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4.1 牛顿第一定律
【学习目标】
1. 通过阅读或者查阅资料等途径了解牛顿第一定律的发现过程，体会人类认识事物本质的曲折过程，培养学生严谨的科学态度。
2. 能准确叙述牛顿第一定律的内容，并能对该定律所揭示的运动和力的关系问题有较深刻的理解。
3. 了解伽利略关于运动和力的关系的认识，了解他的理想实验和相应的推理过程，领会实验加推理的科学研究方法，培养学生科学推理和想象能力。
4. 能通过实例说明质量是物体惯性大小的量度。
【重难点】
了解牛顿第一定律的发现过程及伽利略理想实验的科学研究过程，理解牛顿第一定律，认识惯性与质量的关系。
【导学流程】
一、基础感知（阅读课本P83-87，完成下列问题）
（一）理想实验的魅力
1. 历史上关于运动和力的关系的认识
亚里士多德（观察+直觉）：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就会停下来，即力是_______物体运动的原因。
伽利略（理想实验：实验+逻辑推理）：如果没有摩擦阻力，运动的物体将保持某个速度一直运动下去，即力是______物体运动的原因。
笛卡尔（数学演绎）：如果运动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，既不停下来，也不_______原来的方向。
2. 伽利略的理想斜面实验
实验事实：如图所示，AB、BC是两个对接的斜面，让小球从AB斜面上某高度由静止落下，小球将滚上BC斜面，所到达的高度略低于在AB上释放的高度。
推理1：若两个斜面均_______，则小球在右侧的斜面上将上升到原来释放的高度。
推理2：若减小右侧斜面的倾角（例如BD或BE），则小球在右侧的斜面上______原来释放时的高度，且在右侧斜面上将滚得更远。
推理3：若继续减小右侧斜面的倾角，直至变成水平（例如BF），则小球将无法到达原来释放的高度，将以_______的速度在无限长的水平面上永远运动下去。
结论：物体的运动不需要力来维持，即力不是物体运动的原因。
局限：接触面不可能绝对光滑；水平面不可能无限长。
意义：①伽利略用“实验+逻辑推理”的方法推翻了亚里士多德的观点，揭示了力不是维持物体运动的原因。②第一次确立了物理实验在物理研究中的基础地位。③理想实验在自然科学的理论研究中有着重要的作用，但也有局限性。
（二）牛顿第一定律（惯性定律）
内容：一切物体总保持静止状态或匀速直线运动状态，除非作用在它上面的_______迫使它改变这种状态。
意义：
（1）揭示了一切物体都具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，因此又叫_______定律。
（2）揭示了一切物体在不受力（或所受______为零）时的运动状态：匀速直线运动状态或静止状态。
（3）揭示了运动和力的关系，纠正了“力是维持物体运动的原因”的错误观点，明确指出了力是_______物体运动状态的原因，进而说明了力是使物体产生______的原因。
注意：
（1）牛顿第一定律不是实验定律，是利用逻辑思维对事物进行分析的产物，不能用实验直接验证，因为不受力作用的物体是不存在的。
（2）牛顿第一定律是自然界中的普遍规律，适用于惯性参考系（在有些参考系中，不受力的物体会保持静止状态或匀速直线运动状态，这样的参考系叫惯性参考系，简称惯性系。例如：地面或相对地面做匀速直线运动或静止的物体均可以看作惯性系）
（三）惯性与质量
概念：物体具有保持原来_______状态或________________________状态的性质，叫惯性。惯性是物体的固有属性。
表现形式：（1）当物体不受外力（或所受_______为零）时，惯性表现为保持原来的运动状态不变。即原来运动的物体保持原来的速度继续运动，原来静止的物体保持静止。
（2）当物体受外力作用时，惯性表现为改变运动状态的难易程度，即物体的惯性越大运动状态越难改变，物体的惯性越小运动状态越容易改变。
量度：质量是物体惯性_______的量度，质量大惯性大，质量小惯性小。
（四）对牛顿第一定律的理解
（1）牛顿总结出了关于运动状态的牛顿第一定律，牛顿第一定律的前半句“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”揭示了一切物体在不受外力时的运动状态。
