”)。
(3)伽利略對類似的實驗進行了分析，并進一步推測：如果水平面光滑，小車在運動時不受阻力，則小車將在水平面上做 _________________運動。說明運動的物體不需要力來維持。
(4)牛頓在伽利略等人的研究成果上概括出了牛頓第一定律，該定律_____________。
A．能用實驗直接驗證
B．不能用實驗直接驗證，所以不能確定這個定律是否正確
C．是在大量經驗事實的基礎上，通過進一步的推理概括得出的
[解析]　(1)為了使小車滑到水平面時的速度相同，實驗時應讓小車從同一斜面的同一高度滑下。
(2)小車滑行的距離越遠，說明小車運動的速度改變得越慢。
(3)如果水平面光滑，小車在運動時不受阻力，則小車將在水平面上做勻速直線運動。
(4)實際中不存在不受力的物體，牛頓第一定律是在大量經驗事實的基礎上，通過進一步的推理概括得出的，不能用實驗直接驗證，但這是個正確的定律。
故選C。
[答案]　(1)速度　(2)慢　(3)勻速直線　(4)C
12．伽利略觀察原先處于靜止狀態的一塊石頭從高處下落，并不斷獲得新的速率增量時，就相信這樣的增加是以極其簡單的對任何人都很明顯的方式進行的。這一信念促使伽利略按勻加速運動的規律來處理落體運動。
(1)但是在定義勻加速運動時，他似乎走了一段彎路。起初，他也跟別人一樣，假設下落過程中物體的速度與下落距離成正比，即v∝s，他又是通過理想實驗做出了正確的判斷。他假設物體在落下第一段距離后已得到某一速度，于是在落下的距離加倍時，速度也應加倍。果真如此的話，會推出什么荒謬的結論呢？
(2)于是伽利略轉而假設物體的速度與時間成正比。后來他設計了如圖所示的“斜面實驗”，當時只能靠滴水計時。伽利略在《關于兩門新科學的對話》中寫道：“我們將木板的一頭抬高，使之略呈傾斜，再讓銅球由靜止滾下……為了測量時間，我們把一只盛水的大容器置于高處，在容器底部焊上一根口徑很細的管子，用小杯子收集每次下降時由細管流出的水，然后用極精密的天平稱水的重量……”。若將小球由靜止滾下的距離記為L，對應時間內收集的水的質量記為m，請你分析說明如何證明小球的運動為勻變速直線運動。
[解析]　(1)他假設物體落下某距離s得到速度v，于是在落下的距離加倍時，速度也應加倍。此時通過兩段距離的時間和通過第一段距離時間相等。也就是說，通過第二段距離不必花時間，可見這是荒謬的。
(2)由細管流出的水速可以看作是恒定的，則對應時間內收集的水的質量應該與時間成正比，即
m∝t
如果下落距離與收集到的水質量的平方成正比，即
L∝m2
則下落距離與下落時間的平方成正比，即
L∝t2
若小球的運動為勻變速直線運動，則速度與時間成正比，則
v∝t
則
L＝t∝t2
故只要能證明L∝m2，則L∝t2，則v∝t，即小球的運動為勻變速直線運動。
[答案]　(1)通過第二段距離不必花時間　(2)證明L∝m2，則小球的運動為勻變速直線運動
13．如圖所示，一個玻璃杯內盛有半杯水，上面蓋一塊塑料板，板上放一只雞蛋，用小木棒猛擊塑料板，塑料板離杯飛出，雞蛋卻穩穩地落入杯中，請解釋這一現象。
[解析]　塑料板受到小木棒的擊打，外力迫使它改變原來的靜止狀態，因此會飛出。由于慣性，塑料板被擊出后，雞蛋的狀態來不及改變，穩穩地落入杯中。
[答案]　見解析
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