第1節(jié)　牛頓第一定律 教學(xué)設(shè)計(jì)

第四章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系第1節(jié)牛頓第一定律[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．知道伽利略的理想實(shí)驗(yàn)及其推理過程，知道理想實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的重要方法．(難點(diǎn))2．理解牛頓第一定律的內(nèi)容及意義．(重點(diǎn))3．明確慣性的概念，會(huì)解釋有關(guān)的慣性現(xiàn)象．(難點(diǎn))知識(shí)點(diǎn)1理想實(shí)驗(yàn)的魅力1．亞里士多德的觀點(diǎn)：必須有力作用在物體上，物體才能運(yùn)動(dòng)；沒有力的作用，物體就要靜止在某個(gè)地方．即力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因．2．伽利略的觀點(diǎn)(1)理想實(shí)驗(yàn)：讓小球沿第一個(gè)斜面從靜止?fàn)顟B(tài)開始向下運(yùn)動(dòng)，然后沖上第二個(gè)斜面，如果沒有摩擦，小球上升的高度與釋放時(shí)的高度相同．減小第二個(gè)斜面的傾角，小球滾動(dòng)的距離增大．科學(xué)推論：當(dāng)將第二個(gè)斜面放平時(shí)，小球?qū)?huì)永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去．(2)結(jié)論：力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因．3．笛卡兒的觀點(diǎn)：如果運(yùn)動(dòng)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運(yùn)動(dòng)，既不停下來也不偏離原來的方向．[判一判]1．(1)伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)是不科學(xué)的假想實(shí)驗(yàn)．()(2)理想實(shí)驗(yàn)所得到的結(jié)論是不可靠的．()(3)伽利略的“理想實(shí)驗(yàn)＋科學(xué)推論”的方法是一種科學(xué)方法．()提示：(1)×(2)×(3)√知識(shí)點(diǎn)2牛頓第一定律一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)．牛頓第一定律又叫慣性定律．[判一判]2．(1)物體在任何情況下始終處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．()(2)牛頓第一定律既揭示了物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，又揭示了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因．()提示：(1)×(2)√[想一想]1．(1)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以用哪個(gè)物理量來描述？運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化有幾種情形？(2)①如圖甲所示，下落蘋果的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否變化？運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的原因是什么？②如圖乙所示，在管道口的出口處放一小磁鐵，小鐵球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否改變？運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的原因是什么？提示：(1)可以用速度來描述，常見以下幾種情況：①速度方向不變，只有大小改變；②速度大小不變，只有方向改變；③速度的大小和方向都改變．說明：運(yùn)動(dòng)的物體不一定受力，但物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)一定受到了力的作用．(2)①蘋果運(yùn)動(dòng)的速度越來越大，因?yàn)槭艿较蛳碌闹亓Φ淖饔茫谛¤F球出管道口后速度方向發(fā)生了改變，因?yàn)槭艿酱盆F吸引力的作用．知識(shí)點(diǎn)3慣性與質(zhì)量1．慣性：物體保持原來勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)．2．慣性的量度：質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度．[判一判]3．(1)物體的速度越大，慣性越大．()(2)物體的質(zhì)量越大，慣性越大．()提示：(1)×(2)√[想一想]2．從牛頓第一定律得知，物體都要保持它們原有的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)．也可以說，它們都具有抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的“能力”，即都具有慣性．