第1節(jié)　牛頓第一定律 教學(xué)設(shè)計

第四章運動和力的關(guān)系第1節(jié)牛頓第一定律[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．知道伽利略的理想實驗及其推理過程，知道理想實驗是科學(xué)研究的重要方法．(難點)2．理解牛頓第一定律的內(nèi)容及意義．(重點)3．明確慣性的概念，會解釋有關(guān)的慣性現(xiàn)象．(難點)知識點1理想實驗的魅力1．亞里士多德的觀點：必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體就要靜止在某個地方．即力是維持物體運動的原因．2．伽利略的觀點(1)理想實驗：讓小球沿第一個斜面從靜止?fàn)顟B(tài)開始向下運動，然后沖上第二個斜面，如果沒有摩擦，小球上升的高度與釋放時的高度相同．減小第二個斜面的傾角，小球滾動的距離增大．科學(xué)推論：當(dāng)將第二個斜面放平時，小球?qū)肋h(yuǎn)運動下去．(2)結(jié)論：力不是維持物體運動的原因．3．笛卡兒的觀點：如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運動，既不停下來也不偏離原來的方向．[判一判]1．(1)伽利略理想斜面實驗是不科學(xué)的假想實驗．()(2)理想實驗所得到的結(jié)論是不可靠的．()(3)伽利略的“理想實驗＋科學(xué)推論”的方法是一種科學(xué)方法．()提示：(1)×(2)×(3)√知識點2牛頓第一定律一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)．牛頓第一定律又叫慣性定律．[判一判]2．(1)物體在任何情況下始終處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)．()(2)牛頓第一定律既揭示了物體保持原有運動狀態(tài)的原因，又揭示了運動狀態(tài)改變的原因．()提示：(1)×(2)√[想一想]1．(1)物體的運動狀態(tài)可以用哪個物理量來描述？運動狀態(tài)發(fā)生變化有幾種情形？(2)①如圖甲所示，下落蘋果的運動狀態(tài)是否變化？運動狀態(tài)變化的原因是什么？②如圖乙所示，在管道口的出口處放一小磁鐵，小鐵球的運動狀態(tài)是否改變？運動狀態(tài)變化的原因是什么？提示：(1)可以用速度來描述，常見以下幾種情況：①速度方向不變，只有大小改變；②速度大小不變，只有方向改變；③速度的大小和方向都改變．說明：運動的物體不一定受力，但物體的運動狀態(tài)發(fā)生變化時一定受到了力的作用．(2)①蘋果運動的速度越來越大，因為受到向下的重力的作用．②小鐵球出管道口后速度方向發(fā)生了改變，因為受到磁鐵吸引力的作用．知識點3慣性與質(zhì)量1．慣性：物體保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)．2．慣性的量度：質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度．[判一判]3．(1)物體的速度越大，慣性越大．()(2)物體的質(zhì)量越大，慣性越大．()提示：(1)×(2)√[想一想]2．從牛頓第一定律得知，物體都要保持它們原有的勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)．也可以說，它們都具有抵抗運動狀態(tài)變化的“能力”，即都具有慣性．那么，怎樣描述慣性的大小呢？提示：物體抵抗運動狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”與物體的質(zhì)量有關(guān)，如小轎車比大貨車啟動時更容易提速；工廠的車床等一些機械，它們的質(zhì)量很大，目的是增大慣性，使運動狀態(tài)不易改變；又如戰(zhàn)斗機在投入戰(zhàn)斗前，為了提高其靈活性而拋掉副油箱．1．(對牛頓第一定律的理解)關(guān)于牛頓第一定律有如下說法：①牛頓第一定律是實驗定律；②牛頓第一定律說明力是改變物體運動狀態(tài)的原因；③牛頓第一定律和慣性的實質(zhì)是相同的；④物體的運動不需要力來維持．其中正確的是()A．①② B．②④C．①④ D．②③解析：選B.牛頓第一定律是通過邏輯推理得到的，不能通過實驗來驗證，不是實驗定律，即①錯誤；牛頓第一定律說明力是改變物體運動狀態(tài)的原因，則②正確；慣性定律是牛頓第一定律，慣性是物體保持運動狀態(tài)不變的性質(zhì)，它們的實質(zhì)是不同的，故③錯誤；牛頓第一定律說明力不是維持速度的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因，故④正確．