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高一物理（必修1）教学教案设计2008-6-4第四章 牛顿运动定律物理名言：自然和自然的法则在黑暗中影藏；上帝说，让牛顿去吧!于是一切都被照亮蒲脖（1688-1744）英国诗人。前面已经学习了怎样描述物体的运动，但是没有讨论为什么会这样那样的运动，要讨论这个问题，就要研究运动和力之间的关系。在物理学中，只研究物体怎样运动而不涉及运动和力之间的关系的理论叫运动学；研究运动和力之间的关系的理论叫动力学。运动学是动力学的基础，但是只有懂得了动力学的知识，才能根据物体所受的力确定物体的位置、速度变化的规律，才能创造条件来控制物体的运动。4.1牛顿第一定律教学目标 （1）了解有关运动和力的关系的历史发展，知道理想实验是科学研究的重要方法；（2）理解并掌握牛顿第一定律的内容和意义；（3）知道什么是惯性，正确解释惯性现象，知道质量是物体惯性大小的量度；（4）知道运动状态和运动状态改变的意义；（5）理解运动状态改变与物体受力的关系，理解力是使物体产生加速度的原因；（6）知道影响加速度大小的因素除了外力以外，还有质量。教学重点：牛顿第一定律；力是物体运动状态改变的原因，是物体产生加速度的原因。教学难点: 力是物体产生加速度的原因。 教学过程:第一节 牛顿第一定律1、人类对运动和力的关系的探索历程（1）研究运动和力的关系，是动力学的基本问题。人类正确认识这个问题，经历了漫长的过程。十七世纪前对运动和力的关系的认识(亚里士多德的错误观点)：力是维持物体运动的原因。1.时间：公元前。2.基本观点：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止下来。3.根据：经验事实-用力推车，车子才前进；停止用力，车子就要停下来。4.所用方法：观察+直觉(由生活经验得出直觉印象)。5.错误原因剖析：没有对所观察的物理现象进行深入地分析。只看到对车子施加的推力，而未考虑车子还受到摩擦阻力作用。停止用力(即去掉了车子前进的动力)，车子并没有立即停下来，还要向前发生一段位移；只是由于摩擦阻力的作用，才最后停了下来。路面越光滑，阻力就越小，车子向前发生的位移就越大，假若没有摩擦阻力，车子将一直运动下去，这说明车子的运动并不需要力来维持，而恰恰是(阻)力的作用，才使车子由运动到静止，运动状态发生了改变。6.危害：在亚里士多德以后的两千年内，动力学一直没有多大进展，直到十七世纪才受到伽利略的质疑。这是为什么?原来亚里士多德的观点与日常体验有相同之处，易于被人们接受，直接的生活经验使人们总是把力和物体运动的速度联系在一起，这种认识从孩提时代就开始了，如：当拉着玩具小车前进的时候，给人的直接体验是：只有用力拉小车，小车才会前进；停止用力了，小车就会停下来；用力大的时候，小车就运动得快些；用力小的时候，小车就运动得慢些；往哪个方向用力，玩具小车就向那个方向运动等等，好像没有力的作用，物体运动不可能维持，力决定着物体运动的快慢，还决定物体运动的方向。人们的直观感觉虽然是外界事物的真实反映，但它具有片面性和表面性，根据直接观察所得出的直觉的结论常常是不可靠的，因为它们有时会引到错误的线索上去，然而人们不能毁灭了直觉的观点，还是凭直觉来看问题，错误的直觉印象在人脑中有很深的潜意识，形成思维定势。因此亚里士多德的观点统治了人们的思维两千多年。（2）伽利略的理想实验及其推论（正确认识）：力是改变物体运动状态的原因，运动并不需要力来维持。1.时间：十七世纪。 2.基本观点：在水平面上运动的物体之所以会停下来，是因为受到摩擦阻力的缘故。设想没有摩擦，一旦物体具有某一速度，物体将保持这个速度继续运动下去。3.根据：理想实验。4.方法：实验+科学推理(把可靠事实和理论思维结合起来)。5.