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4.1 牛顿第肯定律
[目标定位] 1.知道伽利略的抱负试验及其推理过程，知道抱负试验是科学争辩的重要方法.2.理解牛顿第肯定律的内容及意义.3.明确惯性的概念，会解释有关的惯性现象．
一、抱负试验的魅力
1．亚里士多德认为：必需有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在一个地方．
2．伽利略的抱负试验
(1)斜面试验：让静止的小球从第一个斜面滚下，冲上其次个斜面，假如没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度．减小其次个斜面的倾角，小球滚动的距离增大，当其次个斜面放平，小球将永久运动下去．
(2)推理结论：力不是(选“是”或者“不是”)维持物体运动的缘由．
3．笛卡尔的观点：假如运动中的物体没有受到力的作用，它将连续以同一速度沿同始终线运动，既不停下来也不偏离原来的方向．
想一想：
伽利略的抱负试验揭示了什么道理？
答案 伽利略的试验揭示了力不是维持物体运动的缘由．
二、牛顿物理学的基石——惯性定律
1．牛顿第肯定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它转变这种状态．这就是牛顿第肯定律．
2．惯性：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫惯性．牛顿第肯定律也叫做惯性定律．
三、惯性与质量
对于任何物体，在受到相同的力作用时，打算它们运动状态的变化难易程度的唯一因素就是它们的质量．
想一想：
(1)是不是只有匀速直线运动或静止的物体才具有惯性？
(2)有人说“速度越大惯性越大”“受力越小惯性越大”，对吗？
答案 (1)不是；一切物体都具有惯性．物体的惯性与运动状态无关．(2)不对，惯性只与质量大小有关，而与速度大小无关，与受力大小也无关．
一、对伽利略的抱负试验的理解
1．关于运动和力的两种对立的观点
(1)亚里士多德的观点：力是维持物体运动的缘由．这种错误的观点统治了人们的思维近二千年．
(2)伽利略的观点(伽利略第一次提出)：物体的运动不需要力来维持，力是转变物体速度的缘由．
2．伽利略的抱负试验的意义
(1)伽利略的抱负试验将牢靠的事实和理论思维结合起来，即接受“事实基础＋抽象思维＋科学推论”的方法推翻了亚里士多德的观点，初步揭示了运动和力的正确关系．
(2)第一次确立了物理试验在物理学中的地位．
例1 抱负试验有时更能深刻地反映自然规律．伽利略设计了一个如图411所示的抱负试验，他的设想步骤如下：
图411
①减小其次个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍旧要达到原来的高度；②两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面；③假如没有摩擦，小球将上升到原来释放的高度；④连续减小其次个斜面的倾角，最终使它成为水平面，小球将沿水平面做持续的匀速运动．
请将上述抱负试验的设想步骤依据正确的挨次排列________(只要填写序号即可)．在上述的设想步骤中，有的属于牢靠的事实，有的则是抱负化的推论．下列有关事实和推论的分类正确的是________．
A．①是事实，②③④是推论
B．②是事实，①③④是推论
C．③是事实，①②④是推论
D．④是事实，①②③是推论
解析 本题是在牢靠事实的基础上进行合理的推理，将试验抱负化，并符合物理规律，得到正确的结论．而②是牢靠事实，因此放在第一步，③①是在斜面上无摩擦的设想，最终推导出水平面上的抱负试验④.因此正确挨次是②③①④.
答案 ②③①④ B
二、对牛顿第肯定律的理解
1．对牛顿第肯定律的理解
(1)定性说明白力和运动的关系：
①力是转变物体运动状态的缘由，或者说力是产生加速度的缘由，而不是维持物体运动状态的缘由．
②物体不受外力时的运动状态：匀速直线运动状态或静止状态．
(2)揭示了一切物体都具有的一种固有属性——惯性．因此牛顿第肯定律也叫惯性定律．
2．物体运动状态的变化即物体运动速度的变化，有以下三种状况：
(1)速度的方向不变，只有大小转变．(物体做直线运动)
(2)速度的大小不变，只有方向转变．(物体做曲线运动)
(3)速度的大小和方向同时发生转变．(物体做曲线运动)
3．留意：
(1)牛顿第肯定律所描述的是物体不受外力作用时的状态，与物体所受合外力为零是等效的．
(2)牛顿第肯定律不是试验定律，它是在抱负试验的基础上总结得出的．
例2 关于牛顿第肯定律的理解正确的是( )
A．牛顿第肯定律反映了物体不受外力的作用时的运动规律
B．不受外力作用时，物体的运动状态保持不变
C．在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于没有外力维持木块运动的结果
D．飞跑的运动员，由于遇到障碍而被绊倒，这是由于他受到外力作用迫使他转变原来的运动状态
解析 牛顿第肯定律描述的是物体不受外力作用时的状态，即总保持匀速直线运动状态或静止状态不变，A、B正确；牛顿第肯定律揭示了力和运动的关系，力是转变物体运动状态的缘由，而不是维持物体运动状态的缘由，在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于摩擦阻力的作用而转变了运动状态，飞跑的运动员，遇到障碍而被绊倒，是由于他受到外力作用而转变了运动状态，C错误，D正确．
答案 ABD
三、对惯性的理解
1．惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性．
2．质量是惯性大小的唯一量度．质量越大，惯性越大．
3．惯性大小与物体运动状态无关，与物体受力状况以及地理位置无关．
4．惯性的表现
(1)不受力时，惯性表现为保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，有“惰性”的意思．
(2)受力时，惯性表现为运动状态转变的难易程度．质量越大，惯性越大，运动状态越难以转变．
例3 关于惯性，下列说法正确的是( )
A．惯性是物体固有的属性，惯性越大的物体，它的运动状态越难转变
B．同一物体运动时的惯性大于静止时的惯性
C．“嫦娥三号”卫星在地球上的惯性与它绕月球飞行时的惯性相同(燃料消耗忽视不计)
D．各种机床和发电机的底座做得很笨重，并用螺丝固定在地面上，目的是增大惯性．
解析 惯性是物体固有的属性，惯性越大的物体，保持原来运动状态的性质越强，即它的运动状态越难转变，A正确；质量是惯性大小的唯一量度，惯性大小与运动状态无关，B错误；“嫦娥三号”卫星在地球上的惯性与它绕月球飞行时的质量不变，惯性不变，C正确；质量大的物体惯性大，各种机床和发电机的底座做得很笨重，目的是增大惯性，D正确．故选A、C、D.
答案 ACD
借题发挥 分析有关惯性的问题时，应留意惯性的三共性质：(1)普遍性：一切物体在任何状况下都具有惯性；(2)无关性：惯性与物体的运动状态和受力状况均无关；(3)唯一性：惯性由物体的质量唯一打算．
图412
例4 在匀速行驶的火车车厢内，有一人从B点正上方相对车厢静止释放一个小球，不计空气阻力，则小球( )
A．可能落在A处
B．肯定落在B处
C．可能落在C处
D．以上都有可能
解析 匀速行驶的火车车厢内，相对车厢静止释放一个小球，由于惯性，在水平方向保持与车速相同的速度，因此在下落这段时间内，水平位移相等，即落回到B点，故选B.
答案 B
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