2．(對慣性的理解)下列關(guān)于慣性的說法中正確的是()A．物體能夠保持原有運動狀態(tài)的性質(zhì)叫慣性B．物體不受外力作用時才有慣性C．物體靜止時有慣性，一開始運動，不再保持原有的運動狀態(tài)，也就失去了慣性D．物體靜止時沒有慣性，只有始終保持運動狀態(tài)才有慣性解析：選A.物體能夠保持原有運動狀態(tài)的性質(zhì)叫慣性，慣性是物體特有的性質(zhì)，跟物體的運動狀態(tài)無關(guān)，所以A正確，B、C、D錯誤．3．(對慣性的理解)(多選)一汽車在路面情況相同的公路上直線行駛，下面關(guān)于車速、慣性、質(zhì)量和滑行路程的討論，正確的是()A．車速越大，它的慣性越大B．質(zhì)量越大，它的慣性越大C．車速越大，剎車后滑行的路程越長D．車速越大，剎車后滑行的路程越長，所以慣性越大解析：選BC.慣性是物體本身的固有屬性，不隨外界條件的變化而變化，只由本身的質(zhì)量決定．物體的質(zhì)量越大，其慣性越大，運動狀態(tài)越難改變，物體的質(zhì)量越小，其慣性就越小，運動狀態(tài)越容易改變，B正確，A、D錯誤；物體的速度越大，運動過程中速度的改變量越大，剎車后滑行的路程越長，C正確．4．(伽利略的理想實驗)理想實驗有時能更深刻地反映自然規(guī)律．伽利略設(shè)想了一個理想實驗，下面對如圖所示的斜面實驗的設(shè)想步驟中，有一個是可靠事實，其余是推論．①減小第二個斜面的傾角，小球在這個斜面上仍然要達(dá)到原來的高度；②兩個對接的斜面，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球?qū)L上另一個斜面；③如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫艜r的高度；④繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，最后使它變成水平面，小球?qū)⒀厮矫孀龀掷m(xù)的勻速直線運動．(1)請將上述理想實驗的設(shè)想步驟按照正確的順序排列：________(填寫序號即可)．(2)將上述設(shè)想步驟中的可靠事實和理想化的推論進(jìn)行分類．屬于可靠事實的步驟是________；屬于理想化推論的步驟是________．解析：(1)伽利略理想實驗是在可靠事實的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的推理，將實驗理想化，并符合物理規(guī)律，得到正確的結(jié)論．②是可靠事實，因此放在第一步，③①是在無摩擦的情況下的設(shè)想，④屬于理想化推論，所以合理的實驗順序為②③①④.(2)由(1)可知屬于可靠事實的步驟是②；屬于理想化推論的步驟是①③④.答案：(1)②③①④(2)②①③④探究一對牛頓第一定律的理解【情景導(dǎo)入】如圖所示，讓一個小車從同一斜面上滑下，水平面上分別放置毛巾、木板和玻璃板，水平面與斜面平滑連接．仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象．(1)實驗觀察到什么現(xiàn)象，說明了什么問題？(2)如果沒有摩擦力的作用，小車將會怎樣運動呢？(3)以上實驗揭示了力和運動之間是什么關(guān)系？提示：(1)水平面越光滑，小車滑動的距離越遠(yuǎn)．說明摩擦力是阻礙物體運動的原因．(2)如果沒有摩擦力的作用，小車將永遠(yuǎn)運動下去．(3)力不是維持物體運動狀態(tài)的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因．1．伽利略理想實驗的方法和意義(1)“科學(xué)推理”的方法實驗事實：兩個對接的斜面，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球?qū)L上另一個斜面．推理1：如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉淼母叨龋评?：減小第二個斜面的傾角，小球在這個斜面上仍要達(dá)到原來的高度．推理3：繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，最后使它成為水平面，小球?qū)⒀厮矫嬗肋h(yuǎn)運動下去．實驗結(jié)論：力不是維持物體運動的原因．(2)意義：伽利略在理想實驗中所應(yīng)用的科學(xué)推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，它標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端，使人類對自然的認(rèn)識由經(jīng)驗型轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)理論型．