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第四章牛頓運動定律 運動 運動學 力 怎樣運動 運動的原因 復習回顧 動力學的奠基人是英國科學家牛頓 這些都是動力學的非凡成就 而牛頓運動定律就是動力學的根基 亞里士多德 一 歷史的回顧 必須有力作用在物體上 物體才能運動 沒有力的作用 物體就要靜止 力是維持物體運動的原因 如果沒有摩擦阻力 球將在水平面上永遠滾動下去 伽利略 依據(jù) 有摩擦力的實際實驗 無摩擦力的理想實驗 力不是維持物體運動的原因 力是改變物體運動狀態(tài)的原因 可靠的事實和深刻的理論思維的結合 邏輯推理 以前還在哪里接觸過類似實驗 如果沒有其他原因 運動的物體將繼續(xù)以同一速度沿著同一條直線運動 既不會停下來 也不會偏離原來的方向 一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài) 除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài) 牛頓在伽利略等人研究的基礎上得出牛頓第一定律 伽利略理想斜面實驗為牛頓第一定律提供了實驗依據(jù) 我之所以看得比別人遠 是因為我站在巨人的肩膀上 2 物體運動狀態(tài)的改變需要外力 1 內(nèi)容 一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài) 除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài) 1 物體在不受力時 總保持勻速直線狀態(tài)或靜止狀態(tài) 力不是維持物體運動的原因 力是改變物體運動狀態(tài)的原因 說明 二 牛頓第一定律 牛頓第一定律能不能用實驗來驗證 什么時候可以看作不受力并舉例說明 牛頓第一定律所描述的物體不受力的狀態(tài) 是一種理想化狀態(tài) 這種狀態(tài)雖不能實現(xiàn) 但在現(xiàn)實中卻可以用合力為零的狀態(tài)來代替它 或者說合力為零與不受力是等效的 思考 冰壺比賽 1 慣性是指物體抵抗運動狀態(tài)改變的 本領 2 一切物體都有慣性 3 慣性不是力 慣性是物體的一種固有屬性 4 慣性與物體的運動狀態(tài)形式無關 與物體的受力情況無關 牛頓第一定律又叫慣性定律 三 慣性與質量 1 慣性 一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質 這種性質叫做慣性 2 理解 乒乓球為什么很輕 描述物體慣性的物理量是質量 慣性只與質量有關 和其他因素無關質量越大 慣性越大 戰(zhàn)斗機空戰(zhàn)前為什么要拋棄副油箱 慣性現(xiàn)象的應用與防止 有人設想 乘坐氣球飄在高空 由于地球自轉 一晝夜就能環(huán)游世界 這個設想可行嗎 分析 因為地球上的一切物體 包括地球周圍的大氣 都隨著地球一起在自轉 氣球升空后 由于慣性 它仍保持原來的自轉速度 當忽略其他與地球有相對運動 如風 的作用產(chǎn)生的影響時 升空的氣球與它下方的地面處于相對靜止的狀態(tài) 不可能使它相對地球繞行一周的 解答 這個設想不符合物理原理 不可行 看一看 練一練 2 右邊兩幅圖中哪幅是剎車 哪幅是加速 為什么 1 行走的人被石塊絆倒 試解釋原因 3 下列現(xiàn)象不是由慣性引起的是 A 撞擊斧柄斧頭套緊 B 猛抽紙條紙出杯未動 C 拉拉力器彈簧伸長 D 緊急剎車人向前傾倒 C 附 慣性系 物體的運動狀態(tài)及其改變是由于它受的力決定的 而與其他因素無關 而運動狀態(tài)改變的難易程度又與其自身的質量有關 我們知道加速度是描述物體運動狀態(tài)變化快慢的物理量 那么 物體運動的加速度就與力 質量有關 有什么定量的關系呢 這就我們下節(jié)課將要繼續(xù)探究的問題 思考 一 歷史的回顧1 亞里士多德的觀點2 伽利略的觀點二 牛頓第一定律1 內(nèi)容2 理解3 慣性現(xiàn)象4 慣性的理解5 慣性的應用與防護 課堂小結 1 關于伽利略理想實驗 以下說法正確的是 A 完全是理想的 沒有事實為基礎的 B 是以可靠事實為基礎的 經(jīng)科學抽象 深刻反映自然規(guī)律的 C 沒有事實為基礎 只是理想推理D 以上說法都不對 B 典例探究 解析 真實的實驗是一種實踐的活動 是可以通過一定的實驗器材和實驗方法而實現(xiàn)的實驗 理想實驗 是一種思維的活動 是人們在抽象思維中設想出來而實際上無法做到的 實驗 