(2021新人教版)高中物理必修第一册第4章 1 牛顿第一定律讲义.doc
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1、1 1 1. .牛顿第一定律牛顿第一定律 学习目标学习目标核心素养核心素养 1.知道伽利略的理想实验及其推理过知道伽利略的理想实验及其推理过 程程, 知道理想实验是科学研究的重要方知道理想实验是科学研究的重要方 法。法。(难点难点) 2理解牛顿第一定律的内容及意义。理解牛顿第一定律的内容及意义。 (重点重点) 3明确惯性的概念,会解释有关的惯明确惯性的概念,会解释有关的惯 性现象。性现象。(难点难点) 1.物理观念:明确惯性概念和牛顿第一物理观念:明确惯性概念和牛顿第一 定律的内容。定律的内容。 2科学思维:深入理解力和运动的关科学思维:深入理解力和运动的关 系。系。 3科学探究:知道伽利略理
2、想实验及科学探究:知道伽利略理想实验及 推理方法。推理方法。 4科学态度与责任:能用惯性知识解科学态度与责任:能用惯性知识解 释有关现象。释有关现象。 阅读本节教材,回答第阅读本节教材,回答第 79 页页“问题问题”并梳理必要知识点。并梳理必要知识点。教材第教材第 79 页问页问 题提示:牛顿第一定律揭示了物体不受任何外力时遵循的运动规律题提示:牛顿第一定律揭示了物体不受任何外力时遵循的运动规律匀速直匀速直 线运动状态或静止状态。滑冰运动员慢慢停下来,是因为受到摩擦力作用,这线运动状态或静止状态。滑冰运动员慢慢停下来,是因为受到摩擦力作用,这 与牛顿第一定律不矛盾。与牛顿第一定律不矛盾。 一、
3、理想实验的魅力一、理想实验的魅力 1亚里士多德认为亚里士多德认为:必须必须有力作用在物体上有力作用在物体上,物体才能运动物体才能运动;没有力的作没有力的作 用,物体就要用,物体就要静止在某个地方静止在某个地方。 2伽利略的理想实验伽利略的理想实验 (1)斜面实验:如图所示,让一个小球沿斜面从静止状态开始运动,小球将斜面实验:如图所示,让一个小球沿斜面从静止状态开始运动,小球将 “冲冲”上另一个斜面,如果没有摩擦,小球将到达上另一个斜面,如果没有摩擦,小球将到达原来的高度原来的高度,减小第二个斜,减小第二个斜 面的倾角,小球仍将到达原来的面的倾角,小球仍将到达原来的高度高度,但是运动的距离,但是
4、运动的距离更长更长,当第二个斜面最,当第二个斜面最 终变为水平面时,小球将终变为水平面时,小球将永远运动下去永远运动下去。 2 甲甲乙乙丙丙 (2)推理结论:力推理结论:力不是不是(选填选填“是是”或或“不是不是”)维持物体运动的原因。维持物体运动的原因。 3笛卡儿的观点笛卡儿的观点:如果运动中的物体没有受到力的作用如果运动中的物体没有受到力的作用, ,它将继续以它将继续以同一同一 速度速度沿沿同一直线同一直线运动,既不会停下来,也不会偏离原来的方向。运动,既不会停下来,也不会偏离原来的方向。 二、牛顿第一定律二、牛顿第一定律 1牛顿第一定律的内容牛顿第一定律的内容:一切物体总保持:一切物体总
5、保持匀速直线运动匀速直线运动状态或状态或静止静止状态状态, 除非作用在它上面的力除非作用在它上面的力迫使它改变迫使它改变这种状态。这种状态。 2惯性惯性 (1)物体保持原来物体保持原来匀速直线运动匀速直线运动状态或状态或静止静止状态的性质叫作惯性。牛顿第一状态的性质叫作惯性。牛顿第一 定律也被叫作定律也被叫作惯性惯性定律。定律。 (2)惯性是物体的惯性是物体的固有固有属性,一切物体都具有惯性。属性,一切物体都具有惯性。 三、惯性与质量三、惯性与质量 1不同物体维持其原有运动状态的不同物体维持其原有运动状态的“能力能力”不同,不同,质量大质量大的物体惯性大的物体惯性大。 描述物体惯性大小的物理量
