2012高中物理 4.1 伽利略的理想實驗與牛頓第一定律 9課件 粵教版必修1

1、學案學案1 伽利略的理想實驗與伽利略的理想實驗與牛頓第一定律牛頓第一定律第四章第四章 力與運動力與運動 如同如同“重的物體比輕的物體下落的快重的物體比輕的物體下落的快”這這個觀點一，個觀點一，“力是維持物體運動的原因力是維持物體運動的原因”這個這個觀點在物理學發(fā)展史上存在了很多年，主要觀點在物理學發(fā)展史上存在了很多年，主要原因是這兩個問題與實際生活聯(lián)系很密切，原因是這兩個問題與實際生活聯(lián)系很密切，而生活中在證明這兩個問題時阻力往往無法而生活中在證明這兩個問題時阻力往往無法忽略，所以造成了研究的困難，我們學習了忽略，所以造成了研究的困難，我們學習了這一節(jié)課以及前面對自由落體問題的研究方這一節(jié)課以

2、及前面對自由落體問題的研究方法，沿著大師們的足跡，尋找一條研究這一法，沿著大師們的足跡，尋找一條研究這一類問題的正確方法，自己學完之后總結(jié)一下，類問題的正確方法，自己學完之后總結(jié)一下，看自己在學習過程中學到了什么樣的知識，看自己在學習過程中學到了什么樣的知識，更重要的是學習到了什么樣的研究問題的方更重要的是學習到了什么樣的研究問題的方法，自己對研究這一類問題有沒有獨到的見解。法，自己對研究這一類問題有沒有獨到的見解。 動力學的奠基者是英國科學家牛頓動力學的奠基者是英國科學家牛頓(Isaac Newton,16431727)。他在。他在1687年出版的年出版的自然哲學的數(shù)學原理自然哲學的數(shù)學原理

3、中提出了三條運動定律中提出了三條運動定律,后人把它們總后人把它們總稱為牛頓運動定律稱為牛頓運動定律(Newton laws of motion),它們是整個動力學的基礎。它們是整個動力學的基礎。學點學點1 伽利略的理想實驗伽利略的理想實驗 如圖所示，當軌道彎成曲線如圖所示，當軌道彎成曲線的形狀時，將鋼珠從一邊無初速地的形狀時，將鋼珠從一邊無初速地釋放，無摩擦時，鋼珠將在釋放，無摩擦時，鋼珠將在上上升到原來的高度上上升到原來的高度.當軌道分別彎成當軌道分別彎成、時，鋼珠仍將上升到原來的高度時，鋼珠仍將上升到原來的高度.但軌道傾角越小，通過的路程將越大但軌道傾角越小，通過的路程將越大.若軌道水平，

4、則鋼珠將達不到原來的高度，永遠運動下去若軌道水平，則鋼珠將達不到原來的高度，永遠運動下去.伽利略的理想實伽利略的理想實驗雖然是想象中的實驗，但它是建立在可靠的事實基礎之上的驗雖然是想象中的實驗，但它是建立在可靠的事實基礎之上的.這類理想實這類理想實驗以可靠的事實為基礎，經(jīng)過抽象思維，抓住主要因素，忽略次要因素，從驗以可靠的事實為基礎，經(jīng)過抽象思維，抓住主要因素，忽略次要因素，從而更深刻地揭示了自然規(guī)律而更深刻地揭示了自然規(guī)律.這種把可靠的事實和理論思維結(jié)合起來的科學這種把可靠的事實和理論思維結(jié)合起來的科學方法，值得很好的領會和學習方法，值得很好的領會和學習.愛因斯坦評價伽利略的貢獻時說：伽利略

5、的愛因斯坦評價伽利略的貢獻時說：伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應用的科學推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一發(fā)現(xiàn)以及他所應用的科學推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一.伽利伽利略對科學的貢獻就在于毀滅直覺的觀點而用新的觀點來代替它，這就是伽利略對科學的貢獻就在于毀滅直覺的觀點而用新的觀點來代替它，這就是伽利略的發(fā)現(xiàn)的重大意義略的發(fā)現(xiàn)的重大意義.【例【例1】伽利略的斜面實驗證明了】伽利略的斜面實驗證明了( ) A.要物體運動必須有力的作用，沒有力的作用物體將處于靜止狀態(tài)要物體運動必須有力的作用，沒有力的作用物體將處于靜止狀態(tài) B.要物體靜止必須有力的作用，沒有力的作用物體就運動要物體靜止必須有力的作用

