
如圖(a),緊急剎車時,乘客會向前傾倒;如圖(b),踢出去的足球能繼續(xù)滾動;如圖(c),滑板車滑行時,人沒有蹬地,車還繼續(xù)前進(jìn);如果不再蹬地,它最終就會停下。
那么,運(yùn)動和力之間有什么關(guān)系?
靜止的小推車, 如果不推它,它就 不會動。這說明, 沒有力的作用,物體就不能運(yùn)動。
對!風(fēng)吹樹搖,風(fēng)停樹靜 這說明,力是物體運(yùn)動的原因。
你贊成小明和小華的觀點(diǎn)嗎?如果他們的觀點(diǎn)是正確的,那么踢出去的足球,腳已不再對它施力,為什么它還會繼續(xù)運(yùn)動?
?足球最終會停下來,這又是為什么?
怎樣才能揭開運(yùn)動與力的關(guān)系之謎?讓我們先學(xué)習(xí)物理學(xué)史對運(yùn)動與力的關(guān)系研究進(jìn)展,再實(shí)驗(yàn)探究阻力對物體運(yùn)動的影響。
物體的運(yùn)動需要力來維持
力不是維持物體運(yùn)動的原因,而是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。
伽利略認(rèn)為,當(dāng)小球沿左側(cè)斜面的某一高度向下運(yùn)動時,無論右側(cè)斜面的坡度如何,小球都會沿斜面上升到一定的高度。如果各種阻力都小到可以忽略,在理想情況下,小球?qū)赜覀?cè)斜面上升到與左側(cè)下落點(diǎn)等高的地方(如圖),而且右側(cè)斜面的坡度越小,小球要上升到相同高度所用的運(yùn)動時間就越長;如果右側(cè)成了水平面,那么,小球?qū)⒁驗(yàn)橛肋h(yuǎn)無法達(dá)到那個高度而一直沿直線運(yùn)動下去。由此,伽利略否定了亞里士多德的說法。
如何用圖8- 6所示的裝置探究阻力對物體運(yùn)動的影響?
1.將棉布鋪在水平木板上,讓小車從斜面上點(diǎn)A 處滑下,記下小車停在棉小車從斜面上同一高布上的位置。
2.移開棉布,讓小車從斜面上點(diǎn)A處滑下,記下小車停在木板上的位置。
活動8.2 探究阻力對物體運(yùn)動的影響
信息快遞:小車從斜面上同一高度滑下,到達(dá)斜面底端時的速度相同。
4.將實(shí)驗(yàn)情況填入下表。
3.將玻璃板放在水平木板上,讓承車從斜面上點(diǎn)A 處滑下,記下小車停在玻璃板上的位置。
1.小車在水平面上運(yùn)動的距離與它所受的阻力有什么關(guān)系?
2.試想,假如小車在光滑水平面上運(yùn)動,即不受阻力,小車將會怎樣運(yùn)動?
由上述實(shí)驗(yàn)可知:支持面越光滑,小車受到的阻力越小,小車在水平面上運(yùn)動的距離越大。 .
永遠(yuǎn)做勻速直線運(yùn)動下去。 .
牛頓(圖8-7)在伽利略等科學(xué)家研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步深化和總結(jié),得出結(jié)論:一切物體都保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻 速直線運(yùn)動狀態(tài),除非有力迫使它改變這種運(yùn)動狀態(tài)。這個結(jié)論稱為牛頓第一定律。
牛頓第一定律揭示了任何物體都有保持靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)的性質(zhì),這種性質(zhì)稱為慣性。因此,牛頓第一定律又稱慣性定律。
方法技巧:在可靠的事實(shí)基礎(chǔ)上, 通過推理得出結(jié)論,這是一種重要的科學(xué)研究方法。
1.內(nèi)容:一切物體都保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài),除非有力迫使它改變這種運(yùn)動狀態(tài)。
(1)“一切”適用于所有物體
(2)“除非有力迫使它改變這種運(yùn)動狀態(tài)”是定律成立的條件。包括不受一切外力(理想狀態(tài))、某一方向上不受外力情況;或者是合外力為零。
(4)“或”指物體不受力時,原來靜止的總保持靜止,原來運(yùn)動的就總保持原來的速度和方向做勻速直線運(yùn)動。兩種狀態(tài)必有其一,不同時存在。
(5)牛頓第一定律說明了力和運(yùn)動的關(guān)系:力不是維持物體運(yùn)動的原因,而是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。
(3) “都保持”也稱 “總保持”,是指物體在不受力作用時,靜者恒靜,動者恒動。
從牛頓第一定律可以知道,任何物體都有慣性。如果物體不受力的作用,原來靜止的物體要一直保持靜止?fàn)顟B(tài);原來運(yùn)動的物體將保持其速度一直運(yùn)動下去。
觀察:當(dāng)汽車急剎車時,人會向前傾。
物體有保持自身原有的靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)的性質(zhì)。我們把物體的這種性質(zhì)叫做慣性。
(2)慣性是物體本身固有的一種屬性;一切物體,都具有慣性.
