Question

一道物理问题

有人说骑自行车时如果不用力蹬车，自行车就会慢下来，所以自行车的运动必须依靠力来维持，这个说法是否正确？对这一现象如何从牛顿第一定律俩进行分析解释？

Answer 1

不对，力是保持物体运动运动状态的原因
任何物体在不受任何外力的作用下，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。
由于物体保持运动状态不变的特性叫做惯性，所以牛顿第一定律也叫惯性定律
同一小车从同一斜面上的同一位置由静止开始滑下，（这是为了保证每次小车到达水平面时有相同的速度）。第一次在水平面上铺上毛巾，小车在毛巾上滑行很短的距离就停下了；第二次在水平面铺上较光滑的棉布，小车在棉布上滑行的距离较远；第三次是光滑的木板，小车滑行的距离最远．
伽利略认为，是平面对小车的阻力使小车停下，平面越光滑小车滑行就越远．表明阻力越小，小车滑行就越远．伽利略科学地想象：要是能找到一块十分光滑的平面，阻力为零，小车的滑行速度将不会减慢．
惯性定律即牛顿第一定律
牛顿第一定律的表述是这样的：物体总保持匀速直线运动或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。即力是使物体产生加速度的原因。据此，很容易得出这样一个推论：力的存在是相对的，因为运动状态是相对的，一个物体相对某一参照物做匀速运动，似乎不受力的作用，同一物体的运动相对另一参照物又做加速运动，似乎又受力的作用。于是人们开始怀疑力的真实性问题，力是真实的存在还是我们的虚幻？但是，力确实是不以人的意志为转移的客观实在。这说明牛顿第一定律的表述存在问题。

牛顿第一定律应该改述为：物体总保持原来运动状态，直至有外力迫使它改变这种状态为止。这种表述适用于任何参照系，因此，不妨把它叫做广义牛顿第一定律。广义牛顿第一定律中的“原来运动状态”既可能是匀速运动或静止状态，也可能是某种加速运动状态，这取决于所选的参照系。物体的这种不受外力时具有保持原来匀速或加速运动状态的性质可叫做物体的“广义惯性”。而物体在不受外力时的原来运动状态的加速度，在此可把它叫做“惯性加速度”。

根据广义牛顿第一定律，物体不受外力的作用既可能做匀速运动，也可能做加速运动；物体受外力的作用，既可能做加速运动也可能做匀速运动。物体受力或不受力时究竟做何种运动，取决于所选的参照物（系）。因此，“力是使物体产生加速度的原因”这一说法是错误的，这种说法正是产生非真实“惯性力”的理论基础
一、 引入新课：探究力与运动的关系
学生实验(1)：将木块放在粗糙的水平桌面上，木块不动。用手轻推木块，木块移动，松手后木块马上静止不动。
设问：⑴木块为什么会运动 ⑵为什么会停下来？ ⑶你能得出什么结论？学生小组讨论交流。
学生猜想：⑴因为手的推力使木块移动了。⑵因为不用力了，所以木块不动了。
⑶推力是维持木块运动的原因。
（设计意图：运用实验激发学生求知欲，同时深化力的概念。）
学生实验(2)：将木块放在玻璃板上，用手推动木块后放手，木块仍能继续运动一段距离后停了下来。
师：从实验⑵可以看出木块不受推力作用时，仍运动了一段距离，可见同学们的猜想⑶是否正确？（让每组同学起来发表自己的意见）
学生归纳得出结论：力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因。
设问：推力和木块的运动有怎样的关系呢？学生小组讨论交流。
学生猜想：⑴推力使物体由静止变运动。⑵物体运动可能不需要力。
（设计意图：通过对比，知道没有外力作用，物体也可能运动，那么没有外力作用，物体将作怎样的运动呢？从而引出新课。）

