牛顿第一定律
我们第八章8.0《运动和力》主要研究运动和受力间的关系,这就不得不提8.1《牛顿第一定律》。
什么是牛顿第一定律?如何验证牛顿第一定律?惯性又是指的什么?这是我们本节要探究的主要内容。
王尚老师录制了6段视频,供同学们免费学习使用
手机端可长按识别二维码看视频
电脑端请用手机扫二维码看视频
牛顿第一定律引入
滑板车沿着水平方向运动时,如果我们不再蹬地,它最终会停下来。
汽车在公路上行驶,如果把油门彻底松下来(内燃机不再提供动力),汽车最终会停止运动。
坐在小船里,我们只有用力向后划水,小船才能前进。如果我们不划,小船就会停下来。
这都反映了运动和力之间关系。运动和力之间有哪些规律?物体运动必须要有力的作用吗?
牛顿第一定律的内容到底是什么?
别着急,下面我们从阻力来出发,来逐步探究牛顿第一定律。
阻力对运动的影响
自古以来,很多人都认为:
如果一个物体要持续运动,那么必须对它施加力的作用。如果这个力消失,物体迟早会停下来。
实际情况是这样的吗?意大利物理学家伽利略通过实验结合科学推断,得出这样的结论:
物体的运动并不需要力来维持。运动的物体,之所以会停下来,是因为受到了阻力的作用。
伽利略的结论正确吗?如何来理解这句话呢?王尚老师请同学们思考流星运动的问题。
流星经过上万年甚至上亿年的运动,进入大气层,与大气层摩擦我们才能看到。
请同学们思考,在这上万年的运动中,到底是什么力推着流星在走呢?有没有这样的力?力是不是维持物体运动的原因呢?
刚开始接触,同学们理解伽利略的结论是比较困难的,下面我们通过实验《阻力对物体运动的影响》来研究这一问题。
阻力对物体运动的影响
采用如图所示的小车滑行实验,来观测阻力对物体运动的影响,探究阻力对运动的影响行为。
第1种情况,将毛巾铺在水平木板上,小车从斜面顶端滑下,在毛巾上滑动,观测小车滑行的距离。
第2种情况,将毛巾换成棉布,小车从斜面顶端滑下,在棉布上滑动,观测小车滑行的距离。
第3种情况,将棉布去掉后,小车从斜面顶端滑下,在木板上滑动,观测小车滑行的距离。
实验的结论是:阻力越小,小车滑行的距离越远;即越难停下来。
我们再在木板上涂上润滑油,摩擦力就更小了,小车会滑行的更远。
我们考虑一种极限的情况,如果木板上没有阻力了,绝对的光滑,那么小车会如何运动呢?
显然,此时小车运动的距离会特别特别特别远,即永远不停下来。
牛顿第一定律
伽利略对类似的实验进行了分析,并进一步推测:
如果物体受到的阻力为零,速度就不会减小,物体将以恒定不变的速度永远运动下去。
英国物理学家牛顿总结了伽利略等人的研究成果,概括出了一条重要的规律:
一切物体在没有受到力的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态。这就是著名的牛顿第一定律。
牛顿第一定律基于大量经验事实,经受住了大量的实践检验,成为公认的物理学基本定律之一。
需要特别说的是:牛顿第一定律并不是实验直接得出的结论,因为绝对光滑的面是不存在的。牛顿第一定律是基于实验观测与科学推理得出的。
牛顿第一定律的拓展
牛顿在《自然哲学的数学原理》中的原始表述是:任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态,直到外力迫使它改变运动状态为止。
对比牛顿在《自然哲学的数学原理》中的原始表述,教材中的内容表述:一切物体在没有受到力的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态。
更便于同学们理解。从解题角度来看,同学们最好充分理解牛顿第一定律的拓展内容:
一切物体在受力平衡时,总保持静止状态或匀速直线运动状态;直到受到其它作用力迫使它改变这种状态为止。
对上述内容的理解,需要同学们建立在深入理解下一节《二力平衡》的基础上。
惯性
从上述牛顿第一定律可以看出,如果物体不受力的作用,原来静止的物体还会静止;原来运动的物体还会继续运动下去。
一切物体都有保持原来运动状态不变的性质,这种性质叫做惯性。
比如,高速运行的火车很难立刻停下来,这是因为它有维持原来高速运动的性质,即惯性。
再比如,用钢尺敲击棋子,上面的棋子并不会被打飞,而是落回原来的下方棋子上,这也是因为惯性。
再比如,跳远运动员想跳得更远,会在起跳前快速助跑,这就是利用了自身惯性。
再比如,锤头松了,采用下图所示的方法,能够让锤头和锤柄连接得更加牢固,这也是利用了惯性,同学们能根据惯性分析原因吗?
