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鲁科版 (2019)必修 第一册第1节 牛顿第一运动定律教学演示ppt课件
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这是一份鲁科版 (2019)必修 第一册第1节 牛顿第一运动定律教学演示ppt课件，共55页。PPT课件主要包含了必备知识·自主学习，停下来，匀速直线运动，这种状态，改变物体运动状态，①②③，①②④⑤⑥，关键能力·合作学习，力与运动的关系的探索，情境·模型·素养等内容，欢迎下载使用。
一、力与运动的关系【情境思考】马拉车,车就前进,停止用力,车就停下来。这是否说明必须有力作用在物体上,物体才能运动?提示:停止用力,车停下来是因为受到地面摩擦力作用。不能说明必须有力作用在物体上,物体才能运动。
1.亚里士多德的观点:力是_____物体运动的原因。认为有力的作用,物体才会_____,没有力的作用,物体就会_______。2.伽利略设计了理想的斜面实验:(1)现象:当小球沿光滑斜面从左侧某一高度滚下时,无论右侧斜面的坡度如何,它都会沿斜面上升到与下落点_____的地方。(2)结论:力不是_____物体运动的原因,而是_____物体运动状态的原因。3.力与运动的关系:力可以_____物体的运动状态。
二、牛顿第一定律及其意义【情境思考】我们骑自行车时,当我们脚不再蹬车,自行车不会立即停止运动,而是向前再运动一段距离才会停止,这是为什么?提示:这是因为自行车有保持原来运动状态的性质。
1.内容:一切物体总保持_____________或_____状态,除非有外力迫使它______________。2.牛顿第一定律的意义:(1)定性说明了力和运动的关系。①说明了物体不受外力时的运动状态:_____或_____________。②说明了力是_________________的原因。(2)揭示了一切物体都具有的一种固有属性——_____,因此牛顿第一定律也叫_____定律。
3.下列各种情况中,属于运动状态(速度)变化的是_______。①速度的方向不变,只有大小改变。②速度的大小不变,只有方向改变。③速度的大小和方向同时改变。
三、惯性与质量1.惯性:物体具有的_______________________________的属性。2.下列关于惯性的说法中,正确的有___________。①惯性是物体的固有属性,一切物体都具有惯性。②质量是惯性大小唯一的量度,质量越大,惯性越大。③惯性是一种力,因此我们可以说“受到了惯性作用”“产生了惯性”“受到惯性力”。
保持静止或匀速直线运动状态不变
④惯性是维持物体运动状态的原因。⑤物体不受力时,惯性表现为维持原来的运动状态。⑥物体受力时,惯性表现为速度改变的难易程度,质量越大,速度越难改变。⑦速度越大的车越难停下来,说明速度越大,惯性越大。⑧惯性是可以被克服的。
【易错辨析】 (1)任何物体只要运动状态不变,它一定不受外力作用。( )(2)如果物体的运动状态发生了改变,物体必受到了不为零的合力。( )(3)只有运动的物体有惯性,静止的物体没有惯性。( )(4)惯性是物体的固有属性,一切物体都有惯性。( )(5)物体运动的速度越大,惯性越大。( )
知识点一 伽利略理想实验1.理想实验:理想实验有时能更深刻地反映自然规律。伽利略设想了一个理想实验如下:
(1)操作过程:让小球沿光滑斜面从左侧某一高度滚下。(2)实验现象:无论右侧斜面坡度如何,它都会沿斜面上 升到与出发点几乎等高的地方。(3)实验结论:斜面的倾角越小,小球运动到同一高度所经历的路程越远,当斜面倾角逐渐减小到0时,右侧变为水平面,小球将为了达到那个永远无法达到的高度而一直运动下去。
2.伽利略理想实验的意义:(1)研究方法:伽利略的理想实验将可靠的事实和理论推 理结合起来,即采用“可靠事实+抽象思维+科学推理”的方法推翻了亚里士多德的观点,初步揭示了运动和力 的正确关系。(2)历史意义:第一次确立了实验在物理学中的地位。
【问题探究】关于伽利略理想斜面实验,思考下列说法的正确性并指明原因。(1)伽利略的理想斜面实验无法完成是因为当时条件落后,以现在的条件,这个实验是可以实现的。(2)伽利略的理想斜面实验是假想的实验,无法完成,因此得到的结论不可靠。提示:(1)伽利略的理想实验是将可靠的事实和理论推理结合起来,此实验是不可能完成的。(2)伽利略的理想斜面实验虽然不能完成,但依据实验事实,借助抽象思维,具有科学性,得到的结论也是可靠的。
【典例示范】【典例】理想实验有时能更深刻地反映自然规律。伽利略设想了一个理想实验,下面是关于该实验被打乱的步骤:
