全国物理竞赛辅导讲座：力和运动.doc

力 和 运 动
【内容综述】
　　这一部分知识在学习运动学的初步知识，认识了力的初步概念的基础上，进一步研究运动和力的关系。牛顿第一定律是力学的基本规律，它揭示了力和运动之间的内在联系；惯性是物体的一种属性，物体在平衡力作用下的运动是牛顿第一定律在实际应用中的延伸，惯性、惯性定律（牛顿第一定律），二力平衡和二力平衡条件是这一部分知识的重点。
　　1．牛顿第一定律：又叫做惯性定律。内容为：一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持静止状态或匀速直线运动状态。
　　这一定律是在伽利略实验的基础上，经过科学推理得出的。
　　2．惯性：一切物体都有保持静止状态或运动状态不变的性质，叫做物体的惯性，一切物体在任何情况下都具有惯性。
　【要点讲解】
　　1．正确理解牛顿第一定律
　　牛顿第一定律知诉我们一切物体在没有受到外力作用时，原来静止状态的总要保持静止原来处于运动状态的，总要按当时的速度（大小和方向）保持匀速直线运动状态不变。也就是说：“静者恒静,动者恒动”。
　　世界上一切物体都受到力的作用，不受力的物体是没有的，我们不能通过做实验直接得出这一规律。为此，伽利略设计了理想实验，在实验的基础上运用科学的推理，总结，最后由牛顿等科学家得出牛顿第一定律，这种方法是物理研究中的一种重要方法。
　　牛顿第一定律揭示了自然界一条最基本，最重要的规律，它改变了过去那种认为有力则运动，无力则静止，力大运动得快，力小运动得慢的长期占领人们思想的错误观念，是人类科学史上最重要的飞跃之一。
　　牛顿第一定律阐明了物体的运动和力之间的关系：
　　（1）物体不受外力作用时，它总保持静止状态或匀速直线运动状态。可见，力不是产生或维持物体运动的原因。
　　（2）物体受到外力作用时，就不能保持静止状态或匀速直线运动状态，其运动状态就要发生变化，因此力是改变物体运动状态的原因。
　　（3）牛顿第一定律揭示了一切物体都具有保持匀速直线运动状态的性质，也就是说，物体具有惯性。
　　（4）当物体受到平衡力作用时，其所受合力为0，它将保持静止状态或匀速直线运动状态。
　　牛顿第一定律所描述的不受外力作用是一种理想状态，通常我们看到处于匀速直线运动状态或静止状态的物体，都是物体受到相互平衡的力作用的结果。
　　2．正确理解惯性的概念
　　惯性即物体保持原来的状态不变的一种性质，正确理解惯性，要注意以下四关：
　　（1）一切物体在任何情况下都具有惯性。惯性是物体的一种属性。无论是固体、液体、还是气体都具有惯性，无论物体处于什么状态，总之，一切物体都具有惯性。
　　（2）决定物体惯性大小的是质量。物体惯性的大小与其质量大小有关。物体的质量越大，其运动状态越难以改变，我们就说它的惯性越大；物体的质量越小，其运动状态越容易改变，我们就说它的惯性越小。例如，用同样大小的力，抛出体积相同的铅球和皮球，显然皮球获得较大的速度，而铅球获得的速度小，即皮球的运动状态容易改变，我们就说，它的惯性小，而铅球的运动状态不易改变，则说明铅球的惯性大，物理学中就用质量这一物理量来理度物体惯性的大小，即质量是物体惯性大小的量度。
　　（3）惯性和惯性定律的区别和联系，惯性是物体本身具有的一种性质；牛顿第一定律是物体的运动规律。
　　由于牛顿第一定律揭示了一切物体都具有惯性，指出物体在不受外力作用或受到平衡力作用时能保持匀速直线运动状态或静止状态的原因是在于物体具有惯性，因此牛顿第一定律又叫做惯性定律。
　　（4）惯性和力的实质不同。惯性和力是两个本质上完全不同的概念，力是物体间的相互作用，惯性是物体的属性，它与外界因素无关，把惯性说成是“惯力”，或者说“物体受到惯性的作用”，“克服物体的惯性”等说法，显然是错误的。
【例题分析】
　　例1．子弹从枪口射出后，它能在空中继续向前飞行，是因为[ ]
　　A．子弹受到火药燃气的推力
　　B．子弹受到了惯力作用
　　C．子弹有惯性
　　D．子弹的惯性大于它受到的阻力
　　分析与解：子弹射出后，它跟火药燃烧产生的高压燃气之间脱离了接触，子弹不再受到推力的作用，惯力是主观臆造的，找不到施力物体，实际不存在的力，子弹能继续前进，是因为子弹离开枪口时，在大药燃烧产生的燃气的作用下，使它获得很大的速度，由于子弹具有惯性,将保持原来的运动状态向前运动。惯性不是力，不能用惯性跟力的大小相比较，本题的正确答案是选项C。
　　例2．在平直轨道上匀速行驶的火车厢里，竖直向上跳起的人，将落在何处?
　　分析与解：本题可用牛顿第一定律用说明，车厢里的人随车厢一起具有相同的水平向前的运动速度。当人竖直向上跳起后，人在水平方向上没有受到外力的作用，根据牛顿第一定律，人在水平方向上仍以原来的速度做匀速直线运动，即人的速度仍与车速相同，这就是说，在人跳起的这段时间内，车向前运动了一段路程，同时人在水平方向上也以同样的速度向前运动了相同的路程，所以，跳起的人仍落回原处。
　　例3．在列车内的水平桌面上，放一杯水，如果水面突然发生了如图4－1－1所示的变化，则列车的运动状态可能发生的变化是[ ]

