一、理想實(shí)驗(yàn)的魅力1.亞里士多德認(rèn)為:必須________________,物體才能運(yùn)動;沒有力的作用,物體就要________________.
2.伽利略的理想實(shí)驗(yàn)(1)斜面實(shí)驗(yàn):如下圖所示,讓一個小球沿斜面從靜止?fàn)顟B(tài)開始運(yùn)動,小球?qū)ⅰ皼_”上另一個斜面.①如果沒有________,小球?qū)⒌竭_(dá)原來的高度. 這是一種理想化的物理模型 ②減小第二個斜面的傾角,小球運(yùn)動的距離更長,但所達(dá)到的高度________.③當(dāng)?shù)诙€斜面最終變?yōu)樗矫鏁r,小球?qū)⒂肋h(yuǎn)運(yùn)動下去. 合理的外推 (2)推理結(jié)論:力________(選填“是”或“不是”)維持物體運(yùn)動的原因.
3.笛卡兒的觀點(diǎn):如果運(yùn)動中的物體沒有受到力的作用,它將繼續(xù)以________沿________運(yùn)動,既不會停下來,也不會偏離原來的方向.
二、牛頓第一定律 無法用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證1.牛頓第一定律的內(nèi)容:一切物體總保持____________狀態(tài)或________狀態(tài),除非作用在它上面的力________________.2.慣性      體現(xiàn)了抵抗運(yùn)動狀態(tài)改變的“能力” (1)物體保持原來____________狀態(tài)或________狀態(tài)的性質(zhì)叫作慣性,牛頓第一定律也被叫作慣性定律.(2)慣性是物體的________屬性,一切物體都具有慣性.
三、慣性與質(zhì)量物體慣性大小僅與________有關(guān),________是物體慣性大小的唯一量度,慣性大小與物體是否運(yùn)動、運(yùn)動快慢等因素均________關(guān).
【情境思考】如圖所示,為冰壺比賽的場景.請對以下結(jié)論作出判斷:(1)靜止在地面上的冰壺,當(dāng)用力推它時,冰壺開始運(yùn)動,說明力是使冰壺運(yùn)動的原因.(  )(2)當(dāng)冰壺脫離運(yùn)動員的作用時,冰壺沒有立即停下,而是繼續(xù)向前運(yùn)動,說明冰壺具有慣性.(  )(3)撤去推力后,冰壺最終能停下來,是冰壺受摩擦力作用的結(jié)果.(  )(4)如果沒有摩擦力,冰壺會一直運(yùn)動下去.(  )
1 理想實(shí)驗(yàn)的魅力(1)談“理想”:①接觸面不可能絕對光滑;②水平面不可能做得無限長.(2)談“實(shí)驗(yàn)”:理論實(shí)驗(yàn),非真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn).(3)談“魅力”:伽利略“理想實(shí)驗(yàn)”的卓越之處不是實(shí)驗(yàn)本身,而是實(shí)驗(yàn)所使用的獨(dú)特方法,在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理外推.
1 “理想實(shí)驗(yàn)”與“真實(shí)實(shí)驗(yàn)”(1)真實(shí)實(shí)驗(yàn)是一種實(shí)踐活動,是可以通過一定的實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)方法來實(shí)現(xiàn)的.(2)理想實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了邏輯思維活動,但思維過程的基礎(chǔ)是真實(shí)、可靠的.
2 運(yùn)動狀態(tài)改變的三種情形(1)速度的方向不變,大小改變.(2)速度的大小不變,方向改變.(3)速度的大小和方向同時發(fā)生改變.
2 體重與體育運(yùn)動在許多體育項(xiàng)目中通過改變質(zhì)量來增加或減小慣性,以利于提高運(yùn)動成績.如體操運(yùn)動員希望有靈活的身體,而相撲運(yùn)動員則不希望被別人推倒,所以相撲運(yùn)動員的質(zhì)量要比體操運(yùn)動員的質(zhì)量大得多.