①减小第二个斜面的倾角,小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度。②如图所示为两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面。③如果两个斜面是光滑的,小球将上升到原来释放时的高度。④继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成为水平面,小球要沿水平面做持续的匀速直线运动。
(1)请将上述理想实验的步骤按照正确的顺序排列__________________(只填写序号即可)。 (2)在上述的理想实验步骤中,有的是可靠的实验事实,有的则是理想化的推论,则步骤②属于__________________。
【解析】伽利略设计了一个理想实验的步骤是:先在两个对接的斜面上,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面;如果没有摩擦,小球将上升到原来的高度;接着减小第二个斜面的倾角,小球在这斜面上仍然要达到原来的高度;继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成为水平面,小球要沿水平面做匀速直线运动。故实验步骤是②③①④,并且步骤②属于实验事实。答案:(1)②③①④ (2)实验事实
【素养训练】1.关于伽利略的“理想实验”,下列说法正确的是( )A.该实验是理想实验,无真实的实验基础,故无意义B.该实验充分证实了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的结论C.该实验说明了物体的运动不需要力来维持D.随着科技的进步,这个实验可以验证
【解析】选C。理想实验是将可靠事实和科学推理结合起来,得到理想条件下的结果,虽然不能在现实中完成,但是结论依然是可靠的,A错误;此实验说明了物体在不受外力作用时将保持匀速直线运动,即物体的运动不需要力来维持,B错误,C正确;此实验是理想实验,无法真实存在,D错误。
2.伽利略理想斜面实验的意义是( )A.证明了力不是维持物体运动的原因B.证明了力是维持物体运动的原因C.证明小球总能滑到另一斜面上同一高度D.证明小球总能在水平面上做匀速直线运动【解析】选A。伽利略的理想实验结论:物体不受外力时,物体会永远运动下去。他否定了亚里士多德的观点,指出力不是维持物体运动的原因。故A正确,B、C、D错误。
3.(教材二次开发·教材P111【实验与探究】变式题)(多选)伽利略的观点基于理想情况,在现实中很难实现。不过我们可以通过气垫导轨来演示忽略阻力情况下物体的匀速直线运动。实验装置如图所示,下列关于该实验说法正确的是( )A.这说明伽利略的理想实验可以通过气垫导轨完成B.实验过程应将气垫导轨调至水平C.应使两光电门的距离适当大些D.应尽可能减小遮光片的宽度
【解析】选B、C、D。伽利略的理想实验是将可靠实验事实与理论推理结合起来,理想实验不可完成,A错误;只有把气垫导轨调节水平,适当充气后,滑块所受合力才会等于0,B正确;适当增大两光电门间的距离,可以减小实验误差,C正确;本实验用遮光片通过光电门的平均速度来表示滑块通过光电门的瞬时速度,这里用到了极限思想,v= ,d越小,Δt越小,此时平均速度大小越接近瞬时速度大小,实验误差越小,D正确。
【加固训练】 在学习牛顿笫一定律时,我们做了如图所示的实验。下列有关叙述正确的是( ) A.每次实验时,小车可以从斜面上的不同位置由静止开始下滑B.实验表明:小车受到的摩擦力越小,小车运动的距离就越近C.实验中运动的小车会停下来,说明力能改变物体的运动状态D.根据甲、乙、丙的实验现象,就可以直接得出牛顿第一定律
【解析】选C。实验中要求从斜面上的相同位置由静止开始下滑,可以保证小车到达斜面底端的速度是相等的,不能从斜面上的不同位置由静止开始下滑,故A错误;实验表明:小车受到的摩擦力越小,小车运动的距离就越远,故B错误;实验中运动的小车受到摩擦力的作用会停下来,其运动的状态发生变化,说明力能改变物体的运动状态,故C正确;接触面越光滑,则小车的速度减小越慢,由此可以得出:若摩擦力等于0,则小车可能做匀速直线运动,因此牛顿第一定律是在实验的基础上进一步推理总结出来的,而不是直接可以由这三个实验得出的,故D错误。
知识点二 牛顿第一定律及其意义 对牛顿第一定律的全面认识:(1)一切:说明牛顿第一定律适用于任何物体,没有范围限制。(2)没有受外力作用包含两种情况:①物体不受任何力的作用,一种理想状态;②物体所受合外力为零。(3)总:指在成立条件下结果是确定的,没有例外。
