第一节伽利略的理想实验与牛顿第一定律.ppt

第一节伽利略的理想实验与牛顿第一定律 新知预习 1 牛顿第一定律 1 内容 一切物体总保持 运动状态或 状态 直到有 迫使它 这种状态为止 匀速直线 静止 外力 改变 2 意义 指出了物体不受外力时的运动状态 即 运动状态或 状态 定义了惯性的概念 因此又叫 定律 揭示了运动和力的关系 力不是 物体运动的原因 而是 物体运动状态的原因 匀速直线 静止 惯性 维持 改变 2 惯性 1 定义 物体保持原来的 运动或 状态的性质 2 理解 惯性是物体的 性质 物体都具有惯性 惯性的大小与物体的 无关 与物体是否 无关 匀速直线 静止 固有 运动状态 一切 受力 一 伽利略的理想实验1 伽利略的理想实验如图所示 将轨道弯曲成ABC的形状 在轨道的一边释放一颗钢珠 如果不存在摩擦力 钢珠将上升到与原来的释放高度相同的点 2 若将轨道弯曲成ABD或ABE曲线的形状 钢珠也应上升到原来的高度 但通过的路程更长 3 若将轨道弯曲成一侧水平的曲线 由于BF是水平的 钢珠就再也达不到原来的高度 将以恒定的速度永远的运动下去 4 伽利略由此推断 在水平面上做匀速直线运动的物体并不需要用外力来维持 伽利略构想的理想实验 假想实验 以可靠的实验事实为基础 把实验与逻辑推理和谐地结合在一起 他的这种以事实为依据 以抽象为指导 抓住主要因素 忽略次要因素的科学探究的思想方法 深刻地揭示了自然规律 有力地推动了科学的发展 二 牛顿第一定律的理解和应用1 明确了惯性的概念定律的前半句话 一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态 揭示了物体所具有的一个重要的属性 惯性 即物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质 牛顿第一定律指出一切物体在任何情况下都具有惯性 2 确定了力的含义定律的后半句 直到有外力迫使它改变这种运动状态为止 说明力是改变物体运动状态的原因 并不是维持物体运动的原因 这一点要切实理解 3 定性揭示了力和运动的关系牛顿第一定律指出物体不受外力作用的运动规律 它描述的只是一种理想状态 而实际中不受外力作用的物体是不存在的 当物体所受合外力为零时 其效果跟不受外力作用相同 因此我们可以把 不受外力作用 理解为 合外力为零 提示 1 牛顿第一定律所描述的是一种理想状态 即物体不受外力时的状态 2 牛顿第一定律虽然无法由实验直接证实 不是实验定律 但可经过科学推理的理想实验推出 3 从牛顿第一定律中可知 力是改变物体运动状态的原因 三 对惯性的理解1 惯性是一切物体的固有属性 一切物体在任何情况下都具有惯性 其表现形式是 1 在不受力 或合外力为零 的条件下 惯性表现为保持原来的运动状态 2 在受力条件下 惯性表现为运动状态改变的难易程度 2 惯性大小由物体质量决定 与其他因素无关 其他因素的改变不影响物体的惯性 3 惯性不是力 惯性是物体保持匀速直线运动或静止状态的性质 而力是物体对物体的作用 力是改变物体运动状态的原因 二者在概念上有着本质的区别 4 惯性不是惯性定律 惯性指的是一切物体都具有保持匀速直线运动或静止状态的性质 惯性定律即牛顿第一定律 反映了物体不受外力时的运动规律 提示 惯性是任何物体都具有的属性 不能说 产生惯性 克服惯性 等 四 对 质量是物体惯性大小的量度 的理解量度物体惯性大小的物理量是它们的质量 物体质量越大 惯性就越大 运动状态也就难以改变 例1 理想实验有时更能深刻地反映自然规律 伽利略设想了一个理想实验 如下图 其中有一个是经验事实 其余是推论 减小第二个斜面的倾角 小球在这斜面上仍然要达到原来的高度 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面 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 最后将它放在水平面上 小球要沿水平面做持续的匀速运动 请区别出上述步骤中的事实和推论 A 是事实 是推论B 是事实 是推论C 是事实 是推论D 是事实 是推论 答案 B 变式训练1 关于伽利略的理想实验 