目標(biāo)一 伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)【導(dǎo)思】在伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)的各個過程中(如圖所示),哪些可以通過實(shí)驗(yàn)完成?哪些是推理得出的?
提示:小球由靜止?fàn)顟B(tài)從斜面上滾下,可以滾上另一斜面,是實(shí)驗(yàn)事實(shí),可以通過實(shí)驗(yàn)完成,其余各個結(jié)論是由推理得出的,不可以通過實(shí)驗(yàn)完成.
【歸納】1.理想實(shí)驗(yàn)的推論一切運(yùn)動著的物體在沒有受到外力的時候,它的速度將保持不變,并且一直運(yùn)動下去.2.理想實(shí)驗(yàn)的意義(1)伽利略理想實(shí)驗(yàn)是以可靠的實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ),經(jīng)過抽象思維,抓住主要因素,忽略次要因素,從而更深刻地揭示了自然規(guī)律.(2)伽利略理想實(shí)驗(yàn)是把實(shí)驗(yàn)和邏輯推理相結(jié)合的一種科學(xué)研究方法.
【典例】例 1 [2023·河北邢臺高一月考]在研究運(yùn)動和力的關(guān)系時,伽利略設(shè)計了著名的理想斜面實(shí)驗(yàn)(如圖所示),將可靠的事實(shí)和縝密的邏輯推理結(jié)合起來,能更深刻地反映自然規(guī)律.下面給出了伽利略斜面實(shí)驗(yàn)的五個事件,請對事件的性質(zhì)進(jìn)行判斷并正確排序:由A點(diǎn)靜止釋放的小球,①若沒有摩擦?xí)r,能滾到另一斜面與A點(diǎn)等高的C點(diǎn);②當(dāng)減小斜面動摩擦因數(shù)時,滾到另一斜面的最高位置,更接近于等高的C點(diǎn);③若沒有摩擦?xí)r減小斜面BC的傾角,小球?qū)⑼ㄟ^較長的路程,到達(dá)與A點(diǎn)等高的D點(diǎn);④若沒有摩擦且當(dāng)另一斜面水平放置時,小球?qū)⒀厮矫嬉恢边\(yùn)動下去;⑤不能滾到另一斜面與A點(diǎn)等高的C點(diǎn).以下排序正確的是(  )A.事實(shí)⑤→事實(shí)②→推論①→推論③→推論④B.事實(shí)⑤→事實(shí)②→推論③→事實(shí)①→推論④C.事實(shí)⑤→事實(shí)②→事實(shí)①→推論③→推論④D.事實(shí)⑤→事實(shí)②→推論①→事實(shí)③→推論④
解析:由實(shí)驗(yàn)事實(shí)⑤不能滾到另一斜面與A點(diǎn)等高的C點(diǎn),實(shí)驗(yàn)事實(shí)②當(dāng)減小斜面動摩擦因數(shù)時,滾到另一斜面的最高位置,更接近于等高的C點(diǎn),從而可推理出①若沒有摩擦?xí)r,能滾到另一斜面與A點(diǎn)等高的C點(diǎn),接著推理出③若沒有摩擦?xí)r減小斜面BC的傾角,小球?qū)⑼ㄟ^較長的路程,到達(dá)與A點(diǎn)等高的D點(diǎn),最后推理出④若沒有摩擦且當(dāng)另一斜面水平放置時,小球?qū)⒀厮矫嬉恢边\(yùn)動下去,故選A.
目標(biāo)二 牛頓第一定律的理解【導(dǎo)思】如圖所示,將一小車從斜面的同一高度由靜止釋放,最后小車停在了不同水平面上的不同距離處.
(1)小車在斜面上時的合力方向向哪?此時小車做什么運(yùn)動?小車在水平面上時的合力方向向哪?此時小車做什么運(yùn)動?表明物體的運(yùn)動與力存在什么關(guān)系?(2)三圖中,由上到下小車沿水平面運(yùn)動的距離逐漸變遠(yuǎn),原因是小車受到的阻力逐漸減小,可以猜想,如果水平面光滑,小車將做什么運(yùn)動?
