资源简介

4.1牛顿第一定律
【教材分析】
牛顿运动定律是动力学的核心，而牛顿第一定律又是牛顿运动定律的基石，通过本节的学习，学生可以把以前学习到的运动学知识和力学知识有机地结合起来，同时为后面牛顿第二定律等知识的学习打下基础，起到承前启后的作用。本节课的教学内容首先对人类认识力和运动的关系作了历史的回顾，着重介绍了伽利略研究力和运动的关系的思想方法及卓越贡献，而后讲述了牛顿第一定律的内容和物体惯性的概念。
【教学目标】
1．学会通过实验探究物体加速度与力、质量的关系。
2．在实验中掌握打点计时器的用法。
3．对自己的实验结果进行归纳分析。
【教学重难点】
重点
1.理解力和运动的关系.
2.理解牛顿第一定律，认识惯性与质量的关系
难点
惯性与质量的关系.
【新课导入】
做实验引入力和运动的关系，引发学生的思考．
[参考实验]在讲台上放一辆小车，使它处于静止状态．
师：怎样才能让小车运动起来呢
生：要用力去推它．
师：从这个例子很容易得到：物体要运动，需要对它施加力的作用，那么力和运动之间关系如何呢 本节课我们就来探究这个问题．
[新课教学]
承接刚才的实验现象，演示当物体不再受手的推力时，物体停止运动．
师：静止在水平面上的物体，用力去推，物体由静止变为运动；一段时间后撤掉该力，物体的运动状态又如何
生：一段时间后撤走该力时，物体速度越来越慢，最终停下．
师：根据以上的例子，思考“运动一定需要力来维持吗”．
生l：需要．因为用力推物体它才能运动，而撤走了这个力物体最终会停下，所以，运动必须用力来维持．
生2：不一定，按照生1的说法，运动一定需要力来维持的话，撤走了力，物体应该立刻停下才对．
生3：例如在空中飞行的足球，已经不再受到脚的作用力，但仍然向前运动，因此“物体的运动不一定需要力的作用”．
师：相同条件下空中飞行的足球比地滚球运动的距离要长很多，地滚球为什么运动一会儿就停止呢
生：因为受到阻力．
师：如果没有阻力的作用，足球将会怎样运动
生：将不会减速．
师：(鼓励)很好，现在我们看一个实验．
实验演示：让一个小球从斜面上滑下，斜面末端分别放毛巾、木板和玻璃板，让学生仔细观察实验现象．
师：仔细观察实验现象并得出结论．
生1：实验现象是当斜面末端的接触面越光滑，小球滑动的距离越远．
生2：说明摩擦力是阻碍物体运动的原因，因为摩擦力的存在使物体运动状态发生了变化．
师：如果没有摩擦力的作用，小球又将会怎样运动呢 大家大胆猜想一下．
生l：不好预测，因为没有摩擦力这种情况不可能存在．
生2：如果没有摩擦力的作用，物体将永远运动下去．
师：现在就让我们沿着历史的足迹看一下物理学的先知们是如何一步步从黑暗走向光明的．
【新课讲解】
（一）理想实验的魅力
演示多媒体课件
首先是亚里士多德的错误观点：必须有力作用在物体上，物体才能够运动；没有力的作用，物体就要静止在一个地方．接着演示伽利略是如何利用理想实验反驳伽利略错误的观点的．
师：伽利略对于“运动与力的关系”，构思出如图4—1—1所示的“理想实验”．将轨道弯曲成曲线ABC的形状，在轨道的一边释放一颗小球，如果不存在摩擦力，小球将上升到哪里
生：不存在摩擦力的话，小球将上升到与A点相同高度的C点．
师：下面我们通过动画模拟验证同学们的说法，
动画模拟
师：若将轨道的倾角减小，弯曲成曲线ABD或曲线ABE，小球最高将上升到哪个位置 路程是增大还是减小
生：同样上升到与A点同高度的D点或正点，路程增大了．
师：假如将轨道弯曲成一侧水平及曲线ABF的形状，这时会发生什么情况呢
生：由于BF是水平的，小球就再也达不到原来的高度，如果不存在摩擦力，将永远运动下去．
师：下面我们通过动画模拟验证同学们的说法。
动画模拟、验证学生的想法
师：伽利略根据“理想实验”断言：小球应该以恒定的速率永远运动下去．由此可推断，在水平面上做匀速运动的物体并不需要用外力采维持．
师：理想实验，是科学研究中的一种重要的方法．它突出了事物的本质特征，能达到现实科学实验无法达到的极度简化和纯化的程度．它不仅可以充分发挥理性思维的逻辑力量，还可以让思维超越当时的科学技术水平，在想象的广阔天地里自由驰骋．
演示实验：把滑块放到气垫导轨上面，调整气垫导轨水平，滑块与导轨间形成气层，从而使滑块与导轨间的摩擦变得很小，推一下滑块，让学生观察滑块的运动是什么运动．
师：滑块的运动是什么运动
生：近似匀速直线运动．
师：伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正的开端．这个发现告诉我们，根据直接观察所得出的直觉的结论不是常常可靠的，因为它们有时候会引到错误的线索上去。
[知识拓展]
可以用多媒体演示伽利略的另外一个理想实验：参考实验案例．
多媒体演示：
伽利略针和单摆实验：伽利略曼教堂内吊灯搔动的启发．运用逻辑思维的方陆进行分析，得出了与亚里士多德不同的力与运动的关系的结论．在如图4—1—2所示的装置中，将摆球拉到一边，由静止开始释放小球，摆球会摆到另一边，用水平长尺标记其高度，用一报针多次改变．小球的悬点，重复实验．在当时的测量条件下．伽利略得出的结论是：摆球能上升到原来的高度．这个实验后来被称为“伽利略针和单摆实验”．
师：伽利略同时代的法国科学家笛卡儿补充和完善了伽利略的观点，明确指出：除非物体受到外力的作用，物体将永远保持其静止或运动状态．永远不会使自己沿曲线运动．面只保持在直线上运动．他还认为，这应该作为一个原理加以确立，并且是人类整个自然观的基础