(3)慣性的大小只與物體的質(zhì)量有關(guān),與物體是否運(yùn)動、是否受力以及運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)。
(1)牛頓第一定律揭示了物體具有慣性.牛頓第一定律也叫慣性定律.
(4)慣性不是力(不能說受慣性力、受慣性的作用).
(1)如圖甲所示,撥動彈簧片,把小球與支座之間的金屬片彈出時,小球并沒有隨金屬片飛出。你能說說發(fā)生這一現(xiàn)象的原因嗎?(2)如圖 乙、丙所示:行駛中的汽車突然剎車時,乘客身體會前傾;汽車突然開動時,乘客身體會想向后仰。想想看,身體向前傾、向后仰的原因是什么?
歸納總結(jié):(1)金屬片被彈出時,上面的小球由于慣性要保持原來的靜止?fàn)顟B(tài),所以不會隨金屬片飛出。(2)乘客和車原來是向前運(yùn)動的,當(dāng)汽車突然剎車,腳隨車減速,而身體的上部由于慣性還要保持原來向前運(yùn)動的狀態(tài),所以乘客要向前傾;同樣的道理,當(dāng)汽車突然開動時,乘客的腳已隨車開始運(yùn)動,而身體的上部由于慣性要保持原來的靜止?fàn)顟B(tài),所以身體要向后仰。
某同學(xué)想出一個免費(fèi)周游世界的辦法,由于地球自轉(zhuǎn)速度很快,如北京隨地球自轉(zhuǎn)的速度大約是360m/s,那么當(dāng)你跳起來落回地面時,地面已經(jīng)轉(zhuǎn)過了一段很大的距離,自己就不會落在原地。所以你只要不停地跳躍,就能周游世界。 這個同學(xué)的想法可行嗎?為什么?
不可行。因?yàn)榈厍蛏系囊磺形矬w,包括地球周圍的大氣都隨著地球自轉(zhuǎn)而一起運(yùn)動著,人跳起來后,由于慣性,仍保持原來的速度隨地球、大氣一起運(yùn)動,所以不能實(shí)現(xiàn).?
向下運(yùn)動的錘柄受到撞擊突然停止時,錘頭由于慣性會繼續(xù)向下運(yùn)動,錘頭就會牢牢地套在錘柄上了。
鉛球離開手以后,因?yàn)閼T性,還會原來的狀態(tài)繼續(xù)飛行。
運(yùn)動員起助跑越快,起跳后因?yàn)閼T性,保持原來的運(yùn)動狀態(tài),在水平方向上飛得越遠(yuǎn)。
拍打墊子時。墊子運(yùn)動起來了,但上面的灰塵由于慣性,還保持原來的靜止?fàn)顟B(tài),所以和墊子脫離。
汽車的安全帶和安全氣囊
快速行駛的汽車,一旦發(fā)生碰撞立即停止運(yùn)動,而乘客身體由于慣性會繼續(xù)向前運(yùn)動,與車身撞擊,甚至撞碎擋風(fēng)玻璃飛出車外.因此,小型客車駕駛員及前排乘客必須使用安全帶,以便于碰撞發(fā)生時起到緩沖作用.多數(shù)轎車還安裝有安全氣囊,在發(fā)生撞擊時,會自動彈出,使人不會撞到車身.
為了防止慣性帶來的危害:
(2)防止慣性帶來的危害
1.如圖8-8所示,桌面上放有一摞棋子,用尺沿水平方向快速擊打最下面的棋子你觀察到什么現(xiàn)象?如何解釋這種現(xiàn)象?
現(xiàn)象:最下面的棋子受到力的作用后飛了出去,而上面的棋子在水平方向仍保持靜止。解釋:由于慣性,上面的棋子保持原來的靜止?fàn)顟B(tài)。
活動8.3 觀察并解釋慣性現(xiàn)象
2.如圖8-9(a) 所示,在小車上放一個木塊,然后突然快速拉動小車,觀察木塊的變化。如圖8-9(b) 所標(biāo),小車以較大的速度向前運(yùn)動,觀察碰到障礙物時木塊的變化。
現(xiàn)象:圖(a)的木塊向拉力方向相反的方向傾倒。解釋:由于慣性,木塊保持原來的靜止?fàn)顟B(tài),所以木板向小車運(yùn)動相反方向傾倒。現(xiàn)象:圖(b)的木塊向原來運(yùn)動方向相同的方向傾倒。解釋:由于慣性,木塊保持原來向前運(yùn)動的狀態(tài),所以木板向小車運(yùn)動相同方向傾倒。
駕駛員發(fā)現(xiàn)前方有突發(fā)情況后,觀察獲得的信息傳遞到大腦, 大腦綜合各類信息作出決策,指揮四肢做出剎車動作,以及車輛制動系統(tǒng)作出響應(yīng),這些過程需要一定的反應(yīng)時間。在這段時間內(nèi),汽車會向前行駛一段距離,稱為反應(yīng)距離。剎車后,汽車由于慣性 還會繼續(xù)向前滑行一段距離,稱為制動距離。例如,以90 km/h 的速度行駛的轎車,反應(yīng)距離約為25m, 制動距離約為68 m, 如圖8-12所示。若車速更大,則通過的距離會更長如果發(fā)現(xiàn)緊急情況時離前車太近,或者超速行駛,就容易發(fā)殊碰撞事故。因此, 高速公路上必須限速且要求前后車輛保持適當(dāng)?shù)木嚯x。值得強(qiáng)調(diào)的是,酒后駕車會使人的反應(yīng)時間顯著延長,極易造成交通事故。因此,自覺遵守《中華人民共和國道路交通安全法》,拒絕酒后駕車,既是為了自身安全,也是維護(hù)公糞安全的一種社會責(zé)任。
生活?物理?社會 高速公路為什么要限速
1.子彈從槍膛射出后,雖然不再受到推力的作用,但仍能向前運(yùn)動。這是為什么?