提示:(1)沿斜面向下;加速運(yùn)動;沿水平方向向左;減速運(yùn)動;力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因.(2)勻速直線運(yùn)動.
【歸納】1.提出了慣性概念定律的前半部分內(nèi)容“一切物體總保持勻速直線運(yùn)動或靜止?fàn)顟B(tài)”,揭示了所有物體普遍具有的一種屬性——慣性,即物體保持勻速直線運(yùn)動或靜止?fàn)顟B(tài),是本質(zhì)屬性,不需要條件.一切物體在任何情況下都具有保持勻速直線運(yùn)動或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì).因此,牛頓第一定律又叫慣性定律.
2.明確了力的作用效果定律的后半部分內(nèi)容“除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)”,說明了力的作用效果可以改變物體的運(yùn)動狀態(tài).3.揭示了力和運(yùn)動的關(guān)系牛頓第一定律指出物體不受外力時的運(yùn)動規(guī)律,定律描述的只是一種理想狀態(tài),而實(shí)際中物體不受外力的作用的情況是不存在的,當(dāng)物體所受到的合外力為零時,其效果跟不受外力的作用效果相同.力與運(yùn)動的關(guān)系:運(yùn)動不需要力維持,但運(yùn)動狀態(tài)的改變離不開力的作用.
【典例】例 2 (多選)關(guān)于牛頓第一定律有下列說法,其中正確的是(  )A.牛頓第一定律可用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證B.牛頓第一定律說明力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因C.慣性定律與慣性的實(shí)質(zhì)是相同的D.牛頓第一定律說明物體的運(yùn)動不需要力來維持
解析:不受力的物體是不存在的,牛頓第一定律不是實(shí)驗(yàn)定律,故不能用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證,A錯誤;牛頓第一定律說明力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因,B正確;牛頓第一定律又叫慣性定律,牛頓第一定律是物體遵循的規(guī)律,而慣性是物體的性質(zhì),實(shí)質(zhì)是不相同的,C錯誤;牛頓第一定律說明物體的運(yùn)動不需要力來維持,D正確.
例 3 [2023·江西南昌高一期末]如圖所示,在一足夠長的木板C上有兩個物體A和B,兩個物體隨木板一起以速度v向右運(yùn)動.若兩物體與木板間的摩擦不計,且mA>mB,則當(dāng)用外力使木板突然停止后(  )A.A物體的慣性大,速度變化快,A、B兩物體間的距離將減小B.A物體的慣性大,速度變化慢,A、B兩物體間的距離將增大C.A、B兩物體均做勻速直線運(yùn)動,它們間的距離不變D.A、B兩物體均做減速直線運(yùn)動,它們間的距離減小
解析:當(dāng)用外力使木板突然停止后,A、B兩物體受力不變,仍然受力平衡,原來運(yùn)動狀態(tài)不變,即A、B兩物體均做勻速直線運(yùn)動,它們間的距離不變,故選C.
目標(biāo)三 慣性的理解和應(yīng)用【導(dǎo)思】(1)如圖所示,公交車在運(yùn)行時突然急剎車,車內(nèi)乘客身體為什么會向前傾倒?(2)“同一物體在地球上的重力比在月球上大,所以物體在地球上的慣性比在月球上大”,這種說法對嗎?為什么?
提示:(1)乘客隨車一起運(yùn)動,當(dāng)急剎車時,車停止運(yùn)動,乘客的下半部分受到車的摩擦力作用也隨車停止運(yùn)動,而上半部分由于要保持原來的運(yùn)動狀態(tài),故向前傾倒.(2)不對.慣性大小只與質(zhì)量有關(guān),與位置無關(guān).雖然物體在地球上的重力比在月球上大,但物體的質(zhì)量不變,即慣性不變.
