2012高一物理 4.1《伽利略的理想實驗與牛頓第一定律》學案 粵教版必修1

1、4.1 伽利略的理想實驗與牛頓第一定律牛頓第一定律學習目標: 1.了解有關(guān)運動和力的關(guān)系的歷史發(fā)展，知道理想實驗是科學研究的重要方法。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.知道運動狀態(tài)和運動狀態(tài)改變的意義。5.理解運動狀態(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。學習重點: 1. 牛頓第一定律。2. 力是物體運動狀態(tài)改變的原因，是物體產(chǎn)生加速度的原因。學習難點: 力是物體產(chǎn)生加速度的原因 。 主要內(nèi)容:一、人類對運動和力的關(guān)系的探索歷程 研究運動和力

2、的關(guān)系，是動力學的基本問題。人類正確認識這個問題，經(jīng)歷了漫長的過程。1. 十七世紀前對運動和力的關(guān)系的認識(亞里士多德的錯誤觀點)：力是維持問題運動的原因。時間：公元前?；居^點：必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體就要靜止下來。根據(jù)：經(jīng)驗事實一用力推車，車子才前進；停止用力，車子就要停下來。所用方法：觀察+直覺(由生活經(jīng)驗得出直覺印象)。錯誤原因剖析：沒有對所觀察的物理現(xiàn)象進行深入地分析。只看到對車子施加的推力，而未考慮車子還受到摩擦阻力作用。停止用力(即去掉了車子前進的動力)，車子并沒有立即停下來，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。路面越光滑，

3、阻力就越小，車子向前發(fā)生的位移就越大，假若沒有摩擦阻力，車子將一直運動下去，這說明車子的運動并不需要力來維持，而恰恰是(阻)力的作用，才使車子由運動到靜止，運動狀態(tài)發(fā)生了改變。危害：在亞里士多德以后的兩千年內(nèi)，動力學一直沒有多大進展，直到十七世紀才受到伽利略的質(zhì)疑。這是為什么?原來亞里士多德的觀點與日常體驗有相同之處，易于被人們接受，直接的生活經(jīng)驗使人們總是把力和物體運動的速度聯(lián)系在一起，這種認識從孩提時代就開始了，如當拉著玩具小車前進的時候，給人的直接體驗是：只有用力拉小車，小車才會前進；停止用力了，小車就會停下來；用力大的時候，小車就運動得快些；用力小的時候，小車就運動得慢些；往哪個方向用

4、力，玩具小車就向那個方向運動等等，好像沒有力的作用，物體運動不可能維持，力決定著物體運動的快慢，還決定物體運動的方向。人們的直觀感覺雖然是外界事物的真實反映，但它具有片面性和表面性，根據(jù)直接觀察所得出的直覺的結(jié)論不是常?？煽康?，因為它們有時會引到錯誤的線索上去，然而人們不能毀滅了直覺的觀點還是憑直覺來看問題，錯誤直覺印象在人腦中有很深的潛意識，形成思維定勢因此亞里士多德的觀點統(tǒng)治了人們的思維兩千多年。2. 伽利略的理想實驗及其推論（正確認識）：力是改變物體運動狀態(tài)的原因，運動并不需要力來維持。 時間：十七世紀。 基本觀點：在水平面上運動的物體所以會停下來，是因為受到摩擦阻力的緣故。設想沒有摩擦

5、，一旦物體具有某一速度，物體將保持這個速度繼續(xù)運動下去。 根據(jù)：理想實驗。方法：實驗+科學推理(把可靠事實和理論思維結(jié)合起來)。理想斜面實驗 將兩個對稱的斜面末端平滑地對接在一起，讓小球沿一個斜面從靜止?jié)L下來，小球?qū)L上另一個斜面。伽利略認真觀察注意到，球在第二個斜面上所達到的高度同它在第一個斜面上開始滾下時的高度幾乎相等。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，則高度將恰好相等。于是他推論說在完全沒有摩擦的情況下。若使第二個斜面的傾角越來越小，則不管第二個斜面傾角多么小，球在第二個斜面上總要達到相同的高度，只是小球要通過更長的路徑。最后，如果第二個斜面的傾斜度完全