由于慣性,飛行的子彈要保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài),所以仍向前運(yùn)動.
提示:絕對不可以說“由于慣性作用”,因?yàn)椤白饔谩本褪橇?,而慣性不是力.
2.如圖8-13所示,公交車將要啟動時,乘客常會聽到“車輛 起步,請站穩(wěn)扶好”的語音提示。 請你解釋其中的道理。
當(dāng)汽車突然開動時,乘客的腳已隨車開始運(yùn)動,而身體的上部由于慣性要保持原來的靜止?fàn)顟B(tài),所以身體要向后仰。
3.如圖8-14所示,飛機(jī)在飛行中投放救援物資。若投放時飛機(jī) 恰好在目標(biāo)位置正上方,物資能落到目標(biāo)位置嗎?應(yīng)該怎樣投放才能使物資恰好落到目標(biāo)位置?
不能,應(yīng)在離投擲目標(biāo)較遠(yuǎn)處提前投擲.由于物體具有慣性,要保持原來的運(yùn)動狀態(tài),如果飛行到投擲目標(biāo)正上方才投擲,救災(zāi)物品就會落到目標(biāo)的前方去.
1 .下列現(xiàn)象中,不能用物體具有慣性知識來解釋的是 ( )A .?dāng)S出去的鉛球能繼續(xù)向前飛行B .百米賽跑運(yùn)動員到終點(diǎn)不會立即停下 C .舉重運(yùn)動員把杠鈴舉起D .跳高運(yùn)動員在跳離地面后,還能繼續(xù)向上運(yùn)動
2 .用理想實(shí)驗(yàn)有力地反駁了“物體運(yùn)動需要力維持”的錯誤觀點(diǎn),被譽(yù)為實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的先驅(qū) 是 ( )A .伽利略 B .亞里士多德C .牛頓 D .惠更斯
3 .關(guān)于運(yùn)動和力的關(guān)系,下列說法中正確的是 ( )A .必須有力作用在物體上,物體才能運(yùn)動,沒有力的作用物體就靜止下來B .力是維持物體運(yùn)動的原因C .只要有力作用在物體上,物體的運(yùn)動狀態(tài)一定發(fā)生變化D .物體運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變時,一定受到了力的作用
4 .以下關(guān)于牛頓第一定律的說法正確的是 ( )A .通過日常生活經(jīng)驗(yàn)得出的B .由斜面小車實(shí)驗(yàn)得出的 C .由理論分析得出的D .在經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上,通過進(jìn)一步推理而概括得出的
5 .兩個物體中,慣性較小的物體一定具有較小的 ( )A .密度 B .體積 C .質(zhì)量 D .速度
6 .正在運(yùn)動的物體,如果它所受的一切外力同時消失,那么它 ( )A .將立即靜止 B .速度越來越大 C .將做勻速直線運(yùn)動 D .將做減速直線運(yùn)動,最后停下
A .實(shí)驗(yàn)中應(yīng)把小車從斜面的不同高度由靜止釋效B .圖中三次實(shí)驗(yàn)小車都會停下來,說明物體的運(yùn)動需要力來維持C .由圖中小車在三個表面上的運(yùn)動情況可以直接得出牛頓第一定律 D .如果在平面上小車受到的阻力為零,小車將做勻速運(yùn)動
7.實(shí)驗(yàn)小組在探究“阻力對物體運(yùn)動的影響”時完成了如圖所示的實(shí)驗(yàn),有關(guān)這個實(shí)驗(yàn)下列 說法正確的是 ( )
8.如圖,玻璃水箱中有一個氣泡和一塊石頭,本來都處于靜止?fàn)顟B(tài),現(xiàn)在用水平向右的外力猛推水箱,則水箱加速時,氣泡和石頭相對于水箱 ( )
A .氣泡和石頭都向左運(yùn)動B .氣泡和石頭都向右運(yùn)動C .氣泡向左運(yùn)動,石頭向右運(yùn)動D .氣泡向右運(yùn)動,石頭向左運(yùn)動
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