理想斜面实验将两个对称的斜面末端平滑地对接在一起，让小球沿一个斜面从静止滚下来，小球将滚上另一个斜面。伽利略认真观察注意到：球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。他断定高度上的这一微小差别是由于摩擦产生的，如能将摩擦完全消除的话，则高度将恰好相等。于是，他推论说：在完全没有摩擦的情况下，若使第二个斜面的倾角越来越小，则不管第二个斜面倾角多么小，球在第二个斜面上总要达到相同的高度，只是小球要通过更长的路径。最后，如果第二个斜面的倾斜度完全消除了(成为水平面)，那么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地运动下去。这就是有名的伽利略理想斜面实验。这个实验是无法实现的，因为永远也无法将摩擦完全消除掉，所以叫理想实验。又叫假想实验，思想上的实验；是从抽象思维中设想出来而实际上无法做到的实验。伽利略从可靠的实验出发，设想出这个实际上不可能进行的但又符合严格科学推理的理想化的实验，论证了物体在不受外力(理想实验中小球水平方向不受外力作用)作用时将永远运动下去的推测是正确的，说明维持物体的运动不需要外力的作用。伽利略的理想实验是在可靠事实的基础上进行抽象思维的一种科学推理，科学研究中的一种重要方法，在自然科学的研究中有着重要的作用，它可以深刻揭示自然规律，被爱因斯坦誉为“是人类思想史上最伟大的成就之一”，伽利略也之无愧地成为动力学的创始人，实验科学的奠基人。（3）笛卡尔对伽利略看法的补充和完善 他指出：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，而只保持在直线上运动。2、牛顿第一定律（1）内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。（2）理解：1.物体不受力时将处于_状态或_状态。即物体的运动状态不改变。力不是维持物体速度的原因，物体的运动不需要力来维持。2.外力的作用是迫使物体改变运动状态，即外力是改变_的原因，力还是产生加速度的原因，而不是维持_的原因。3.一切物体都有保持_的性质，这种性质叫_。因此，牛顿第一定律也叫惯性定律。这种性质是物体的固有属性。不论物体处于何种状态，即与物体运动情况和受力情况无关，任何物体在任何状态下均有惯性。质量是惯性大小的唯一量度。4.牛顿第一定律是物体不受外力作用时的运动定律，所描述的物体不受外力的状态是一种理想化的状态，因为不受外力作用的物体是不存在的，所以牛顿第一定律不能用实验验证，其正确性可通过由它推导出的结论与实验事实完全一致而得到证明。定律的实际应用场合是物体所受合外力为零，物体在某方向上不受外力或在某方向上受平衡力作用时，该方向上保持静止或匀速直线运动状态的情况是普遍存在的。（3）惯性：物体具有的保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质。1.惯性是物体的固有属性，惯性不是一种力。2.任何物体在任何情况下（不管是否受力不管是否运动和怎样运动）都具有惯性，切莫将惯性误解为“物体只有保持原来的匀速直线运动状态或静止状态时”才有惯性，在受力作用时，惯性依然存在，体现在运动状态改变的难易程度上。 3.惯性的大小只由物体本身的特征决定，与外界因素无关，切莫认为物体的速度越大，惯性越大。 4.惯性是不能被克服的，但可以利用惯性做事或防止惯性的不良影响。5.不要把惯性概念与惯性定律相混淆。惯性是万物皆有的保持原运动状态的一种属性，惯性定律则是物体不受外力作用时的运动定律，当有力作用时，物体运动状态必定改变。例1：火车在长直水平轨道上匀速行驶，门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起，发现仍落回到车上原处，这是因为( D )A.