2019-2020學年新教材高中物理 第四章 牛頓運動定律 1 牛頓第一定律學案 新人教版必修1

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1、1　牛頓第一定律 [學習目標]　1.知道伽利略的理想實驗及其主要推理過程和推論，知道理想實驗是科學研究的重要方法．2.理解牛頓第一定律的內容及意義．(重點)　3.理解力和運動的關系，知道物體的運動不需要力來維持．(難點)　4.理解慣性的概念，知道質量是慣性大小的量度．(難點) 一、牛頓第一定律 1．人類對運動與力的關系的認識歷程 代表人物 主要觀點 亞里士多德 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 伽利略 力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動狀態(tài)的原因 笛卡兒 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

2、運動，既不會停下來，也不會偏離原來的方向 2.牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)．它又叫慣性定律． 3．運動狀態(tài)：如果物體速度的大小或方向改變了，它的運動狀態(tài)就發(fā)生了改變；如果物體做勻速直線運動或靜止，它的運動狀態(tài)就沒發(fā)生改變． 二、慣性與質量 1．慣性：物體保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)的性質． 2．慣性的表現：改變物體運動狀態(tài)的難易程度． 3．慣性的量度：質量是物體慣性大小的唯一量度． 1．正誤判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”) (1)亞里士多德認為力是維持物體運動的原因． (√) (2)伽利略認為，沒有力作

3、用在物體上，它就不能運動． (×) (3)笛卡兒認為若沒有力作用，物體的運動狀態(tài)就不會改變． (√) (4)速度越大的物體，慣性越大． (×) (5)靜止的物體沒有慣性． (×) 2．關于物體的慣性，下列說法中正確的是(　　) A．物體保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止時才有慣性 B．物體在不受力或所受外力的合力為零時才有慣性 C．改變一個物體的慣性，必須要有力的作用 D．一切物體都有慣性，物體的運動并不需要力來維持 D　[慣性是物體的固有屬性，不論物體處于什么狀態(tài)，都具有慣性，慣性與受力情況無關．] 伽利略科學方法的意義 1.伽利略用“實驗＋科學推理”的方法推翻

4、了亞里士多德的觀點．伽利略的理想斜面實驗雖然是想象中的實驗，但這個實驗反映了一種物理思想，它是建立在可靠的事實基礎之上的，以事實為依據，以抽象為指導，抓住主要因素，忽略次要因素，從而深刻地揭示了自然規(guī)律． 2．第一次確立了物理實驗在物理研究中的基礎地位． 3．揭示了力不是維持物體運動的原因． 【例1】　理想實驗有時能更深刻地反映自然規(guī)律．伽利略設想了一個理想實驗，下面對如圖所示的斜面實驗的設想步驟中，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，小球將滾上另一個斜面； ③如果沒有摩擦

5、，小球將上升到原來釋放時的高度； ④繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，最后使它變成水平面，小球將沿水平面做持續(xù)的勻速直線運動． (1)請將上述理想實驗的設想步驟按照正確的順序排列：____________(填寫序號即可)． (2)將上述設想步驟中的可靠事實和理想化的推論進行分類． 屬于可靠事實的步驟是________； 屬于理想化推論的步驟是________． 思路點撥：整個實驗是在一定的實驗事實的基礎上，通過推理形成結論，因此要會按邏輯關系排順序．在現實生活中，摩擦是不可避免的，因此，凡是不考慮摩擦影響的都是理想化． [解析]　伽利略理想實驗是在可靠事實的基礎上進行合理的推理，將實驗理

6、想化，并符合物理規(guī)律，得到正確的結論．②是可靠事實，因此放在第一步，①③④是在無摩擦情況下的理想化推論． [答案]　(1)②③①④　(2)②?、佗邰? 理解理想實驗應注意如下幾點 (1)真實實驗是一種實踐活動，是可以通過一定的實驗器材和實驗方法來實現的實驗． (2)理想實驗是一種思維活動，是抽象思維中設想出來的、無法做到的實驗． (3)理想實驗是以可靠的實驗事實為基礎的． 1．(多選)如圖所示的裝置可以演示伽利略的理想斜面實驗，裝置為兩個對接的斜面，讓小球沿左邊的斜面滑下，并滾上右邊的斜面，然后改變右邊斜面的傾角，重復操作，利用曝光頻率一定的相機拍下小球在運動過程中的圖片

7、，則(　　) A．該實驗為牛頓第一定律的提出提供了有力的依據，因此牛頓第一定律是實驗定律 B．由圖可知小球在右側的斜面上的速度逐漸減小，因此證實了“物體的運動需要力維持” C．當右側的斜面水平時，小球近似做勻速直線運動，說明“如果沒有外力的作用，小球將在水平面上永遠運動下去” D．如果沒有摩擦，小球在右邊的斜面上將運動到與左邊釋放點相同的高度 CD　[該實驗為牛頓第一定律的提出，提供了有力的依據，但沒有摩擦力，只是一種假設，所以該實驗是一種理想化實驗，牛頓第一定律不是實驗定律，所以A錯誤；小球在右側的斜面上的速度逐漸減小是因為受力的作用，說明力是改變物體運動狀態(tài)的原因，B錯誤；根

