說說牛頓第一定律

趙++宇

運動和力是人們在生產(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始研究運動和力的關(guān)系，直到伽利略和牛頓時代，這個問題才得以解決.

維持運動需要力嗎

一輛小車停在地面上，如果不用力推它、拉它，或者不以任何其他方式影響它.它會一直停在那里.當我們用力推著小車的時候，小車就能夠不停地向前運動，一旦不推了.小車就慢慢停下來，人們正是憑著這些常見的事實，認為要維持一個物體的運動，就需要不停地對它施加力的作用.

16世紀末.意大利科學家伽利略仔細觀察研究過物體沿斜面下滑的實驗.如圖1所示.在實驗中，小球從第一個斜面AB滾下后，就會沿著第二個斜面BC向上滾.但小球在第二個斜面上達到的高度略低于小球從第一個斜面滾下時的高度.伽利略認為，這是由于摩擦的緣故.他推想，在完全沒有摩擦的情況下.不管第二個斜面的傾斜度是多大，小球滾上第二個斜面（圖1中的BC、BD、BE）的高度應(yīng)該等于從第一個斜面滾下時的高度：第二個斜面的傾斜度越小.小球滾動的距離就越遠：如果第二個斜面的傾斜高度等于零（圖1中的BF），那么小球從第一個斜面滾下來后，就永遠達不到起始高度，也就是說，小球?qū)⒁跃鶆虻乃俣仍跓o限長的平面上永遠運動下去，伽利略由此得出：維持物體的運動并不需要外力.

例1 如圖2所示.在“探究運動和力的關(guān)系”的實驗中，每次都讓小車從斜面頂端由靜止開始滑下，改變水平面的粗糙程度，測量小車在水平面上滑行的距離.結(jié)果記錄在表1中.

（1）小車每次滑行到斜面底端時具有相同的___.

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

（3）小車在鋪有毛巾的表面上滑行距離最短.是因為___.

（4）在此實驗的基礎(chǔ)上進行合理的推理，可以得到：一切運動的物體不受外力作用時，它將___.

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

答案：（1）速度 （2）0.21 （3）毛巾對小車的摩擦力最大（4）做勻速直線運動

什么是牛頓第一定律英國物理學家牛頓在總結(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：一切物體在沒有受到力的作用時，總保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài).

“一切”表明這個規(guī)律的普適性：“沒有受到力的作用”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”指物體在沒有受到力的作用時，將保持它原來的運動狀態(tài)，即原來靜止的物體將保持靜止，原來運動的物體將以不變的速度做勻速直線運動，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)典力學的核心內(nèi)容之一.它指出了力和運動的關(guān)系，即力不是維持運動的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因.

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

A.立即沿豎直方向下落到地面

B.向上運動

C.水平向右做勻速直線運動

D.立即靜止

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

答案：C

例3關(guān)于力和運動的關(guān)系，下列說法正確的是（）.

A.物體的運動需要力來維持

B.物體不受力的作用時處于靜止狀態(tài)

C.物體受到力的作用就會運動

D.物體運動狀態(tài)改變時，一定受到力的作用

分析：根據(jù)牛頓第一定律，物體保持原來的運動狀態(tài)是不需要力來維持的.A錯誤，物體不受力的作用時，如果物體原來是處于靜止狀態(tài)的，它仍然保持靜止狀態(tài)；如果物體原來是處于運動狀態(tài)的，它仍然保持原來的運動狀態(tài)不變.B錯誤，物體受到力的作用不一定就會運動，如靜止的物體受平衡力的作用，物體將保持原來的靜止狀態(tài)不變，C錯誤，力是改變物體運動狀態(tài)的原因，因此物體的運動狀態(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，原來靜止的物體將一直保持靜止狀態(tài)，原來運動的物體將保持其速度一直做勻速直線運動，一切物體都有保持原來的運動狀態(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“物體受慣性作用”.也不能說“物體受慣性力”，只能說“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，運動狀態(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，跳遠運動員快速助跑后，飛身一躍，利用自身的慣性，在空中繼續(xù)前進，以提高成績，慣性有時也會帶來危害，例如，公交車突然剎車時，站在車廂中的乘客的腳已隨車停止運動，而身體的上部要保持原來運動的狀態(tài).因此身體會前傾，如圖4所示：同樣的道理，當汽車突然開動時.乘客的腳已隨車開始運動，而身體的上部要保持原來靜止的狀態(tài)，因此身體會向后仰，為避免摔倒.乘客需要抓緊拉手.

例4關(guān)于慣性，下列說法中正確的是（）.

A.物體靜止時不容易推動，所以物體靜止時比運動時慣性大

B.物體高速運動時不容易停下來，所以物體速度越大.慣性越大

C.物體不受力時保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)，所以物體只有在不受力時才有慣性

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，任何物體在任何運動狀態(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動均無關(guān).

答案：D

例5 如圖5所示.當鐵錘松動時，握住錘柄迅速向下撞擊堅硬的地面，錘頭會緊緊地套在木柄上.這是因為錘柄撞擊地面時（）.

A.錘頭由運動變?yōu)殪o止，錘柄由于慣性仍要保持靜止狀態(tài)

B.錘頭由運動變?yōu)殪o止，錘柄由于慣性仍要繼續(xù)向下運動

C.錘柄由運動變?yōu)殪o止，錘頭由于慣性仍要保持靜止狀態(tài)

D.錘柄由運動變?yōu)殪o止，錘頭由于慣性仍要繼續(xù)向下運動

分析：將錘子倒著舉起來向下撞擊時，錘頭和錘柄都處于運動狀態(tài)，當錘柄碰到地面后運動停止，而錘頭由于慣性仍然會保持運動狀態(tài).故此時錘頭能緊緊地套在錘柄上.

答案：D

學即用，練一練：

1.在探究阻力對物體運動的影響時，利用的器材有斜面、木

圖6板、玻璃板、棉布和小車，如圖6所示.

（1）每次都要讓小車從斜面上的同一位置開始下滑，使小車每次進入水平部分時

大小相等.

（2）實驗記錄情況如表2.通過實驗可知小車受到的阻力越小，小車速度變化越____（填“快”或“慢”），小車的滑行距離越

（填“遠”或“近”）.由此可以推出：如果不受力，小車將做

運動.

2.投出去的鉛球在重力作用下沿曲線運動，說明力可以使物體的

發(fā)生改變：鉛球落地時將地面砸出了一個小坑，說明力可以使物體的

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___運動.

參考答案：1.（1）速度 （2）慢遠勻速直線2.運動狀態(tài)形狀 勻速直線endprint