第一节 伽利略的理想实验与牛顿第一定律

爱因斯坦谈伽利略的贡献 ……
伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上
最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端，这个发现告诉 我们，根据直接观察所得出的结论不是常常可靠的，因为他们有时 会引到错误的线索上去。 ……
人的思维创造出一直在改变的一个宇宙图景，伽利略对科学的
贡献就在于毁灭直觉的观点而用新的观点来代替它。这就是伽利略 的发现的重大意义。
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小结：对力和运动关系的看法的发展历程 年 代 代表人物 对力和运动关系的看法
2000年前 亚里士多德 力是维持物体运动状态的原因。 古希腊
17世纪 意大利 1687年 英国 伽利略 牛 顿 物体的运动并不需要力来维持。 一切物体总保持匀速直线运动状态或 静止状态（惯性），直到有外力迫使 它改变这种状态为止。
• A、速度方向一定发生了变 化 • B、速度大小一定发生了变 化 • C、加速度一定发生了变化 • D、受到合外力一定不为零
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例4 做自由落体运动的物体，如果下落
过程中某时刻重力突然消失，物体的运 动情况是 （ C ）
A
B C
悬浮在空中不动
速度逐渐减小 保持一定速度向下匀速直线运动
D 无法判断
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——摘自A· 爱因斯坦、L· 英费尔德著《物理学的进化》
【例2 】一切物体都有惯性，但是： A.运动时的惯性比静止时的惯性大。 B.运动越快，物体的惯性越大。 C.物体受力越大，惯性越大。 D.物体的惯性在任何情况下都是不变的。 【答案】D
1-7关于伽利略理想实验,下列认识正确的是：
A.理想实验是不科学的假想实验。 B.理想实验所得到的结论是不可靠的。
D.牛顿第一定律描述的是一种理想化状态。
C.理想实验是一种科学方法。
【例2 】火车在长直轨道上匀速行驶,坐在门窗密闭的车厢内 的一人将手中的钥匙相对车竖直上抛,钥匙将落在 A.手的后方 B.手的前方 D.无法确定
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C.落在手中
例2 如果物体的运动状态发生改变， 说明该物体的（ ） D
⑶一切物体都有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质，这种
性质叫做惯性。 所以说：一切物体都有惯性 。 ⑷外力的作用是迫使物体改变运动状态。 所以说：力是改变运动状态的原因。 ⑸自然界实际上不存在不受力的物体，但物体所受合外力为零或
1-75 18 某一方向受力为零的情况大量存在，牛顿定律也符合这些情况
牛顿第一定律定性地回答了力和运动的关系，即力不是维
持物体运动的原因，力是改变物体运动状态的原因。
那么，如何定量地回答力和运动的关系呢？ 1-75
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伽利略的理想实验
伽利略针和单摆实验
伽利略理想实验
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关于牛顿第一定律的理解 ⑴牛顿第一定律不是一条实验定律，它是牛顿以伽俐略的理想实 验为基础，总结前人的研究成果，加之丰富的想象而提出来的 ⑵牛顿第一定律说明了物体不受力时的运动状态是匀速直线运动 或静止。 所以说：力不是物体运动的原因 ，
1-75 惯性大,则运动状态难以改变 。 10
说明：
（1） 物体不受外力时的状态是匀速直线运动 状态或静止状态，说明力不是维持物体运动的 原因。 （2） 外力的作用是迫使物体改变其运动状态， 说明力是使物体运动速度改变的原因。运动状态 由V决定，V发生了变化，就说物体的运动状态 发生了变化。由于V是一个矢量，运动状态的变 化有以下的几种情况：
物体的运动真的需要用力来维持吗？
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力与运动关系的几种看法：
1.亚里士多德的观点 （2000年前古希腊） ——力是维持物体运动状态的原因。一切
运动物体终将归于静止。 【说明】
科学来源于实际。 在科学并不发达的年代，人们常常从 经验出发，经过简单思考来探究自然规律。
这种经验结论是否科学、是否是真理，
（1）V的大小变，方向不变。 （2）V的方向变，大小不变。 （3）V的大小和方向均变。
（3） 不受外力作用的物体是不存在的。 1-75 11 不受外力作用---受外力作用，但合外力为零
学以致用 【例1 】竖直向上托起的排球，离开手后能继续向上运 动，这是由于： A.排球受到向上的冲力的作用。 B.排球受到惯性力的作用。 C.排球具有惯性。 【答案】C D.排球不受阻力的作用。
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【讨论与交流】 关于惯性：
1.什么是惯性：
——物体具有保持原有运动状态的性质，这种性质就称为惯性。 2.物体的惯性大小由什么因素决定？ ①运动形式 ②运动状态 ③受力情况 ④物体质量
【答案】 质量是物体惯性大小的量度。④正确
3.惯性的本质
①一切物体都具有惯性，惯性是物体的一种固有属性。 ②物体受外力作用时，惯性表现为改变其运动状态的难易程度。
必须经过实践的检验。因为事物的本质有 时会被掩盖在表面现象中。
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伽利略理想实验
理想实验=可靠事实+理论思维
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思路
客观事实：小球从一个斜面的高处滚下， 会滚上另一个对接的斜面，摩 擦力越小，越接近原来的高度
假 推 想：摩擦力大小为零，观察小球在另 一个斜面的运动情况 理：小球将会达到同一高度 对接斜面倾角越小，运动距离越远 对接斜面倾角为零，小球永远运动
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2.伽利略的观点（17世纪意大利） ——物体的运动并不需要力来维持。
物体会停下来是因为受到摩擦阻力
的缘故，力是改变物体运动状态的 原因。 【说明】 伽利略构想的理想实验(又称假 想实验)以可靠的事实为基础，把实 验与逻辑推理和谐地结合在一起。 这种科学探究的方法有力地推动了 科学的发展。
沿着一条直线运动，既不会
停下来，也不会偏离原来的 方向 。
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4.牛顿的观点（1687年英国） ——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。这就是著名 的牛顿第一定律。 【牛顿第一定律的意义】 ⑴揭示了力和运动的关系。 ⑵指出了物体的一种属性——惯性。 ——正应为如此，牛顿第一定律又称为惯性定律。
第一节 伽利略的理想实验与 牛顿第一定律
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请根据实际经验思考并回答下列问题： 1.书本放在讲台上处于静止状态，怎样才能让它运动？
2.静止在水平地面上的小推车，怎样才能让它运动起来？
3.行驶中的汽车在关闭发动机后，将作怎样的运动？
【经验结论】
1.静止的物体不受力的作用就不能运动。 2.运动的物体失去了力的作用运动就不能继续下去。 【问题】
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3、这个实验不可能成功，因为没有无限 长的而又光滑的水平面，但他就伟大在 这里，他能将这一现实的现象抽象上升 到理想的理论进行加工后。 结论：在不计摩擦的水平面上小球将不 受水平方向的力作用而永远运动下去。
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3.笛卡儿的观点（17世纪法国）
——如果没有其它原因，运 动的物体将继续以同一速度