【精品】高一物理第三章牛頓運動定律八、慣性系和非慣性系(第一課時)人教大綱版第一冊

1、八、 慣性系和非慣性系從容說課本節(jié)課講述慣性系和非慣性系，對學(xué)生的要求不易過深，學(xué)生了解這部分知識就可以了前面學(xué)過參考系的概念，但確定力和運動的牛頓運動定律卻不是對任何參考系都成立的這就產(chǎn)生了慣性系和非慣性系的區(qū)別本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)定位如下：1 了解什么是慣性系，什么是非慣性系2 知道什么是慣性力本節(jié)課的教學(xué)重點為：慣性系和非慣性系，慣性力本節(jié)課的教學(xué)難點為：對慣性力的正確理解本節(jié)課采用講授法和閱讀歸納法使學(xué)生明確牛頓運動定律成立的參考系，叫慣性參考系牛頓定律不成立的參考系， 叫非慣性系。 研究地面上物體的運動， 地面通?？烧J(rèn)為是慣性系 . 相對于地面靜止或勻速直線運動的參考系也是慣性系，研究行

2、星的公轉(zhuǎn)時，太陽可認(rèn)為是慣性系 .本節(jié)課的教學(xué)程序安排如下：回憶有關(guān)參考系的問題，導(dǎo)入新課投影思考題，探究得到什么是慣性系和非慣性系類比拓展講解什么是慣性力課堂討論拓展本節(jié)知識.教學(xué)目標(biāo)一、知識目標(biāo)1. 了解什么是慣性系，什么是非慣性系.2. 知道什么是慣性力 .二、能力目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生的分析能力.三、德育目標(biāo)使學(xué)生明確任何一種規(guī)律都是有一定的適用范圍的.教學(xué)重點慣性系和非慣性系、慣性力.教學(xué)難點對慣性力的正確理解.教學(xué)方法講授法、閱讀歸納法.教學(xué)用具投影儀、自制投影片.課時安排1 課時教學(xué)過程用投影片出示本節(jié)課學(xué)習(xí)目標(biāo)1. 了解什么是慣性系和非慣性系.2. 了解什么是慣性力 . 學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過程

3、 一、導(dǎo)入新課教師 請同學(xué)們回憶一下, 在直線運動中 , 怎樣去確定物體運動與否呢?用心愛心專心1學(xué)生任意選一參考系 , 看物體相對于參考系的位置是否發(fā)生了變化 , 若變化則是運動的；若沒變 , 則是靜止的 .教師 選擇不同的參考系確定出物體的運動情況相同嗎?學(xué)生 可能相同 , 也可能不同 .教師 由此可見 , 在運動學(xué)中選擇不同參考系時 , 物體的運動情況不相同 , 但仍可以確定其運動 , 故參考系是可以任意選取的 . 但在運用牛頓運動定律時 , 它所需的參考系卻不能是任意的 . 本節(jié)我們一起來討論這一問題 .二、新課教學(xué)( 一 ) 慣性系與非慣性系教師 用投影片出示題目在一升降機內(nèi) , 放

4、一質(zhì)量為m的物體 , 物體隨升降機一起運動, 試討論 :(1) 當(dāng)升降機對地靜止時 , 物體對地和對升降機的運動及受力情況.(2) 當(dāng)升降機勻速運動時 , 物體對地和對升降機的運動及受力情況.(3) 當(dāng)升降機變速運動時 , 物體對地和對升降機的運動及受力情況.學(xué)生活動閱讀題目 , 并進(jìn)行討論 .教師 在第一種情況下, 物體對地做何運動?受哪些力的作用?學(xué)生 物體對地是靜止的, 這時受重力和升降機地面支持力兩個力的作用.教師 受力情況和運動情況符合牛頓運動定律嗎?學(xué)生 根據(jù)牛頓第一定律知, 物體做勻速直線運動或靜止時, 其所受合力應(yīng)為零. 在本題中 , 物體所受的重力和支持力是一對平衡力, 故其

5、合力為零 , 滿足牛頓運動定律.教師 物體對升降機做何運動, 受力與運動的關(guān)系是否滿足牛頓運動定律?學(xué)生 此時 , 物體對升降機靜止, 重力和支持力平衡, 也滿足牛頓運動定律.教師 在第二問中 , 物體對地做何運動?受哪些力的作用?其運動和力的關(guān)系是否滿足牛頓運動定律 ?學(xué)生 此時 , 物體對地做勻速直線運動, 受重力和支持力兩個力的作用. 由于這兩個力仍平衡 , 故滿足牛頓第一定律.教師 物體對升降機又是做何運動呢?它的受力與運動的關(guān)系是否還滿足牛頓運動定律呢 ?學(xué)生物體對升降機來說是靜止的, 受力仍和前面一樣受重力和支持力兩個力的作用,且是一對平衡力, 即其合力為零 , 所以仍滿足牛頓第一

6、定律.教師總結(jié)由上述分析可見:以相對于地面靜止或做勻速直線運動的物體作為參考系時, 牛頓運動定律是成立的. 我們把牛頓運動定律成立的參考系叫慣性參考系, 簡稱慣性系 .下面接著討論第三問所述情況.教師 在第三問所述情況下物體對地做何運動?受哪些力的作用?學(xué)生物體相對于地面做變速直線運動 , 此時物體受重力和支持力的作用 , 但重力與支持力不再是平衡力 .教師 此時的受力與運動情況的關(guān)系滿足牛頓運動定律嗎?學(xué)生 滿足 . 由于重力與支持力不平衡 , 故要產(chǎn)生加速度 , 并且這一加速度就是物體做變速運動時的加速度 , 即 :F 支 +G(= F 合 )= ma滿足牛頓第二定律.教師 那么物體對升降

