說(shuō)說(shuō)牛頓第一定律

趙++宇

運(yùn)動(dòng)和力是人們?cè)谏a(chǎn)和生活中經(jīng)常接觸到的物理現(xiàn)象.早在兩千多年以前人們就開(kāi)始研究運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，直到伽利略和牛頓時(shí)代，這個(gè)問(wèn)題才得以解決.

維持運(yùn)動(dòng)需要力嗎

一輛小車(chē)停在地面上，如果不用力推它、拉它，或者不以任何其他方式影響它.它會(huì)一直停在那里.當(dāng)我們用力推著小車(chē)的時(shí)候，小車(chē)就能夠不停地向前運(yùn)動(dòng)，一旦不推了.小車(chē)就慢慢停下來(lái)，人們正是憑著這些常見(jiàn)的事實(shí)，認(rèn)為要維持一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)，就需要不停地對(duì)它施加力的作用.

16世紀(jì)末.意大利科學(xué)家伽利略仔細(xì)觀(guān)察研究過(guò)物體沿斜面下滑的實(shí)驗(yàn).如圖1所示.在實(shí)驗(yàn)中，小球從第一個(gè)斜面AB滾下后，就會(huì)沿著第二個(gè)斜面BC向上滾.但小球在第二個(gè)斜面上達(dá)到的高度略低于小球從第一個(gè)斜面滾下時(shí)的高度.伽利略認(rèn)為，這是由于摩擦的緣故.他推想，在完全沒(méi)有摩擦的情況下.不管第二個(gè)斜面的傾斜度是多大，小球滾上第二個(gè)斜面（圖1中的BC、BD、BE）的高度應(yīng)該等于從第一個(gè)斜面滾下時(shí)的高度：第二個(gè)斜面的傾斜度越小.小球滾動(dòng)的距離就越遠(yuǎn)：如果第二個(gè)斜面的傾斜高度等于零（圖1中的BF），那么小球從第一個(gè)斜面滾下來(lái)后，就永遠(yuǎn)達(dá)不到起始高度，也就是說(shuō)，小球?qū)⒁跃鶆虻乃俣仍跓o(wú)限長(zhǎng)的平面上永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去，伽利略由此得出：維持物體的運(yùn)動(dòng)并不需要外力.

例1 如圖2所示.在“探究運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，每次都讓小車(chē)從斜面頂端由靜止開(kāi)始滑下，改變水平面的粗糙程度，測(cè)量小車(chē)在水平面上滑行的距離.結(jié)果記錄在表1中.

（1）小車(chē)每次滑行到斜面底端時(shí)具有相同的___.

（2）若小車(chē)在水平木板上滑行3s后停止，位置如圖2所示，則小車(chē)的平均速度為_(kāi)__m/s.

（3）小車(chē)在鋪有毛巾的表面上滑行距離最短.是因?yàn)開(kāi)__.

（4）在此實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的推理，可以得到：一切運(yùn)動(dòng)的物體不受外力作用時(shí)，它將___.

分析：（1）運(yùn)動(dòng)物體滑行距離的遠(yuǎn)近除了跟阻力有關(guān)外.還與物體的初速度有關(guān)，因此實(shí)驗(yàn)中要控制小車(chē)的初速度相同，即讓小車(chē)從同一斜面的同一高度由靜止下滑，小車(chē)到達(dá)水平面時(shí)的速度才相等.（2）由圖示可知，小車(chē)的路程s=63.00cm=0.63m，則小車(chē)的平均速度.（3）小車(chē)在鋪有毛巾的表面上滑行距離最短.是因?yàn)樾≤?chē)受到的摩擦力最大.（4）由實(shí)驗(yàn)可知，水平面越光滑，小車(chē)受到的摩擦力越小，小車(chē)滑行的距離越遠(yuǎn)，如果物體不受外力作用，小車(chē)的速度將保持不變，物體將做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng).

答案：（1）速度 （2）0.21 （3）毛巾對(duì)小車(chē)的摩擦力最大（4）做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)

什么是牛頓第一定律英國(guó)物理學(xué)家牛頓在總結(jié)伽利略等前人研究成果的基礎(chǔ)上，提出了牛頓第一定律：一切物體在沒(méi)有受到力的作用時(shí)，總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài).

“一切”表明這個(gè)規(guī)律的普適性：“沒(méi)有受到力的作用”是定律成立的條件，它包括物體不受力和受平衡力兩種情況：“總保持”指物體在沒(méi)有受到力的作用時(shí)，將保持它原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即原來(lái)靜止的物體將保持靜止，原來(lái)運(yùn)動(dòng)的物體將以不變的速度做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，要改變這兩種狀態(tài)，物體必須受到力的作用.

牛頓第一定律是經(jīng)典力學(xué)的核心內(nèi)容之一.它指出了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，即力不是維持運(yùn)動(dòng)的原因，而是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因.

例2圖3是小明白創(chuàng)“大炮”的示意圖，當(dāng)瓶?jī)?nèi)產(chǎn)生的氣體增多時(shí)，瓶塞會(huì)水平向右沖出，若此時(shí)所有外力全部消失，瓶塞將（）.

A.立即沿豎直方向下落到地面

B.向上運(yùn)動(dòng)

C.水平向右做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)

D.立即靜止

分析：瓶塞沖出時(shí)，具有向右的速度.若此時(shí)所有外力全部消失，根據(jù)牛頓第一定律，瓶塞將保持原有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，即水平向右做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，

答案：C

例3關(guān)于力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，下列說(shuō)法正確的是（）.