那么，怎樣描述慣性的大小呢？提示：物體抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”與物體的質(zhì)量有關(guān)，如小轎車比大貨車啟動(dòng)時(shí)更容易提速；工廠的車床等一些機(jī)械，它們的質(zhì)量很大，目的是增大慣性，使運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不易改變；又如戰(zhàn)斗機(jī)在投入戰(zhàn)斗前，為了提高其靈活性而拋掉副油箱．1．(對牛頓第一定律的理解)關(guān)于牛頓第一定律有如下說法：①牛頓第一定律是實(shí)驗(yàn)定律；②牛頓第一定律說明力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因；③牛頓第一定律和慣性的實(shí)質(zhì)是相同的；④物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來維持．其中正確的是()A．①② B．②④C．①④ D．②③解析：選B.牛頓第一定律是通過邏輯推理得到的，不能通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，不是實(shí)驗(yàn)定律，即①錯(cuò)誤；牛頓第一定律說明力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，則②正確；慣性定律是牛頓第一定律，慣性是物體保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì)，它們的實(shí)質(zhì)是不同的，故③錯(cuò)誤；牛頓第一定律說明力不是維持速度的原因，而是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，故④正確．2．(對慣性的理解)下列關(guān)于慣性的說法中正確的是()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)沒有慣性，只有始終保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)才有慣性解析：選A.物體能夠保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)叫慣性，慣性是物體特有的性質(zhì)，跟物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，所以A正確，B、C、D錯(cuò)誤．3．(對慣性的理解)(多選)一汽車在路面情況相同的公路上直線行駛，下面關(guān)于車速、慣性、質(zhì)量和滑行路程的討論，正確的是()A．車速越大，它的慣性越大B．質(zhì)量越大，它的慣性越大C．車速越大，剎車后滑行的路程越長D．車速越大，剎車后滑行的路程越長，所以慣性越大解析：選BC.慣性是物體本身的固有屬性，不隨外界條件的變化而變化，只由本身的質(zhì)量決定．物體的質(zhì)量越大，其慣性越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變，物體的質(zhì)量越小，其慣性就越小，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越容易改變，B正確，A、D錯(cuò)誤；物體的速度越大，運(yùn)動(dòng)過程中速度的改變量越大，剎車后滑行的路程越長，C正確．4．(伽利略的理想實(shí)驗(yàn))理想實(shí)驗(yàn)有時(shí)能更深刻地反映自然規(guī)律．伽利略設(shè)想了一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)，下面對如圖所示的斜面實(shí)驗(yàn)的設(shè)想步驟中，有一個(gè)是可靠事實(shí)，其余是推論．①減小第二個(gè)斜面的傾角，小球在這個(gè)斜面上仍然要達(dá)到原來的高度；②兩個(gè)對接的斜面，讓靜止的小球沿一個(gè)斜面滾下，小球?qū)L上另一個(gè)斜面；③如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫艜r(shí)的高度；④繼續(xù)減小第二個(gè)斜面的傾角，最后使它變成水平面，小球?qū)⒀厮矫孀龀掷m(xù)的勻速直線運(yùn)動(dòng)．(1)請將上述理想實(shí)驗(yàn)的設(shè)想步驟按照正確的順序排列：________(填寫序號(hào)即可)．(2)將上述設(shè)想步驟中的可靠事實(shí)和理想化的推論進(jìn)行分類．屬于可靠事實(shí)的步驟是________；屬于理想化推論的步驟是________．解析：(1)伽利略理想實(shí)驗(yàn)是在可靠事實(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的推理，將實(shí)驗(yàn)理想化，并符合物理規(guī)律，得到正確的結(jié)論．②是可靠事實(shí)，因此放在第一步，③①是在無摩擦的情況下的設(shè)想，④屬于理想化推論，所以合理的實(shí)驗(yàn)順序?yàn)棰冖邰佗?(2)由(1)可知屬于可靠事實(shí)的步驟是②；屬于理想化推論的步驟是①③④.