(4)或:指两种状态必居其一,是选择的意思,不能同时存在,物体只能处于两种状态中的一种。(5)定律揭示的规律:①物体本身有保持原来运动状态的属性,不受力是保持原来运动状态不变的原因之一;②要改变物体的运动状态,必须有力作用于物体;③力的作用不是维持运动,而是改变运动状态。(6)不能用实验证明,只能在实验基础上通过科学推理得 到。
【典例示范】【典例】对于牛顿第一定律的看法,下列观点正确的是( )A.验证牛顿第一定律的实验可以做出来,所以惯性定律是正确的B.验证牛顿第一定律的实验做不出来,所以此定律不能肯定是正确的C.验证牛顿第一定律的实验做不出来,但可以经过在实验的基础上,进一步科学推理得出牛顿第一定律D.验证牛顿第一定律的实验虽然现在做不出来,但总有一天可以用实验来验证
【解析】选C。牛顿第一定律是在实验的基础上进一步推理总结出来的,不可能直接做出来,但实验是将可靠事实和科学推理结合起来,得到理想条件下的结果,虽然不能在现实中完成,但是结论依然是可靠的。所以C正确,A、B、D错误。
【规律方法】牛顿第一定律应用技巧(1)力与运动之间的关系: 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)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力作用,所以根据物体的运动状态分析物体所受合力是否为零。
【素养训练】1.(多选)关于牛顿第一定律的理解正确的是( )A.不受外力作用时,物体的运动状态保持不变B.在水平地面上滑动的木块最终停下来,是由于没有外力维持木块运动的结果C.飞跑的运动员,由于遇到障碍而被绊倒,这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态D.牛顿第一定律无法用实验直接验证,因此是不成立的
【解析】选A、C。 牛顿第一定律告诉我们,物体不受力时,将保持原有的运动状态,A正确;在水平地面上滑动的木块最终停下来,是由于受到摩擦力,摩擦力改变其运动状态,使木块最终停下来,B错误;飞跑的运动员,由于遇到障碍而被绊倒,这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态,而上半身由于惯性,继续运动,从而跌倒,C正确;牛顿第一定律虽然无法用实验直接验证,但是它是在事实基础上,经过科学推理得出的结论,牛顿第一定律是成立的,D错误。故选A、C。
2.(教材二次开发·教材P112T1变式题)关于牛顿第一定律,下列理解正确的是( )A.向上抛出的物体,在向上运动的过程中,一定受到向上的作用力,否则不可能向上运动B.汽车在运动过程中,速度大时的惯性一定比速度小时的惯性大C.牛顿第一定律中提出的物体不受外力作用的条件是不可能达到的,所以这条定律可能是错的D.牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物,不可能用实验直接验证
【解析】选D。向上抛出的物体,由于惯性继续向上运动,故A错误;惯性的大小只取决于物体的质量,质量越大,惯性越大,故B错误;牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物,并不是实验定律,但它是正确的,故C错误,D正确。
【加固训练】 在磁悬浮列车里,小明将一小球放在水平桌面上相对桌面静止。关于小球与列车的运动,下列说法正确的是( )A.如果小球向前滚动,则磁悬浮列车在加速前进B.如果小球向后滚动,则磁悬浮列车在加速前进C.如果小球不动,则磁悬浮列车一定静止D.磁悬浮列车急刹车时,小球向后滚动
【解析】选B。若小球向前滚动,知小球的速度大于列车的速度,小球速度不变,可知列车的速度在减小,故A错误;若小球向后滚动,小球速度不变,知列车的速度大于小球的速度,可知列车的速度在增加,做加速运动,B正确;若小球不动,知小球的速度始终与列车速度相等,磁悬浮列车速度不变,可能静止也可能做匀速直线运动,C错误;磁悬浮列车紧急刹车时,小球由于惯性,保持原来的运动状态,所以小球运动的速度大于列车的速度,即小球相对于列车要向前滚动,D错误。故选B。
知识点三 惯性与惯性定律1.对惯性的理解:(1)定义:物体保持原有静止或匀速直线运动状态不变的属性。(2)意义:描述物体运动状态改变的难易程度。(3)决定因素:质量是决定惯性大小的唯一因素。(4)固有性:一切物体都有惯性,惯性不可被克服。2.惯性定律:(1)物体不受力时,惯性表现为保持原有运动状态。(2)物体受力时,惯性表现为运动状态改变难易。
【问题探究】如图甲所示,公交车上站着的乘客身体突然向后倾倒;如图乙所示,公交车内乘客身体突然向前倾倒。(1)什么情况下会出现图甲的情境?(2)什么情况下会出现图乙的情境?