8、據實驗，右側的斜面水平時，小球近似做勻速直線運動，如果沒有外力作用，小球將在水平面上永遠運動下去，故C正確；如果沒有摩擦，小球一定會上升到相同的高度，D正確．] 牛頓第一定律的理解及應用 1.運動狀態(tài)變化的三種情況 (1)速度的方向不變，只有大小改變．(物體做直線運動) (2)速度的大小不變，只有方向改變．(物體做勻速圓周運動) (3)速度的大小和方向同時發(fā)生改變．(物體做曲線運動) 2．對牛頓第一定律的理解 (1)明確了慣性的概念 牛頓第一定律的前半句話“一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)”，表明了物體所具有的一個重要的屬性——慣性，即物體保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止

9、狀態(tài)的性質，牛頓第一定律指出一切物體在任何情況下都具有慣性．因此牛頓第一定律又叫慣性定律． (2)揭示了力和運動的關系 牛頓第一定律的后半句話“除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)”，實質上是揭示了力和運動的關系，即力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而不是維持物體運動的原因． (3)反映了物體不受外力時的運動狀態(tài) 勻速直線運動或靜止(即原來運動的保持其速度不變，原來靜止的保持靜止)．不受外力作用的物體是不存在的，但物體所受外力的合力為零與不受外力在效果上是等效的，這就使牛頓第一定律具有了實際意義． 【例2】　如圖所示，在一輛表面光滑且足夠長的小車上，有質量為m1和m2的兩個小球(m1>m

10、2)，兩個小球隨車一起運動，當車突然停止運動時，若不考慮其他阻力，則兩個小球(　　) A．一定相碰　　　 B．一定不相碰 C．不一定相碰 D．無法確定 思路點撥：①小車表面光滑且不考慮其他阻力說明小球在水平方向上不受力的作用．②兩小球隨車一起運動說明兩小球速度相同． B　[小車表面光滑，因此兩小球在水平方向上沒有受到外力的作用．原來兩個小球與小車具有相同的速度，當車突然停止運動時，由于慣性，兩個小球的速度不變，所以不會相碰．] 巧用牛頓第一定律 (1)由“因”索“果”：在判斷力與運動之間的關系時，一定要把握準牛頓第一定律的含義，即力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而不是維持物

11、體運動的原因． (2)由“果”索“因”：如果物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變，則物體必然受到不為零的合外力的作用，所以判斷物體的運動狀態(tài)是否改變以及如何改變，應分析物體的受力情況． (3)應用步驟：應用牛頓第一定律解釋有關現象時，一要看物體原來的運動狀態(tài)，二要看物體現在的受力情況及所受合力是否為零，最后判斷由于物體具有慣性將會出現的現象． 上例中，將車突然停止運動改為車突然加速運動時，兩小球是否相碰，兩小球相對小車如何運動？ [提示]　不會相碰，兩小球相對小車向左運動． 2．(多選)關于牛頓第一定律，下面說法中正確的是(　　) A．牛頓第一定律反映了物體不受外力作用時物體的運動規(guī)

12、律 B．牛頓第一定律就是慣性 C．不受外力作用時，物體運動狀態(tài)保持不變是由于物體具有慣性 D．運動的物體狀態(tài)發(fā)生變化時，物體必定受到外力的作用 ACD　[牛頓第一定律又叫慣性定律，但不能說慣性定律就是慣性．慣性是指一切物體都具有保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質，它是物體的固有性質，慣性大小僅由物體的質量決定，與物體是否受力及物體的運動狀態(tài)無關．而慣性定律指物體在不受外力作用(合外力為零)的條件下所遵守的運動規(guī)律，它指出了力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而不是產生或維持物體運動的原因．總之，慣性和慣性定律是兩個不同的概念，但慣性定律揭示出物體具有慣性．故選A、C、D.] 慣性的理解

13、和應用 1.慣性的理解 (1)慣性是物體保持原來運動狀態(tài)的一種性質，是物體維持運動狀態(tài)的原因． (2)一切物體都具有慣性，慣性是物體的固有屬性． 2．慣性的表現形式 (1)物體不受力時，慣性表現為保持原來的運動狀態(tài)． (2)物體受力且合力不為零時，物體仍然具有慣性，此時慣性表現為物體運動狀態(tài)改變的難易程度，慣性越大，物體運動狀態(tài)越難改變． 3．幾個關系 (1)慣性與質量的關系：質量是物體慣性大小的唯一量度，質量越大，慣性越大． (2)慣性與力的關系：慣性不是力，而是物體本身固有的一種性質，慣性大小與物體的受力情況無關． (3)慣性與速度：一切物體都有慣性，慣性大小與物體是否

