《牛顿第一定律》教案1.doc

牛顿第一定律教案第一课时 目标定位1.知道伽利略的理想实验及其推理过程，知道理想实验是科学研究的重要方法.2.理解牛顿第一定律的内容及意义.3.明确惯性的概念，会解释有关的惯性现象一、从亚里士多德到伽利略1亚里士多德把地上的运动分成两类：一类是无须外力帮助的天然运动；另一类是受迫运动，这类运动必须依靠外力的不断作用才能维持外力一旦消失，受迫运动也就停止了他的观点由于受到历史的局限性，是错误的2意大利科学家伽利略指出，地面上运动的物体之所以会停下来，是因为摩擦力的缘故为了说明运动和力的关系，他设计了理想实验：(1)若摩擦可以忽略，小球最终会到达与左侧斜面同样的高度；(2)坡度越小，小球要达到同样的高度经过的坡长就会越长；(3)如果右边的斜面变成水平面，并且没有任何阻力，小球将永远运动下去从而否定了亚里士多德的观点想一想：伽利略的理想实验揭示了什么道理？答案伽利略的实验揭示了力不是维持物体运动的原因二、牛顿第一定律惯性1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，直到有外力迫使它改变这种状态为止2牛顿第一定律揭示了力是迫使物体的运动状态发生变化(产生加速度)的一种作用，是物体获得加速度的原因，而物体具有的速度并不与力直接相关3惯性：一切物体都有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质，这种性质叫做惯性因此牛顿第一定律也称为惯性定律质量是物体惯性大小的量度想一想：(1)是不是只有匀速直线运动或静止的物体才具有惯性？(2)有人说：“速度越大惯性越大，受力越小惯性越大”，对吗？答案(1)不是一切物体都具有惯性物体的惯性与运动状态无关(2)不对惯性只与质量大小有关，而与速度大小无关，与受力大小也无关.一、对伽利略的理想实验的理解1关于运动和力的两种对立的观点(1)亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因这种错误的观点统治了人们的思维近二千年(2)伽利略的观点(伽利略第一次提出)：物体的运动不需要力来维持，力是改变物体速度的原因2伽利略的理想实验的意义(1)伽利略的理想实验将可靠的事实和理论思维结合起来，即采用“事实基础抽象思维科学推论”的方法推翻了亚里士多德的观点，初步揭示了运动和力的正确关系(2)第一次确立了物理实验在物理学中的地位例1理想实验有时更能深刻地反映自然规律伽利略设计了一个如图311所示的理想实验，他的设想步骤如下：图311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；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的高度；继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成为水平面，小球将沿水平面做持续的匀速运动请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列_(只要填写序号即可)在上述的设想步骤中，有的属于可靠的事实，有的则是理想化的推论下列有关事实和推论的分类正确的是()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，是推论解析本题是在可靠事实的基础上进行合理的推理，将实验理想化，并符合物理规律，得到正确的结论而是可靠事实，因此放在第一步，是在斜面上无摩擦的设想，最后推导出水平面上的理想实验.因此正确顺序是。答案B二、对牛顿第一定律的理解1对牛顿第一定律的理解(1)定性说明了力和运动的关系：力是改变物体运动状态的原因，或者说力是产生加速度的原因，而不是维持物体运动状态的原因物体不受外力时的运动状态：匀速直线运动状态或静止状态(2)揭示了一切物体都具有的一种固有属性惯性，因此牛顿第一定律也叫惯性定律2物体运动状态的变化即物体运动速度的变化，有以下三种情况：(1)速度的方向不变，只有大小改变(物体做直线运动)(2)速度的大小不变，只有方向改变(物体做曲线运动)(3)速度的大小和方向同时发生改变(物体做曲线运动)3注意：(1)牛顿第一定律所描述的是物体不受外力作用时的状态，与物体所受合外力为零是等效的(2)牛顿第一定律不是实验定律，它是在理想实验的基础上总结得出的例2关于牛顿第一定律的理解正确的是()A牛顿第一定律反映了物体不受外力的作用时的运动规律B不受外力作用时，物体的运动状态保持不变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飞跑的运动员，由于遇到障碍而被绊倒，这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态解析牛顿第一定律描述的是物体不受外力作用时的状态，即总保持匀速直线运动状态或静止状态不变，A、B正确；牛顿第一定律揭示了力和运动的关系，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，在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于摩擦阻力的作用而改变了运动状态，飞跑的运动员，遇到障碍而被绊倒，是因为他受到外力作用而改变了运动状态，C错误，D正确答案ABD三、对惯性的理解1惯性是物体的固有属性一切物体都具有惯性2质量是惯性大小的唯一量度质量越大，惯性越大3惯性大小与物体运动状态无关，与物体受力情况