7、機又做何運動呢?學(xué)生物體隨升降機一起運動, 所以它的運動狀態(tài)與升降機相同. 故它相對于升降機是用心愛心專心2靜止的 .教師 此時的受力與運動關(guān)系還符合牛頓運動定律嗎?學(xué)生 不符合 .教師 為什么呢 ?學(xué)生以升降機為參考系確定出物體的運動情況是靜止的, 若牛頓運動定律成立, 則它所受的合力就應(yīng)為零, 而事實上并不為零. 所以 , 此時牛頓運動定律就不再成立了.教師總結(jié) 從上面討論可知, 牛頓運動定律并不是在任何情況下都成立的. 當(dāng)以相對于地面變速運動的物體作為參考系時, 牛頓運動定律便不再成立. 我們把牛頓運動定律不成立的參考系叫非慣性參考系, 簡稱非慣性系 .鞏固訓(xùn)練1._ 叫慣性系； _物體

8、可以認(rèn)為是慣性系.2._ 叫非慣性系；_物體是非慣性系. 參考答案 1. 牛頓運動定律成立的參考系；地面、以及相對于地面靜止或勻速運動的2. 牛頓運動定律不成立的參考系；相對于地面做變速運動的教師總結(jié) 從上面學(xué)習(xí)可知 :牛頓運動定律在非慣性系中是不成立的, 所以我們要養(yǎng)成盡量不以非慣性系為參考系的習(xí)慣, 以減少在應(yīng)用牛頓運動定律時出錯的機會.但在應(yīng)用牛頓運動定律時, 是否就一定不能以非慣性系作為參考系了呢?下面我們接著來討論這一問題 .( 二) 慣性力教師 在前面的第三問中, 我們?nèi)绾涡薷臈l件就可使牛頓運動定律成立了呢?學(xué)生 要使牛頓運動定律成立, 則合力就應(yīng)為零 , 而實際物體的受力又不為零

9、, 所以要想使牛頓運動定律成立 , 必須增加一假設(shè)的力, 使物體滿足合力為零的條件 .教師 是否加一任意力都行呢?如不是 , 那么應(yīng)加一個什么樣的力呢?學(xué)生并不是加一任意力都行. 根據(jù)題中條件物體此時實際做加速運動, 故應(yīng)滿足牛頓第二定律 . 由牛頓第二定律得 :F合 =支 + =FG ma而以升降機為參考系時要求物體受力，滿足：F 合=F 支+G+F =0結(jié)合兩式可知，要使式成立，則： =-maF即需增加一大小等于 ma、方向和參考系加速度反向的力, 這樣牛頓運動定律便成立 .教師 這個力是真實存在的嗎?學(xué)生 不是真實存在的 .教師 為什么呢 ?學(xué)生 因為它是人為假設(shè)的 .教師 那它和“真實

10、的”力有何區(qū)別呢?學(xué)生 根據(jù)“力是物體相互作用”知: 只要有力 , 則一定有施力物和受力物, 而這個力找不到施力物 .教師總結(jié) 從上述分析可知 ,當(dāng)我們以非慣性系作為參考系應(yīng)用牛頓運動定律時, 須增加一假設(shè)的力 , 且大小等于物體質(zhì)量與參考系運動加速度的乘積, 方向與加速度相反 , 這F樣牛頓運動定律才能成立. 我們把這一假設(shè)的力叫慣性力.鞏固訓(xùn)練1. 在前面例題中 , 若升降機以加速度 a 加速下降時 , 試以升降機為參考系 , 求物體對升降機地板的壓力 .2. 如圖所示 , 小車的支架上通過細(xì)繩懸掛有質(zhì)量為 m的小球 , 當(dāng)小車從靜止開始以加速度 a 向右做勻加速運動時 , 小球?qū)⒃鯓舆\動

11、 ?利用本節(jié)課內(nèi)用心愛心專心3容作出解釋 . 參考答案 1. mg- ma, 方向向下 .解取向下為正. 因為以升降機為參考系時, 物體靜止 .所以 F 合 =mg- FN- ma=0即 : FN=m( g- a)根據(jù)牛頓第三定律知: 支持力 FN與物體對地板壓力為一對相互作用力,所以 : F =- FN=- m( g- a)負(fù)號表示與支持力方向相反,即向下.2. 以小車作為參考系 , 小車做變速運動 , 小車從靜止開始以加速度 a 向右做勻加速運動時( 此時設(shè)向右為正 ), 小球除了受到真實的力重力 G和繩子的拉力 F外 , 還受到方向向左的慣性力 F, 因此小球向左偏離, 當(dāng)偏離豎直方向為

12、某一角度時 , F和 G的合力與慣性力大小相等、方向相反, 小球相對于車廂靜止.教師總結(jié) 當(dāng)我們引入慣性力后, 就可以使一些問題得以解決. 例如研究大氣和海水流動這類大范圍的運動, 要考慮地球自轉(zhuǎn)的影響, 這時地面參考系不能認(rèn)為是慣性系, 而是非慣性系 . 由于人們生活在地球上, 用地面作參考系比較習(xí)慣, 故只能引入慣性力去解決這類問題.但我們在高中階段對這部分內(nèi)容不作要求, 同學(xué)們只要簡單了解一下就可以了.三、小結(jié)本節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了1. 牛頓運動定律成立的參考系，叫慣性系.2. 牛頓運動定律不成立的參考系，叫非慣性系.3. 為了在非慣性系中研究問題的方便，引入了一種形式上假想的力，叫慣性力. 它沒有施力物體 .四、作業(yè)1. 閱讀本節(jié)課文，并查找資料，了解廣義相對論的知識.2. 思考題：“小小竹排江中