　　A．列车突然向右启动
　　B．列车突然向左启动
　　C．列车向右匀速行驶突然向右加速运动
　　D．列车向右匀速行驶突然向右作减速运动
　　分析与解：这是一道有关惯性知识的题目，逐一分析各选项。
　　（1）列车突然向右启动，说明列车原来静止，杯内水面应水平且也处于静止状态，车突然向右启动，杯子随车向右运动，杯内水由于惯性还要保持原来的静止状态，水相对于杯子向左涌，左边水平应该高于右边的水平，与图中所示不符，所以A选项是错误的。
　　（2）列车突然向左启动，根据以上分析，杯内水向右涌，右边水面高，所以B选项是正确的。
　　（3）列车突然向右加速运动，杯内的水原来随列车向右匀速行驶，水面水平，车加速，杯子随车加速，而水由于惯性，还要保持原来的运动速度不变，相对杯子，水向左涌，左边的水面应高于右边的水面，与图中所示不符，所以C选项是错误的。
　　（4）列车突然向右减速运动，根据（3）中分析，杯子的速度随列车变小，而水由于惯性还要保持原来的运动状态，水向右涌，所以D选项是正确。
　　本题的正确答案为：B、D

强化训练
A　组
　　1．判断下列说法是否正确：
　　（1）在斜面小车的实验中，小车在毛巾表面前进的距离最短，表明小车在毛巾表面速度变化最大。（ ）
　　（2）牛顿第一定律是通过实验总结出来的规律。（ ）
　　（3）由于汽车行驶的速度越大，惯性就越大，不易刹车，所以一些路段对汽车限速。（ ）
　　（4）物体的运动速度越大，它受到的外力一定越大。（ ）
　　2．一切物体都有惯性，下列说明中正确的是（ ）
　　A．运动物体的惯性比它静止时的惯性大
　　B．物体运动得越快，它的惯性就越大
　　C．物体受到的力越大，它的惯性就越大
　　D．物体的质量越大,它的惯性就越大
　　3．用橡皮筋弹出去的飞机模型仍然继续向前运动，是因为（ ）
　　A．飞机受到惯力
　　B．飞机受到橡皮筋的弹力
　　C．飞机具有惯性
　　D．飞机的惯性大于它受到的阻力
　　4．一氢气球吊着一个重物以1米 / 秒的速度匀速竖直上升，在上升的过程中，吊物体的绳子突然断了，则在绳子断开后，物体( )
　　A．立即下落，且速度越来越大
　　B．立即匀速下落
　　C．由于惯性，物体以1米 / 秒的速度匀速上升
　　D．先上升一段距离再下落，下落时速度越来越大
B　组
　　1．如图4－1－2所示，在列车内的水平桌面上，放置一个气泡水平仪，水平仪的气泡突然向前移动，由此可知，列车的运动状态发生的变化是( )

　　A．突然启动　　B．突然制动　　C．突然加速　　　D．突然减速
　　2．飞机水平匀速向西飞行，从飞机上间隔相等的时间内后落下a、b、c三个小球，若不计空气作用地面上的人看到三个小球在空中的排列位置应是图4－1－3中的
　　A．甲图　　　　B．乙图　　　　C．丙图　　　　　D．丁图

　　3．正在匀速向右直行的火车车厢光滑地板上，放着质量不同的甲，乙两个球，并且如图4－1－4所示，当火车突然加速时( )

　　A．两个球都向左运动，两球间距离减小
　　B．两个球都向左运动，两球间距离不变
　　C．两个球都向右运动，两球间距离不变
　　D．两个球都向右运动，两球间距离增大
　　4．图4-1-5所示，平板车质量为M，长为L，，车放在水平地面上，左端放有质量为的物体，右端是一根压缩了的小弹簧，若上述物体间均无摩擦，则放手后弹簧恢复原长时，物体m处于小车的( )
　　A．a点　　　B．b点　　　C．c点　　　D．d点

参考答案
A组
　　1．（1）× （2）× （3）× （4）×
　　2．D
　　3．C
　　4．D
B组
　　1．A、C
　　2．C　提示：三个小球离开飞机后，由于不考虑空气阻力的作用，所以向西运动的速度相同，离开飞机后，小球受到重力作用，下落速度越来越大，竖直方向上小球间距离不等。
　　3．B提示：车向右加速，小球由于惯性要保持原来的运动状态，小球相对于车向左运动。两个球虽质量不同，但加速前都与车速度相同，车加速，小球仍保持原来车的速度，速度仍相同，因此，小球间距离不变。
　　4．B　提示：弹簧被压缩为原长的2/3L，恢复原来的长度，d点应移动到c处，由于物体之间无摩擦，物体m原处于静止状态，车受到弹簧作用向左移动，但物体由于惯性还要保持原来的静止状态，车向左移动了1/3L，所以物体m处小车的b点