提示:(1)汽车启动或加速时,乘客会向后倾倒。(2)汽车紧急刹车时,乘客会向前倾倒。
【典例示范】【典例】下面关于惯性的说法,正确的是( )A.只有静止或做匀速直线运动的物体才具有惯性B.物体质量越大,惯性越大C.物体受推力越大,要它停下来就越困难,所以物体受的推力越大,惯性越大D.运动速度大的物体比速度小的物体难停下来,所以速度大的物体具有较大的惯性
【解题探究】(1)一切物体都有_____。(2)惯性的大小只与物体的_____有关。
【解析】选B。惯性是物体的固有属性,一切物体都有惯性,A错误;质量是决定惯性大小的唯一因素,质量越大惯性越大,B正确,C、D错误。
【素养训练】1.我国《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。从物理知识的角度看,这是因为( )A.系好安全带可以减小人的惯性B.系好安全带可以增大人的惯性C.系好安全带可以减小或防止因人的惯性而造成的伤害D.系好安全带可以让人更加舒适
【解析】选C。质量是决定惯性大小的唯一因素,人的质量不变,惯性大小不变,A、B错误;安全带系在人身上,对人有一定的作用力,可以改变人的运动状态,所以系好安全带可以减小或防止因人的惯性而造成的伤害,C正确,D错误。
2.(教材二次开发·教材P112T4变式题)对一些生活中的现象,某同学试图从惯性的角度加以分析。其中正确的是( )A.运动员在跳远时助跑是为了增大起跳时的惯性B.汽车超载,会增加汽车的惯性,危险性增大C.高速公路上要限速,是因为速度越大惯性越大D.太空中飞行的航天飞机内的物体,其惯性由于失重而消失
【解析】选B。质量是决定惯性大小的唯一因素,质量不变,惯性大小不变,A错误;超载的汽车,质量增大,惯性增大,刹车时难以停下来,危险性增大,B正确;惯性大小与物体的速度大小无关,C错误;惯性是物体的固有属性,一切物体都有惯性,D错误。
【加固训练】 1.关于惯性,下列说法正确的是( )A.只有在不受外力作用时物体才有惯性B.当物体静止时,就不再具有惯性C.惯性是指物体具有的保持原来静止或匀速直线运动状态的性质D.两个物体只要速度相同,惯性就一定相同
【解析】选C。惯性是物体的固有属性,与物体受不受力及所处状态无关,A、B错误;惯性是物体保持原来静止或匀速直线运动状态的属性,C正确;惯性大小只由质量决定,质量大的物体惯性大,与速度大小无关,D错误。
2.如图所示,冰壶在冰面上运动时受到的阻力很小,可以在较长时间内保持运动速度的大小和方向不变,我们可以说冰壶有较强的抵抗运动状态变化的“本领”,这里所指的“本领”是冰壶的惯性,则惯性的大小取决于( )A.冰壶的速度B.冰壶的质量C.冰壶受到的推力D.冰壶受到的阻力
【解析】选B。惯性的大小仅由物体的质量决定,质量大的物体惯性大,由此可知选项B正确。故选B。
【拓展例题】考查内容:惯性的应用实例 【典例】如图所示是一种汽车安全带控制装置的示意图,当汽车处于静止或匀速直线运动状态时,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,汽车可能的运动方向和运动状态是( )A.向左行驶,突然刹车B.向右行驶,突然刹车C.向左行驶,匀速直线运动D.向右行驶,匀速直线运动
【解析】选B。当汽车匀速行驶时,摆锤与汽车无相对运动,所以不会向右摆动,故C、D错误;当汽车向右行驶,突然刹车时,车速减小,而摆锤由于惯性仍保持原有的速度向右运动,故A错误,B正确。
亚里士多德（前384-前322）
伽利略（1564-1642）
笛卡尔（1596-1650）
牛顿（1643-1727）
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
【实验情境】 伽利略与笛卡儿的观点皆基于理想情况,在现实中很难实现。下面我们通过气垫导轨来演示在可忽略阻力情况下物体的匀速直线运动。如图所示,用气泵给气垫导轨充气,气体从气垫导轨的小孔中喷出,在滑块与导轨间形成空气薄层——气垫。这样,滑块在气垫上滑动时受到的阻力很小,可忽略不计。将气垫导轨调至水平,给滑块一个初速度,使其运动起来。利用光电门和电子计时器测出滑块在运动过程中的速度几乎不变。可见,若水平方向没有外力作用,则滑块能保持匀速直线运动。
探究:(1)通过这个实验,你可以得到什么结论?(2)这个实验是否说明伽利略的理想斜面实验可以完成?
【解析】(1)实验说明物体的运动并不需要力来维持,或者说力不是维持物体运动的原因。(2)伽利略的理想斜面实验是在斜面实验的基础上进一步推理总结出来的,不可能直接完成。答案:见解析
【实验情境】用细绳把一本较厚重的书扎一圈,然后将细绳的一端悬挂起来,另一端用手牵住(如图)。先迅速用力将细绳往下一拉,看细绳的哪一段先断开。再做一次,拉力逐渐加大,直到细绳被拉断,看看又是细绳的哪一段先断开。探究:(1)第一次将细绳往下拉,哪一段细绳先断?这是为什么?(2)第二次将细绳往下拉,哪一段细绳先断?这是为什么?
