牛顿第一定律状态改变典型题剖析

牛顿第一定律状态改变典型题剖析

‎ ‎ 牛顿第一定律·典型题剖析 例1　 火车在长直水平轨道上匀速行驶，门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起，发现仍落回到车上原处，这是因为 [　　　 ]‎ A．人跳起后，车厢内空气给他以向前的力，带着他随同火车一起向前运动．‎ B．人跳起的瞬间，车厢的地板给他一个向前的力，推动他随同火车一起向前运动．‎ C．人跳起后，车在继续向前运动，所以人落下后必是偏后一些，只是由于时间很短，偏后距离太小，不明显而已．‎ D．人跳起后直到落地，在水平方向上人和车始终有相同的速度．‎ 分析　 人从跳起到落地的过程中，水平方向不受外力作用，保持着原来所具有的速度作匀速直线运动，所以仍落回车上原处．‎ 答　 D．‎ 说明　 如果人跳起的瞬间，车厢沿水平直轨以加速度a作匀加速运 中t就是人从起跳到落地的时间．‎ 例2　 有人设想，乘坐气球飘在高空，由于地球的自转，一昼夜就能周游世界，请你评价一下，这个设想可行吗？‎ 分析　 因为地球上的一切物体（包括地球周围的大气）都随着地球一起在自转．气球升空后，由于惯性，它仍保持原来的自转速度．当忽略其他与地球有相对运动（如风）的作用产生的影响时，升空的气球与它下方的地面处于相对静止的状态．不可能使它相对地球绕行一周的．‎ 解答　 这个设想不符合物理原理，不可行．‎ 说明　 1632年，伽利略观察了一个关闭的船舱内发生的现象后，写道：“‎ 4‎ ‎ ‎ 在这里（只要船的运动是匀速的），你在一切现象中观察不出丝毫的改变，你也不能够根据任何现象来判断船究竟是在运动还是停止着：当你在地板上跳跃的时候，你所通过的距离和你在一静止的船上跳跃时所通过的距离完全相同，也就是说，你向船尾跳时并不比你向船头跳时--由于船的迅速运动--跳得更快些，虽然当你跳在空中时，在你下面的地板是在向着和你跳跃的相反的方向奔驰着；当你抛一东西给你的朋友时，如果你的朋友在船头而你在船尾，你所费的力并不比你们两个站在相反的位置时所费的力更大．从挂在天花板下的装着水的酒杯里滴下的水滴，将垂直地落到地板上，没有任何一滴水滴落向船尾方向，虽然当水滴尚在空中时，船在向前走．苍蝇将继续自己的飞行，在各方面都是一样，毫不发生苍蝇（好像它很疲倦地跟在疾驶着的船后）集聚在船尾方面的情形”．‎ 伽利略的这段精采的描述，给设想乘坐飘空气球周游世界的人是一个很好的劝说．‎ 讨论 来于生活中的直觉印象而产生与亚里士多德相同的看法是非常根深蒂固的．不少同学常常还保留着力是运动的原因的潜意识．如在分析力学问题时，看到物体在运动，就认为它一定受到力的作用；若物体向东运动就认为物体受的力向东；物体以较大的速度运动就认为它受到的力一定大；物体受力为零时，就认为它的速度也应为零；……．因此，必须深刻认识力不是物体运动的原因，而是改变物体运动的原因．‎ 运动状态的改变·典型题剖析 ‎　 ‎ 例1　 在车箱的顶板上用细线挂着一个小球（图3-2），在下列情况下可对车厢的运动情况得出怎样的判断：‎ ‎（1）细线竖直悬挂：______．‎ ‎（2）细线向图中左方偏斜：______．‎ ‎（3）细线向图中右方偏斜：______．‎ 分析　 作用在小球上只能有 4‎ ‎ ‎ 两个力：地球对它的重力mg、细线对它的拉力（弹力）T．根据这两个力是否处于力平衡状态，可判知小球所处的状态，从而可得出车厢的运动情况．‎ 解答　 （1）小球所受的重力mg与弹力T在一直线上，如图3-3（a）所示，且上、下方向不可能运动，所以小球处于力平衡状态，车厢静止或沿水平轨道（向左或向右）作匀速直线运动．‎ ‎（2）细线左偏时，小球所受重力mg与弹力T不在一直线上[图3-3（b）]，小球不可能处于力平衡状态．小球一定向着所受合力方向（水平向右方向）产生加速度．所以，车厢水平向右作加速运动或水平向左作减速运动．‎ ‎（3）与情况（2）同理，车厢水平向左作加速运动或水平向右作减速运动[图3-3（c）]．‎ 说明　 力是使物体产生加速度的原因，不是产生速度的原因，因此，力的方向应与物体的加速度同向，不一定与物体的速度同向．如图3-3（b）中，火车的加速度必向右，但火车可能向左运动；图3-3（c）中，火车的加速度必向左，但火车可能向右运动．‎ 同一个飞行器在月球表面上时与在地球表面上时相比较　　　　　　　　　　　 [　　　 ]‎ D．惯性和重力都不变．‎ 4‎ ‎ ‎ 分析　 物体的惯性大小仅与物体的质量多少有关．因质量是恒量，同一物体的质量与它所在位置及运动状态无关，所以这个飞行器从地球到月球，其惯性大小不变．‎ 物体的重力是个变量，这个飞行器在月球表面上的重力为 答　 C．‎ 讨论 生活经验告诉我们：行驶中的汽车或火车，即使紧急刹车，也要向前运动一段距离才能停下来，而且汽车或火车的速度越快，刹车后向前运动的距离越长．因此，有些同学认为：物体的惯性与它的速度有关，汽车或火车的速度越大，它的惯性也就越大．这种看法是不对的．因为惯性是物体本身的属性，它与物体的运动状态无关，仅由物体的质量决定．质量一定的物体，无论它静止或运动、运动速度的大小或方向怎样，其惯性大小始终是一定的．如果认为车速大时惯性大、车速小时惯性小，那么车速为零（静止）时其惯性也为零，这显然是错误的．‎ 产生上述这种错误观点的原因，是这些同学把惯性与以后将学习的动量（或动能）的概念混淆起来了．‎ 4‎