二．讲授新课：探究牛顿第一定律
第一阶段：采用“矛盾冲突法”，借助于信息技术媒体优势尽力展示生活体验、亚里士多德观点与伽利略思想实验矛盾冲突，激发学生探究欲望，使学生有较高的热情支发现问题，为运用矛盾冲突法纠正错误认识，建立的正确认识作好铺垫。
第二阶段：实验探究。以动画展示斜面小车实验过程，给学生以启示，引导学生发现实验的技术关键，让学生自主、合作利用身边的物品设计自己的实验方案，动手实验探究，教师起组织者、帮助者的作用，尽量让学生自己分析、交流、推论并表述出牛顿第一定律内容。
设问：1、静止在老师手中的书，如果不受力了，会怎么样？2、图中正在做曲线运动的过山车，如果突然一切外力全部消失，它会怎么样呢？猜想：⑴静止。⑵运动速度越来越慢。⑶…… ⑷……
师：无论哪种猜想正确，必须找到充足的根据，说服对方。我们最好从哪里找根据？
生（齐答）：实验！
设问：根据上述结论，你能推出什么结果？
学生讨论、总结：运动的物体在没有受到外力作用的时候，总是保持匀速直线运动状态，静止的物体在没有受到外力作用的时候，总保持静止状态。
（设计意图：培养学生推理能力——深化对“小车实验”的认识）
设问：现在你知道了物体不受外力作用时的运动规律吗？学生推理并理解记忆。
师归纳总结：(1)点明上述表述其实就是牛顿第一定律所反映的内容。展示牛顿第一定律内容，并议论定律中“一切”“不受外力”“或”和“总保持”的含义。 (2) 对定律的理解：任何物体，如果不受外力的作用，原来静止的，将永远保持静止；原来运动的将永远保持匀速直线运动。（3）“牛顿第一定律”表达的是物体不受外力时的运动规律。（4）牛顿第一定律采用的方法是实验加推测。
讨论：为什么牛顿第一定律不能用实验进行验证？为什么又是正确的？
师总结：牛顿第一定律是通过分析事实，再进一步概括、推理得出的。我们周围的物体，都要受到这个力或那个力的作用，因此不可能用实验来直接验证这一定律。但是，从定律得出的一切推论，都经受住了实践的检验，因此，该定律已成为大家公认的力学基本定律之一。
6．评估交流
师：同学们做完实验后，要进行评估，请小组先讨论，再选一个同学说一说实验中出现的错误，是怎么克服的；也可说一说自己的实验在哪个地方设计得比较精彩。
（设计意图：对于接受能力快的同学来说，交流给他们提供了一个展示自己的舞台，让他体验到成功的喜悦。对于接受能力慢的同学来说，则可借此机会向别人请教，最终获得探究的成功。“交流”它贯穿于整个探究活动中，教学时，教师可组织学生以小组为单位进行交流，也可全班交流。）
师：同学们已经同意我的观点，即运动不需力来维持，那么为什么我们骑自行车要不断用力蹬？学生讨论回答。

Answer 2

不正确
牛顿第一定律
该定律说明力并不是维持物体运动的条件，而是改变物体运动状态的原因。牛顿第一定律又称惯性定律，它科学地阐明了力和惯性这两个物理概念，正确地解释了力和运动状态的关系，并提出了一切物体都具有保持其运动状态不变的属性——惯性，它是物理学中一条基本定律。上述定律主要是从天文观察中，间接推导而来，是抽象概括的结论，不能单纯按字面定义而用实验直接验证。和实际情况较接近的说法是：任何物体在所受外力的合力为零时，都保持原有的运动状态不变。即原来静止的继续静止，原来运动的继续作匀速直线运动。物体的惯性实质是物体相对于平动运动的惯性，其大小即为惯性质量。物体相对于转动也有惯性，但它跟第一定律所说的惯性不是一回事，它的大小为转动惯量。惯性质量和转动惯量都用来表示惯性，但它们是不同的物理量，中学物理不出现转动惯量的名词，可不必提两者的区别。物体在没有受到外力作用或所受合外力为零的情况下，究竟是静止还是作匀速直线运动，这除了和参考系有关外，还要看初始时的运动状态。
牛顿第一定律说明了两个问题：⑴它明确了力和运动的关系。物体的运动并不是需要力来维持，只有当物体的运动状态发生变化，即产生加速度时，才需要力的作用。在牛顿第一定律的基础上得出力的定性定义：力是一个物体对另一个物体的作用，它使受力物体改变运动状态。⑵它提出了惯性的概念。物体之所以保持静止或匀速直线运动，是在不受力的条件下，由物体本身的特性来决定的。物体所固有的、保持原来运动状态不变的特性叫惯性。物体不受力时所作的匀速直线运动也叫惯性运动。牛顿在第一定律中没有说明静止或运动状态是相对于什么参照系说的，然而，按牛顿的本意，这里所指的运动是在绝对时间过程中的相对于绝对空间的某一绝对运动。牛顿第一定律成立于这样的参照系。通常把牛顿第一定律成立的参照系成为惯性参照系，因此这一定律在实际上定义了惯性参照系这一重要概念。牛顿第一定律是作为牛顿力学体系一条规律，它具有特殊意义，是三大定律中不可缺少的独立定律。不能将第一定律看作牛顿第二定律的特例。注意：力不是产生速度的原因，而是产生加速度的原因！

Answer 3

不正确，汽车需要力来维持，是因为车还受到各种阻力（地面的摩擦力，空气的摩擦力），但如果自行车不受到外力的作用，它的运动就不需要力来维持了，就想牛一定律所说的：任何物体在不受任何外力的作用下，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。

Answer 4

答：不正确
因为根据牛顿第一定律：任何物体在不受任何外力的作用下，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。
保持匀速直线运动也是运动，所以运动不是必须需要力来维持！

Answer 5

不对，牛顿第一定律描述的是物体在一种理想情况下的运动规律——物体不受力作用时的运动规律，它无法用实验来直接验证。虽然物体在合外力为零时表现出来的运动规律与不受力时的运动规律是一致的，但不能由物体受平衡力时的运动情况来验证牛顿第一定律。
②牛顿第一定律定性地揭示了力和运动的关系。它说明了物体不受力作用时是匀速直线运动或静止状态，所以力不是维持物体运动原因；定律指出外力作用迫使物体运动状态改变，所以力是改变物体运动状态的原因。
自然界中有很多力，如：空气阻力，摩擦力等等