人跳起后，车厢内空气给他以向前的力，带着他随同火车一起向前运动。B.人跳起的瞬间，车厢的地板给他一个向前的力，推动他随同火车一起向前运动。C.人跳起后，车在继续向前运动，所以人落下后必是偏后一些，只是由于时间很短，偏后距离太小，不明显而已。D.人跳起后直到落地，在水平方向上人和车始终有相同的速度。例2：有人设想，乘坐气球飘在高空，由于地球的自转，一昼夜就能周游世界，请你评价一下，这个设想可行吗? 4、物体运动状态的改变（1）运动状态指的是物体的速度，速度是矢量，速度不变则运动状态不变，速度改变(大小改变、方向改变或大小方向同时改变)运动状态也就改变了，所以运动状态不断改变的物体总有加速度。（2）力是使物体产生加速度的原因。（3）质量是物体惯性大小的量度，质量越大的物体_越大，运动状态改变就越_。例3：月球表面上的重力加速度地球表面上的16，同一个飞行器在月球表面上时与在地球表面上时相比较( C )A.惯性减小为16，重力不变 B.惯性和重力都减小为16C.惯性不变，重力减小为l6 D.惯性和重力都不变例4：在车箱的顶板上用细线挂着一个小球，开始时向右运动，在下列情况下可对车厢的运动情况得出怎样的判断： (1)细线竖直悬挂:_匀速运动_。 (2)细线向图中左方偏斜:_向右加速运动_。 (3)细线向图中右方偏斜:_向右减速运动_。课堂训练:（1）以下各说法中正确的是( A B C )A.牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时物体的运动规律B.不受外力作用时，物体运动状态保持不变是由于物体具有惯性C.在水平地面上滑动的木块最终停下来是由于没有外力维持木块运动的结果D.物体运动状态发生变化时，物体必定受到外力的作用（2）下列说法正确的是：( C D )A.力是使物体惯性改变的原因 B.静止的火车启动时速度变化缓慢，是因为物体静止时惯性大C.乒乓球可快速被抽杀，是因为乒乓球的惯性小D.为了防止机器运转时振动，采用地脚螺钉固定在地球上，是为了增大机器的惯性（3）某人推小车前进，不用力，小车就停下来，说明( B D )A. 力是维持小车运动的原因 B.小车停下来是因为受力的作用的结果C.小车前进时共受四个力 D.不用力时，小车受到的合外力方向与小车的运动方向相反（4）物体的运动状态与受力情况的关系是( B C )A.物体受力不变时，运动状态也不变 B.物体受力变化时，运动状态才会改变C.物体不受力时，运动状态就不会改变D.物体不受力时，运动状态也可能改变课后作业：（1）一个以速度v运动着的小球，如果没有受到任何力的作用，经时间t后的速度是_，经时间nt后的速度是_。（2）用绳子拉着小车沿光滑水平面运动，绳子突然断裂后，小车将作_，这时小车在水平方向受到力的大小是_。（3）歼击机在战斗前为了提高灵活性，常抛掉副油箱，因为减少质量后_。（4）月球表面上的重力加速度g=1.63m/s2，地球上一个质量为500kg的飞行器在月球表面时的质量为_，重力为_。（5）下面几个说法中正确的是( C )A.静止或作匀速直线运动的物体，一定不受外力的作用 B.当物体的速度等于零时，物体一定处于平衡状态C.当物体的运动状态发生变化时，物体一定受到外力作用 D.物体的运动方向一定是物体所受合外力的方向（6）关于惯性的下列说法中正确的是( A )A.物体能够保持原有运动状态的性质叫惯性 B.物体不受外力作用时才有惯性C.物体静止时有惯性，一开始运动，不再保持原有的运动状态，也就失去了惯性D.物体静止时没有惯性，只有始终保持运动状态才有惯性（7）人从行驶的汽车上跳下来后容易( A )A.向汽车行驶的方向跌倒 B.向汽车行驶的反方向跌倒C.向车右侧方向跌倒 D.