第5章第1節(jié)牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律

1、第5章 第1節(jié) 牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律力和運(yùn)動(dòng)無處不在。靜止的足球受到腳的作用力會(huì)運(yùn)動(dòng)起來；運(yùn)動(dòng)的汽車剎車后在阻力的作用下會(huì)停下來；飛行的乒乓球受到球拍的擊打，運(yùn)動(dòng)的方向會(huì)發(fā)生改變力和運(yùn)動(dòng)之間有何關(guān)系？本節(jié)我們將學(xué)習(xí)有關(guān)內(nèi)容。1力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系如果僅靠直觀感覺來看待力與運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，我們會(huì)覺得亞里士多德的觀點(diǎn)似乎更符合日常經(jīng)驗(yàn)。從他的視角看，對(duì)于靜止的馬車，若馬不拉車，車就不動(dòng)；對(duì)于運(yùn)動(dòng)的馬車，馬不繼續(xù)拉車，車會(huì)停下來（圖5-1）。這難道不是證明了有力才有運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)需要外力來維持嗎？圖5-1 藝術(shù)作品中的古希臘戰(zhàn)車亞里士多德的觀點(diǎn)可表述為：有外力的作用時(shí)物體才能運(yùn)動(dòng)，要維持物體的運(yùn)動(dòng)就需要外力。然而

2、，伽利略設(shè)計(jì)了一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)（圖5-2）。讓小球沿光滑斜面從左側(cè)某一高度滾下時(shí)，無論右側(cè)斜面坡度如何，它都會(huì)沿斜面上升到與出發(fā)點(diǎn)幾乎等高的地方。斜面傾角越小，小球運(yùn)動(dòng)到同一高度所經(jīng)歷的路程越遠(yuǎn)。當(dāng)斜面傾角逐漸減小到0，右側(cè)變?yōu)樗矫鏁r(shí)，小球?qū)榱诉_(dá)到那個(gè)永遠(yuǎn)無法達(dá)到的高度而一直運(yùn)動(dòng)下去。在這種情況下，小球在水平方向沒有受力，卻會(huì)一直運(yùn)動(dòng)下去。顯然，伽利略的理想實(shí)驗(yàn)反駁了亞里士多德的觀點(diǎn)。圖5-2 伽利略的理想實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在此基礎(chǔ)上，法國哲學(xué)家和科學(xué)家笛卡兒（R. Descartes ，15961650）把伽利略的結(jié)論推廣到?jīng)]有重力、摩擦力、空氣阻力等更理想的情況，進(jìn)一步完善了伽利略的觀點(diǎn)。他提出：若

3、沒有其他原因，運(yùn)動(dòng)物體將繼續(xù)以原來的速度沿直線運(yùn)動(dòng)。素養(yǎng)提升能領(lǐng)悟理想實(shí)驗(yàn)的科學(xué)推理方法及其意義；能從不同角度解決動(dòng)力學(xué)問題，具有質(zhì)疑和創(chuàng)新的意識(shí)。通過與伽利略、牛頓相關(guān)的史實(shí)，能認(rèn)識(shí)物理學(xué)研究是不斷完善的?？茖W(xué)思維，科學(xué)態(tài)度與責(zé)任實(shí)驗(yàn)與探究勻速直線運(yùn)動(dòng)的演示伽利略與笛卡兒的觀點(diǎn)皆基于理想情況，在現(xiàn)實(shí)中很難實(shí)現(xiàn)。下面我們通過氣墊導(dǎo)軌來演示在可忽略阻力情況下物體的勻速直線運(yùn)動(dòng)。如圖5-3所示，用氣泵給氣墊導(dǎo)軌充氣，氣體從氣墊導(dǎo)軌的小孔中噴出，在滑塊與導(dǎo)軌間形成空氣薄層氣墊。這樣，滑塊在氣墊上滑動(dòng)時(shí)受到的阻力很小，可忽略不計(jì)。將氣墊導(dǎo)軌調(diào)至水平，給滑塊一個(gè)初速度，使其運(yùn)動(dòng)起來。利用光電門和電子計(jì)時(shí)

4、器測出滑塊在運(yùn)動(dòng)過程中的速度幾乎不變可見，若水平方向沒有外力作用，則滑塊能保持勻速直線運(yùn)動(dòng)。電子計(jì)時(shí)器光電門小孔滑塊氣墊導(dǎo)軌圖5-3 通過氣墊導(dǎo)軌演示勻速直線運(yùn)動(dòng)2牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律及其意義牛頓在伽利略、笛卡兒等人研究成果的基礎(chǔ)上提出了著名的牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律（Newton's first law of motion)，簡稱牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非有外力迫使它改變這種狀態(tài)。完全不受外力作用只是一種理想情況。實(shí)際上，當(dāng)合外力為0時(shí)，物體也能保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)。這也意味著，若物體受外力作用且合外力不為0，則其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（速度大小和方向）將被改變，即力是改變

5、物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。任何物體都有保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的屬性，物理學(xué)中將這種屬性稱為慣性（inertia）。慣性大小表示了物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度，它只與物體的質(zhì)量有關(guān)：質(zhì)量大的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相對(duì)不易改變，慣性大；質(zhì)量小的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相對(duì)容易改變，慣性小?？梢哉f，質(zhì)量是描述物體慣性大小的物理量。生活中，很多現(xiàn)象可以用慣性來解釋。例如，乘坐汽車時(shí)，如果緊急剎車，我們的身體會(huì)前傾；跳遠(yuǎn)或跳高運(yùn)動(dòng)員助跑后，飛身一躍，會(huì)在空中繼續(xù)前進(jìn)；在公路上行駛的車輛，一旦遇到突發(fā)事件，小車容易停下，大車則不易停下這些皆與物體的慣性有關(guān)。迷你實(shí)驗(yàn)室上段還是下段的細(xì)繩先斷用細(xì)繩把一本較厚重的書扎一圈，然后將細(xì)

6、繩的一端懸掛起來，另一端用手牽住（圖5-4）。圖5-4 實(shí)驗(yàn)演示圖先迅速用力將細(xì)繩往下一拉，看細(xì)繩的哪一段先斷開。再做一次，拉力逐漸加大，直到細(xì)繩被拉斷，看看又是細(xì)繩的哪一段先斷開。比較兩次拉斷細(xì)繩的結(jié)果，想想這是為什么。節(jié)練習(xí)1一位同學(xué)說，向上拋出的物體在空中向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，肯定受到了向上的作用力，否則它不可能向上運(yùn)動(dòng)。你認(rèn)為他的說法對(duì)嗎？為什么？2有人認(rèn)為，只有靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體才具有慣性，做變速運(yùn)動(dòng)的物體不具有慣性。這種看法對(duì)嗎？物體的慣性與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否有關(guān)？請(qǐng)用實(shí)例來說明你的看法。3下列情形中，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的是A小石塊做自由落體運(yùn)動(dòng)B小球在光滑水平面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)C汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)速度的大小不變D鉛球被拋出以后的運(yùn)動(dòng)4對(duì)一些生活中的現(xiàn)象，某同學(xué)試圖從慣性角度加以分析。其中正確的是A“強(qiáng)弩之末，勢不能穿魯縞"，是因?yàn)閺?qiáng)弩的慣性減小了B汽車超速行駛易引發(fā)交通事故，是因?yàn)樗俣却蟮钠噾T性大C車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)適當(dāng)減速，是為了減小車輛的慣性，使行駛