6、是它的描述物体惯性大小的物理量是它的质量质量。 2对质量概念的认识对质量概念的认识 (1)质量是物体所含质量是物体所含物质的多少物质的多少。 (2)从物体惯性的角度认识质量:质量是物体惯性大小的唯一量度。从物体惯性的角度认识质量:质量是物体惯性大小的唯一量度。 (3)质量是质量是标标(选填选填“矢矢”或或“标标”)量量,在国际单位制中的单位是在国际单位制中的单位是千克千克,符号符号 为为 kg。 1思考判断思考判断(正确的打正确的打“”“”,错误的打,错误的打“”“”) (1)亚里士多德认为力是维持物体运动的原因。亚里士多德认为力是维持物体运动的原因。() (2)伽利略认为,没有力作用在物体上
7、,它就不能运动。伽利略认为,没有力作用在物体上,它就不能运动。() (3)笛卡儿认为若没有力作用,物体的运动状态就不会改变。笛卡儿认为若没有力作用,物体的运动状态就不会改变。 () (4)速度越大的物体,惯性越大。速度越大的物体,惯性越大。() 2(多选多选)关于牛顿第一定律,下列说法中正确的是关于牛顿第一定律,下列说法中正确的是() A牛顿第一定律又叫惯性定律牛顿第一定律又叫惯性定律 3 B牛顿第一定律说明一切物体都有惯性牛顿第一定律说明一切物体都有惯性 C牛顿第一定律是通过大量实验总结出来的实验结论牛顿第一定律是通过大量实验总结出来的实验结论 D牛顿第一定律说明力可以改变物体的运动状态牛顿
8、第一定律说明力可以改变物体的运动状态 ABD牛顿第一定律说明一切物体都具有保持速度不变的性质,故又叫惯牛顿第一定律说明一切物体都具有保持速度不变的性质,故又叫惯 性定律性定律,A 正确正确;牛顿第一定律揭示了一切物体都具有惯性牛顿第一定律揭示了一切物体都具有惯性,惯性是物体的固有惯性是物体的固有 属性属性, B 正确正确; 牛顿第一定律是在实验的基础上进一步推理概括出来的科学理论牛顿第一定律是在实验的基础上进一步推理概括出来的科学理论, 而不是直接通过实验得出的而不是直接通过实验得出的,C 错误错误;牛顿第一定律告诉我们牛顿第一定律告诉我们,一切物体都有保一切物体都有保 持原来速度不变的性质,
9、力不是维持物体运动的原因,力是改变物体运动状态持原来速度不变的性质,力不是维持物体运动的原因,力是改变物体运动状态 的原因,故的原因,故 D 正确。正确。 3关于物体的惯性,下列说法正确的是关于物体的惯性,下列说法正确的是() A物体保持匀速直线运动状态或静止时才有惯性物体保持匀速直线运动状态或静止时才有惯性 B物体在不受力或所受外力的合力为零时才有惯性物体在不受力或所受外力的合力为零时才有惯性 C改变一个物体的惯性,必须要有力的作用改变一个物体的惯性,必须要有力的作用 D一切物体都有惯性,物体的运动并不需要力来维持一切物体都有惯性,物体的运动并不需要力来维持 D惯性是物体的固有属性,不论物体
10、处于什么状态,都具有惯性惯性是物体的固有属性,不论物体处于什么状态,都具有惯性, 惯性与受力情况无关。惯性与受力情况无关。 理想实验的魅力理想实验的魅力 亚里士多德关于力与运动的观点亚里士多德关于力与运动的观点 由此亚里士多德得出什么结论?由此亚里士多德得出什么结论? 4 提示:提示:亚里士多德认为亚里士多德认为“力是维持物体运动的原因力是维持物体运动的原因”。 1伽利略的理想实验伽利略的理想实验 (1)(实验事实实验事实)如图所示如图所示,两个斜面平滑地对接在一起两个斜面平滑地对接在一起,小球从一个斜面的某小球从一个斜面的某 一高度自由滚下,在第二个斜面上所达到的高度同它在第一个斜面上开始滚
11、下一高度自由滚下,在第二个斜面上所达到的高度同它在第一个斜面上开始滚下 时的高度几乎相等,伽利略分析高度的微小差别是由摩擦阻力引起的。时的高度几乎相等,伽利略分析高度的微小差别是由摩擦阻力引起的。 (2)(科学推理科学推理)若两个斜面均光滑,则小球一定会上升到原来的高度。若两个斜面均光滑,则小球一定会上升到原来的高度。 (3)(科学推理科学推理)若减小第二个斜面的倾角若减小第二个斜面的倾角,则小球仍然会到达相同的高度则小球仍然会到达相同的高度,不不 过,在第二个斜面上滚得远些。过,在第二个斜面上滚得远些。 (4)(科学推理科学推理)若将第二个斜面放平若将第二个斜面放平(成为水平面成为水平面),