下列说法中正确的是 A 这个实验实际上是永远无法实现的B 只要接触面相当光滑 物体在水平面上就能匀速运动下去C 利用气垫导轨 就能使实验成功D 虽然是想象中的实验 但是它是建立在可靠的事实基础上的 解析 可以由伽利略理想实验的特点进行分析 伽利略的理想实验是建立在可靠的事实基础上的 进行科学的 合理的推理而得出的结论 但是摩擦力永远无法消除 平板或导轨也不能做得无限长 因而无法用实验直接验证 答案 AD 题型二对牛顿第一定律的理解 例2 以下说法正确的是 A 牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律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要停下来 是由于没有外力维持木块运动D 物体运动状态发生变化时 物体必定受到外力的作用 答案 ABD 点评 学习牛顿第一定律后纠正以下错误 1 认为运动的物体一定受到力的作用 2 认为物体向哪个方向运动 就受向哪个方向的力 3 认为物体受力越大 速度越大 变式训练2 关于牛顿第一定律的下列说法中 正确的是 A 牛顿第一定律是实验定律B 牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因C 惯性定律与惯性的实质是相同的D 物体的运动不需要力来维持 解析 牛顿第一定律反映的是物体在不受外力的情况下所遵循的规律 而不受力的物体是不存在的 故A错误 惯性是一种属性 而惯性定律是反映物体受力和运动状态改变关系的规律 二者实质不同 故C错误 B D正确 答案 BD 题型三用惯性知识解释实际问题 例3 一人由行驶的自行车上跳下 下列说法中正确的是 A 若他跳下的速度方向与车速度方向垂直 着地后他将不会跌倒B 若他跳下的速度方向与车速度方向垂直 着地后他将向车行驶的反方向跌倒 C 若他跳下的速度方向与车速度方向一致 且着地后与车同方向跑几步 他可能不跌倒D 若他跳下的速度方向与车速度方向一致 着地后他将向车行驶的反方向跌倒 解析 人跳车前与车同速 跳下时 脚先着地受阻力减速停下 而上身由于惯性仍要保持原来运动状态 人会向车行驶方向跌倒 若人向车行驶方向跳下 且跟着车跑几步就不会跌倒 答案 C 变式训练3 火车在长直水平轨道上匀速行驶 车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 A 人跳起后 车厢内空气给他以向前的力 带着他随同火车一同向前运动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 所以人落下后必定偏后一些 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 在水平方向上和车始终具有相同的速度 解析 火车做匀速直线运动 火车和站在车厢地板上的人水平方向上所受合外力均为零 他们沿水平方向做匀速直线运动的速度相同 人竖直跳起后上升又下落的过程中 均没有受到水平方向上的力的作用 根据牛顿第一定律 人保持水平方向上的匀速直线运动状态 与火车一起匀速向前 可见 在四个选项中 只有D正确 答案 D 本节学习过程 要注重概念 规律的对比 找到它们的联系和区别 1 亚里士多德 力是维持物体运动的原因伽利略 力是改变物体运动状态的原因2 伽利略的理想实验牛顿第一定律只能由理想实验验证3 惯性定律说明力与运动有关系 受力物体的运动状态才会发生改变 惯性描述物体的一种状态与力无关 状态变与不变都能表现出惯性 1 关于伽利略理想实验 以下说法中正确的是 A 完全是理想的 没有事实为基础B 是以可靠事实为基础的纯科学抽象 深刻反映自然规律C 没有事实为基础 只是理想推理D 以上说法都不对 答案 B 解析 真正的实验 是一种实践活动 是可以依靠一定的实验器材和实验方法而实现的实验 理想实验 则是一种思维活动 是人们在抽象思维中设想出来而实际上无法做到的实验 2 关于惯性的说法中正确的是 A 快速运动的物体难以静止 说明物体的速度大 惯性大B 静止的火车难以起动 说明静止的物体惯性大C 乒乓球可以快速抽杀 说明乒乓球惯性小D 