4.1 牛顿第一定律 课件-2023-2024学年高一上学期物理人教版必修1

牛顿第一定律及惯性 1 关于牛顿 2 艾萨克·牛顿(1643年1月4日—1727年3月31日)爵士,英国皇家学会会长,英国著名的物理学家,百科全书式的“全才”,著有《自然哲学的数学原理》、《光学》。 他在1687年发表的论文《自然定律》里,对万有引力和三大运动定律进行了描述。这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点,并成为了现代工程学的基础。 2 牛顿第一定律简述 3 定义 一切物体总是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。这就是牛顿第一定律。 物理意义： (1)    定义了力：力是改变物体运动状态的原因（即是产生加速度的原因），而不是维持物体运动的原因。 (2)    定义了惯性：任何物体都保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性。 3 惯性 4 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，质量是对物体惯性大小的量度 [1]  。当作用在物体上的外力为零时，惯性表现为物体保持其运动状态不变，即保持静止或匀速直线运动；当作用在物体上的外力不为零时，惯性表现为外力改变物体运动状态的难易程度。在外力作用下，相同加速度的物体质量越大惯性越大。所以物体的惯性，在任何时候（受外力作用或不受外力作用），任何情况下（静止或运动），都不会改变，更不会消失。惯性是物质自身的一种属性。 4 实验过程 伽利略研究运动学的方法是把实验和数学结合在一起，既注重逻辑推理，又依靠实验检验。   他对光滑斜面的推论是通过实验观察，并推论得到的。但是这个完全光滑的斜面在现实中不存在，因为无法。将摩擦力完全消除，因此理想斜面实验属于伽利略的逻辑推理部分 5 5 6 伽利略的理想斜面实验 伽利略对光滑斜面的推论 若没有摩擦阻力，球将永远滚下去 伽利略的理想斜面实验实验如图所示，让小球沿一个光滑斜面从静止状态开始下滚，小球将滚上另一个斜面，达到与原来差不多的高度然后再下滚。他推论，只是因为摩擦力，球才没能达到原来的高度。然后，他减小后一斜面的倾角，小球在这个斜面上仍达到同一高度，但这时它要滚得远些。继续减小第二个斜面的倾角，球达到同一高度就会滚得更远。 于是他对斜面平放时的情况进行研究，结论显然是球将永远滚下去。这就是说，力不是维持物体的运动即维持物体的速度的原因，而恰恰是改变物体运动状态即改变物体速度的原因。因此，一旦物体具有某一速度，如果它不受力，就将以这一速度匀速直线地运动下去 6 添加页脚 7 适用范围 牛顿第一定律只适用于惯性参考系。在质点不受外力作用时，能够判断出质点静止或作匀速直线运动的参考系一定是惯性参考系，因此只有在惯性参考系中牛顿第一运动定律才适用。 牛顿第一定律在非惯性参考系（即有加速度的系统）中不适用，因为不受外力的物体，在该参考系中也可能具有加速度，这与牛顿第一定律相悖。 8 8 独立性 牛顿第一定律是完全独立的基本定律，它的独立性表现在： 确定了惯性参考系并引出了逻辑循环论证，这是公理体系的表现，任何学科的第一命题都要具有此特性。 指出了任何物体都具有惯性，建立的惯性概念。 [10]  它的否命题揭示出力的概念，力是物体对物体的作用，力使物体的运动状态发生变化。 是牛顿第二定律的基础，首先，牛顿第一定律为第二定律准备了概念（力、惯性质量、惯性系）并定性阐明力和运动的关系；其次，第一定律主要说明物体不受外力作用时的运动状态。不受外力作用和物体所受外力矢量和为零不是一码事，因此不能把牛顿第一定律当成牛顿第二定律在F=0时的特殊情况。综上所述，牛顿第一定律是完全独立的基本定律，用其解决的问题，别任何规律都无法解决，第二、第三定律根本不能取代第一定律 9 定律影响 10 1.牛顿第一定律给出了一个没有加速度的参考系——惯性系，使人们对物理问题的研究和物理量的测量有意义， [4]  从而使它成为整个力学甚至物理学的出发点。 [14]  牛顿第二、第三定律以及由牛顿运动定律建立起来的质点力学体系，如动量定理、动量守恒定律、动能定理等，只对惯性系成立。 2.牛顿第一定律是其他原理的前提和基础。第一定律中包含的基本概念，奠定了经典力学的概念基础，从而使它处于理论系统中第一个原理的前提地位，这表现在： （1）首次批驳了延续两千多年的亚里士多德等人错误的力的概念，为确立正确的力的概念奠定了基础。 （2）第一次科学地给出了力的定性定义（含力的本质和力的效果）。 （3）第一次提出了经典力学的几个基本概念，为第二、第三定律以及由牛顿运动定律建立起来的质点力学体系原理奠定了概念基础。  10 11 第一定律习题 明确物体具有惯性 “一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”，揭示了一切物体都具有惯性，即物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止