6、，沒有力的作用物體就運動 C.物體不受外力作用時，一定處于靜止狀態(tài)物體不受外力作用時，一定處于靜止狀態(tài) D.物體不受外力作用時，總保持原來的勻速直線運動狀態(tài)物體不受外力作用時，總保持原來的勻速直線運動狀態(tài) 【解析【解析】伽利略的斜面實驗雖然是假想的實驗，但它是伽利略通過可靠的事實伽利略的斜面實驗雖然是假想的實驗，但它是伽利略通過可靠的事實構(gòu)思出的構(gòu)思出的“理想實驗理想實驗”，由于鋼珠在斜面上下滑后，在無摩擦的情況下應上升到與，由于鋼珠在斜面上下滑后，在無摩擦的情況下應上升到與原來相同的高度原來相同的高度. .若水平則會永遠運動下去，即若物體不受外力時，則保持靜止或勻若水平則會永遠運動下去，即若

7、物體不受外力時，則保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)速直線運動狀態(tài). .伽利略理想實驗將可靠的事實和理論思維結(jié)合起來，更能深刻地反映自然規(guī)律，伽利伽利略理想實驗將可靠的事實和理論思維結(jié)合起來，更能深刻地反映自然規(guī)律，伽利略的理想斜面實驗程序如下：略的理想斜面實驗程序如下：減小第二個斜面傾角，小球在這個斜面上仍要達到原來的高度減小第二個斜面傾角，小球在這個斜面上仍要達到原來的高度.兩個對接的斜面，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球?qū)L上另一斜面兩個對接的斜面，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球?qū)L上另一斜面.如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙结尫艜r的高度如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙结尫艜r的高度.繼續(xù)減小第二個斜面的傾

8、角，最后使它成為水平面，小球沿水平面持續(xù)勻速運動繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，最后使它成為水平面，小球沿水平面持續(xù)勻速運動.請按程序先后次序排列，并指出它究竟屬于可靠的事實，還是屬于思維過程的推論，請按程序先后次序排列，并指出它究竟屬于可靠的事實，還是屬于思維過程的推論，下列選項正確的是（下列選項正確的是（ ）A.事實事實推論推論事實事實推論推論B.事實事實推論推論推論推論推論推論C.事實事實推論推論推論推論推論推論D.事實事實推論推論事實事實推論推論 1B學點學點2 牛頓第一定律牛頓第一定律 （1）牛頓第一定律：）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)，直到有外一切物體總保持勻速

9、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)為止力迫使它改變這種狀態(tài)為止. （2 2）這個定律指出了物體不受外力作用時的理想化的自然狀態(tài)即勻速直線運動）這個定律指出了物體不受外力作用時的理想化的自然狀態(tài)即勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)狀態(tài)或靜止狀態(tài). .使我們認識到力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動的使我們認識到力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動的原因原因. .牛頓第一定律使人們對力和運動的關系獲得了正確的認識牛頓第一定律使人們對力和運動的關系獲得了正確的認識. . （3）物體保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)，叫做物體保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)，叫

10、做慣性，慣性，質(zhì)量是質(zhì)量是慣性大小的量度慣性大小的量度. . 慣性是物體的固有屬性：慣性是物體的固有屬性：一切物體都具有慣性一切物體都具有慣性.世界是由物質(zhì)組成的，而任何物世界是由物質(zhì)組成的，而任何物質(zhì)都有慣性，因為物質(zhì)無處不在，所以慣性也無處不在，我們的世界是一個慣性的世質(zhì)都有慣性，因為物質(zhì)無處不在，所以慣性也無處不在，我們的世界是一個慣性的世界界. 慣性與物體的受力及運動狀態(tài)無關慣性與物體的受力及運動狀態(tài)無關：慣性是物體性質(zhì)的一種，物體還有其他性慣性是物體性質(zhì)的一種，物體還有其他性質(zhì)，如導電性、導光性、導熱性等等，這些性質(zhì)并非所有的物質(zhì)都有，但慣性是任何質(zhì)，如導電性、導光性、導熱性等等，這