以及地理位置无关4惯性的表现(1)不受力时，惯性表现为保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，有“惰性”的意思(2)受力时，惯性表现为运动状态改变的难易程度质量越大，惯性越大，运动状态越难以改变例3关于惯性，下列说法正确的是()A惯性是物体固有的属性，惯性越大的物体，它的运动状态越难改变B同一物体运动时的惯性大于静止时的惯性C“嫦娥三号”卫星在地球上的惯性与它绕月球飞行时的惯性相同(燃料消耗忽略不计)D各种机床和发电机的底座做得很笨重，并用螺丝固定在地面上，目的是增大惯性解析惯性是物体固有的属性，惯性越大的物体，保持原来运动状态的性质越强，即它的运动状态越难改变，A正确；质量是惯性大小的唯一量度，惯性大小与运动状态无关，B错误；“嫦娥三号”卫星在地球上的质量与它绕月球飞行时的质量不变，惯性不变，C正确；质量大的物体惯性大，各种机床和发电机的底座做得很笨重，目的是增大惯性，D正确故选A、C、D.答案ACD借题发挥分析有关惯性的问题时，应注意惯性的三个性质：(1)普遍性：一切物体在任何情况下都具有惯性；(2)无关性：惯性与物体的运动状态和受力情况均无关；(3)唯一性：惯性由物体的质量唯一决定例4如图312所示，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()图312A可能落在A处B一定落在B处C可能落在C处D以上都有可能解析匀速行驶的火车车厢内，相对车厢静止释放一个小球，由于惯性，小球在水平方向保持与车速相同的速度，因此在下落这段时间内，水平位移相等，即落回到B点，故选B.答案B对伽利略的理想实验的理解1(2013山东烟台期末)下列叙述中符合物理学史实的是()A伽利略认为力不是维持物体运动的原因B伽利略通过理想斜面实验总结出了惯性定律C牛顿认为力是改变物体运动状态的原因D在伽利略和笛卡儿研究的基础上，牛顿建立了惯性定律答案ACD2伽利略的理想斜面实验说明()A亚里士多德关于运动和力的关系是正确的B亚里士多德关于运动和力的关系是错误的C力是维持物体运动的原因D物体的运动不需要力来维持解析伽利略的理想实验中斜面放平后，小球将永远运动下去，说明物体的运动不是由力来维持的，故而推翻了亚里士多德的观点B、D正确答案BD对牛顿第一定律的理解3关于牛顿第一定律，下列说法中正确的是()A牛顿第一定律是在伽利略“理想实验”的基础上总结出来的B不受力作用的物体是不存在的，故牛顿第一定律的建立毫无意义C牛顿第一定律表明，物体只有在不受外力作用时才具有惯性D牛顿第一定律表明，物体只有在静止或做匀速直线运动时才具有惯性解析牛顿第一定律是在伽利略“理想实验”的基础上经过抽象、加工、推理后总结出来的，A正确；虽然不受力作用的物体是不存在的，但是它与受合外力为零时等效的，故牛顿第一定律仍有实际意义，B错误；物体的惯性是物体本身的属性，与物体是否受外力无关，与物体静止还是匀速直线运动无关，C、D错误故选A.答案A对惯性的理解4(2013北京西城区期末)关于惯性的大小，下列说法正确的是()A物体的速度越大，其惯性就越大B物体的质量越大，其惯性就越大C物体的加速度越大，其惯性就越大D物体所受的合力越大，其惯性就越大解析质量是物体惯性大小的量度，与速度、加速度及合力无关答案B5如图313所示，冰壶在冰面运动时受到的阻力很小，可以在较长时间内保持运动速度的大小和方向不变，我们可以说冰壶有较强的抵抗运动状态变化的“本领”这里所指的“本领”是冰壶的惯性，则惯性的大小取决于()图313A冰壶的速度B冰壶的质量C冰壶受到的推力D冰壶受到的阻力解析一个物体惯性的大小，与其运动状态，受力情况是没有任何关系的，衡量物体惯性大小的唯一因素是质量，故B正确答案B6根据牛顿运动定律，以下选项中正确的是()A人只有在静止的车厢内，竖直向上高高跳起后，才会落在车厢的原来位置B人在沿直线匀速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方C人在沿直线加速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方D人在沿直线减速前进的车厢内，竖直向上高高跳起后，将落在起跳点的后方解析人起跳后，水平方向保持起跳前的速度做匀速直线运动；车速如果不变(静止或匀速)，则人和车水平方向相对静止；车如果加速，人相对滞后，落在后面；车如果减速，人相对超前，落在前面故选C.答案C第二课时 目标定位1.学会用“控制变量法”探究加速度与力、质量的定量关系.2.会用图象表示加速度与质量、加速度与力之间的关系.1实验器材：小车、砝码、小桶、砂、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平2实验原理：实验的基本思想控制变量法(1)保持研究对象即小车的质量不变，改变小桶内砂的质量，即改变作用力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否与作用力成正比(2)保持小桶中砂的质量不变，即保持作用力不变，改变研究对象的质量，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否与质量成反比想一想：实验中小车的加速度怎样得到？答案通过打点计时器打出纸带，利用逐差法计算出小车的加速度.