A.物體的運(yùn)動(dòng)需要力來(lái)維持

B.物體不受力的作用時(shí)處于靜止?fàn)顟B(tài)

C.物體受到力的作用就會(huì)運(yùn)動(dòng)

D.物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變時(shí)，一定受到力的作用

分析：根據(jù)牛頓第一定律，物體保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是不需要力來(lái)維持的.A錯(cuò)誤，物體不受力的作用時(shí)，如果物體原來(lái)是處于靜止?fàn)顟B(tài)的，它仍然保持靜止?fàn)顟B(tài)；如果物體原來(lái)是處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的，它仍然保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變.B錯(cuò)誤，物體受到力的作用不一定就會(huì)運(yùn)動(dòng)，如靜止的物體受平衡力的作用，物體將保持原來(lái)的靜止?fàn)顟B(tài)不變，C錯(cuò)誤，力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，因此物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變，一定是受到了力的作用，D正確，

答案：D

慣性及其在生活中的應(yīng)用

由牛頓第一定律可知，如果物體不受力的作用，原來(lái)靜止的物體將一直保持靜止?fàn)顟B(tài)，原來(lái)運(yùn)動(dòng)的物體將保持其速度一直做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，一切物體都有保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì)，我們把這種性質(zhì)叫作慣性.

慣性是物體的固有屬性.任何物體在任何狀態(tài)下都具有慣性.慣性不是力，不能說(shuō)“物體受慣性作用”.也不能說(shuō)“物體受慣性力”，只能說(shuō)“物體具有慣性”或“由于慣性”.慣性的大小只與質(zhì)量有關(guān).質(zhì)量大的物體慣性大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)難以改變.質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度，

生活中，人們常常利用物體的慣性，例如，跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員快速助跑后，飛身一躍，利用自身的慣性，在空中繼續(xù)前進(jìn)，以提高成績(jī)，慣性有時(shí)也會(huì)帶來(lái)危害，例如，公交車(chē)突然剎車(chē)時(shí)，站在車(chē)廂中的乘客的腳已隨車(chē)停止運(yùn)動(dòng)，而身體的上部要保持原來(lái)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài).因此身體會(huì)前傾，如圖4所示：同樣的道理，當(dāng)汽車(chē)突然開(kāi)動(dòng)時(shí).乘客的腳已隨車(chē)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，而身體的上部要保持原來(lái)靜止的狀態(tài)，因此身體會(huì)向后仰，為避免摔倒.乘客需要抓緊拉手.

例4關(guān)于慣性，下列說(shuō)法中正確的是（）.

A.物體靜止時(shí)不容易推動(dòng)，所以物體靜止時(shí)比運(yùn)動(dòng)時(shí)慣性大

B.物體高速運(yùn)動(dòng)時(shí)不容易停下來(lái)，所以物體速度越大.慣性越大

C.物體不受力時(shí)保持勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)，所以物體只有在不受力時(shí)才有慣性

D.慣性是物體的固有屬性，任何物體在任何情況下都具有慣性

分析：慣性是物體的固有屬性，任何物體在任何運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下都具有慣性，慣性的大小只與物體的質(zhì)量有關(guān)，與物體是否受力及是否運(yùn)動(dòng)均無(wú)關(guān).

答案：D

例5 如圖5所示.當(dāng)鐵錘松動(dòng)時(shí)，握住錘柄迅速向下撞擊堅(jiān)硬的地面，錘頭會(huì)緊緊地套在木柄上.這是因?yàn)殄N柄撞擊地面時(shí)（）.

A.錘頭由運(yùn)動(dòng)變?yōu)殪o止，錘柄由于慣性仍要保持靜止?fàn)顟B(tài)

B.錘頭由運(yùn)動(dòng)變?yōu)殪o止，錘柄由于慣性仍要繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)

C.錘柄由運(yùn)動(dòng)變?yōu)殪o止，錘頭由于慣性仍要保持靜止?fàn)顟B(tài)

D.錘柄由運(yùn)動(dòng)變?yōu)殪o止，錘頭由于慣性仍要繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)

分析：將錘子倒著舉起來(lái)向下撞擊時(shí)，錘頭和錘柄都處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)錘柄碰到地面后運(yùn)動(dòng)停止，而錘頭由于慣性仍然會(huì)保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài).故此時(shí)錘頭能緊緊地套在錘柄上.

答案：D

學(xué)即用，練一練：

1.在探究阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響時(shí)，利用的器材有斜面、木

圖6板、玻璃板、棉布和小車(chē)，如圖6所示.

（1）每次都要讓小車(chē)從斜面上的同一位置開(kāi)始下滑，使小車(chē)每次進(jìn)入水平部分時(shí)

大小相等.

（2）實(shí)驗(yàn)記錄情況如表2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知小車(chē)受到的阻力越小，小車(chē)速度變化越____（填“快”或“慢”），小車(chē)的滑行距離越

（填“遠(yuǎn)”或“近”）.由此可以推出：如果不受力，小車(chē)將做

運(yùn)動(dòng).

2.投出去的鉛球在重力作用下沿曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，說(shuō)明力可以使物體的

發(fā)生改變：鉛球落地時(shí)將地面砸出了一個(gè)小坑，說(shuō)明力可以使物體的

發(fā)生改變.如果飛行中的鉛球受到的所有力突然消失.那么鉛球?qū)⒆鯻___運(yùn)動(dòng).

參考答案：1.（1）速度 （2）慢遠(yuǎn)勻速直線(xiàn)2.運(yùn)動(dòng)狀態(tài)形狀 勻速直線(xiàn)endprint