12、那么小球从第一个斜面上那么小球从第一个斜面上 滚下来之后,为达到原有高度,将以恒定的速度在无限长的水平面上永远不停滚下来之后,为达到原有高度,将以恒定的速度在无限长的水平面上永远不停 地运动下去。地运动下去。 名师点睛名师点睛伽利略的理想实验是伽利略在实验事实的基础上塑造的一种伽利略的理想实验是伽利略在实验事实的基础上塑造的一种 理想过程。它以科学实验为基础,以科学事实为根据,突出主要因素,忽略次理想过程。它以科学实验为基础,以科学事实为根据,突出主要因素,忽略次 要因素要因素,是运用逻辑推理揭示物理知识的内在联系是运用逻辑推理揭示物理知识的内在联系、发现物理规律的重要方法发现物理规律的重要方
13、法。 2伽利略理想实验的意义伽利略理想实验的意义 (1)伽利略用伽利略用“实验和科学推理实验和科学推理”的方法推翻了亚里士多德的观点。的方法推翻了亚里士多德的观点。 (2)第一次确立了物理实验在物理学研究中的基础地位。第一次确立了物理实验在物理学研究中的基础地位。 (3)揭示了力不是维持物体运动的原因,而是改变物体运动状态的原因。揭示了力不是维持物体运动的原因,而是改变物体运动状态的原因。 (4)“理想实验理想实验”的研究方法在自然科学的理论研究中有着重要的作用。但的研究方法在自然科学的理论研究中有着重要的作用。但 是,是,“理想实验理想实验”的方法也有其一定的局限性,由的方法也有其一定的局限
14、性,由“理想实验理想实验”所得出的任何所得出的任何 推论,都必须由观察或实验的结果来检验。推论,都必须由观察或实验的结果来检验。 【例【例 1】理想实验有时能更深刻地反映自然规律理想实验有时能更深刻地反映自然规律。伽利略设想了一个理想伽利略设想了一个理想 实验,下面对如图所示的斜面实验的设想步骤中,有一个是可靠事实,其余是实验,下面对如图所示的斜面实验的设想步骤中,有一个是可靠事实,其余是 推论。推论。 减小第二个斜面的倾角,小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度;减小第二个斜面的倾角,小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度; 5 两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜两个
15、对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜 面;面; 如果没有摩擦,小球将上升到原来释放时的高度;如果没有摩擦,小球将上升到原来释放时的高度; 继续减小第二个斜面的倾角,最后使它变成水平面,小球将沿水平面做继续减小第二个斜面的倾角,最后使它变成水平面,小球将沿水平面做 持续的匀速直线运动。持续的匀速直线运动。 (1)请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列:请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列:(填写填写 序号即可序号即可)。 (2)将上述设想步骤中的可靠事实和理想化的推论进行分类。将上述设想步骤中的可靠事实和理想化的推论进行分类。 属于可靠事实的步骤是属于可靠事实
16、的步骤是; 属于理想化推论的步骤是属于理想化推论的步骤是。 思路点拨思路点拨整个实验是在一定的实验事实的基础上,通过推理形成结论整个实验是在一定的实验事实的基础上,通过推理形成结论, 因此要会按逻辑关系排顺序。在现实生活中,摩擦是不可避免的,因此,凡是因此要会按逻辑关系排顺序。在现实生活中,摩擦是不可避免的,因此,凡是 不考虑摩擦影响的都是理想化。不考虑摩擦影响的都是理想化。 解析解析伽利略理想实验是在可靠事实的基础上进行合理的推理伽利略理想实验是在可靠事实的基础上进行合理的推理,将实验理将实验理 想化,并符合物理规律,得到正确的结论。想化,并符合物理规律,得到正确的结论。是可靠事实,因此放在