伽利略對科學(xué)的貢獻(xiàn)就在于推翻直覺的觀點而用新的觀點代替它．2．對牛頓第一定律的理解【例1】下列關(guān)于牛頓第一定律的說法正確的是()A．由牛頓第一定律可知，物體在任何情況下始終處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)B．牛頓第一定律是反映物體慣性大小的，因此它也叫慣性定律C．牛頓第一定律反映了物體不受外力作用時的運動規(guī)律，因此物體只在不受外力時才有慣性D．牛頓第一定律既揭示了物體保持原有運動狀態(tài)的原因，又揭示了運動狀態(tài)改變的原因[解析]物體只有不受外力或者所受合外力為0時，才能處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，故A錯誤；牛頓第一定律反映了物體具有慣性這種性質(zhì)，因此它也叫慣性定律，故B錯誤；牛頓第一定律反映了力是改變物體運動狀態(tài)的原因，慣性是物體本身固有的屬性，與物體的運動狀態(tài)無關(guān)，與物體受力情況無關(guān)，故C錯誤；牛頓第一定律既揭示了物體保持原有運動狀態(tài)的原因——慣性，又揭示了運動狀態(tài)改變的原因——力，故D正確．[答案]D[針對訓(xùn)練1](多選)關(guān)于古代先賢們對力與運動關(guān)系的探究史實，下列說法正確的是()A．亞里士多德根據(jù)直接經(jīng)驗得出物體的運動需要由力來維持B．伽利略認(rèn)為在水平面上運動的物體之所以會停下來是由于受到摩擦力的作用C．笛卡兒認(rèn)為如果運動物體不受任何力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運動D．牛頓提出了慣性定律，用實驗直接驗證了不受力的物體會保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)解析：選ABC.亞里士多德根據(jù)現(xiàn)實經(jīng)驗得出的結(jié)論：必須有力作用在物體上，物體才能運動，沒有力的作用，物體就要靜止在一個地方，故A正確；意大利物理學(xué)家伽利略根據(jù)“伽利略斜面實驗”指出：在水平面上運動的物體之所以會停下來，是因為受到摩擦阻力，故B正確；笛卡兒認(rèn)為如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運動，既不停下來也不偏離原來的方向，故C正確；牛頓第一定律是利用邏輯思維對事實進(jìn)行分析的產(chǎn)物，不能用實驗直接驗證，故D錯誤．探究二對慣性的理解和應(yīng)用【情景導(dǎo)入】1．公路上奔馳的汽車，速度越大，剎車時停下來所用的時間越長，這能說明速度越大慣性越大嗎？2．以相同速度沖向你的乒乓球和鉛球，你敢接嗎？提示：1.質(zhì)量是慣性大小的唯一量度，質(zhì)量越大，運動狀態(tài)越難改變．由veq\o\al(2,0)＝2ax知，剎車位移和初速度的二次方成正比，汽車速度越大，剎車位移越長，但是汽車質(zhì)量不變，慣性不變．2．乒乓球可接，乒乓球因為質(zhì)量小，慣性小；鉛球不敢接，鉛球因為質(zhì)量大，慣性大．1．慣性與質(zhì)量(1)慣性是物體的固有屬性，一切物體都具有慣性．(2)質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度，質(zhì)量越大，慣性越大．2．慣性與力(1)慣性不是力，而是物體本身固有的一種性質(zhì)，始終具有且與外界條件無關(guān)；力只有在物體間相互作用時才有，離開了物體就無所謂力．因此說“物體受到了慣性作用”“產(chǎn)生了慣性”“受到慣性力”等都是錯誤的．(2)力是改變物體運動狀態(tài)的原因，慣性是維持物體運動狀態(tài)的原因．對同一物體，力越大，運動狀態(tài)越易改變；慣性越大，運動狀態(tài)越難改變．3．慣性的表現(xiàn)形式(1)在不受力的條件下，慣性表現(xiàn)為保持原來的運動狀態(tài)，有“惰性”的意思．(2)在受力的條件下，慣性表現(xiàn)為運動狀態(tài)改變的難易程度，質(zhì)量越大，慣性越大，運動狀態(tài)越難改變．4．慣性現(xiàn)象的分析方法(1)明確研究對象原來的運動狀態(tài)．(2)明確當(dāng)外力作用在該物體的某一部分(或外力作用在與該物體有關(guān)聯(lián)的其他物體上)時，這一部分的運動狀態(tài)的變化情況．(3)該物體由于慣性將保持怎樣的運動狀態(tài)，判斷最后會出現(xiàn)什么現(xiàn)象．【例2】對一些實際生活中的現(xiàn)象，某同學(xué)試圖從慣性角度加以解釋，其中正確的是()A．