向车左侧方向跌倒（8）一人在车厢中把物体抛出，哪种情况，乘客在运动车厢里观察到的现象和在静止车厢里观察到的现象一样( D )A.车厢加速行驶时 B.车厢减速行驶时 C.车厢转弯时 D.车厢匀速直线行驶时（9）关于力和运动的关系，下列说法中正确的是( C D )A.力是物体运动的原因 B.力是维持物体运动的原因C.力是改变物体运动状态的原因 D.力是物体获得速度的原因（10）下列说法中正确的是( C )A.物体不受力时，一定处于静止状态 B.物体的速度等于零时，一定处于力平衡状态C.物体的运动状态发生变化时，一定受到外力作用 D.物体的运动方向，一定是物体所受外力合力的方向（11）先后在北京和广州称量同一个物体，下列判断正确的是( A C ) A.用天平称量时两地结果相同 B.用杆秤(或不等臂天平)称量时两地结果不同C.用弹簧秤称量时北京的示数大些D.用弹簧秤称量时广州的示数大些（12）从离开地球表面和月球表面同样高度处做自由落体实验，落地的时间分别为t地与t月，落地的速度分别为v地与v月，则( C )At地t月 ，v地v月 Bt地t月 ，v地v月Ct地v月 Dt地t月 ，v地 G；当起重机匀加速下降(或匀减速上升)时，钢丝绳的拉力T G。 匀加速下降时：G-T=ma，所以TG。 但是以做变速运动的起重机做参考系的观察者，则感到似乎物体所受的重力发生了变化。这就是通常说的“超重”和“失重”现象。 由上边的例子可以看出：从不同的参考系进行观察，对同一事件可以得出不同的认识。当我们以地面为参考系时，可以运用牛顿定律来考虑问题，我们称这种“牛顿定律能够适用的参考系”为惯性系。当我们以做变速运动的起重机为参考系时，则不能直接应用牛顿定律来处理问题，我们称这种系统为“非惯性系”。 非惯性系不仅限于变速升降系统，我们再举两个常见的例子：在加速前进的车厢中的观察者，看到一个光滑小球会自动地加速后退，而没有发现它受到产生加速度的力。在转动圆盘上的观察者，看到光滑小球会自动离心而去，并没有发现使它远离圆心的力。 人们为了使牛顿定律也能应用于非惯性系而引入了“惯性力”的概念。这不是由于物质间的相互作用而产生的力，而是为了描写非惯性系的变速运动的性质而引入的假想的力。例如：前进中的车辆骤然停止时，在惯性系中的观察者看来，车厢中的乘客没有受到外力，仍然向前做惯性运动，但车内乘客却觉得自己好像受到一个力，使自己向前倒去，这个力就是惯性力。 为了与“惯性力”相区别，我们把物体间相互作用的力称为“牛顿力”。在非惯性系中运用牛顿第二定律处理问题时，不但要考虑“牛顿力”，而且还要考虑“惯性力”。 中学物理教材中的力学问题，都是用惯性系来讨论的，所以没有引入惯性系和非惯性系的概念。4.4力学单位制教学目标 （1）知道什么是单位制，知道基本单位和导出单位的含义及力学中三个基本单位；（2）认识单位制在物理计算中的作用；（3）知道在物理计算中必须采用同一单位制的单位，掌握用国际单位制的单位解题。教学重点: 单位制、基本单位和导出单位的含义及力学中的三个基本单位。教学难点: 基本单位的理解。教学过程:第四节 力学单位制1、单位制 （1）基本物理量反映物理学基本问题的物理量。如：力学中有三个基本物理量质量、时间和长度。因为世界是由运动着的物质组成的，物理学的研究对象是物质的带有普遍性的运动，首先应考察物质的多少和运动的最简单的形式(物质的空间位置随时间的变化)，抓住质量(物质的多少)、时间和长度(空间改变的量度)这三个物理量，就抓住了力学的基本问题，才可进一步讨论其他力学问题。（2）基本单位：所选定的基本物理量的(所有)单位都叫做基本单位，如：在力学中，选定长度、质量和时间这三个基本物理量的单位作为基本单位：长度-cm、m、km、质量-g、kg、时间s、min、h等。（3）导出单位 根据物理公式和基本单位，推导出其它物理量的单位叫导出单位。 