新教材適用2024-2025學(xué)年高中物理第四章運動和力的關(guān)系1.牛頓第一定律學(xué)案新人教版必修第一冊

第四章運動和力的關(guān)系情境導(dǎo)入力和運動無處不在、無時不有。用不同的力推同一輛小車運動狀態(tài)的變更是不同的，當(dāng)撤去推力后，小車會漸漸停下來。在太空中飛行的航天飛行器沒有推力也可保持高速飛行……力與運動之間原委有什么關(guān)系？本章將探究這個問題。1．牛頓第肯定律課程標(biāo)準(zhǔn)1．能精確敘述牛頓第肯定律的內(nèi)容，并能對該定律所揭示的運動和力的關(guān)系問題有較深刻的理解。2．了解伽利略關(guān)于運動和力的關(guān)系的相識。3．通過實例說明質(zhì)量是物體慣性大小的量度。素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念1.明確慣性概念。2．知道牛頓第肯定律的內(nèi)容?？茖W(xué)思維理解力和運動的關(guān)系科學(xué)探究知道伽利略志向試驗及推理方法科學(xué)看法與責(zé)任會用慣性學(xué)問說明有關(guān)現(xiàn)象學(xué)問點1志向試驗的魅力1．力與運動關(guān)系的不同相識代表人物主要觀點亞里士多德必需有力作用在物體上，物體才能_運動__；沒有力的作用，物體就要_靜止__伽利略力不是_維持__物體運動的緣由笛卡兒假如運動中的物體沒有受到_力的作用__，它將接著以同一_速度__沿同一_直線__運動，既不停下來也不偏離原來的_方向__2．伽利略的斜面試驗(1)志向試驗：讓小球沿一個斜面從靜止?fàn)顟B(tài)起先向下運動，再讓小球沖上其次個斜面，假如沒有摩擦，無論其次個斜面的傾角如何，小球達(dá)到的高度_相同__。若將其次個斜面放平，_小球?qū)⒑憔眠\動下去__。(2)試驗結(jié)論：力不是_維持物體運動的緣由__。『微訓(xùn)練』1．依據(jù)預(yù)習(xí)內(nèi)容，推斷下列說法正誤：(1)伽利略的志向試驗是不科學(xué)的假想試驗。(×)(2)笛卡兒認(rèn)為若沒有力作用，物體的運動狀態(tài)就不會變更。(√)(3)伽利略認(rèn)為，沒有力作用在物體上，它就不能運動。(×)2．(2024·廣西欽州高一?？计谀?下面運動狀態(tài)沒有發(fā)生變更的物體是(B)A．勻速拐彎的汽車B．勻速豎直下落的雪花C．繞地球勻速飛行的人造衛(wèi)星D．從車站由靜止開出的火車解析：勻速拐彎時，速度方向變更，故運動狀態(tài)發(fā)生變更，故A錯誤；勻速下降的雪花，速度沒有發(fā)生變更，所以運動狀態(tài)沒有發(fā)生變更，故B正確；環(huán)繞地球的人造衛(wèi)星，速度方向時刻在變，運動狀態(tài)發(fā)生變更，故C錯誤；從車站由靜止開出的火車，速度大小在變，運動狀態(tài)發(fā)生變更，故D錯誤。學(xué)問點2牛頓第肯定律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)，除非作用在它上面的外力迫使它變更這種狀態(tài)。2．力和運動的關(guān)系：力不是維持物體運動狀態(tài)的緣由，而是_變更__物體運動狀態(tài)的緣由。學(xué)問點3慣性與質(zhì)量1．慣性：物體具有保持原來_勻速直線運動__狀態(tài)或_靜止__狀態(tài)的性質(zhì)叫作慣性。2．慣性的量度：_質(zhì)量__是物體慣性大小的唯一量度?！何⒂?xùn)練』1．依據(jù)預(yù)習(xí)內(nèi)容，推斷下列說法正誤：(1)速度越大的物體，慣性越大。(×)(2)力無法變更物體的慣性。(√)(3)牛頓認(rèn)為力的真實效應(yīng)總是變更物體的速度，而不是使物體運動。(√)2．下列有關(guān)慣性的說法中正確的是(C)A．速度越大，物體的慣性也越大B．受力越大，物體的慣性也越大C．質(zhì)量越大，物體的慣性也越大D．物體的慣性與速度、受力和質(zhì)量均有關(guān)系解析：物體的慣性大小只跟物體的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，慣性越大，與物體的速度，合外力均無關(guān)。