6、消除了(成為水平面)，那么球從第一個斜面上滾下來之后，為達到原有高度將以恒定的速度在無限長的水平面上永遠不停地運動下去。這就是有名的伽利略理想斜面實驗。 這個實驗是無法實現(xiàn)的，因為永遠也無法將摩擦完全消除掉，所以叫理想實驗。又叫假想實驗，思想上的實驗；是每抽象思維中設想出來而實際上無法做到的實驗。伽利略從可靠的實驗出發(fā)，設想出這個實際上不可能進行的但又符合嚴格科學推理的理想化的實驗，論證了物體在不受外力(理想實驗中小球水平方向不受外力作用)作用時將永遠運動下去的推測是正確的，說明維持物體的運動不需要外力的作用。 伽利略的理想實驗是在可靠事實的基礎上進行抽象思維的一種科學推理，科學研究中的一種重

7、要方法，在自然科學的研究中有著重要的作用，它可以深刻揭示自然規(guī)律，被愛因斯坦譽為“是人類思想史上最偉大的成就之一”，伽利略也之無愧地成為動力學的創(chuàng)始人，實驗科學的奠基人。3.笛卡爾對伽利略看法的補充和完善：二、牛頓第一定律1.內(nèi)容：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。2.理解： 物體不受力時將處于_狀態(tài)或_狀態(tài)。即物體的運動狀態(tài)不改變。力不是維持物體速度的原因，物體的運動不需要力來維持。外力的作用是迫使物體改變運動狀態(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。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

8、。這種性質(zhì)是物體的固有屬性。不論物體處于何種狀態(tài)，即與物體運動情況和受力情況無關(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。牛頓第一定律是物體不受外力作用時的運動定律，所描述的物體不受外力的狀態(tài)是一種理想化的狀態(tài)，因為不受外力作用的物體是不存在的，所以牛頓第一定律不能用實驗驗證，其正確性可通過由它推導出的結(jié)論與實驗事實完全一致而得到證明。定律的實際應用場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，該方向上保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)的情況是普遍存在的。三、慣性：物體具有的保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)。慣性是物體的固有屬性，慣性不是一種力。

9、任何物體在任何情況下（不管是否受力不管是否運動和怎樣運動）都具有慣性，切莫將慣性誤解為“物體只有保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)時”才有慣性，在受力作用時，慣性依然存在，體現(xiàn)在運動狀態(tài)改變的難易程度上。慣性的大小只由物體本身的特征決定，與外界因素無關(guān)，切莫認為物體的速度越大，慣性越大。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。不要把慣性概念與慣性定律相混淆。慣性是萬物皆有的保持原運動狀態(tài)的一種屬性，慣性定律則是物體不受外力作用時的運動定律，當有力作用時，物體運動狀態(tài)必定改變?！纠弧炕疖囋陂L直水平軌道上勻速行駛，門窗緊閉的車廂內(nèi)有一人向上跳起，發(fā)現(xiàn)仍落回到車上原處，這是因

10、為( )A.人跳起后，車廂內(nèi)空氣給他以向前的力，帶著他隨同火車一起向前運動。B.人跳起的瞬間，車廂的地板給他一個向前的力，推動他隨同火車一起向前運動。C.人跳起后，車在繼續(xù)向前運動，所以人落下后必是偏后一些，只是由于時間很短，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始終有相同的速度。 D【例二】有人設想，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，請你評價一下，這個設想可行嗎? 不可行,由于慣性氣球與地球有共同的速度. 四、物體運動狀態(tài)的改變1運動狀態(tài)指的是物體的速度 速度是是矢量，速度不變則運動狀態(tài)不變，速度改變(大小改變、方向改變或大 小方向同時改變)運