惯性与牛顿第一定律息息相关,因此牛顿第一定律也被称为惯性定律。
惯性的大小
物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质,称为惯性。
惯性是物体的一种固有属性,表现为物体对其运动状态变化的一种阻抗程度。
质量是物体惯性大小的量度。
具体体现:装满货物的大卡车,相比小轿车更难停下来。
特别提醒:惯性的大小与速度无关。
《牛顿第一定律》基础知识巩固题
1.伽利略的斜面实验。(1)三次实验小车都从同一高度斜面顶端滑下的目的是: 。(2)实验得出的结论是 。(3)伽利略的推论是在理想情况下,如果表面绝对光滑, 。
2.牛顿第一定律:牛顿总结了伽利略、笛卡尔等人的研究成果,得出了牛顿第一定律,其内容是 。
3.惯性:(1)定义: 叫惯性。(2)说明:惯性是物体的一种 。 都有惯性,惯性的大小与 有关,与物体是否受力、受力大小、是否运动、运动速度等无关。
4.原来静止的汽车突然开动时,车上的乘客会向 倾倒,原来运动着的汽车突然刹车时,车上的乘客会向 倾倒;沿直线运动的汽车突然向右转弯时,车上的乘客会向 倾倒,发生这些现象的原因都是 。
5.在匀速前进的高铁上,小明突然向上蹦了一下,他落地时的位置在起跳前位置的 。
6.在平稳行驶的汽车里悬挂一小球,当小球突然向汽车行驶的反方向摆动,说明汽车正在 前进。
7.在一辆表面光滑的平板小车上,放有质量分别为m1、m2的两个小球,随车一起做匀速直线运动。当车突然停止运动(设车无限长,其他阻力不计),则两小球 。(相互碰撞或不会碰撞)
8.为了避免惯性的危害,在公路上的汽车要保持一定的 ,还要限制车的 ;在开动的列车上跳到地面时,为了减小惯性的危害,人要 来避免摔倒。
9.在春节联欢会上,主持人出了这样一道题:在铺有桌布的圆桌上放着一些装有瓜子、水果等食品的盘子,要求不许移动这些盘子而将桌布撤下来,你的做法是 ,原理是 。
10.我国交通规则规定,在公路上行驶的汽车驾驶员必须系上“安全带”,这和物理知识 有关,不系“安全带”的危害是 。
《牛顿第一定律》基础知识巩固题答案
1.保证小车开始沿着平面运动的速度相同 在同样条件下,平面越光滑、小车前进得越远,速度减小的越慢 物体将以恒定不变的速度永远运动下去
2.一切物体在没有受到力的作用的时候,总保持静止状态或匀速直线运动状态
3.一切物体都有保持原来运动状态不变的性质 基本属性 一切物体在任何情况下 质量
4.后 前 左 物体具有惯性
5.同一位置
6.加速
7.不会相撞
8.速度 距离 以和列车相同的速度奔跑
9.将桌布快速抽出 抽出桌布的速度快,由于惯性,水果盘要保持原来的静止状态,不会随着桌布掉下来。
10.惯性 当行驶中遇到突发事件突然刹车时,车与人体下部都因受力而突然停止,而人体上部由于惯性,要保持原速度向前冲,如果不系安全带,就会造成伤害,所以开车和坐车时要系安全带来减少伤害。
参考文献
初中物理知识点总结
本文内容与物理知识体系关系
初二下学期物理知识点→8.0《运动和力》→8.1《牛顿第一定律》
关键词:牛顿第一定律;牛顿;惯性