答案：(1)②③①④(2)②①③④探究一對牛頓第一定律的理解【情景導(dǎo)入】如圖所示，讓一個(gè)小車從同一斜面上滑下，水平面上分別放置毛巾、木板和玻璃板，水平面與斜面平滑連接．仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．(1)實(shí)驗(yàn)觀察到什么現(xiàn)象，說明了什么問題？(2)如果沒有摩擦力的作用，小車將會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)呢？(3)以上實(shí)驗(yàn)揭示了力和運(yùn)動(dòng)之間是什么關(guān)系？提示：(1)水平面越光滑，小車滑動(dòng)的距離越遠(yuǎn)．說明摩擦力是阻礙物體運(yùn)動(dòng)的原因．(2)如果沒有摩擦力的作用，小車將永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去．(3)力不是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，而是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因．1．伽利略理想實(shí)驗(yàn)的方法和意義(1)“科學(xué)推理”的方法實(shí)驗(yàn)事實(shí)：兩個(gè)對接的斜面，讓靜止的小球沿一個(gè)斜面滾下，小球?qū)L上另一個(gè)斜面．推理1：如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉淼母叨龋评?：減小第二個(gè)斜面的傾角，小球在這個(gè)斜面上仍要達(dá)到原來的高度．推理3：繼續(xù)減小第二個(gè)斜面的傾角，最后使它成為水平面，小球?qū)⒀厮矫嬗肋h(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因．(2)意義：伽利略在理想實(shí)驗(yàn)中所應(yīng)用的科學(xué)推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，它標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端，使人類對自然的認(rèn)識(shí)由經(jīng)驗(yàn)型轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)理論型．伽利略對科學(xué)的貢獻(xiàn)就在于推翻直覺的觀點(diǎn)而用新的觀點(diǎn)代替它．2．對牛頓第一定律的理解【例1】下列關(guān)于牛頓第一定律的說法正確的是()A．由牛頓第一定律可知，物體在任何情況下始終處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)B．牛頓第一定律是反映物體慣性大小的，因此它也叫慣性定律C．牛頓第一定律反映了物體不受外力作用時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此物體只在不受外力時(shí)才有慣性D．牛頓第一定律既揭示了物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，又揭示了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因[解析]物體只有不受外力或者所受合外力為0時(shí)，才能處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，故A錯(cuò)誤；牛頓第一定律反映了物體具有慣性這種性質(zhì)，因此它也叫慣性定律，故B錯(cuò)誤；牛頓第一定律反映了力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，慣性是物體本身固有的屬性，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，與物體受力情況無關(guān)，故C錯(cuò)誤；牛頓第一定律既揭示了物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因——慣性，又揭示了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因——力，故D正確．[答案]D[針對訓(xùn)練1](多選)關(guān)于古代先賢們對力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的探究史實(shí)，下列說法正確的是()A．亞里士多德根據(jù)直接經(jīng)驗(yàn)得出物體的運(yùn)動(dòng)需要由力來維持B．伽利略認(rèn)為在水平面上運(yùn)動(dòng)的物體之所以會(huì)停下來是由于受到摩擦力的作用C．笛卡兒認(rèn)為如果運(yùn)動(dòng)物體不受任何力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運(yùn)動(dòng)D．牛頓提出了慣性定律，用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證了不受力的物體會(huì)保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)解析：選ABC.