故選C。探究一對牛頓第肯定律的理解要點提煉1.對牛頓第肯定律的理解(1)明確了慣性的概念牛頓第肯定律的前半句話“一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)”，表明白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?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，牛頓第肯定律指出一切物體在任何狀況下都具有慣性。因此牛頓第肯定律又叫慣性定律。(2)揭示了力和運動的關(guān)系牛頓第肯定律的后半句話“除非作用在它上面的力迫使它變更這種狀態(tài)”，實質(zhì)上是揭示了力和運動的關(guān)系，即力是變更物體運動狀態(tài)的緣由，而不是維持物體運動的緣由。(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，原來靜止的保持位置不變)。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，這就使牛頓第肯定律具有了實際意義。2．運動狀態(tài)變更的三種狀況(1)速度的方向不變，只有大小變更。(物體做直線運動)(2)速度的大小不變，只有方向變更。(物體做勻速圓周運動)(3)速度的大小和方向同時發(fā)生變更。(物體做變速曲線運動)(1)牛頓第肯定律所描述的是物體不受外力作用時的狀態(tài)，與物體所受合外力為零是等效的。(2)牛頓第肯定律不是試驗定律，它是在志向試驗的基礎(chǔ)上總結(jié)得出的。(3)牛頓第肯定律只適用于慣性參考系中的運動，在非慣性參考系中不適用。典例剖析典題1(多選)下列關(guān)于牛頓第肯定律的說法中正確的是(AD)A．物體保持靜止?fàn)顟B(tài)，它所受合外力肯定為零B．物體所受合外力為零時，它肯定處于靜止?fàn)顟B(tài)C．物體處于勻速直線運動狀態(tài)時，它所受的合外力可能是零，也可能不是零D．物體所受合外力為零時，它可能做勻速直線運動解析：物體保持靜止?fàn)顟B(tài)，它所受合外力肯定為零，故A正確；物體所受合外力為零時，它可能處于靜止?fàn)顟B(tài)或者處于勻速直線運動狀態(tài)，故B錯誤，D正確；物體處于勻速直線運動狀態(tài)時，它所受的合外力肯定為零，故C錯誤。思維升華：牛頓第肯定律巧應(yīng)用(1)由“因”索“果”：在推斷力與運動之間的關(guān)系時，肯定要把握準(zhǔn)牛頓第肯定律的含義，即力是變更物體運動狀態(tài)的緣由，而不是維持物體運動狀態(tài)的緣由。(2)由“果”索“因”：假如物體的運動狀態(tài)發(fā)生變更，則物體必定受到不為零的合外力的作用，所以推斷物體的運動狀態(tài)是否變更以及如何變更，應(yīng)分析物體的受力狀況。(3)應(yīng)用步驟：應(yīng)用牛頓第肯定律說明有關(guān)現(xiàn)象時，一要看物體原來的運動狀態(tài)，二要看物體現(xiàn)在的受力狀況及所受合力是否為零，最終推斷由于物體具有慣性將會出現(xiàn)的現(xiàn)象。對點訓(xùn)練?下列關(guān)于牛頓第肯定律的說法正確的是(B)A．由牛頓第肯定律可知，物體在任何狀況下始終處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)B．牛頓第肯定律既揭示了物體保持原有運動狀態(tài)的緣由，又揭示了運動狀態(tài)變更的緣由C．牛頓第肯定律反映了物體不受外力作用時的運動規(guī)律，因此物體在不受力時才有慣性D．牛頓第肯定律只是反映慣性大小的，因此也叫慣性定律解析：物體在不受力的作用時，總保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，A項錯誤；牛頓第肯定律既揭示了物體保持原有運動狀態(tài)的緣由，又揭示了運動狀態(tài)變更的緣由，B項正確；慣性是物體的固有屬性，慣性大小只與質(zhì)量有關(guān)，與物體是否受力無關(guān)，C項錯誤；牛頓第肯定律反映了物體具有慣性以及力是變更物體運動狀態(tài)的緣由，D項錯誤。