【歸納】1.慣性是物體的固有屬性,一切物體都具有慣性.2.物體慣性的大小由質(zhì)量決定,與物體的運(yùn)動狀態(tài)無關(guān),與是否受力無關(guān),與物體的速度大小無關(guān).3.慣性的表現(xiàn)(1)在不受力的條件下,慣性表現(xiàn)出維持其原來運(yùn)動狀態(tài)的“能力”,有“惰性”的意思.(2)在受力的條件下,慣性的大小表現(xiàn)為運(yùn)動狀態(tài)改變的難易程度.質(zhì)量越大,慣性越大,運(yùn)動狀態(tài)越難改變.
【典例】例 4 [2023·重慶八中高一上月考]如圖所示,冰壺在冰面運(yùn)動時受到的阻力很小,可以在較長時間內(nèi)保持運(yùn)動速度的大小和方向不變,我們可以說冰壺有較強(qiáng)的抵抗運(yùn)動狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”.這里所指的“本領(lǐng)”是冰壺的慣性,則慣性的大小取決于(  )A.冰壺的速度 B.冰壺的質(zhì)量C.冰壺受到的推力 D.冰壺受到的阻力
解析:慣性是物體的固有屬性,而質(zhì)量是慣性大小的唯一量度,故慣性的大小取決于冰壺的質(zhì)量,故選B.
例 5 (多選)下列各圖所示現(xiàn)象中,利用了慣性的是(  )A.自行車滑行 B.使錘子套緊C.系好安全帶 D.跳遠(yuǎn)助跑
解析:自行車原來處于運(yùn)動狀態(tài),當(dāng)不再蹬自行車時,由于慣性,自行車仍然能滑行一段距離,該現(xiàn)象是利用慣性,A正確;錘頭和錘柄一起向下運(yùn)動,當(dāng)錘柄撞在地上靜止時,錘頭由于慣性繼續(xù)向下運(yùn)動,可以緊套在錘柄上,該現(xiàn)象利用了錘頭的慣性,B正確;汽車高速行駛時,如果遇到緊急情況剎車,人由于慣性還要保持原來的高速運(yùn)動,會撞到前面物體造成損傷,所以駕駛員要使用安全帶,這是防止慣性帶來的傷害,C錯誤;跳遠(yuǎn)運(yùn)動員助跑是為了起跳前使自己處于運(yùn)動狀態(tài),起跳后,人由于慣性會跳的更遠(yuǎn),該現(xiàn)象是利用慣性,D正確.
例 6 如圖所示,某同學(xué)面向車行駛方向坐在沿平直軌道勻速行駛的列車車廂里.這位同學(xué)發(fā)現(xiàn)面前的水平桌面上一個原來靜止的小球突然向他滾來,則可判斷(  )A.列車正在剎車 B.列車突然加速C.列車突然減速 D.列車仍在勻速直線運(yùn)動
解析:當(dāng)列車加速時,小球由于慣性要保持原來的運(yùn)動狀態(tài),相對于列車向后運(yùn)動,即這位同學(xué)發(fā)現(xiàn)面前的水平桌面上一個原來靜止的小球突然向他滾來的現(xiàn)象,故列車突然加速.
1.漫畫中的情景在公交車急剎時常會出現(xiàn).為提醒乘客注意,公交公司征集到幾條友情提示語,其中對慣性的理解正確的是(  )A. 站穩(wěn)扶好,克服慣性  B.穩(wěn)步慢行,避免慣性C.當(dāng)心急剎,失去慣性 D.謹(jǐn)防意外,慣性恒在
解析:慣性是物體具有的保持原來運(yùn)動狀態(tài)的性質(zhì),是物體固有的屬性,不能被克服或避免,也不會失去,故A、B、C錯誤,D正確.