11、些性質(zhì)并非所有的物質(zhì)都有，但慣性是任何物體都固有的一種性質(zhì)物體都固有的一種性質(zhì).因而，物體的慣性與其外界因素無關，只與物體本身有關因而，物體的慣性與其外界因素無關，只與物體本身有關. 慣性不是力：慣性不是力：慣性是物體具有的保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)的性質(zhì)，而力是慣性是物體具有的保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)的性質(zhì)，而力是物體對物體的作用，是改變物體運動狀態(tài)的原因，二者在概念上有本質(zhì)的區(qū)別物體對物體的作用，是改變物體運動狀態(tài)的原因，二者在概念上有本質(zhì)的區(qū)別. 質(zhì)量是慣性大小的唯一量度：質(zhì)量是慣性大小的唯一量度：質(zhì)量大、慣性大，慣性的大小與物體所處的物理質(zhì)量大、慣性大，慣性的大小與物體所處的物理環(huán)境

12、、地理位置及物體本身的運動狀態(tài)無關環(huán)境、地理位置及物體本身的運動狀態(tài)無關.生活中認為物體速度大則慣性大是一種錯生活中認為物體速度大則慣性大是一種錯誤的觀點誤的觀點.【例【例2】一天】一天,下著傾盆大雨下著傾盆大雨.某人乘坐列車時發(fā)某人乘坐列車時發(fā) 現(xiàn)現(xiàn),車廂的雙層玻璃窗內(nèi)積水車廂的雙層玻璃窗內(nèi)積水 了了,列車進站列車進站 過程中過程中,他發(fā)現(xiàn)水面的形狀如圖中的（他發(fā)現(xiàn)水面的形狀如圖中的（ ） 【解析【解析】列車進站時剎車列車進站時剎車, ,速度減小速度減小, ,而水由于慣性仍要保持原來較大的速度而水由于慣性仍要保持原來較大的速度, ,所以水向前涌所以水向前涌, ,液面形狀和選項液面形狀和選項C

13、 C一致一致. . 慣性是物體的固有屬性慣性是物體的固有屬性,有利有弊有利有弊,請你舉例說明慣性的利與弊請你舉例說明慣性的利與弊. 1利用慣性的例子：向空中拋出物體，物體由于慣性繼續(xù)前進一段；利用慣性的例子：向空中拋出物體，物體由于慣性繼續(xù)前進一段；自行車停止用力蹬車時，由于慣性會繼續(xù)前進；飛機在投彈時提前投自行車停止用力蹬車時，由于慣性會繼續(xù)前進；飛機在投彈時提前投彈等等彈等等.防止慣性帶來危害的例子：各種小型車輛前排乘坐的人必須系防止慣性帶來危害的例子：各種小型車輛前排乘坐的人必須系好安全帶；乘坐公交車時，公交車突然停止時，必須抓住扶手；從行好安全帶；乘坐公交車時，公交車突然停止時，必須抓

14、住扶手；從行駛的車輛上跳下來容易摔倒；汽車轉(zhuǎn)彎時，乘客容易和車廂相撞，汽駛的車輛上跳下來容易摔倒；汽車轉(zhuǎn)彎時，乘客容易和車廂相撞，汽車要減速行駛等等。車要減速行駛等等?！纠纠?】下列關于牛頓第一定律的說法中】下列關于牛頓第一定律的說法中,正確的是（正確的是（ ） A.牛頓第一定律是實驗定律牛頓第一定律是實驗定律 B.牛頓第一定律說明力是改變物體運動狀態(tài)的原因牛頓第一定律說明力是改變物體運動狀態(tài)的原因 C.慣性定律與慣性的實質(zhì)是相同的慣性定律與慣性的實質(zhì)是相同的 D.物體的運動不需要力來維持物體的運動不需要力來維持 【解析【解析】牛頓第一定律反映的是物體在不受力的情況下所遵循的規(guī)律牛頓第一定律

