高中物理必修一 4.1《牛頓第一定律》教學(xué)案
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111 學(xué)習(xí)目標(biāo): 1.了解有關(guān)運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的歷史發(fā)展，知道理想實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的重要方法。 2.理解并掌握牛頓第一定律的內(nèi)容和意義。 3.知道什么是慣性，會(huì)正確解釋有關(guān)慣性的現(xiàn)象。知道質(zhì)量是物體慣性大小的量度。 4.知道運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的意義。 5.理解運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變與物體受力的關(guān)系。理解力是使物體產(chǎn)生加速度的原因。 6.知道影響加速度大小的因素除了外力以外，還有質(zhì)量。 學(xué)習(xí)重點(diǎn): 學(xué)習(xí)難點(diǎn): 力是物體產(chǎn)生加速度的原因 。 主要內(nèi)容: 一、人類(lèi)對(duì)運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的探索歷程 研究運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，是動(dòng)力學(xué)的基本問(wèn)題。人類(lèi)正確認(rèn)識(shí)這個(gè)問(wèn)題，經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過(guò)程。 1. 十七世紀(jì)前對(duì)運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的認(rèn)識(shí)(亞里士多德的錯(cuò)誤觀(guān)點(diǎn))：力是維持問(wèn)題運(yùn)動(dòng)的原因。 ①時(shí)間：公元前。 ②基本觀(guān)點(diǎn)：必須有力作用在物體上，物體才能運(yùn)動(dòng)；沒(méi)有力的作用，物體就要 靜止下來(lái)。 ③根據(jù)：經(jīng)驗(yàn)事實(shí)一用力推車(chē)，車(chē)子才前進(jìn)；停止用力，車(chē)子就要停下來(lái)。 ④所用方法：觀(guān)察+直覺(jué)(由生活經(jīng)驗(yàn)得出直覺(jué)印象)。 ⑤錯(cuò)誤原因剖析：沒(méi)有對(duì)所觀(guān)察的物理現(xiàn)象進(jìn)行深入地分析。只看到對(duì)車(chē)子施加的推力，而未考慮車(chē)子還受到摩擦阻力作用。停止用力(即去掉了車(chē)子前進(jìn)的動(dòng)力)，車(chē)子并沒(méi)有立即停下來(lái)，還要向前發(fā)生一段位移；只是由于摩擦阻力的作用，才最后停了下來(lái)。路面越光滑，阻力就越小，車(chē)子向前發(fā)生的位移就越大，假若沒(méi)有摩擦阻力，車(chē)子將一直運(yùn)動(dòng)下去，這說(shuō)明車(chē)子的運(yùn)動(dòng)并不需要力來(lái)維持，而恰恰是(阻)力的作用，才使車(chē)子由運(yùn)動(dòng)到靜止，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變。 ⑥危害：在亞里士多德以后的兩千年內(nèi)，動(dòng)力學(xué)一直沒(méi)有多大進(jìn)展，直到十七世紀(jì)才受到伽利略的質(zhì)疑。這是為什么?原來(lái)亞里士多德的觀(guān)點(diǎn)與日常體驗(yàn)有相同之處，易于被人們接受，直接的生活經(jīng)驗(yàn)使人們總是把力和物體運(yùn)動(dòng)的速度聯(lián)系在一起，這種認(rèn)識(shí)從孩提時(shí)代就開(kāi)始了，如當(dāng)拉著玩具小車(chē)前進(jìn)的時(shí)候，給人的直接體驗(yàn)是：只有用力拉小車(chē)，小車(chē)才會(huì)前進(jìn)；停止用力了，小車(chē)就會(huì)停下來(lái)；用力大的時(shí)候，小車(chē)就運(yùn)動(dòng)得快些；用力小的時(shí)候，小車(chē)就運(yùn)動(dòng)得慢些；往哪個(gè)方向用力，玩具小車(chē)就向那個(gè)方向運(yùn)動(dòng)等等，好像沒(méi)有力的作用，物體運(yùn)動(dòng)不可能維持，力決定著物體運(yùn)動(dòng)的快慢，還決定物體運(yùn)動(dòng)的方向。人們的直觀(guān)感覺(jué)雖然是外界事物的真實(shí)反映，但它具有片面性和表面性，根據(jù)直接觀(guān)察所得出的直覺(jué)的結(jié)論不是常?？煽康模?yàn)樗鼈冇袝r(shí)會(huì)引到錯(cuò)誤的線(xiàn)索上去，然而人們不能毀滅了直覺(jué)的觀(guān)點(diǎn)還是憑直覺(jué)來(lái)看問(wèn)題，錯(cuò)誤直覺(jué)印象在人腦中有很深的潛意識(shí)，形成思維定勢(shì)．因此亞里士多德的觀(guān)點(diǎn)統(tǒng)治了人們的思維兩千多年。 2. 伽利略的理想實(shí)驗(yàn)及其推論（正確認(rèn)識(shí)）：力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，運(yùn)動(dòng)并不需要力來(lái)維持。 ①時(shí)間：十七世紀(jì)。 ②基本觀(guān)點(diǎn)：在水平面上運(yùn)動(dòng)的物體所以會(huì)停下來(lái)，是因?yàn)槭艿侥Σ磷枇Φ木壒省ＴO(shè)想沒(méi)有摩擦，一旦物體具有某一速度，物體將保持這個(gè)速度繼續(xù)運(yùn)動(dòng)下去。 ③根據(jù)：理想實(shí)驗(yàn)。 ④方法：實(shí)驗(yàn)+科學(xué)推理(把可靠事實(shí)和理論思維結(jié)合起來(lái))。 ⑤理想斜面實(shí)驗(yàn) 將兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的斜面末端平滑地對(duì)接在一起，讓小球沿一個(gè)斜面從靜止?jié)L下來(lái)，小球?qū)L上另一個(gè)斜面。伽利略認(rèn)真觀(guān)察注意到，球在第二個(gè)斜面上所達(dá)到的高度同它在第一個(gè)斜面上開(kāi)始滾下時(shí)的高度幾乎相等。他斷定高度上的這一微小差別是由于摩擦產(chǎn)生的，如能將摩擦完全消除的話(huà)，則高度將恰好相等。于是他推論說(shuō)在完全沒(méi)有摩擦的情況下。若使第二個(gè)斜面的傾角越來(lái)越小，則不管第二個(gè)斜面傾角多么小，球在第二個(gè)斜面上總要達(dá)到相同的高度，只是小球要通過(guò)更長(zhǎng)的路徑。最后，如果第二個(gè)斜面的傾斜度完全消除了(成為水平面)，那么球從第一個(gè)斜面上滾下來(lái)之后，為達(dá)到原有高度將以恒定的速度在無(wú)限長(zhǎng)的水平面上永遠(yuǎn)不停地運(yùn)動(dòng)下去。這就是有名的伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)。 這個(gè)實(shí)驗(yàn)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)橛肋h(yuǎn)也無(wú)法將摩擦完全消除掉，所以叫理想實(shí)驗(yàn)。又叫假想實(shí)驗(yàn)，思想上的實(shí)驗(yàn)；是每抽象思維中設(shè)想出來(lái)而實(shí)際上無(wú)法做到的實(shí)驗(yàn)。伽利略從可靠的實(shí)驗(yàn)出發(fā)，設(shè)想出這個(gè)實(shí)際上不可能進(jìn)行的但又符合嚴(yán)格科學(xué)推理的理想化的實(shí)驗(yàn)，論證了物體在不受外力(理想實(shí)驗(yàn)中小球水平方向不受外力作用)作用時(shí)將永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去的推測(cè)是正確的，說(shuō)明維持物體的運(yùn)動(dòng)不需要外力的作用。 伽利略的理想實(shí)驗(yàn)是在可靠事實(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行抽象思維的一種科學(xué)推理，科學(xué)研究中的一種重要方法，在自然科學(xué)的研究中有著重要的作用，它可以深刻揭示自然規(guī)律，被愛(ài)因斯坦譽(yù)為“是人類(lèi)思想史上最偉大的成就之一”，伽利略也之無(wú)愧地成為動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人，實(shí)驗(yàn)科學(xué)的奠基人。 3.笛卡爾對(duì)伽利略看法的補(bǔ)充和完善： 二、牛頓第一定律 1.內(nèi)容：一切物體總保持勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。 2.理解： ①物體不受力時(shí)將處于______________狀態(tài)或_________狀態(tài)。即物體的運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)不改變。力不是維持物體速度的原因，物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持。 ②外力的作用是迫使物體改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即外力是改變______________的原因，力還 是產(chǎn)生加速度的原因，而不是維持__________的原因。 ③一切物體都有保持______________________的性質(zhì)，這種性質(zhì)叫___________。因此，牛頓第一定律也叫慣性定律。這種性質(zhì)是物體的固有屬性。不論物體處于何種狀態(tài)，即與物體運(yùn)動(dòng)情況和受力情況無(wú)關(guān)，任何物體在任何狀態(tài)下均有慣性。質(zhì)量是慣性大小的唯一量度。 ④牛頓第一定律是物體不受外力作用時(shí)的運(yùn)動(dòng)定律，所描述的物體不受外力的狀態(tài)是一種理想化的狀態(tài)，因?yàn)椴皇芡饬ψ饔玫奈矬w是不存在的，所以牛頓第一定律不能用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，其正確性可通過(guò)由它推導(dǎo)出的結(jié)論與實(shí)驗(yàn)事實(shí)完全一致而得到證明。定律的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合是物體所受合外力為零，物體在某方向上不受外力或在某方向上受平衡力作用時(shí)，該方向上保持靜止或勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的情況是普遍存在的。 三、慣性：物體具有的保持原來(lái)的勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)。 ①慣性是物體的固有屬性，慣性不是一種力。 ②任何物體在任何情況下（不管是否受力不管是否運(yùn)動(dòng)和怎樣運(yùn)動(dòng)）都具有慣性，切莫將慣性誤解為“物體只有保持原來(lái)的勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)”才有慣性，在受力作用時(shí)，慣性依然存在，體現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度上。 ③慣性的大小只由物體本身的特征決定，與外界因素?zé)o關(guān)，切莫認(rèn)為物體的速度越大，慣性越大。 ④慣性是不能被克服的，但可以利用慣性做事或防止慣性的不良影響。 ⑤不要把慣性概念與慣性定律相混淆。慣性是萬(wàn)物皆有的保持原運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一種屬性，慣性定律則是物體不受外力作用時(shí)的運(yùn)動(dòng)定律，當(dāng)有力作用時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)必定改變。 【例一】火車(chē)在長(zhǎng)直水平軌道上勻速行駛，門(mén)窗緊閉的車(chē)廂內(nèi)有一人向上跳起，發(fā) 現(xiàn)仍落回到車(chē)上原處，這是因?yàn)? ) A.人跳起后，車(chē)廂內(nèi)空氣給他以向前的力，帶著他隨同火車(chē)一起向前運(yùn)動(dòng)。 B.人跳起的瞬間，車(chē)廂的地板給他一個(gè)向前的力，推動(dòng)他隨同火車(chē)一起向前運(yùn)動(dòng)。 C.人跳起后，車(chē)在繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，所以人落下后必是偏后一些，只是由于時(shí)間很短，偏后距離太小，不明顯而已。 D.人跳起后直到落地，在水平方向上人和車(chē)始終有相同的速度。 【例二】有人設(shè)想，乘坐氣球飄在高空，由于地球的自轉(zhuǎn)，一晝夜就能周游世界， 請(qǐng)你評(píng)價(jià)一下，這個(gè)設(shè)想可行嗎? 四、物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變 1．運(yùn)動(dòng)狀態(tài)指的是物體的速度 速度是是矢量，速度不變則運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，速度改變(大小改變、方向改變或大 小方向同時(shí)改變)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也就改變了，所以運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不斷改變的物體總有加速度。 2．力是使物體產(chǎn)生加速度的原因 3．質(zhì)量是物體慣性大小的量度 質(zhì)量越大的物體_________越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變就越______________。 【例三】月球表面上的重力加速度地球表面上的1／6，同一個(gè)飛行器在月球表面上 時(shí)與在地球表面上時(shí)相比較 ( ) A.慣性減小為1／6，重力不變。 B.慣性和重力都減小為1／6。 C.慣性不變，重力減小為l／6。 D.慣性和重力都不變。 【例四】在車(chē)箱的頂板上用細(xì)線(xiàn)掛著一個(gè)小球，在下列情況下可對(duì)車(chē)廂的運(yùn)動(dòng)情況得出怎樣的判斷： (1)細(xì)線(xiàn)豎直懸掛:____________________。 (2)細(xì)線(xiàn)向圖中左方偏斜:_______________。 (3)細(xì)線(xiàn)向圖中右方偏斜:________________。 課堂訓(xùn)練: 1.以下各說(shuō)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(shí)物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 B.不受外力作用時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)保持不變是由于物體具有慣性。 C.在水平地面上滑動(dòng)的木塊最終停下來(lái)是由于沒(méi)有外力維持木塊運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。 D.物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，物體必定受到外力的作用。 2.下列說(shuō)法正確的是：( ) A.力是使物體慣性改變的原因。 B.靜止的火車(chē)啟動(dòng)時(shí)速度變化緩慢，是因?yàn)槲矬w靜止時(shí)慣性大。 C.乒乓球可快速被抽殺，是因?yàn)槠古仪虻膽T性小。 D.為了防止機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)，采用地腳螺釘固定在地球上，是為了增大機(jī)器的慣性。 3.某人推小車(chē)前進(jìn)，不用力，小車(chē)就停下來(lái)，說(shuō)明：( ) A. 力是維持小車(chē)運(yùn)動(dòng)的原因。 B.小車(chē)停下來(lái)是因?yàn)槭芰Φ淖饔玫慕Y(jié)果。 C.小車(chē)前進(jìn)時(shí)共受四個(gè)力。 D.不用力時(shí)，小車(chē)受到的合外力方向與小車(chē)的運(yùn)動(dòng)方向相反。 4．物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與受力情況的關(guān)系是( ) A.物體受力不變時(shí)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也不變。 B.物體受力變化時(shí)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)才會(huì)改變。 