一、力与运动的关系【情境思考】马拉车,车就前进,停止用力,车就停下来。这是否说明必须有力作用在物体上,物体才能运动?提示:停止用力,车停下来是因为受到地面摩擦力作用。不能说明必须有力作用在物体上,物体才能运动。
1.亚里士多德的观点:力是_____物体运动的原因。认为有力的作用,物体才会_____,没有力的作用,物体就会_______。2.伽利略设计了理想的斜面实验:(1)现象:当小球沿光滑斜面从左侧某一高度滚下时,无论右侧斜面的坡度如何,它都会沿斜面上升到与下落点_____的地方。(2)结论:力不是_____物体运动的原因,而是_____物体运动状态的原因。3.力与运动的关系:力可以_____物体的运动状态。
二、牛顿第一定律及其意义【情境思考】我们骑自行车时,当我们脚不再蹬车,自行车不会立即停止运动,而是向前再运动一段距离才会停止,这是为什么?提示:这是因为自行车有保持原来运动状态的性质。
1.内容:一切物体总保持_____________或_____状态,除非有外力迫使它______________。2.牛顿第一定律的意义:(1)定性说明了力和运动的关系。①说明了物体不受外力时的运动状态:_____或_____________。②说明了力是_________________的原因。(2)揭示了一切物体都具有的一种固有属性——_____,因此牛顿第一定律也叫_____定律。
3.下列各种情况中,属于运动状态(速度)变化的是_______。①速度的方向不变,只有大小改变。②速度的大小不变,只有方向改变。③速度的大小和方向同时改变。
三、惯性与质量1.惯性:物体具有的_______________________________的属性。2.下列关于惯性的说法中,正确的有___________。①惯性是物体的固有属性,一切物体都具有惯性。②质量是惯性大小唯一的量度,质量越大,惯性越大。③惯性是一种力,因此我们可以说“受到了惯性作用”“产生了惯性”“受到惯性力”。
保持静止或匀速直线运动状态不变
④惯性是维持物体运动状态的原因。⑤物体不受力时,惯性表现为维持原来的运动状态。⑥物体受力时,惯性表现为速度改变的难易程度,质量越大,速度越难改变。⑦速度越大的车越难停下来,说明速度越大,惯性越大。⑧惯性是可以被克服的。
【易错辨析】 (1)任何物体只要运动状态不变,它一定不受外力作用。( )(2)如果物体的运动状态发生了改变,物体必受到了不为零的合力。( )(3)只有运动的物体有惯性,静止的物体没有惯性。( )(4)惯性是物体的固有属性,一切物体都有惯性。( )(5)物体运动的速度越大,惯性越大。( )
知识点一 伽利略理想实验1.理想实验:理想实验有时能更深刻地反映自然规律。伽利略设想了一个理想实验如下:
(1)操作过程:让小球沿光滑斜面从左侧某一高度滚下。(2)实验现象:无论右侧斜面坡度如何,它都会沿斜面上 升到与出发点几乎等高的地方。(3)实验结论:斜面的倾角越小,小球运动到同一高度所经历的路程越远,当斜面倾角逐渐减小到0时,右侧变为水平面,小球将为了达到那个永远无法达到的高度而一直运动下去。
2.伽利略理想实验的意义:(1)研究方法:伽利略的理想实验将可靠的事实和理论推 理结合起来,即采用“可靠事实+抽象思维+科学推理”的方法推翻了亚里士多德的观点,初步揭示了运动和力 的正确关系。(2)历史意义:第一次确立了实验在物理学中的地位。
【问题探究】关于伽利略理想斜面实验,思考下列说法的正确性并指明原因。(1)伽利略的理想斜面实验无法完成是因为当时条件落后,以现在的条件,这个实验是可以实现的。(2)伽利略的理想斜面实验是假想的实验,无法完成,因此得到的结论不可靠。提示:(1)伽利略的理想实验是将可靠的事实和理论推理结合起来,此实验是不可能完成的。(2)伽利略的理想斜面实验虽然不能完成,但依据实验事实,借助抽象思维,具有科学性,得到的结论也是可靠的。
【典例示范】【典例】理想实验有时能更深刻地反映自然规律。伽利略设想了一个理想实验,下面是关于该实验被打乱的步骤:
①减小第二个斜面的倾角,小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度。②如图所示为两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面。③如果两个斜面是光滑的,小球将上升到原来释放时的高度。④继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成为水平面,小球要沿水平面做持续的匀速直线运动。