17、第一步,是可靠事实,因此放在第一步, 是在无摩擦情况下的理想化推论。是在无摩擦情况下的理想化推论。 答案答案(1)(2) 理解理想实验应注意的三点理解理想实验应注意的三点 (1)真实实验是一种实践活动,是可以通过一定的实验器材和实验方法来实真实实验是一种实践活动,是可以通过一定的实验器材和实验方法来实 现的实验。现的实验。 (2)理想实验是一种思维活动理想实验是一种思维活动,是抽象思维中设想出来的是抽象思维中设想出来的、无法做到的实验无法做到的实验。 (3)理想实验是以可靠的实验事实为基础的。理想实验是以可靠的实验事实为基础的。 跟进训练跟进训练 1(多选多选)如图所示的装置可以演示伽利略的理
18、想斜面实验,装置为两个对如图所示的装置可以演示伽利略的理想斜面实验,装置为两个对 接的斜面,让小球沿左边的斜面滑下,并滚上右边的斜面,然后改变右边斜面接的斜面,让小球沿左边的斜面滑下,并滚上右边的斜面,然后改变右边斜面 的倾角,重复操作,利用曝光频率一定的相机拍下小球在运动过程中的图片,的倾角,重复操作,利用曝光频率一定的相机拍下小球在运动过程中的图片, 则则() 6 A该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的依据该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的依据,因此牛顿第一定律是因此牛顿第一定律是 实验定律实验定律 B由图可知小球在右侧的斜面上的速度逐渐减小由图可知小球在右侧的斜面上的速度逐渐减小,
19、因此证实了因此证实了“物体的运物体的运 动需要力维持动需要力维持” C当右侧的斜面水平时当右侧的斜面水平时,小球近似做匀速直线运动小球近似做匀速直线运动, ,说明说明“如果没有外力如果没有外力 的作用,小球将在水平面上永远运动下去的作用,小球将在水平面上永远运动下去” D如果没有摩擦如果没有摩擦,小球在右边的斜面上将运动到与左边释放点相同的高度小球在右边的斜面上将运动到与左边释放点相同的高度 CD该实验为牛顿第一定律的提出,提供了有力的依据,但没有摩擦力该实验为牛顿第一定律的提出,提供了有力的依据,但没有摩擦力, 只是一种假设,所以该实验是一种理想化实验,牛顿第一定律不是实验定律,只是一种假设
20、,所以该实验是一种理想化实验,牛顿第一定律不是实验定律, 所以所以 A 错误;小球在右侧的斜面上的速度逐渐减小是因为受力的作用,说明力错误;小球在右侧的斜面上的速度逐渐减小是因为受力的作用,说明力 是改变物体运动状态的原因是改变物体运动状态的原因,B 错误错误;根据实验根据实验,右侧的斜面水平时右侧的斜面水平时,小球近似小球近似 做匀速直线运动,如果没有外力作用,小球将在水平面上永远运动下去,故做匀速直线运动,如果没有外力作用,小球将在水平面上永远运动下去,故 C 正确;如果没有摩擦,小球一定会上升到相同的高度,正确;如果没有摩擦,小球一定会上升到相同的高度,D 正确。正确。 牛顿第一定律牛顿
21、第一定律 如图所示如图所示,冰壶在冰面上的运动冰壶在冰面上的运动。如果摩擦阻力比较大如果摩擦阻力比较大,冰壶很快停下来冰壶很快停下来; 如果摩擦阻力很少,冰壶能滑得很远;如果摩擦阻力为零,冰壶将永远运动下如果摩擦阻力很少,冰壶能滑得很远;如果摩擦阻力为零,冰壶将永远运动下 去。去。 试结合上述现象讨论:试结合上述现象讨论: (1)牛顿第一定律中牛顿第一定律中“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”说明运说明运 动与力有什么关系?动与力有什么关系? (2)根据牛顿第一定律思考根据牛顿第一定律思考, 如果物体不受外力作用如果物体不受外力作用, 物体将处于什么
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