①“一切物体”：指宇宙中所有物体，不论是固体、液体，还是气体。
②“不受外力”：描述的只是一种理想状态，实际生活中不受外力作用的物体根本不存在，当物体所受合外力为零时，其效果跟不受外力作用效果相同。
（2）牛顿第一定律的后半句“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”揭示了：
①运动和力的本质关系：力是改变物体运动状态的原因，而不是物体运动的原因。
②力和加速度的关系：外力不为零时，物体的运动状态发生变化，必然产生加速度。
二、探究未知
根据以上所学，写出自己存在疑惑的问题：
【深入探究】
一、深入学习
1. 在匀速行驶的火车车厢内，有一人从B点正上方相对车厢静止释放一个小球，不计空气阻力，则小球（　 　）
A. 可能落在A处 B. 一定落在B处
C. 可能落在C处 D. 以上都有可能
2. 我国高铁列车在运行过程中十分平稳。某列高铁列车沿直线进站时，车厢内水平桌面上水杯内的水面形状可能是（　 　）
A B C D
二、合作探究
如图，圆柱形玻璃容器内装满液体静置于水平面上，容器中有a、b、c三个不同材质的物块，物块a、c均对容器壁有压力，物块b悬浮于容器内的液体中，忽略a、c与容器壁间的摩擦。现给容器施加一水平向右的恒力，使容器向右做匀加速直线运动。下列说法正确的是（　 　）
A. 三个物块将保持图中位置不变，与容器一起向右加速运动
B. 物块a将相对于容器向右运动，最终与容器右侧壁相互挤压
C. 物块b将相对于容器保持静止，与容器一起做匀加速运动
D. 物块c将相对于容器向左运动，最终与容器左侧壁相互挤压
【课堂小结】
【随堂练习】
1. 理想实验是以可靠的事实为基础，运用抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，从而深刻地揭示自然规律的科学研究方法。伽利略创造性地把实验、假设和逻辑推理相结合的科学方法，有力地促进了人类科学认识的发展。伽利略理想实验的步骤如下：
①两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面AB滚下，小球将滚上另一个斜面BC；
②如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度；
③减小第二个斜面的倾角，小球仍然要达到原来的高度；
④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面做持续的匀速直线运动。
上述四个步骤中，属于理想化推论的是(　 　)
A. ①②③ B. ①②④ C. ②③④ D. ①③④
2. 关于惯性，下列说法中正确的是（　 　）
A. 两个质量相同的物体，速度大的不容易停下来，是因为速度大的物体惯性大
B. 在月球上举重比在地球上容易，所以质量相同的物体在月球上比在地球上惯性小
C. 推动地面上静止的物体要比维持这个物体做匀速运动所需的力大，所以物体静止时惯性大
D. 两个质量相同的物体，不论速度大小如何，它们的惯性大小一定相同
3. 2022年，第24届冬季奥林匹克运动会（XXIV Olympic Winter Games），简称2022年北京冬季奥运会，是由中国举办的国际性奥林匹克赛事，于2022年2月4日开幕，2月20日闭幕。冰壶是冬奥会的正式比赛项目，冰壶在冰面上运动时受到的阻力很小。以下有关冰壶运动的说法正确的是（　 　）
A. 冰壶在冰面上的运动直接验证了牛顿第一定律
B. 冰壶在冰面上做运动状态不变的运动
C. 冰壶在冰面上的运动说明冰壶在运动过程中惯性慢慢减小
D. 冰壶在运动过程中抵抗运动状态变化的“本领”是不变的
4. 火车在长直水平轨道上匀速行驶，在门窗密闭的车厢内有一人相对车厢竖直向上跳起,经过一段时间后发现他仍落回原地，这是因为( )
A. 人起跳后车继续前进,所以人下落后偏后一些，只是距离很小，无法区别
B. 人起跳时地板给了他一个向前的冲力,使他具有了一个向前的速度，在水平方向随车一起运动
C. 起跳前人和车具有共同的水平方向的速度,起跳过程中只改变了人在竖直方向的速度，所以人在空中具有和火车相同的水平方向的速度
D. 从起跳到落回地板的过程中，人在水平方向上始终受外力作用，维持与车具有相同的水平速度

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