(1)请将上述理想实验的步骤按照正确的顺序排列__________________(只填写序号即可)。 (2)在上述的理想实验步骤中,有的是可靠的实验事实,有的则是理想化的推论,则步骤②属于__________________。
【解析】伽利略设计了一个理想实验的步骤是:先在两个对接的斜面上,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面;如果没有摩擦,小球将上升到原来的高度;接着减小第二个斜面的倾角,小球在这斜面上仍然要达到原来的高度;继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成为水平面,小球要沿水平面做匀速直线运动。故实验步骤是②③①④,并且步骤②属于实验事实。答案:(1)②③①④ (2)实验事实
【素养训练】1.关于伽利略的“理想实验”,下列说法正确的是( )A.该实验是理想实验,无真实的实验基础,故无意义B.该实验充分证实了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的结论C.该实验说明了物体的运动不需要力来维持D.随着科技的进步,这个实验可以验证
【解析】选C。理想实验是将可靠事实和科学推理结合起来,得到理想条件下的结果,虽然不能在现实中完成,但是结论依然是可靠的,A错误;此实验说明了物体在不受外力作用时将保持匀速直线运动,即物体的运动不需要力来维持,B错误,C正确;此实验是理想实验,无法真实存在,D错误。
2.伽利略理想斜面实验的意义是( )A.证明了力不是维持物体运动的原因B.证明了力是维持物体运动的原因C.证明小球总能滑到另一斜面上同一高度D.证明小球总能在水平面上做匀速直线运动【解析】选A。伽利略的理想实验结论:物体不受外力时,物体会永远运动下去。他否定了亚里士多德的观点,指出力不是维持物体运动的原因。故A正确,B、C、D错误。
3.(教材二次开发·教材P111【实验与探究】变式题)(多选)伽利略的观点基于理想情况,在现实中很难实现。不过我们可以通过气垫导轨来演示忽略阻力情况下物体的匀速直线运动。实验装置如图所示,下列关于该实验说法正确的是( )A.这说明伽利略的理想实验可以通过气垫导轨完成B.实验过程应将气垫导轨调至水平C.应使两光电门的距离适当大些D.应尽可能减小遮光片的宽度
【解析】选B、C、D。伽利略的理想实验是将可靠实验事实与理论推理结合起来,理想实验不可完成,A错误;只有把气垫导轨调节水平,适当充气后,滑块所受合力才会等于0,B正确;适当增大两光电门间的距离,可以减小实验误差,C正确;本实验用遮光片通过光电门的平均速度来表示滑块通过光电门的瞬时速度,这里用到了极限思想,v= ,d越小,Δt越小,此时平均速度大小越接近瞬时速度大小,实验误差越小,D正确。
【加固训练】 在学习牛顿笫一定律时,我们做了如图所示的实验。下列有关叙述正确的是( ) A.每次实验时,小车可以从斜面上的不同位置由静止开始下滑B.实验表明:小车受到的摩擦力越小,小车运动的距离就越近C.实验中运动的小车会停下来,说明力能改变物体的运动状态D.根据甲、乙、丙的实验现象,就可以直接得出牛顿第一定律
【解析】选C。实验中要求从斜面上的相同位置由静止开始下滑,可以保证小车到达斜面底端的速度是相等的,不能从斜面上的不同位置由静止开始下滑,故A错误;实验表明:小车受到的摩擦力越小,小车运动的距离就越远,故B错误;实验中运动的小车受到摩擦力的作用会停下来,其运动的状态发生变化,说明力能改变物体的运动状态,故C正确;接触面越光滑,则小车的速度减小越慢,由此可以得出:若摩擦力等于0,则小车可能做匀速直线运动,因此牛顿第一定律是在实验的基础上进一步推理总结出来的,而不是直接可以由这三个实验得出的,故D错误。
知识点二 牛顿第一定律及其意义 对牛顿第一定律的全面认识:(1)一切:说明牛顿第一定律适用于任何物体,没有范围限制。(2)没有受外力作用包含两种情况:①物体不受任何力的作用,一种理想状态;②物体所受合外力为零。(3)总:指在成立条件下结果是确定的,没有例外。
(4)或:指两种状态必居其一,是选择的意思,不能同时存在,物体只能处于两种状态中的一种。(5)定律揭示的规律:①物体本身有保持原来运动状态的属性,不受力是保持原来运动状态不变的原因之一;②要改变物体的运动状态,必须有力作用于物体;③力的作用不是维持运动,而是改变运动状态。(6)不能用实验证明,只能在实验基础上通过科学推理得 到。