探究二對慣性概念的理解要點提煉1.慣性與質(zhì)量的關(guān)系(1)慣性是物體的固有屬性，一切物體都具有慣性。(2)慣性與物體受力狀況、運動狀況及地理位置均無關(guān)。(3)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．慣性與力的關(guān)系(1)慣性不是力，而是物體本身固有的一種性質(zhì)，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)力是變更物體運動狀態(tài)的緣由，慣性是維持物體運動狀態(tài)的緣由。力越大，越易變更運動狀態(tài)；慣性越大，運動狀態(tài)越難變更。(3)慣性與物體的受力狀況無關(guān)。3．慣性與速度的關(guān)系(1)速度是表示物體運動快慢的物理量，是矢量，慣性是物體本身固有的性質(zhì)，其大小僅由物體質(zhì)量確定。(2)一切物體都有慣性，和物體是否有速度及速度的大小均無關(guān)。4．慣性與慣性定律的關(guān)系(1)慣性不是慣性定律，慣性沒有條件限制，是物體的一種固有屬性。(2)慣性定律是物體不受外力作用時物體運動所遵守的一條規(guī)律。(1)在不受力(或合外力為零)的條件下，慣性表現(xiàn)為保持原來的運動狀態(tài)。(2)在受力條件下，慣性表現(xiàn)為運動狀態(tài)變更的難易程度。質(zhì)量越大，慣性越大，運動狀態(tài)越難變更。典例剖析典題2(2024·浙江金華市高一期末)如圖甲和乙，是踩香蕉皮摔倒和一名騎行的人因自行車前輪突然陷入一較深的水坑而倒地的照片。下面是從物理的角度去說明這兩種情境，其中正確的是(C)A．甲圖中踩了香蕉皮摔倒是因為人的慣性變小了的緣由B．乙圖中人和車摔倒是因為雨天路面太滑造成的C．踩香蕉皮摔倒是因為下半身速度大于上半身的速度造成的D．自行車行駛速度越大，其慣性越大，所以造成人車倒地現(xiàn)象思路引導(dǎo)：一切物體在任何狀態(tài)下都有慣性，其大小取決于物體的質(zhì)量，和其他因素?zé)o關(guān)。解析：甲圖中踩了香蕉皮摔倒是因為人的腳受到的摩擦力突然變小，腳不能立即停下來，腳向前滑，由于慣性，上半身還要保持原來的運動狀態(tài)，從而使得人下半身速度大于上半身的速度，所以人會向后傾倒，而不是人慣性變小了的緣由，故A錯誤，C正確；乙圖中人和車摔倒是因為車的前輪陷入水坑后前輪立即停止，但人與車的后半部分由于慣性仍保持原來的運動狀態(tài)，因此人和車將向前傾倒。而不是因為雨天路面太滑造成，故B錯誤；慣性只與物體的質(zhì)量有關(guān)，與速度大小沒有關(guān)系，故D錯誤。思維升華：慣性理解兩留意(1)留意一個“一切”，即一切物體具有慣性；(2)留意一個“唯一”，即質(zhì)量是慣性大小的“唯一”量度。對點訓(xùn)練?(2024·山東濰坊高一統(tǒng)考期末)2024年女足亞洲杯中國女足表現(xiàn)完備，再次站在亞洲之巔，這也是中國女足第9個亞洲杯冠軍，下圖是8號女將姚偉的一腳遠(yuǎn)射。以下說法正確的是(B)A．足球被踢出后仍能接著運動，是因為足球受到慣性力的作用B．足球被運動員用頭頂入對方球網(wǎng)，說明力可以變更物體的運動狀態(tài)C．足球在運動中阻力漸漸減小，慣性也在減小D．足球在運動中速度漸漸減小，慣性也在減小解析：物體保持原來運動狀態(tài)的性質(zhì)叫作慣性，慣性不是一種力。足球接著運動并不是受到慣性力的緣由，A錯誤；足球被運動員用頭頂入對方球網(wǎng)，說明力可以變更物體的運動狀態(tài)，B正確；慣性只與物體的質(zhì)量大小有關(guān)，不因物體受到的阻力和運動速度的變更發(fā)生變更，C、D錯誤。在探討物體運動緣由的過程中，伽利略創(chuàng)建性地運用了一種新的探討方法——志向試驗，志向試驗也稱為試驗推理法或思想試驗，其核心是把試驗和邏輯推理(包括數(shù)學(xué)演算)和諧地結(jié)合起來，以牢靠的事實為基礎(chǔ)，加以邏輯推理得出結(jié)論。這種依據(jù)邏輯推理把實際試驗志向化的思想也是探討物理問題的重要方法之一?！