采用大功率的發(fā)動機后，某些一級方程式賽車的速度甚至能超過某些老式螺旋槳飛機的速度，這表明通過科學(xué)手段能使小質(zhì)量的物體獲得大的慣性B．射出槍膛的子彈在運動相當(dāng)長一段距離后連一件棉衣也穿不透，這表明它的慣性小了C．貨運列車運行到不同的車站時，經(jīng)常要摘下或加掛一些車廂，這會改變它的慣性D．摩托車轉(zhuǎn)彎時，車手一方面要控制適當(dāng)?shù)乃俣?，另一方面要將身體稍微向里傾斜，通過調(diào)控人和車的慣性達(dá)到安全行駛的目的[解析]采用了大功率的發(fā)動機后，一級方程式賽車的速度甚至能超過某些老式螺旋槳飛機的速度，這是由于功率增大了，與慣性無關(guān)，A錯誤；射出槍膛的子彈在運動一段距離后連一件棉衣也穿不透，是由于速度減小了，子彈的慣性沒有變化，B錯誤；貨運列車運行到不同的車站時，經(jīng)常要摘下或加掛一些車廂，此時列車質(zhì)量改變了，它的慣性也會改變，C正確；摩托車轉(zhuǎn)彎時，車手一方面要控制適當(dāng)?shù)乃俣?，另一方面要將身體稍微向里傾斜，是為了防止側(cè)滑，而人和車的慣性并沒有改變，D錯誤．[答案]C[針對訓(xùn)練2](2022·江蘇寶應(yīng)期中)當(dāng)月球車分別在地面和月面以相同的速率行駛時，下面判斷正確的是()A．在地面運動時的慣性較大B．在月面運動時的慣性較大C．速度大的時候慣性大D．在地面和月面上運動時的慣性一樣大解析：選D.慣性的大小與物體的質(zhì)量有關(guān)，與物體的運動的狀態(tài)無關(guān)，因為當(dāng)該月球車分別在地面和月面以相同的速率行駛時質(zhì)量不變，所以慣性一樣大．[A級——合格考達(dá)標(biāo)練]1．關(guān)于慣性的大小，下面說法中正確的是()A．兩個質(zhì)量相同的物體，速度大的不容易停下來，所以速度大的物體慣性大B．在月球上舉重比在地球上容易，所以質(zhì)量相同的物體在月球上比在地球上慣性小C．推動地面上靜止的物體，要比維持這個物體做勻速運動所需的力大，所以物體靜止時慣性大D．兩個質(zhì)量相同的物體，不論速度大小，它們的慣性大小一定相同解析：選D.物體的慣性只與物體的質(zhì)量有關(guān)，兩個質(zhì)量相同的運動物體，慣性大小相等，與速度和所處位置無關(guān)，故A、B、C錯誤，D正確．2．月球表面的重力加速度為地球表面的重力加速度的eq\f(1,6)，同一個飛行器在月球表面上與在地球表面上相比較()A．慣性減小為原來的eq\f(1,6)，重力不變B．慣性和重力都減小為原來的eq\f(1,6)C．慣性不變，重力減小為原來的eq\f(1,6)D．慣性和重力都不變解析：選C.物體的慣性大小僅與物體的質(zhì)量有關(guān)，因為質(zhì)量是恒量，同一物體的質(zhì)量與它所在的位置及運動狀態(tài)無關(guān)，所以這個飛行器從地球到月球，其慣性大小不變，物體的重力是個變量，這個飛行器在月球表面上的重力為G月＝mg月＝m·eq\f(1,6)g地＝eq\f(1,6)G地，故C正確．3．(多選)關(guān)于牛頓第一定律的理解正確的是()A．牛頓第一定律反映了物體不受外力作用時的運動規(guī)律B．不受外力作用時，物體的運動狀態(tài)保持不變C．在水平地面上滑動的木塊最終停下來，是由于沒有外力維持木塊運動D．飛跑的運動員遇到障礙而被絆倒，這是因為他受到外力作用迫使他改變原來的運動狀態(tài)解析：選ABD.牛頓第一定律描述了物體不受外力作用時的狀態(tài)，即總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，A、B正確；牛頓第一定律還揭示了力和運動的關(guān)系，力是改變物體運動狀態(tài)的原因，不是維持物體運動狀態(tài)的原因，在水平地面上滑動的木塊最終停下來，是由于受到摩擦阻力的作用而改變了運動狀態(tài)，飛跑的運動員遇到障礙而被絆倒，是因為他受到外力作用而改變了原來的運動狀態(tài)，C錯誤，D正確．4.如圖所示，在一輛表面光滑的小車上，有質(zhì)量分別為m1和m2的兩個小球(m1>m2)隨車一起勻速運動．當(dāng)車突然停止時，如不考慮其他阻力，設(shè)車無限長，則兩個小球()A．一定相碰 B．一定不相碰C．不一定相碰 D．難以確定解析：選B.因為小車表面光滑，因此，不論小車如何運動，兩小球在水平方向均不受力，根據(jù)牛頓第一定律可知它們將保持勻速運動狀態(tài)，又因為兩球速度相等，故兩球一定不相碰．[B級——等級考增分練]5.(多選)如圖所示，重球系于繩DC下端，重球下再系一根同樣的繩BA，下列說法正確的是()A．在繩的A端緩慢增加拉力，結(jié)果CD繩先斷B．在繩的A端緩慢增加拉力，結(jié)果AB繩先斷C．在繩的A端突然猛一拉，結(jié)果AB繩先斷D．在繩的A端突然猛一拉，結(jié)果CD繩先斷解析：選AC.在繩的A端