11、動狀態(tài)也就改變了，所以運動狀態(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，運動狀態(tài)改變就越_?！纠吭虑虮砻嫔系闹亓铀俣鹊厍虮砻嫔系?6，同一個飛行器在月球表面上時與在地球表面上時相比較 ( ) A.慣性減小為16，重力不變。 B.慣性和重力都減小為16。 C.慣性不變，重力減小為l6。 D.慣性和重力都不變。 C課堂訓練:1.以下各說法中正確的是( )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)律。B.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。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

12、動的結(jié)果。D.物體運動狀態(tài)發(fā)生變化時，物體必定受到外力的作用。2.下列說法正確的是：( )A.力是使物體慣性改變的原因。B.靜止的火車啟動時速度變化緩慢，是因為物體靜止時慣性大。C.乒乓球可快速被抽殺，是因為乒乓球的慣性小。D.為了防止機器運轉(zhuǎn)時振動，采用地腳螺釘固定在地球上，是為了增大機器的慣性。3.某人推小車前進，不用力，小車就停下來，說明：( )A. 力是維持小車運動的原因。 B.小車停下來是因為受力的作用的結(jié)果。C.小車前進時共受四個力。D.不用力時，小車受到的合外力方向與小車的運動方向相反。 4物體的運動狀態(tài)與受力情況的關(guān)系是( ) A.物體受力不變時，運動狀態(tài)也不變。 B.物體受力

13、變化時，運動狀態(tài)才會改變。 C.物體不受力時，運動狀態(tài)就不會改變。D.物體不受力時，運動狀態(tài)也可能改變。 5.火車在長直水平軌道上勻速行駛，門窗緊閉的車廂內(nèi)有。人向上跳起，發(fā)現(xiàn)仍落回到車上原處，這是因為( ) A.人跳起后直至落地，在水平方向上人和車始終具有相同的速度。 B.人跳起后，車廂內(nèi)的空氣給他以向前的力，帶著他隨同火車一起向前運動。 C.人跳起的瞬間，車廂地板給他一個向前的力，推動他隨同火車一起向前運動。 D.人跳起后，車繼續(xù)向前運動，人落下后必定偏后一一些，只是由于時間很短，偏后距離太小，不明顯而已。 答案:1.ABD 2.CD 3.BCD 4.C 5.A 閱讀材料：牛頓生平 牛頓是

14、17世紀最偉大的科學巨匠。他的成就遍及物理學、數(shù)學、天體力學的各個領(lǐng)域。 牛頓12歲進金格斯中學上學。那時他喜歡自己設計風箏、風車、日規(guī)等玩意。他制作的一架精巧的風車，別出心裁，內(nèi)放老鼠一只，名日“老鼠開磨坊”，連大人看了都贊不絕口。 牛頓在物理學上最主要的成就是發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，綜合并表述了經(jīng)典力學的3個基本定律一慣性定律、力與加速度成正比的定律、作用力和反作用力定律；引入了質(zhì)量、動量、力、加速度、向心力等基本概念，從而建立了經(jīng)典力學的公理體系，完成了物理學發(fā)展史上的第一次大綜合，建立了自然科學發(fā)展史上的里程碑。其重要標志是他于1687年所發(fā)表的自然哲學的數(shù)學原理這一巨著。 在光學上，他做了用棱鏡把白光分解為七色光(色散)的實驗研究；發(fā)現(xiàn)了色差；研究了光的干涉和衍射現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)了牛頓環(huán)；制造了以凹面反射鏡替代透鏡的“牛頓望遠鏡”。1704年出版了他的(光學專著，闡述了自己的光學研究的成果。 在數(shù)學上，牛頓與德國萊布尼茲各自獨立創(chuàng)建了“微積分學”；他還建立了牛頓二項式定理。牛頓