（二）牛顿第一定律
定律内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。
2． 定律解释：
（1）当一个物体不受力时，有两种运动可能：匀速直线运动或静止。
（2）原来运动的物体，如果突然不受力，则保持不受力前的速度做匀速直线运动；原来静止的物体，如果突然不受力，则仍然保持静止状态。
（3）物体受到的合力为0时，在效果上相当于物体不受外力，所以物体受到的合外力为0时，物体可能做匀速直线运动，也可能保持静止。
（4）力不是维持物体运动状态的原因。没有力作用在物体上，物体也可能运动。
（5）力是改变物体运动状态的原因。没有力作用在物体上，物体的运动状态不会改变，要改变物体的运动状态，必须对物体受力力的作用。
例题3如果一个物体受到的合外力为0，则物体的运动状态是（ ）
A．一定静止 B．一定做匀速直线运动 C．可能静止 D．可能做匀速直线运动
解析：物体受到的合外力为0，在效果上与物体不受力相同，物体可能静止，也能做匀速直线运动，故A、B错误，C、D正确。答案：CD
规律方法平衡状态只有两种：静止和匀速直线运动，处于平衡状态的物体可能静止，也可能做匀速直线运动。
3． 牛顿第一定律的性质：牛顿第一定律是通过实验数据分析、归纳、推理出来的规律，不是从实验直接验证的规律。因为实际上物体没有不受力的，都要受到力的作用。牛顿第一定律是无法直接从实验中得出（因为牛顿第一定律的条件是物体不受力），只能通过实验事实，再经过推理，才能得出物体不受力时的规律。所以牛顿第一定律不是实验定律，而是通过实验，归纳、推理出来的，是不能用实验直接验证的。
（三）惯性与质量
力与物体运动的关系
1． 力不是维持物体运动的原因：根据牛顿第一定律可知，物体不受外力时也可能运动，并且是匀速直线运动，所以力不是维持物体运动的原因。
2． 力是改变物体运动状态的原因：要想改变物体的运动状态必须对物体施加力的作用，例如，要使物体由静止变为运动，由运动变为静止，由快到慢，由慢到快，都需要施加力的作用。所以力是改变物体运动状态的原因。
例题11关于牛顿第一定律，下列说法正确的是（ ）
A．力是维持物体运动的原因，没有力的物体将保持静止
B．物体的速度不断增大，表示物体必受力的作用
C．物体如果向正北方向运动，其受外力方向必须指向正北
D．不受力的物体将保持静止或匀速直线运动状态，而受力的物体运动状态一定改变
解析：力不是维持物体运动的原因，不受力的物体也可能运动，故A错误；物体的速度不断增大，物体的运动状态在发生变化，表示物体必受力的作用，故B正确；物体的受力方向不一定与物体的运动方向相同，故C错误；不受力的物体将保持静止或匀速直线运动状态，但受力的物体运动状态不一定改变，如果物体受到平衡力的作用，物体的运动状态将不改变，故D错误。答案：B
规律方法（1）力不是维持物体运动的原因，物体不受力也可能运动；
（2）力是改变物体运动状态的原因，要改变物体的运动状态，必须对物体施加力的作用，物体的运动状态发生了改变，一定受到了力的作用。
（3）物体受到平衡力的情况下，物体的运动状态不变。
例题12关于力与运动的关系，下列说法正确的是（ ）
A．物体受到不为零的合力作用时，它的运动状态可能不发生改变
B．物体受到不为零的合力作用时，它的运动状态一定发生改变
C．物体的运动状态发生变化时一定受到力的作用
D．力是使物体发生形变或使物体运动状态改变的原因
解析：物体受到不为零的合力作用时，它的运动状态一定发生改变，故A错误，B正确；物体的运动状态发生变化时一定受到力的作用，切合外力不为0，故C正确；力对物体会产生两种效果，使物体发生形变或使物体运动状态改变，所以力是使物体发生形变或使物体运动状态改变的原因，故D正确。答案：BCD
例题13如图4-1-5所示，一个劈形物体A，各面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在上表面上放一光滑的小球B，劈形物体A从静止开始释放，则小球在碰到斜面前的运动轨迹是（ ）
A．沿斜面向下的直线 B．竖直向下的直线 C．无规则曲线 D．抛物线
解析：由于各面均光滑，小球不受摩擦力的作用，所以小球在水平方向上不受力的作用，小球在水平方向上的运动状态不会改变，当物体A从静止开始释放下落，物体B受到的重力大于支持力，物体向下运动，但在水平方向上不运动，所以小球在碰到斜面前的运动轨迹是竖直向下的直线，故B正确。答案：B
规律方法物体在某个方向上不受力或受力平衡，则物体在该方向上的运动状态保持不变。
【板书】
§4.1 牛顿第一定律
回顾亚里士多德：
亚里斯多德观点：物体的运动需要力来维持。
回顾伽利略：
伽利略观点：物体的运动不需要力来维持。
伽利略的理想实验：实验+推理帮助我们找到了解决运动和力的关系问题的方法
回顾笛卡尔：
笛卡尔观点：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。
牛顿第一定律：
一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态，这就是牛顿第一定律。牛顿第一定律也被叫作惯性定律。
惯性与质量：
质量是惯性大小的唯一量度。质量越大惯性越大，质量越小惯性越小。

展开更多......

收起↑