物理公式在确定物理量的数量关系的同时，也确定了物理量的单位关系，如：位移用m作单位，时间用s作单位，由速度公式v=s/t推导出来的速度的单位就是ms。若位移用km作单位，时间用h作单位，由速度公式v=s/t推导出来的速度的单位就是kmh。（4）单位制 基本单位和导出单位一起组成了单位制。 由基本单位和导出单位一起组成了单位制。选定基本物理量的不同单位作为基本单位，可以组成不同的单位制如：历史上力学中出现了厘米克秒制和米千克秒制两种不同的单位制，工程技术领域还有英尺秒磅制等。2、力学中的国际单位制（1）单位制的发展由于基本物理量的选取和基本单位的规定都带有一定程度的任意性，中外历史上曾出现过许多单位制(我国在单位中出现的斤、两、尺、寸等)，这就阻碍了国际及社会交往。为了建立一种简单、科学、实用的计量单位制，国际米制公约各成员国(我国1997年加入)于1960年通过采用一种以米制为基础发展起来的国际单位制(国际代号为SI)。现有82个国家与地区采用，国际上许多经济组织和科学技术组织都宣布采用，国际单位制的推行，对世界计量科学的进步、世界科学技术的交流和发展起了非常重大的作用；随着经济全球化，越来越显示出其重要意义。我们要掌握好国际单位制。（2）力学中的国际单位制 1.基本单位：长度的单位：m(米)，质量的单位：kg(千克)，时间的单位：s(秒)。 2.导出单位：速度的单位：ms(米秒)，加速度的单位：ms2(米秒2，读作“米每二次方秒”)，力的单位：N(kgms2，牛顿)等 3.注意：物理学中国际单位制的基本单位共有七个：已学过的有米(m)、千克(kg)、秒(s)；今后将陆续学到安培(A)、开(K)、摩尔(mo1)、坎(cd)；注意书写方式的规范化：凡表示物理量的符号一律用斜体(如：位移、路程符号用s)，凡表示单位的符号一律用正体(如：时间的单位s)。另外注意符号有大写、小写之分等。说明：（1）力学中还有采用厘米(长度单位)、克(质量单位)、秒(时间单位)作为基本单位，组成一种单位制-厘米克秒制。（2）在物理计算中所有各量都应化为同一单位制中的单位。在中学物理计算中一般采用国际单位制。3、单位制在物理计算中的作用（1）可对计算结果的正、误进行检验。如：用力学国际单位制计算时，只有所求物理量的计算结果的单位和该物理量在力学国际单位制中的单位完全一致时，该运算过程才可能是正确的。若所求物理量的单位不对，则结果一定错。（2）用同一单位制进行计算时，可以不必一一写出各个已知量的单位(但各已知量的数字必须是用同一单位制中单位换算出来的数字，如题给条件是v=54kmh，用力学国际单位制时一定要换算成v=15ms，数字是“15”，而非“54”)，只在计算结果的数字后面写出所求物理量在该单位制下的单位即可，这样可以简化计算。注意：高中学习阶段，要求计算时一律用力学国际单位制，故一定要掌握好力学国际单位制中物理量的单位(名称和符号)。课后作业（1）下列关于单位制及其应用的说法中，正确的是（ A B C ）A.基本单位和其导出单位一起组成了单位制 B.选用的基本单位不同，构成的单位制也不同C.在物理计算中，如果所有已知量都用同一单位制中的单位表示，只要正确应用物理公式其结果就一定是用这个单位制中的单位来表示的 D.一般说来，物理公式主要确定各物理量间的数量关系，并不一定同时确定单位关系（2）在国际单位制中，力学的三个基本单位是_千克_、_米_、_秒_。（3）试根据有关物理公式，由国际单位制中力学的基本单位推导出速度、加速度、力等物理量的单位。在厘米、克、秒制中，力的单位是达因，试证明l牛顿=105达因。（4）现有下列的物理量或单位，按下面的要求把相关字母填空；A.密度； B.ms； C.N； D.加速度； E.质量； F.s； G.cm； H.长度； I.时间； J.kg；(1)属于物理量的是_。 (2)在国际单位制中，作为基本单位的物理量有_。(3)在国际单位制中基本单位是_， 属于导出单位的是_。阅读材料：米制、国际单位制和法定计量单位 米制起源较早。自1791年法国国民议会通过建立以长度单位“米”为基础的计量单位以来，迄今已有二百年的历史。米制单位是十进位的，又有专门的词头构成主单位的倍数单位和分数单位，而且基本单位都具有比较科学的、能以较高精度复现的基准器。由于它有这些优点，逐渐为其他国家所接受。但是，随着科学技术的发展，又由米制中派生出各种不同的单位制，如厘米、克、秒制，米，千克，秒制等。这样一来，米制已经不是一个单一的单位制了，而且出现了一些具有专门名称的单位，它们之间缺乏科学的联系，并且存在着相互矛盾的现象。 国际单位制诞生于1960年，它来源于米制，继承了米制的优点(如十进位，用专门词头构成十进倍数与分数单位等)，同时克服了米制的缺点（如多种单位并存），是米制的现代形式。 国际单位制以米、千克、秒、安培、开尔文、坎德拉、摩尔七个单位作为基本单位，并把词头扩大到从10-18到1018的范围，同时保留了少数广泛使用的国际制以外的单往，以适应各个学科的需要，它比米制更科学、更完善了。 我国政府于1984年2月27日发布了中华人民共和国法定计量单位和统一实行法定计量单位的命令；这个法定计量单位是在国际制单位的基础上：增加了十五个非国际制单位构成的。增加的十五个非国际制单位中，有十个（其中包括三个时间单位、三个平面角单位、二个质量单位、一个体积单位和一个能量单位)是国际计量局规定可以与国际制单位并用的单位；有二个(其中包括一个长度单位和一个速度单位)是国际计量局规定可以暂时与国际制单位并用的单位；只有三个是根据我国情况选用的单位。4.5 牛顿第三定律教学目标（1）知道力的作用是相互的，理解作用力和反作用力的概念；（2）知道牛顿第三定律的内容，能用它解决简单的问题；（3）能区分平衡力与作用力和反作用力。教学重点: 牛顿第三定律。教学难点: 平衡力与作用力和反作用力的关系。教学过程:第五节 牛顿第三定律1、力的作用是相互的、同时发生的大量实验事实表明，自然界中一切力的现象，总是表现为物体之间的相互作用，只要有力发生，就一定有受力物体和施力物体。甲物体施给乙物体一个力的同时，甲物体也受到乙物体施给的一个力，施力物体同时也是受力物体，受力物体同时也是施力物体。物体间相互作用的这一对力，通常叫做作用力和反作用力。（1）相互性把相互作用的一对力中的一个力叫做作用力(或反作用力)，另个力就叫做反作用力 (或作用力)。习惯上，常把研究对象受到的力称为作用力，而把研究对象对其他施力物体所施加的力称为反作用力。（2）同时性作用力和反作用力是同时发生的，切莫以为“作用力在先，反作用力在后”(可以用自已的双手对掌体会之)。用脚踢足球，有人说：“只有把脚对球的力叫作用力，球对脚的力叫反作用力才行，因为前者是主动力，后者是被动力，主动力在先，被动力在后”。这种说法是错误的，因为主动力与被动力只能说明引起相互作用的原因，并不意味着相互作用有先后之分。2、牛顿第三定律 （1）内容：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上。（2）表达式：(作用力) F = - F(反作用力)，式中的“-”号表示方向相反。（3）重要意义1.牛顿第三定律独立地反映了力学规律的一个重要侧面，是牛顿第一、第二定律的重要补充，定量地反映出物体间相互作用时彼此施力所遵循的规律，即作用力和反作用力定律。2.全面揭示了作用力和反作用力的关系，可归纳为三个性质和四个特征。三个性质是： A.异体性：作用力和反作用力分别作用在彼此相互作用的两个不同的物体上，各自产生各自的作用效果； B.同时性：作用力和反作用力总是同时产生、同时变化、同时消失，不分先后； C.相互性：作用力和