2.2.6 牛顿第一定律-【走好高中第1步】2020初高中物理教材衔接

第6节　牛顿第一定律 (衔接要求 1．理解牛顿第一定律。 2．能够用牛顿第一定律解释生活中的惯性现象。 3．知道惯性大小的量度。 (回顾初中 我们已经知道，物体的运动不需要力来维持，物体的运动状态发生变化必须有力的作用，因此力是改变物体运动状态的原因。如果物体不受外力作用，或者所受合力为零，物体将保持静止状态或做匀速直线运动。物体有保持静止状态或做匀速直线运动状态的性质，称为惯性。 【例1】　2019年1月22日，亚洲最大规模高山滑雪IP赛事“2018～2019新浪杯高山滑雪公开赛”首登云南，这也是云南首次举办的全国性滑雪赛事。如图所示是一名滑雪运动员沿着斜坡向下滑行时的情景，下列说法错误的是(　　) A．运动员在匀速转弯时，运动状态改变 B．运动员受到的重力方向竖直向下 C．在加速滑行时，运动员的惯性大小不变 D．滑行中的运动员若失去所有外力，将会慢慢停下来 【解析】　运动员在匀速转弯时，运动速度大小不变，但运动方向时刻变化，运动状态发生变化，故A正确；运动员受到的重力方向始终是竖直向下的，故B正确；在加速滑行时，速度大小发生变化，质量不变，运动员的惯性大小不变，故C正确；滑行中的运动员若失去所有外力，将会做匀速直线运动，故D错误。 【答案】　D (展望高中 在高中，我们要知道，牛顿第一定律揭示了运动和力的关系，是牛顿物理学的基石，牛顿第一定律本身还包含着力、惯性和参考系的科学概念，是物理学理论的支柱和基石。还要进一步理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的唯一量度。 【例2】　下列说法中正确的是(　　) A．运动越快的汽车越不容易停下来，是因为汽车运动得越快，惯性越大 B．小球由于重力作用自由下落时，它的惯性就不存在了 C．一个小球被竖直上抛，抛出后能继续上升，是因为小球抛出后仍受到向上的推力 D．物体的惯性是物体保持静止状态或匀速直线运动状态的一种属性，与物体的速度大小无关 【解析】　惯性是物体的属性，一切物体都有惯性．质量是惯性大小的量度，质量越大，惯性越大，所以选项A，B错误，D正确。小球被竖直上抛，之所以能继续上升是因为小球具有惯性，小球要保持抛出时的运动状态，故选项C错误。 【答案】　D 我国公安交通部门规定，在各种小型车辆前排乘坐的人(包括司机)必须系好安全带。 常见的柴油机、电动机等机器的底座非常沉重，而参加作战任务的战斗机却要抛掉副油箱以减小质量。你能解释这是为什么吗？ 接点一　牛顿第一定律 早在两千多年前，亚里士多德通过日常所见的现象发现，物体受到力的作用就运动，不受力就停止运动，于是，他说：“运动必须依靠外力的不断作用才能维持。外力一旦消失，运动也就停止了。”即运动需要力来维持。 伽利略对亚里士多德观点提出了质疑，于是，构思出如图所示的“理想实验”。将轨道弯曲成曲线ABC的形状，在轨道的一边A释放一颗小球，如果不存在摩擦力，小球将上升到与A等高的位置。若将轨道的倾角减小，弯曲成曲线ABD或曲线ABE，小球总上升到与A等高的位置才停下。若轨道水平，小球不能上升到与A等高的位置，小球将永远运动下去。于是伽利略根据“理想实验”断言：小球应该以恒定的速率永远运动下去。由此可推断，在水平面上做匀速运动的物体并不需要用外力来维持。 笛卡儿明确指出：除非物体受到外力的作用，物体将永远保持其静止或运动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动。 牛顿在前人工作的基础上，根据自己的研究，系统地总结了力和运动的关系，他指出：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。这就是牛顿第一定律，也叫惯性定律。 对牛顿第一定律的理解： (1)牛顿第一定律正确揭示了力和运动的关系，明确指出了力是改变物体运动状态的原因。 (2)牛顿第一定律揭示了物体都有保持原来的静止或匀速直线运动状态的性质——惯性。 (3)牛顿第一定律是由理想实验加以科学推理得到的，不是实验定律。 (4)牛顿第一定律是自然界中的普遍规律，适用于所有宏观物体。 (5)物体运动状态的变化即物体运动速度(大小、方向)的变化。 说明： (1)牛顿第一定律所描述的是物体不受外力作用时的状态，与物体所受合力为零是等效的。 (2)牛顿第一定律只适用于惯性参考系，在非惯性参考系中不适用。 【思考与讨论1】 (1)牛顿第一定律是一条实验定律吗？ (2)运动状态不变的意义是什么？ 接点二　惯性 我们知道，物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫惯性。运动的火车比运动的自行车停下来要困难得多，这是因为火车的质量比自行车大，可见物体的惯性即保持匀速直线运动状态或静止状态的本领，与物体的质量有关。 大量事实说明，一切物体都有惯性，在任何状态下都有惯性；惯性是物体的固有性质；物体的惯性的大小只与质量有关，质量越大，惯性越大，运动状态越难以改变；