正確選項為B 理想實驗 并不是脫離實際上的主觀臆想 它是以實踐為基礎的 是在真實的科學實驗的基礎上抓住主要矛盾 忽略次要矛盾 是以一定的邏輯法則為依據(jù)的 而這些邏輯法則 都是從長期的社會實踐中總結出來的 并為實踐所證實了的 理想實驗可以深刻地揭示自然規(guī)律 2 關于伽利略的理想實驗 說法正確的是 A 只要接觸面比較光滑 物體在水平面上就能勻速運動下去 B 這個實驗實際上是永遠無法做到的 C 利用先進儀器就能使實驗成功 D 雖然是想象中的實驗 但它是建立在可靠的實驗基礎上的 BD 3 下列物體的運動狀態(tài)沒有發(fā)生變化的是 A 正駛入車站的汽車B 停在空中的直升飛機C 勻速直線下落的跳傘員D 環(huán)繞地球勻速運轉的人造衛(wèi)星 BC 4 關于牛頓第一定律 下列說法正確的是 A 牛頓第一定律是一條實驗定律B 牛頓第一定律說明了力是改變物體運動狀態(tài)的原因C 慣性定律和慣性的實質是相同的D 物體的運動不需要力來維持 BD 5 以下說法正確的 A 牛頓第一定律反映了物體不受外力作用時的規(guī)律 B 不受外力作用時物體的運狀態(tài)不變 C 在水平地面上滑動的木塊最終停下來 是由于沒有外力維持運動 D 飛跑的運動員由于通過障礙而被絆倒 這是由于它受到外力作用 迫使他改變原來運動狀態(tài) ABD 6 做自由落體運動的物體 如果下落過程中某時刻重力突然消失 物體的運動情況是 A 懸浮在空中不動B 速度逐漸減小C 保持一定速度向下勻速直線運動D 無法判斷 C 7 火車在長直軌道上勻速行駛 坐在門窗密閉的車廂內(nèi)的一人將手中的鑰匙相對車豎直上拋 鑰匙將落在 A 手的后方B 手的前方C 落在手中D 無法確定 C 8 下列說法正確的是 A 不受力的物體不可能運動 故力是物體運動的原因B 受力大的物體速度大 故力是決定物體速度大小的原因C 力是保持物體運動的原因 如果物體不受力的作用 它只能保持靜止不能保持運動狀態(tài)D 力是物體運動狀態(tài)發(fā)生改變的原因 D 9 如圖 桌面上有一光滑的木塊 木塊上有一小球 推動木塊 小球的位置可能在桌面上的哪點 A A點B B點C O點D 無法確定 C 10 做勻速直線運動的小車上水平放置一密閉的裝有水的瓶子 瓶內(nèi)有一氣泡 如圖所示 當小車突然停止運動時 氣泡相對于瓶子將 A 向前運動B 向后運動C 無相對運動D 無法判斷 B 思考 如果把水換成空氣 氣泡換成一段水銀柱 密封在水平玻璃管內(nèi) 小車突然停止運動 水銀柱相對于瓶子的運動如何 解一 因為當瓶子從靜止狀態(tài)突然向右加速運動時 瓶中的水由于慣性要保持原有的靜止狀態(tài) 相對瓶來說是向左運動 氣泡也有慣性 但相比水來說質量很小 慣性小可忽略不計 所以氣泡相對水向右移動 同理 當瓶子從向右勻速運動狀態(tài)突然停止時 小氣泡在瓶內(nèi)將向左運動 解二 設想有一 水泡 其體積 形狀和 氣泡 相同 當玻璃管向右加速運動時 這塊水就和周圍的水一起向右加速運動 相對于玻璃管不會有相對運動 這塊水所受的外力由周圍的水對它產(chǎn)生 設想將這個 水泡 換成 氣泡 周圍水對氣泡的作用力不變 氣泡將在該力作用于做加速運動 因為氣泡的質量小于水泡的質量 所以氣泡的加速度大于水泡的加速度 即氣泡相對于玻璃管向右運動 11 如圖所示 一個劈形物體A 各面均光滑 放在固定斜面上 上面成水平 水平面上放一光滑小球B 劈形物體從靜止開始釋放 則小球在碰到斜面前的運動軌跡是 A 沿斜面向下的直線B 豎直向下的直線C 無規(guī)則的曲線D 拋物線 B 12 如圖所示 高為h的車廂在平直軌道上勻減速向右行駛 加速度大小為a 車廂頂部A點處有油滴滴落到車廂地板上 車廂地板上的O點位于A點正下方 則油滴落地點必在O點的 方 填 左 或 右 離O點距離為 答案 右 ah g 解 設油滴離開車廂頂部時 車速為v0 油滴由于慣性此時也具有水平速度v0 對地做平拋運動 車廂做勻減速運動 聯(lián)立 式解出油滴落地點到O點的距離 所以油滴落在O點的右方 解析 開始A B隨木板一起勻速運動 說明A B所受的合外力為零 當木板停止運動后 若木塊光滑 A B水平方向上不受外力的作用 仍以原來的速度做勻速運動 則相互間距離保持不變 若木板粗糙 由于A B的材料相同 它們與木板的動摩擦因數(shù)相同 其加速度相同 即A B以相同的初速度和加速度做勻減速運動 所以它們之間的距離仍保持不變 D 13 由同種材料制成的物體A和B放在長木板上 隨長木板一起以速度v向右做勻速直線運動 如圖所示 已知mA