14、有速度及速度的大小無關． (4)慣性與慣性定律：慣性是物體具有的一種固有屬性，慣性定律是物體不受外力時所遵循的一條規(guī)律，屬性不同于規(guī)律．慣性定律揭示了物體的慣性． 【例3】　月球表面上的重力加速度為地球表面上的重力加速度的.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，重力不變 B．慣性和重力都減小為在地球表面時的 C．慣性不變，重力減小為在地球表面時的 D．慣性和重力都不變 C　[物體的慣性大小僅與物體的質量有關，同一物體的質量與它所在位置及運動狀態(tài)無關，所以這個飛行器從地球到月球，其慣性大小不變．這個飛行器在月球表面上的重力為G月＝mg月＝m·g地＝G地

15、，故選項C正確．] 質量是慣性大小的唯一量度.質量不隨物體所處位置的變化而變化，重力由質量和重力加速度決定. 3．在物理課上，老師在講解“慣性”概念時，做了一個小實驗：用兩根細繩分別懸掛一個乒乓球和一個同體積的實心小鐵球，用力對著乒乓球吹氣，乒乓球偏離了豎直方向；用幾乎同樣大的力對著小鐵球吹氣，小鐵球幾乎沒有動．這個實驗主要說明的物理問題是(　　) A．只有運動的物體才具有慣性 B．只有靜止的物體才具有慣性 C．物體的質量越大，其具有的慣性也越大 D．一切物體都具有慣性 C　[慣性的大小與物體的運動狀態(tài)無關，由物體質量的大小唯一確定，物體的質量越大，慣性越大，故C正確

16、，A、B均錯誤；一切物體都有慣性，但本題中的實驗并不能說明這個結論，故選項D錯誤．] 課堂小結 知識脈絡 1.力不是維持物體運動的原因，力是改變物體運動狀態(tài)的原因． 2．一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)． 3．一切物體都具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質，叫慣性． 4．質量是物體慣性大小的唯一量度. 1．(多選)如果物體運動狀態(tài)發(fā)生了變化，說明該物體(　　) A．速度方向一定發(fā)生了變化 B．速度大小一定發(fā)生了變化 C．速度一定發(fā)生了變化 D．受到的合力一定不為零 CD　[物體運動狀態(tài)發(fā)生變化一定是它的速度

17、發(fā)生了變化，可能是速度大小發(fā)生了變化，也可能是速度方向發(fā)生了變化，還可能是兩者都發(fā)生了變化．物體運動速度發(fā)生了變化，即運動狀態(tài)發(fā)生了變化，由牛頓第一定律知，物體所受合力一定不為零，故選項C、D正確．] 2．下列說法正確的是(　　) A．牛頓第一定律是科學家憑空想象出來的，沒有實驗依據 B．牛頓第一定律無法用實驗直接驗證，因此是不成立的 C．理想實驗的思維方法與質點概念的建立一樣，都是一種科學抽象的思維方法 D．由牛頓第一定律可知，靜止的物體一定不受外力作用 C　[牛頓第一定律是在理想實驗的基礎上經過合理歸納總結出來的，但無法用實驗來直接驗證，故A、B錯誤；理想實驗的思維方法與質點概

18、念的建立相同，都是突出主要因素、忽略次要因素的科學抽象的思維方法，故C正確；物體靜止時不受外力或合外力為零，故D錯誤．] 3．如圖所示，桌面上有一上表面光滑的木塊，木塊上有一小球，快速向右水平拉動木塊，小球的位置可能落在桌面上的哪點(　　) A．A點　　　　 B．B點 C．O點 D．無法確定 C　[小球在水平方向上不受摩擦力的作用，所以水平方向的運動狀態(tài)不變，在重力的作用下，小球落在O點．故選C.] 4．如圖所示，滑板運動員沿水平地面向前滑行，在橫桿前相對于滑板豎直向上起跳，人與滑板分離，分別從橫桿的上、下通過，忽略人和滑板在運動中受到的阻力，則運動員(　　) A．起跳時腳對滑板的作用力斜向后 B．在空中水平方向先加速后減速 C．越過桿后落在滑板的后方 D．越過桿后仍落在滑板上起跳的位置 D　[運動員相對于滑板豎直向上起跳，所以腳對滑板的作用力豎直向下，A錯；人在空中時，水平方向不受力的作用，水平方向速度不變，B錯；由于人和滑板的水平速度始終相同，所以人落在滑板上起跳的位置，C錯，D對．] - 8 -