物体受到的力越大 越容易变速 说明物体受力大 惯性小 答案 C 解析 惯性大小由物体本身的质量确定 与物体的运动状态及受力大小无关 3 关于运动和力的关系 下列说法中正确的是 A 必须有力作用在物体上 物体才能运动 没有力的作用 物体就会静止下来B 如果没有其他原因 运动的物体将持续以同一速度沿着一条直线运动 它不会停下来 但可能会偏离原来的方向C 物体如果向正北方向运动 其受外力方向必定指向正北D 力不是维持物体速度的原因 而是改变物体速度的原因 解析 由牛顿第一定律知 物体的运动不需要力来维持 如果物体不受外力作用 物体将一直沿直线运动下去 力是改变物体运动状态的原因 而不是维持物体运动状态的原因 故只有D正确 答案 D 4 关于物体惯性的大小 下列说法正确的是 A 小轿车和载重大卡车相比较 大卡车的惯性大B 某人无法拉动一部小车 说明小车的惯性很大C 列车起动时 速度增加十分缓慢 说明速度小时列车的惯性较大D 机车用恒力牵引列车 开始时列车的速度不断增加 但速度增大到某一数值时 速度就不再增加了 保持匀速运动 这说明速度较大时惯性大 解析 惯性是物体本身的固有属性 惯性大小只与质量有关 而与物体受力情况以及运动情况无关 A正确 答案 A 5 关于牛顿第一定律的下列说法中 正确的是 A 惯性定律可以用物体平衡条件取而代之B 惯性定律可以用长斜面实验进行实验验证C 惯性定律叙述情况尽管在实际中找不到 但仍具实际意义D 物体速度的改变 是外力作用的结果 解析 牛顿第一定律描述的是一切物体在不受任何外力时的一种理想情况 在实际中并不存在 不能由实验验证 但说明了力是改变运动状态的原因 故C D正确 答案 CD 6 在静止的车厢里 水平桌面上放一小球 小球处于静止状态 如果发现小球向后滚动 说明火车在 如果火车在行进中 小球在桌面上处于静止状态 说明火车 如果发现小球突然向前滚动 说明火车在 启动开车 匀速直线运动 突然刹车停止或减速运动 能力提升 7 火车在平直轨道上匀速直线前进 在密封的没有空气流动的车厢内点燃了一支卫生香 则车里乘客看到卫生香所冒出的烟的运动情况应是 A 一边上升一边向前飘B 一边上升一边向后飘C 只是上升不向任何一边飘D 无法确定 解析 冒出的烟由于惯性保持了原来的运动状态 即烟与火车在水平方向上运动速度相同 故乘客看到烟只上升 并不飘向任何一方 答案 C 8 如图所示 在一辆表面光滑的小车上 有质量分别为m1 m2的两个小球 m1 m2 随车一起匀速运动 当车突然停止时 如不考虑其他阻力 设车足够长 则两个小球 A 一定相碰B 一定不相碰C 不一定相碰D 难以确定是否相碰 因为不知小车的运动方向 解析 当车停止时 m1 m2由于惯性均保持了原来的速度 所以刹车后 m1 m2的间距并不变化 即m1 m2一定不相碰 答案 B 9 某同学在上学路上骑自行车时 用力蹬车 车会加快向前运动 当不再用力时 车会慢慢停下来 这个现象是否与牛顿第一定律相矛盾 答案 不矛盾 牛顿第一定律研究的是物体不受力 合力为零 时的运动规律 物体受力 合力不为零 时 物体的运动状态将要改变 车加快向前是由于受人蹬车力的作用 车慢慢停下来是受地面摩擦力的作用 他们都是所受合力不为零时运动状态改变的具体表现 与牛顿第一定律并不矛盾 10 一辆汽车到站后启动不了 常看到司机一边踩油门 同时请许多乘客齐心协力推一下 结果汽车启动了 有人就说 这是由于大家帮忙克服了汽车的惯性的缘故 这种说法对吗 物体的惯性能被克服吗 答案 不对 惯性不能被克服 解析 只要物体的质量不变 则惯性的大小也不会改变 因此物体的惯性是永远克服不了的 汽车不动的原因是由于所施的牵引力还不足以克服地面所施的静摩擦力的缘故 众人推动汽车 其作用只是帮助汽车克服地面所施的摩擦力 转化为滚动摩擦而已 11 高速公路上对不同类型的汽车行驶的限制速度是不同的 你能比较载重汽车 面包车和小汽车限速数值的大小吗 并说明这是为什么 答案 见解析 解析 质量大的汽车惯性大 刹车较为困难 限速数值应小一些 所以载重汽车 面包车和小汽车的限速数值应依次变大 拓展创新 12 据说 三国时期 刘备为了让张飞佩服自己 他与张飞比力气大小 刘备将一只母鸡从房前通过房顶扔到房