【典例示范】【典例】对于牛顿第一定律的看法,下列观点正确的是( )A.验证牛顿第一定律的实验可以做出来,所以惯性定律是正确的B.验证牛顿第一定律的实验做不出来,所以此定律不能肯定是正确的C.验证牛顿第一定律的实验做不出来,但可以经过在实验的基础上,进一步科学推理得出牛顿第一定律D.验证牛顿第一定律的实验虽然现在做不出来,但总有一天可以用实验来验证
【解析】选C。牛顿第一定律是在实验的基础上进一步推理总结出来的,不可能直接做出来,但实验是将可靠事实和科学推理结合起来,得到理想条件下的结果,虽然不能在现实中完成,但是结论依然是可靠的。所以C正确,A、B、D错误。
【规律方法】牛顿第一定律应用技巧(1)力与运动之间的关系: 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)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力作用,所以根据物体的运动状态分析物体所受合力是否为零。
【素养训练】1.(多选)关于牛顿第一定律的理解正确的是( )A.不受外力作用时,物体的运动状态保持不变B.在水平地面上滑动的木块最终停下来,是由于没有外力维持木块运动的结果C.飞跑的运动员,由于遇到障碍而被绊倒,这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态D.牛顿第一定律无法用实验直接验证,因此是不成立的
【解析】选A、C。 牛顿第一定律告诉我们,物体不受力时,将保持原有的运动状态,A正确;在水平地面上滑动的木块最终停下来,是由于受到摩擦力,摩擦力改变其运动状态,使木块最终停下来,B错误;飞跑的运动员,由于遇到障碍而被绊倒,这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态,而上半身由于惯性,继续运动,从而跌倒,C正确;牛顿第一定律虽然无法用实验直接验证,但是它是在事实基础上,经过科学推理得出的结论,牛顿第一定律是成立的,D错误。故选A、C。
2.(教材二次开发·教材P112T1变式题)关于牛顿第一定律,下列理解正确的是( )A.向上抛出的物体,在向上运动的过程中,一定受到向上的作用力,否则不可能向上运动B.汽车在运动过程中,速度大时的惯性一定比速度小时的惯性大C.牛顿第一定律中提出的物体不受外力作用的条件是不可能达到的,所以这条定律可能是错的D.牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物,不可能用实验直接验证
【解析】选D。向上抛出的物体,由于惯性继续向上运动,故A错误;惯性的大小只取决于物体的质量,质量越大,惯性越大,故B错误;牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物,并不是实验定律,但它是正确的,故C错误,D正确。
【加固训练】 在磁悬浮列车里,小明将一小球放在水平桌面上相对桌面静止。关于小球与列车的运动,下列说法正确的是( )A.如果小球向前滚动,则磁悬浮列车在加速前进B.如果小球向后滚动,则磁悬浮列车在加速前进C.如果小球不动,则磁悬浮列车一定静止D.磁悬浮列车急刹车时,小球向后滚动
【解析】选B。若小球向前滚动,知小球的速度大于列车的速度,小球速度不变,可知列车的速度在减小,故A错误;若小球向后滚动,小球速度不变,知列车的速度大于小球的速度,可知列车的速度在增加,做加速运动,B正确;若小球不动,知小球的速度始终与列车速度相等,磁悬浮列车速度不变,可能静止也可能做匀速直线运动,C错误;磁悬浮列车紧急刹车时,小球由于惯性,保持原来的运动状态,所以小球运动的速度大于列车的速度,即小球相对于列车要向前滚动,D错误。故选B。
知识点三 惯性与惯性定律1.对惯性的理解:(1)定义:物体保持原有静止或匀速直线运动状态不变的属性。(2)意义:描述物体运动状态改变的难易程度。(3)决定因素:质量是决定惯性大小的唯一因素。(4)固有性:一切物体都有惯性,惯性不可被克服。2.惯性定律:(1)物体不受力时,惯性表现为保持原有运动状态。(2)物体受力时,惯性表现为运动状态改变难易。
【问题探究】如图甲所示,公交车上站着的乘客身体突然向后倾倒;如图乙所示,公交车内乘客身体突然向前倾倒。(1)什么情况下会出现图甲的情境?(2)什么情况下会出现图乙的情境?