爸鞠蛟囼灐敝皇且环N邏輯推理的思維過程，它的作用只限于邏輯上的證明與反對，而不能用來作為檢驗相識正確與否的標(biāo)準(zhǔn)，由“志向試驗”所得出的任何推論，都必需由視察或試驗的結(jié)果來檢驗。伽利略探討物體運動緣由的志向試驗，其本質(zhì)是想象著把實際中存在、影響物體運動的摩擦力去掉，抓住事物的本質(zhì)。在探討自由落體運動的過程中，伽利略也運用了志向試驗的方法，以歸謬的邏輯推理駁斥了亞里士多德“重的物體下落得快”的論斷，得出“重的物體與輕的物體應(yīng)當(dāng)下落得同樣快”的猜想。隨后，伽利略采納斜面試驗與推理相結(jié)合的方法探討了自由落體運動的規(guī)律(如圖所示，詳情見教材其次章第4節(jié))。該斜面試驗除運用志向試驗，還運用放大的思想方法，“沖淡”重力。第三章視察微小形變的試驗也采納了放大的思想，后續(xù)課程還會遇到這種方法的運用(例如，必修其次冊引力常量的測量、必修第三冊庫侖的扭秤試驗)。志向試驗在近代物理科學(xué)探討中也有著舉足輕重的作用。例如，愛因斯坦創(chuàng)立狹義相對論和廣義相對論、理論物理學(xué)家對量子理論本質(zhì)的探究等，都用到了志向試驗。案例(多選)下列事例應(yīng)用了志向試驗方法的有(BC)A．用試驗探究彈簧彈力與彈簧伸長量的關(guān)系B．將豎直玻璃管中的空氣不斷抽出，羽毛和鐵片下落的快慢趨于相同，由此揣測在真空中羽毛和鐵片下落得同樣快C．將真空罩中的空氣不斷抽出，罩中鈴聲越來越小，由此揣測真空不能傳聲D．推導(dǎo)v－t圖像與t軸所圍面積的意義時，不斷增加小矩形的個數(shù)解析：用試驗探究彈簧彈力與彈簧伸長量的關(guān)系，沒有用到志向試驗法，A錯誤；肯定真空不行能實現(xiàn)，只可能無限靠近，B、C事例都是在牢靠試驗的基礎(chǔ)上(真空程度越來越高時的試驗現(xiàn)象)，通過合理外推得出猜想性的結(jié)論(肯定真空中應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)的現(xiàn)象)，結(jié)論是否成立還要通過試驗檢驗，應(yīng)用了志向試驗方法，B、C正確；推導(dǎo)v－t圖像與t軸所圍面積的意義時，不斷增加小矩形的個數(shù)的過程中，用到了微元累積法，這種方法雖然也用到了類似志向試驗法中無限靠近的思想，但是其推導(dǎo)過程在數(shù)學(xué)上、邏輯上嚴(yán)密，得出的結(jié)論是牢靠的，無需由試驗檢驗，因此與志向試驗法不同，D錯誤。核心素養(yǎng)科學(xué)思維“志向試驗”，又叫作“假想試驗”“抽象的試驗”，它是人們進(jìn)行邏輯推理過程和理論探討的重要方法?！爸鞠蛟囼灐彪m然也叫作“試驗”，但它與真實的科學(xué)試驗是有原則性區(qū)分的，真實的科學(xué)試驗是一種實踐活動，而“志向試驗”則是一種思維活動；前者是可以將設(shè)計通過物化過程而實現(xiàn)的試驗，后者則是由人們在抽象思維中設(shè)想出來而事實上無法做到的“試驗”。“志向試驗”并不是脫離實際的主觀臆想。首先，“志向試驗”是以實踐為基礎(chǔ)的。所謂的“志向試驗”就是在真實的科學(xué)試驗的基礎(chǔ)上，抓住主要沖突，忽視次要沖突，對實際過程做出更深層次的抽象分析。其次，“志向試驗”的推理過程，是以肯定的邏輯法則為依據(jù)的，而這些邏輯法則，都是從長期的社會實踐中總結(jié)出來的，并為實踐所證明白的?！爸鞠蛟囼灐痹谧匀豢茖W(xué)的理論探討中有著重要的作用。但是，“志向試驗”的方法也有其肯定的局限性?！爸鞠蛟囼灐敝皇且环N邏輯推理的思維過程，它的作用只限于邏輯上的證明與反對，而不能用來作為檢驗正確與否的標(biāo)準(zhǔn)。相反，由“志向試驗”所得出的任何推論，都必需由視察或試驗的結(jié)果來檢驗。一、對伽利略志向試驗的理解1．如圖所示，伽利略志向斜面試驗(D)A．證明白力是維持物體運動的緣由B．證明白沿斜面滾下的小球，能滾上另一個斜面上相同的高度C．證明白沿斜面滾下的小球，到了水平面上就做勻速直線運動D．證明白物體的運動不須要力維持解析：證明白物體的運動不須要力維持，A錯誤、D正確；沿斜面滾下的小球，由于摩擦力作用，滾不到另