高中物理1 牛顿第一定律学案

牛顿第一定律典型例题

　　【例1】 火车在长直水平轨道上匀速行驶，门窗紧闭的的车厢内有一人向上跳起，发现仍落回到车上原处，这是因为 [ ]

　　A．人跳起后，车厢内空气给他以向前的力，带着他随同火车一起向前运动．

　　B．人跳起的瞬间，车厢的地板给他一个向前的力，推动他随同火车一起向前运动．

　　C．人跳起后，车在继续向前运动，所以人落下后必是偏后一些，只是由于时间很短，偏后距离太小，不明显而已．

　　D．人跳起后直到落地，在水平方向上人和车始终有相同的速度．

　　【分析】 人从跳起到落地的过程中，水平方向不受外力作用，保持着原来所具有的速度作匀速直线运动，所以仍落回车上原处．

　　【答】D．

　　【说明】如果人跳起的瞬间，车厢沿水平直轨以加速度a作匀加速运动或匀减速运动，那么人将不会落回车上原处，落地点在原处后方

　　处（火车加速时）或在原处前方

　　处（火车减速时），式中t就是人从起跳到落地的时间

　　【例2】有人设想，乘坐气球飘在高空，由于地球的自转，一昼夜就能周游世界．请你评价一下，这个设想可行吗？

　　【分析】 因为地球上的一切物体（包括地球周围的大气）都随着地球一起在自转．气球升空后，由于惯性，它仍保持原来的自转速度．当忽略其他与地球有相对运动（如风）的作用产生的影响时，升空的气球与它下方的地面处于相对静止的状态，不可能使它相对地球绕行一周的．

　　这个设想不符合物理原理，不可行．

　　【说明】1632年，伽利略观察了一个关闭的船舱内发生的现象后，写道：“在这里（只要船的运动是匀速的），你在一切现象中观察不出丝毫的改变，你也不能够根据任何现象来判断船究竟是在运动还是停止着：当你在地板上跳跃的时候，你所通过的距离和你在一静止的船上跳跃时所通过的距离完全相同，也就是说，你向船尾跳时并不比你向船头跳时——由于船的迅速运动——跳得更快些，虽然当你跳在空中时，在你下面的地板是在向着和你跳跃的相反的方向奔驰着；当你抛一东西给你的朋友时，如果你的朋友在船头而你在船尾，你所费的力并不比你们两个站在相反的位置时所费的力更大．从挂在天花板下的装着水的酒杯里滴下的水滴，将垂直地落到地板上，没有任何一滴水滴落向船尾方向，虽然当水滴尚在空中时，船在向前走．苍蝇将继续自己的飞行，在各方面都是一样，毫不发生苍蝇（好像它很疲倦地跟在疾驶着的船后）集聚在船尾方面的情形．”

　　伽利略的这段精采的描述，给设想乘坐飘空气球周游世界的人是一个很好的劝说．

　　来于生活中的直觉印象而产生与亚里士多德相同的看法是非常根深蒂固的．不少同学常常还保留着力是运动的原因的潜意识，如在分析力学问题时，看到物体在运动，就认为它一定受到力的作用；若物体向东运动就认为物体受的力向东；物体以较大的速度运动就认为它受到的力一定大；物体受力为零时，就认为它的速度也应为零；……．因此，必须深刻认识力不是物体运动的原因，而是改变物体运动的原因。

　　【例3】 一向右运动的车厢顶上悬挂两单摆M与N，他们只能在如图1 所示平面内摆动．某一瞬时出现如图1所示情景，由此可知车厢的运动及两单摆相对车厢运动的可能情况是 [ ]

　　A．车厢作匀速直线运动，M摆动，N静止

　　B．车厢作匀速直线运动，M摆动，N也摆动

　　C．车厢作匀速直线运动，M静止，N摆动

　　D．车厢作匀加速直线运动，M静止，N也静止

　　【分析】 作用在两个摆上的力只有摆的重力和摆线张力两个力．

　　当车厢作匀速直线运动时，N摆相对车厢静止或摆动中经过平衡位置的瞬间，此时摆所受重力和摆线张力在同一竖直线上，可以出现如图1中所示情景．M摆所受重力和摆线张力不在一直线上，不可能静止在图中所示位置，但可以是摆动中达到极端位置（最大偏角的位置）的瞬间．A、B正确，C错．

　　当车厢作匀加速直线运动，作用在摆球上的重力和摆线张力不再平衡，它们不可能在一直线上，其合力使摆球产生水平方向的加速度．所以，M静止在图中位置是可能的，但N也静止不可能，D错．

　　【答】 A、B．

　　【说明】 M摆静止在图1中情景，要求摆球所受重力和摆线张力的合力F = mgtgα=ma，因此车厢的加速度与摆线偏角间必须满足关系（图2），即：

a = gtgα．

　　【例4】 物体的质量和它的重力有何区别及联系？

　　【答】质量和重力的区别与联系如下表：

　　*仅考虑物体运动的速度甚小于光速时．

　　[说明]

　　生活经验告诉我们：行驶中的汽车或火车，即使紧急刹车，也要向前运动一段距离才能停下来，而且汽车或火车的速度越快，刹车后向前运动的距离越长．因此，有些同学认为：物体的惯性与它的速度有关，汽车或火车的速度越大，它的惯性也就越大．这种看法是不对的．因为惯性是物体本身的属性，它与物体的运动状态无关．仅由物体的质量决定，质量一定的物体，无论它静止或运动，运动速度的大小或方向怎样，其惯性大小始终是一定的。如果认为车速大时惯性大，车速小时惯性小，那么车速为零时，其惯性也为零，这显然是错误，是把惯性与动量（或动能）的概念混淆起来了。