提示:(1)汽车启动或加速时,乘客会向后倾倒。(2)汽车紧急刹车时,乘客会向前倾倒。
【典例示范】【典例】下面关于惯性的说法,正确的是( )A.只有静止或做匀速直线运动的物体才具有惯性B.物体质量越大,惯性越大C.物体受推力越大,要它停下来就越困难,所以物体受的推力越大,惯性越大D.运动速度大的物体比速度小的物体难停下来,所以速度大的物体具有较大的惯性
【解题探究】(1)一切物体都有_____。(2)惯性的大小只与物体的_____有关。
【解析】选B。惯性是物体的固有属性,一切物体都有惯性,A错误;质量是决定惯性大小的唯一因素,质量越大惯性越大,B正确,C、D错误。
【素养训练】1.我国《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。从物理知识的角度看,这是因为( )A.系好安全带可以减小人的惯性B.系好安全带可以增大人的惯性C.系好安全带可以减小或防止因人的惯性而造成的伤害D.系好安全带可以让人更加舒适
【解析】选C。质量是决定惯性大小的唯一因素,人的质量不变,惯性大小不变,A、B错误;安全带系在人身上,对人有一定的作用力,可以改变人的运动状态,所以系好安全带可以减小或防止因人的惯性而造成的伤害,C正确,D错误。
2.(教材二次开发·教材P112T4变式题)对一些生活中的现象,某同学试图从惯性的角度加以分析。其中正确的是( )A.运动员在跳远时助跑是为了增大起跳时的惯性B.汽车超载,会增加汽车的惯性,危险性增大C.高速公路上要限速,是因为速度越大惯性越大D.太空中飞行的航天飞机内的物体,其惯性由于失重而消失
【解析】选B。质量是决定惯性大小的唯一因素,质量不变,惯性大小不变,A错误;超载的汽车,质量增大,惯性增大,刹车时难以停下来,危险性增大,B正确;惯性大小与物体的速度大小无关,C错误;惯性是物体的固有属性,一切物体都有惯性,D错误。
【加固训练】 1.关于惯性,下列说法正确的是( )A.只有在不受外力作用时物体才有惯性B.当物体静止时,就不再具有惯性C.惯性是指物体具有的保持原来静止或匀速直线运动状态的性质D.两个物体只要速度相同,惯性就一定相同
【解析】选C。惯性是物体的固有属性,与物体受不受力及所处状态无关,A、B错误;惯性是物体保持原来静止或匀速直线运动状态的属性,C正确;惯性大小只由质量决定,质量大的物体惯性大,与速度大小无关,D错误。
2.如图所示,冰壶在冰面上运动时受到的阻力很小,可以在较长时间内保持运动速度的大小和方向不变,我们可以说冰壶有较强的抵抗运动状态变化的“本领”,这里所指的“本领”是冰壶的惯性,则惯性的大小取决于( )A.冰壶的速度B.冰壶的质量C.冰壶受到的推力D.冰壶受到的阻力
【解析】选B。惯性的大小仅由物体的质量决定,质量大的物体惯性大,由此可知选项B正确。故选B。
【拓展例题】考查内容:惯性的应用实例 【典例】如图所示是一种汽车安全带控制装置的示意图,当汽车处于静止或匀速直线运动状态时,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,汽车可能的运动方向和运动状态是( )A.向左行驶,突然刹车B.向右行驶,突然刹车C.向左行驶,匀速直线运动D.向右行驶,匀速直线运动
【解析】选B。当汽车匀速行驶时,摆锤与汽车无相对运动,所以不会向右摆动,故C、D错误;当汽车向右行驶,突然刹车时,车速减小,而摆锤由于惯性仍保持原有的速度向右运动,故A错误,B正确。
亚里士多德（前384-前322）
伽利略（1564-1642）
笛卡尔（1596-1650）
牛顿（1643-1727）
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
【实验情境】 伽利略与笛卡儿的观点皆基于理想情况,在现实中很难实现。下面我们通过气垫导轨来演示在可忽略阻力情况下物体的匀速直线运动。如图所示,用气泵给气垫导轨充气,气体从气垫导轨的小孔中喷出,在滑块与导轨间形成空气薄层——气垫。这样,滑块在气垫上滑动时受到的阻力很小,可忽略不计。将气垫导轨调至水平,给滑块一个初速度,使其运动起来。利用光电门和电子计时器测出滑块在运动过程中的速度几乎不变。可见,若水平方向没有外力作用,则滑块能保持匀速直线运动。
探究:(1)通过这个实验,你可以得到什么结论?(2)这个实验是否说明伽利略的理想斜面实验可以完成?
【解析】(1)实验说明物体的运动并不需要力来维持,或者说力不是维持物体运动的原因。(2)伽利略的理想斜面实验是在斜面实验的基础上进一步推理总结出来的,不可能直接完成。答案:见解析
【实验情境】用细绳把一本较厚重的书扎一圈,然后将细绳的一端悬挂起来,另一端用手牵住(如图)。先迅速用力将细绳往下一拉,看细绳的哪一段先断开。再做一次,拉力逐渐加大,直到细绳被拉断,看看又是细绳的哪一段先断开。探究:(1)第一次将细绳往下拉,哪一段细绳先断?这是为什么?(2)第二次将细绳往下拉,哪一段细绳先断?这是为什么?
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