C.物體不受力時(shí)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就不會(huì)改變。D.物體不受力時(shí)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也可能改變。 5.火車(chē)在長(zhǎng)直水平軌道上勻速行駛，門(mén)窗緊閉的車(chē)廂內(nèi)有。人向上跳起，發(fā)現(xiàn)仍落回到車(chē)上原處，這是因?yàn)? ) A.人跳起后直至落地，在水平方向上人和車(chē)始終具有相同的速度。 B.人跳起后，車(chē)廂內(nèi)的空氣給他以向前的力，帶著他隨同火車(chē)一起向前運(yùn)動(dòng)。 C.人跳起的瞬間，車(chē)廂地板給他一個(gè)向前的力，推動(dòng)他隨同火車(chē)一起向前運(yùn)動(dòng)。 D.人跳起后，車(chē)?yán)^續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，人落下后必定偏后一一些，只是由于時(shí)間很短，偏后距離太小，不明顯而已。 課后作業(yè)： 1． 一個(gè)以速度v運(yùn)動(dòng)著的小球，如果沒(méi)有受到任何力的作用，經(jīng)時(shí)間t后的速度是 _______，經(jīng)時(shí)間nt后的速度是________。 2.用繩子拉著小車(chē)沿光滑水平面運(yùn)動(dòng)，繩子突然斷裂后，小車(chē)將作_______，這時(shí)小車(chē)在水平方向受到力的大小是___________。 3．殲擊機(jī)在戰(zhàn)斗前為了提高靈活性，常拋掉副油箱，因?yàn)闇p少質(zhì)量后___________。 4．月球表面上的重力加速度g=1．63m/s2，地球上一個(gè)質(zhì)量為500kg的飛行器在月球表面時(shí)的質(zhì)量為_(kāi)________，重力為_(kāi)________。 5．下面幾個(gè)說(shuō)法中正確的是( ) A.靜止或作勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的物體，一定不受外力的作用。 B.當(dāng)物體的速度等于零時(shí)，物體一定處于平衡狀態(tài)。 C.當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，物體一定受到外力作用。 D.物體的運(yùn)動(dòng)方向一定是物體所受合外力的方向。 6．關(guān)于慣性的下列說(shuō)法中正確的是( ) A. 物體能夠保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)叫慣性。 B．物體不受外力作用時(shí)才有慣性。 C．物體靜止時(shí)有慣性，一開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，不再保持原有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，也就失去了慣性。 D．物體靜止時(shí)沒(méi)有慣性，只有始終保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)才有慣性。 7．人從行駛的汽車(chē)上跳下來(lái)后容易( ) A.向汽車(chē)行駛的方向跌倒。 B．向汽車(chē)行駛的反方向跌倒。 C．向車(chē)右側(cè)方向跌倒。 D．向車(chē)左側(cè)方向跌倒。 8．一人在車(chē)廂中把物體拋出，下列哪種情況，乘客在運(yùn)動(dòng)車(chē)廂里觀(guān)察到的現(xiàn)象和在靜止車(chē)廂里觀(guān)察到的現(xiàn)象一樣( ) A.車(chē)廂加速行駛時(shí) B．車(chē)廂減速行駛時(shí) C．車(chē)廂轉(zhuǎn)彎時(shí)D．車(chē)廂勻速直線(xiàn)行駛時(shí) 9．關(guān)于力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，下列說(shuō)法中正確的是( ) A.力是物體運(yùn)動(dòng)的原因 。 B.力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。 C．力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。 D．力是物體獲得速度的原因。 10．下列說(shuō)法中正確的是( ) A. 物體不受力時(shí)，一定處于靜止?fàn)顟B(tài)。 B.物體的速度等于零時(shí)，一定處于力平衡狀態(tài)。 C．物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，一定受到外力作用。 D．物體的運(yùn)動(dòng)方向，一定是物體所受外力合力的方向． 11．先后在北京和廣州稱(chēng)量同一個(gè)物體，下列判斷正確的是( ) ． A．用天平稱(chēng)量時(shí)兩地結(jié)果相同。 B.用桿秤(或不等臂天平)稱(chēng)量時(shí)兩地結(jié)果不同。 C．用彈簧秤稱(chēng)量時(shí)北京的示數(shù)大些。D．用彈簧秤稱(chēng)量時(shí)廣州的示數(shù)大些。 12．從離開(kāi)地球表面和月球表面同樣高度處做自由落體實(shí)驗(yàn)，落地的時(shí)間分別為t地與t月，落地的速度分別為v地與v月，則( ) A. t地>t月 ，v地>v月 B．t地>t月 ，v地下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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