15、反映的是物體在不受力的情況下所遵循的規(guī)律, ,而不受力的物體是不存在的而不受力的物體是不存在的, ,故故A A項錯誤項錯誤; ;慣性是物體的一種屬性慣性是物體的一種屬性, ,而慣性定而慣性定律是反映物體的受力和運動狀態(tài)改變的關系的規(guī)律律是反映物體的受力和運動狀態(tài)改變的關系的規(guī)律, ,二者實質(zhì)不同二者實質(zhì)不同, ,故故C C項項錯錯; ;由定律知由定律知, ,物體的運動不需要力來維持物體的運動不需要力來維持, ,力是改變物體運動狀態(tài)的原力是改變物體運動狀態(tài)的原因因,B,B、D D項正確項正確.關于力和運動的關系，下列說法中正確的是關于力和運動的關系，下列說法中正確的是( )A.力是維持物體運動的

16、條件，同一物體所受到的力越大，它的速度越大力是維持物體運動的條件，同一物體所受到的力越大，它的速度越大B.作用在運動物體上的力消失后，物體運動的速度將不斷減小作用在運動物體上的力消失后，物體運動的速度將不斷減小C.放在水平桌面上的物體保持靜止，是由于物體所受二力平衡放在水平桌面上的物體保持靜止，是由于物體所受二力平衡D.物體運動狀態(tài)發(fā)生變化是與作用在物體上的外力分不開的物體運動狀態(tài)發(fā)生變化是與作用在物體上的外力分不開的 3B、C、D 【點撥【點撥】上述觀點缺乏對實驗思想的理解，沒有透過現(xiàn)象看到問題的本質(zhì)，對物理上述觀點缺乏對實驗思想的理解，沒有透過現(xiàn)象看到問題的本質(zhì)，對物理研究問題的方法缺乏認

17、識研究問題的方法缺乏認識. .伽利略的理想斜面實驗是將可靠的事實和理論思維結(jié)合起來，伽利略的理想斜面實驗是將可靠的事實和理論思維結(jié)合起來，透過事物的表面現(xiàn)象看其本質(zhì)，它深刻地反映了自然規(guī)律透過事物的表面現(xiàn)象看其本質(zhì)，它深刻地反映了自然規(guī)律. .事實上我們周圍的物體，都要事實上我們周圍的物體，都要受到這個力或那個力的作用，因此不可能完全用實驗來直接證明得到結(jié)論受到這個力或那個力的作用，因此不可能完全用實驗來直接證明得到結(jié)論. .但是，從理想但是，從理想實驗得出的一切推論，都經(jīng)受住了實踐的檢驗，實質(zhì)上這是一種間接證明的方法實驗得出的一切推論，都經(jīng)受住了實踐的檢驗，實質(zhì)上這是一種間接證明的方法. .

18、伽利略伽利略的理想實驗為牛頓第一定律的建立奠定了堅實的基礎的理想實驗為牛頓第一定律的建立奠定了堅實的基礎. .結(jié)論：上述觀點是錯誤的結(jié)論：上述觀點是錯誤的. .伽利略的理想斜面實驗實質(zhì)上是將實驗事實和合理推理相結(jié)合伽利略的理想斜面實驗實質(zhì)上是將實驗事實和合理推理相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種科學抽象思維的體現(xiàn)的產(chǎn)物，是一種科學抽象思維的體現(xiàn). . 2.燒鍋爐的時候，用鏟子添煤，鏟子往往并不進入灶內(nèi)，而是停在灶前，煤就順鏟燒鍋爐的時候，用鏟子添煤，鏟子往往并不進入灶內(nèi)，而是停在灶前，煤就順鏟子運動的方向進入灶內(nèi)，這是為什么？子運動的方向進入灶內(nèi)，這是為什么？ 【點撥【點撥】分析慣性問題，關鍵是注意兩點分析慣性問題，關鍵是注意兩點: :第一是分析研究對象開始時的運動狀態(tài)；第一是分析研究對象開始時的運動狀態(tài)；第二是分析研究對象受力后怎樣改變運動狀態(tài)，由于慣性將會產(chǎn)生什么結(jié)果第二是分析研究對象受力后怎樣改變運動狀態(tài)，由于慣性將會產(chǎn)生什么結(jié)果. .在分析問題在分析問題時一般都要涉及兩個物體或是一個物體的兩部分，即有兩個研究對象，只要將它們對比時一般都要涉及兩個物體或是一個物體的兩部分，即有兩個研究對象，只要將它們對比分析，就可得出結(jié)果分析，就可得出