亞里士多德根據(jù)現(xiàn)實(shí)經(jīng)驗(yàn)得出的結(jié)論：必須有力作用在物體上，物體才能運(yùn)動(dòng)，沒有力的作用，物體就要靜止在一個(gè)地方，故A正確；意大利物理學(xué)家伽利略根據(jù)“伽利略斜面實(shí)驗(yàn)”指出：在水平面上運(yùn)動(dòng)的物體之所以會(huì)停下來，是因?yàn)槭艿侥Σ磷枇?，故B正確；笛卡兒認(rèn)為如果運(yùn)動(dòng)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運(yùn)動(dòng)，既不停下來也不偏離原來的方向，故C正確；牛頓第一定律是利用邏輯思維對事實(shí)進(jìn)行分析的產(chǎn)物，不能用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證，故D錯(cuò)誤．探究二對慣性的理解和應(yīng)用【情景導(dǎo)入】1．公路上奔馳的汽車，速度越大，剎車時(shí)停下來所用的時(shí)間越長，這能說明速度越大慣性越大嗎？2．以相同速度沖向你的乒乓球和鉛球，你敢接嗎？提示：1.質(zhì)量是慣性大小的唯一量度，質(zhì)量越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變．由veq\o\al(2,0)＝2ax知，剎車位移和初速度的二次方成正比，汽車速度越大，剎車位移越長，但是汽車質(zhì)量不變，慣性不變．2．乒乓球可接，乒乓球因?yàn)橘|(zhì)量小，慣性??；鉛球不敢接，鉛球因?yàn)橘|(zhì)量大，慣性大．1．慣性與質(zhì)量(1)慣性是物體的固有屬性，一切物體都具有慣性．(2)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(1)慣性不是力，而是物體本身固有的一種性質(zhì)，始終具有且與外界條件無關(guān)；力只有在物體間相互作用時(shí)才有，離開了物體就無所謂力．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(cuò)誤的．(2)力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，慣性是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因．對同一物體，力越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越易改變；慣性越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變．3．慣性的表現(xiàn)形式(1)在不受力的條件下，慣性表現(xiàn)為保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有“惰性”的意思．(2)在受力的條件下，慣性表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度，質(zhì)量越大，慣性越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變．4．慣性現(xiàn)象的分析方法(1)明確研究對象原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．(2)明確當(dāng)外力作用在該物體的某一部分(或外力作用在與該物體有關(guān)聯(lián)的其他物體上)時(shí)，這一部分的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化情況．(3)該物體由于慣性將保持怎樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，判斷最后會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象．【例2】對一些實(shí)際生活中的現(xiàn)象，某同學(xué)試圖從慣性角度加以解釋，其中正確的是()A．采用大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)后，某些一級(jí)方程式賽車的速度甚至能超過某些老式螺旋槳飛機(jī)的速度，這表明通過科學(xué)手段能使小質(zhì)量的物體獲得大的慣性B．射出槍膛的子彈在運(yùn)動(dòng)相當(dāng)長一段距離后連一件棉衣也穿不透，這表明它的慣性小了C．貨運(yùn)列車運(yùn)行到不同的車站時(shí)，經(jīng)常要摘下或加掛一些車廂，這會(huì)改變它的慣性D．摩托車轉(zhuǎn)彎時(shí)，車手一方面要控制適當(dāng)?shù)乃俣?，另一方面要將身體稍微向里傾斜，通過調(diào)控人和車的慣性達(dá)到安全行駛的目的[解析]采用了大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)后，一級(jí)方程式賽車的速度甚至能超過某些老式螺旋槳飛機(jī)的速度，這是由于功率增大了，與慣性無關(guān)，A錯(cuò)誤；射出槍膛的子彈在運(yùn)動(dòng)一段距離后連一件棉衣也穿不透，是由于速度減小了，子彈的慣性沒有變化，B錯(cuò)誤；貨運(yùn)列車運(yùn)行到不同的車站時(shí)，經(jīng)常要摘下或加掛一些車廂，此時(shí)列車質(zhì)量改變了，它的慣性也會(huì)改變，C正確；摩托車轉(zhuǎn)彎時(shí)，車手一方面要控制適當(dāng)?shù)乃俣?