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牛顿第一定律

实验演示

让一个小球从斜面上滑下，斜面末端分别放毛巾、木板和玻璃板，让学生仔细观察实验现象。

1．当斜面末端的接触面越光滑，小球滑动的距离越远。

2．说明摩擦力是阻碍物体运动的原因，因为摩擦力的存在使物体运动状态发生了变化。

如果没有摩擦力的作用，小球又将会怎样运动呢?大家大胆猜想一下。

现在就让我们沿着历史的足迹看一下物理学的先知们是如何一步步从黑暗走向光明的。

一、理想实验的魅力

       演示多媒体课件

首先是亚里士多德的错误观点：必须有力作用在物体上，物体才能够运动；没有力的作用，物体就要静止在一个地方。接着演示伽利略是如何利用理想实验反驳伽利略错误的观点的。

师：伽利略对于“运动与力的关系”，构思出如图所示的“理想实验”。将轨道弯曲成曲线的形状，在轨道的一边释放一颗小球，如果不存在摩擦力，小球将上升到哪里?

动画模拟

若将轨道的倾角减小，小球同样上升到原来的高度，路程增大了。

假如将轨道弯曲成一侧水平的形状，这时会发生什么情况呢?

伽利略根据“理想实验”断言：小球应该以恒定的速率永远运动下去。由此可推断，在水平面上做匀速运动的物体并不需要用外力来维持。

演示实验：把滑块放到气垫导轨上面，调整气垫导轨水平，滑块与导轨间形成气层，从而使滑块与导轨间的摩擦变得很小，推一下滑块，让学生观察滑块的运动是什么运动。

二、牛顿物理学的基石——牛顿第一定律

伽利略对物体不受外力时的运动作了准确的描述，但他并没有明确指出运动和力之间的关系是什么。笛卡儿在伽利略的基础上更近了一步，更为接近真理。牛顿在前人工作的基础上，根据自己的研究，系统地总结了力和运动的关系，于1687年发表了他的著作——《自然哲学的数学原理》，提出了三条运动定律，奠定了经典力学的基础。其中，牛顿第一定律的内容是：

一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。

既然牛顿第一定律是最完善的，那么它从几个方面阐述了力和运动的关系?

组织学生进行讨论，最后总结：

不受力时，物体保持匀速直线运动状态或静止状态；受力时，力迫使它改变运动状态。速度的大小或方向的改变称之为运动状态的改变。牛顿第一定律不可以用实验来验证。因为不受力作用的物体是不存在的。当物体受力但所受合力为零时可以看作物体不受力。比如：冰面上滑动的冰块、冰壶球。

一切物体都有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，叫做惯性；所以牛顿第一定律又叫做惯性定律。

惯性定律是物体不受外力作用时所遵从的运动规律。惯性是物体的固有属性，一切物体都有惯性。

惯性能解释日常生活中的许多现象。例如：当汽车启动时，车上的乘客会向后倾斜，因为汽车已经开始前进，乘客的下半身受到汽车的作用而随车前进，由于惯性的作用，其上半身仍然保持静止状态，所以车上的乘客会向后倾斜。当汽车刹车时，车上的乘客会向前倾斜，因为汽车刹车时，乘客的下半身受到汽车的作用而随车减速，由于惯性的作用，其上半身仍然保持原来的速度前进，所以车上的乘客会向前倾斜。

三、惯性与质量

从牛顿第一定律知，物体都要保持它们原来的匀速直线运动或静止状态，或者说，它们都具有抵抗运动状态变化的“本领”，这种“本领”与什么因素有关呢?

运动的火车比运动的自行车停下来要困难得多，可见物体的惯性即保持匀速直线运动状态或静止状态的本领，它与物体的质量有关，有什么关系呢?

物体的惯性与质量有关，质量越大，要停下来就越困难。物体的惯性与速度无关，因为惯性是指物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质。汽车的惯性的大小，是看它保持静止或保持某一速度的能力的大小。只要速度有所改变，运动状态就改变了，并不一定要从运动到静止。

讨论、总结一下惯性的特点。学生进行讨论后总结。

一切物体都有惯性，在任何状态下都有惯性；惯性是物体的固有性质；物体的惯性的大小只与质量有关，质量越大，惯性越大，运动状态越难以改变；质量越小，惯性越小，运动状态越容易改变；惯性的大小只与质量有关，与其他因素无关。