2.關(guān)于物體的慣性,下列說法中正確的是(  )A.戰(zhàn)斗機(jī)在作戰(zhàn)時,甩掉副油箱是為了減小慣性,提高飛行的靈活性B.用力推一個靜止在地面上的物體,沒有推動,原因是物體的慣性太大了C.高速公路上要限速,是因?yàn)檐囁僭酱髴T性越大D.由于子彈的速度越大,其殺傷力就越大,所以子彈的慣性大小與其速度大小有關(guān)
解析:C、D錯:慣性是物體本身的一種屬性,它不隨物體速度大小的變化而變化,所以子彈殺傷力大和高速公路上限速等都不是因?yàn)槲矬w的慣性發(fā)生了變化.B錯:用力推一個靜止在地面上的物體,沒有推動,說明地面對物體有摩擦力的作用,而不是因?yàn)槲矬w的慣性太大.A對:戰(zhàn)斗機(jī)甩掉副油箱減小了質(zhì)量,而慣性與質(zhì)量有關(guān),質(zhì)量越小慣性越小,所以可以提高戰(zhàn)斗機(jī)飛行的靈活性.
3.關(guān)于運(yùn)動和力的關(guān)系,以下敘述正確的是(  )A.力是維持物體運(yùn)動的原因B.物體受多個力作用時,其運(yùn)動狀態(tài)一定不斷變化C.在多個力作用下做勻速運(yùn)動的物體,若去掉其中的一個力,其運(yùn)動速度一定減小D.物體不受力的作用時也能運(yùn)動
解析:A錯:力不是維持物體運(yùn)動的原因,力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因.B錯:受多個力作用,當(dāng)合力為零時,其運(yùn)動狀態(tài)不會改變.C錯:在多個力作用下做勻速運(yùn)動的物體,若去掉其中的一個力,其余力的合力與這個力大小相等,方向相反,若其余力的合力與速度方向相同,則其運(yùn)動速度增大.D對:根據(jù)牛頓第一定律可知,物體不受力的作用時,保持靜止或勻速直線運(yùn)動.
4.下列關(guān)于牛頓第一定律的說法中正確的是(  )A.由牛頓第一定律可知,物體在任何情況下始終處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)B.處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)的物體,一定不受任何外力作用C.伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)說明了力不是維持物體運(yùn)動的原因,同時也說明了力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因D.牛頓第一定律既揭示了物體保持原有運(yùn)動狀態(tài)的原因,又揭示了物體運(yùn)動狀態(tài)改變的原因
解析:物體只有在不受力的作用或合外力為零時,才能總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài),故A錯誤;處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)的物體,可能不受外力作用,也可能受到外力的作用,但外力的合力為零,故B錯誤;伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)說明了力不是維持物體運(yùn)動的原因,但不能說明力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因,故C錯誤;牛頓第一定律既揭示了物體保持原有運(yùn)動狀態(tài)的原因,又揭示了物體運(yùn)動狀態(tài)改變的原因,故D正確.
5.如圖所示是小蕓與同學(xué)們在“陽光體育活動”中訓(xùn)練排球時的情景,下列有關(guān)說法中正確的是 (  )A.墊球時,手感覺疼,說明球與手之間的作用力是相互的B.球墊起后,能繼續(xù)向上運(yùn)動,是因?yàn)榍蚴冀K受到向上的力的作用C.球墊起后,上升到最高點(diǎn)時,處于平衡狀態(tài)D.球下落過程速度越來越大,說明球的慣性越來越大
解析:墊球時,手感覺疼,說明球與手之間的作用力是相互的,故選項(xiàng)A正確;球在空中繼續(xù)向上運(yùn)動,是由于球具有慣性,球沒有受到向上的力的作用,故選項(xiàng)B錯誤;球上升到最高點(diǎn)時,速度為零,但是由于受重力的作用會向下落,因此此時不是平衡狀態(tài),故選項(xiàng)C錯誤;球下落過程速度越來越大,是由于重力作用下向下加速運(yùn)動,但質(zhì)量不變,慣性不變,故選項(xiàng)D錯誤.

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