，另一方面要將身體稍微向里傾斜，是為了防止側(cè)滑，而人和車的慣性并沒有改變，D錯(cuò)誤．[答案]C[針對訓(xùn)練2](2022·江蘇寶應(yīng)期中)當(dāng)月球車分別在地面和月面以相同的速率行駛時(shí)，下面判斷正確的是()A．在地面運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性較大B．在月面運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性較大C．速度大的時(shí)候慣性大D．在地面和月面上運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性一樣大解析：選D.慣性的大小與物體的質(zhì)量有關(guān)，與物體的運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)無關(guān)，因?yàn)楫?dāng)該月球車分別在地面和月面以相同的速率行駛時(shí)質(zhì)量不變，所以慣性一樣大．[A級(jí)——合格考達(dá)標(biāo)練]1．關(guān)于慣性的大小，下面說法中正確的是()A．兩個(gè)質(zhì)量相同的物體，速度大的不容易停下來，所以速度大的物體慣性大B．在月球上舉重比在地球上容易，所以質(zhì)量相同的物體在月球上比在地球上慣性小C．推動(dòng)地面上靜止的物體，要比維持這個(gè)物體做勻速運(yùn)動(dòng)所需的力大，所以物體靜止時(shí)慣性大D．兩個(gè)質(zhì)量相同的物體，不論速度大小，它們的慣性大小一定相同解析：選D.物體的慣性只與物體的質(zhì)量有關(guān)，兩個(gè)質(zhì)量相同的運(yùn)動(dòng)物體，慣性大小相等，與速度和所處位置無關(guān)，故A、B、C錯(cuò)誤，D正確．2．月球表面的重力加速度為地球表面的重力加速度的eq\f(1,6)，同一個(gè)飛行器在月球表面上與在地球表面上相比較()A．慣性減小為原來的eq\f(1,6)，重力不變B．慣性和重力都減小為原來的eq\f(1,6)C．慣性不變，重力減小為原來的eq\f(1,6)D．慣性和重力都不變解析：選C.物體的慣性大小僅與物體的質(zhì)量有關(guān)，因?yàn)橘|(zhì)量是恒量，同一物體的質(zhì)量與它所在的位置及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)，所以這個(gè)飛行器從地球到月球，其慣性大小不變，物體的重力是個(gè)變量，這個(gè)飛行器在月球表面上的重力為G月＝mg月＝m·eq\f(1,6)g地＝eq\f(1,6)G地，故C正確．3．(多選)關(guān)于牛頓第一定律的理解正確的是()A．牛頓第一定律反映了物體不受外力作用時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律B．不受外力作用時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)保持不變C．在水平地面上滑動(dòng)的木塊最終停下來，是由于沒有外力維持木塊運(yùn)動(dòng)D．飛跑的運(yùn)動(dòng)員遇到障礙而被絆倒，這是因?yàn)樗艿酵饬ψ饔闷仁顾淖冊瓉淼倪\(yùn)動(dòng)狀態(tài)解析：選ABD.牛頓第一定律描述了物體不受外力作用時(shí)的狀態(tài)，即總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，A、B正確；牛頓第一定律還揭示了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，不是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，在水平地面上滑動(dòng)的木塊最終停下來，是由于受到摩擦阻力的作用而改變了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，飛跑的運(yùn)動(dòng)員遇到障礙而被絆倒，是因?yàn)樗艿酵饬ψ饔枚淖兞嗽瓉淼倪\(yùn)動(dòng)狀態(tài)，C錯(cuò)誤，D正確．4.如圖所示，在一輛表面光滑的小車上，有質(zhì)量分別為m1和m2的兩個(gè)小球(m1>m2)隨車一起勻速運(yùn)動(dòng)．當(dāng)車突然停止時(shí)，如不考慮其他阻力，設(shè)車無限長，則兩個(gè)小球()A．一定相碰 B．一定不相碰C．不一定相碰 D．難以確定解析：選B.因?yàn)樾≤嚤砻婀饣?，因此，不論小車如何運(yùn)動(dòng)，兩小球在水平方向均不受力，根據(jù)牛頓第一定律可知它們將保持勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，又因?yàn)閮汕蛩俣认嗟?，故兩球一定不相碰．[B級(jí)——等級(jí)考增分練]5.(多選)如圖所示，重球系于繩DC下端，重球下再系一根同樣的繩BA，下列說法正確的是()A．在繩的A端緩慢增加拉力，結(jié)果CD繩先斷B．在繩的A端緩慢增加拉力，結(jié)果AB繩先斷C．在繩的A端突然猛一拉，結(jié)果AB繩先斷D．在繩的A端突然猛一拉，結(jié)果CD繩先斷解析：選AC.在繩的A端