mB 某時刻木板停止運動 下列說法正確的是 A 若木塊光滑 由于A的慣性較大 A B間距離將增大B 若木板光滑 由于B的慣性較小 A B間距離將減小C 若木板粗糙 A B一定會相撞D 不論木板是否光滑 A B間的相對距離保持不變 有人設想 乘坐氣球飄在高空 由于地球的自轉 一晝夜就能周游世界 請你評價一下 這個設想可行嗎 分析 因為地球上的一切物體 包括地球周圍的大氣 都隨著地球一起在自轉 氣球升空后 由于慣性 它仍保持原來的自轉速度 當忽略其他與地球有相對運動 如風 的作用產(chǎn)生的影響時 升空的氣球與它下方的地面處于相對靜止的狀態(tài) 不可能使它相對地球繞行一周的 解答這個設想不符合物理原理 不可行 討論 運動學 只研究物體怎樣運動的理論 叫運動學 動力學 研究運動和力的關系的理論 叫動力學 動力學的奠基人是英國科學家牛頓 1687年出版的 自然哲學的數(shù)學原理 是牛頓的動力學奠基之作 自然和自然的法則在黑暗中隱藏 上帝說 讓牛頓去吧 于是一切都被照亮 AlexanderPope 力學介紹 2 物體運動狀態(tài)的改變需要外力 1 內(nèi)容 一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài) 除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài) 1 物體在不受力時 總保持勻速直線狀態(tài)或靜止狀態(tài) 力不是維持物體運動狀態(tài)的原因 力是改變物體運動狀態(tài)的原因 說明 二 牛頓第一定律 力是改變物體運動狀態(tài)的原因 2 對定律的理解 1 揭示了運動和力之間的關系 力是改變物體運動速度的原因 力是物體產(chǎn)生加速度的原因 總保持 說明物體與生俱來的本領 一種抵抗運動狀態(tài)變化的本領 慣性 2 揭示了慣性和質量之間的關系 速度可以突變嗎 答 當有外力作用迫使物體改變運動狀態(tài)時 物體的運動狀態(tài)會在原有的基礎上發(fā)生變化 慣性的大小就表現(xiàn)為物體運動狀態(tài)改變的難易程度 正因為物體的運動狀態(tài)是在原有的基礎上一點點變化的 所以速度是不能突變的 亞里士多德是第一個嘗試研究物理學并給出 物理學 這一名稱的人 他生活在古希臘文明發(fā)展的鼎盛期 從17歲開始 跟隨大哲學家柏拉圖一直學習了20年 亞里士多德力圖以世界的本來面目來說明各種自然現(xiàn)象 這是他的進步之處 但由于當時研究物理學只是依靠直覺和思維來進行 所以他的很多關于物理方面的論述 顯然今天看來是錯誤的 然而在當時 能夠擺脫神的意志 特別是形成一套自圓其說的體系 這是很不簡單的 亞里士多德曾說過 我沒有現(xiàn)成的根據(jù) 沒有可照抄的模式 我是一位開拓者 所以我是渺小的 我希望讀者諸君能夠承認我已成就的 原諒我所未能成就的 亞里士多德幾乎在每一個科學領域 如 植物 動物 天文 氣象 數(shù)學和物理等 都作出了自己的貢獻 其學說對后世的西方思想和科學產(chǎn)生了重大的影響 這一點沒有其他任何一位古希臘思想家可以相比 當今世界著名的高等學府美國哈佛大學的校訓就是 讓柏拉圖與你為友 讓亞里士多德與你為友 更重要的是 讓真理與你為友 亞里士多德曾說過一句名言 我敬愛柏拉圖 但我更愛真理 由此可見亞里士多德追求真理的執(zhí)著精神 公元前323年 馬其頓王朝被希臘人推翻 亞里士多德也遭到不幸 失去了他苦心搜集的各種標本和資料 失去了他的全部書稿 第二年 在極度失望的情況下 這位科學的始祖飲毒而死 伽利略 著名意大利數(shù)學家 天文學家 物理學家 哲學家 是首先在科學實驗的基礎之上融會貫通了數(shù)學 天文學 物理學三門科學的科學巨人 伽利略是科學革命的先驅 伽利略科學上的成就與他首創(chuàng)的實驗與理論相結合的研究方法分不開 他對物理規(guī)律的論證十分嚴格 這個論證過程可概括為 觀察 假說 數(shù)學分析 推論 實驗驗證 他不但親自設計和演示過許多實驗 而且親自研制出不少技術精湛的實驗儀器 例如浮力天平 溫度計 望遠鏡 顯微鏡等 他倡導實驗與理論計算相結合的方法 把實驗事實與抽象思維結合起來 用實驗檢驗理論推導 開創(chuàng)了以實驗為基礎具有嚴密邏輯理論體系的近代科學 被譽為 近代科學之父 愛因斯坦為之評論說 伽利略的發(fā)現(xiàn) 以及他使用的科學推理方法 是人類思想史上最偉大的成就之一 而且標志著物理學的真正開端 不考慮空氣阻力 炸彈在飛機的正下方 飛機投彈后 炸彈在飛機的什么位置