一、实验方案的设计1三个物理量的测量方法体会近似法本实验的研究对象：放在“光滑”“水平面”上的小车(装置如图321所示)图321(1)小车质量的测量：利用天平测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量(2)拉力的测量：当小桶和砂的质量远小于小车质量的情况下，可以认为小桶和砂的重力近似等于小车所受的拉力(合外力)，即Fmg.(3)加速度的测量：由纸带根据公式xaT2，结合逐差法计算出小车的加速度2实验数据的处理方法图象法、“化曲为直”法(1)研究加速度a和力F的关系图322以加速度a为纵坐标，以力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如图322所示，若图象是一条通过原点的直线，就能说明a与F成正比(2)研究加速度a与质量M的关系如图323甲所示，因为aM图象是曲线，检查am图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难若a和M成反比，则a与必成正比我们采取“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以为横坐标，作出a图象，若a图象是一条通过原点直线如图乙所示，说明a与成正比，即a与M成反比甲乙图323二、实验步骤1用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来2按图324所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系绳)图3243平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到轻推小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)4在小桶里放入适量的砂，并把细绳系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，记录下来接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带，并设计表格如下次数123456小车加速度a/(ms2)砂和小桶的质量m/kg拉力F/N5.保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤4再做5次实验6在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值，填入表格中7用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的aF图象，从而得出aF的关系8保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，并设计表格如下根据实验结果画出小车运动的a图象，从而得出aM的关系.次数123456小车加速度a/(ms2)小车质量M/kg1/M/kg19.整理实验器材，结束实验三、误差分析1托盘和砝码的总重力约等于小车所受的合外力，但会带来一定的误差小车的质量与砂桶和砂的总质量相差越大，这种误差越小2为减小长度测量时的偶然误差，可进行多次测量取平均值3没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不好，实验中作出的aF或a图象不过原点四、注意事项1实验中小车靠近打点计时器且应先接通电源后释放小车2在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡3改变砂的质量过程中，要始终保证砂桶(包括砂)的质量远小于小车的质量4作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的对称分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去典例精析例1用如图325所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：图325A用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量；B按图装好实验器材；C把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶；D将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量；E保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验；F分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；G作aM关系图象，并由图象确定aM关系(1)该同学漏掉的重要实验步骤是_，该步骤应排在_步实验之后(2)在上述步骤中，有错误的是_，应把_改为_(3)在上述步骤中，处理不恰当的是_，应把_改为_解析实验中把小桶及其中砂子的重力看做与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在6 V以下交流电压的学生电源上作aM关系图象，得到的是双曲线，很难作出正确的判断，必须“化曲为直”，改作a关系图象答案(1)平衡摩擦力B(2)步骤D6 V电压的蓄电池6 V以下交流电压的学生电源(3)步骤GaMa借题发挥平衡摩擦力的方法：将不带定滑轮的一端适当垫高，在不挂托盘情况下，使小车带动着纸带(打点计时器打点时)，沿长木板恰好做匀速直线运动目的：使托盘与砝码的重力等于小车受到的合力例2在“探究加速度与力、质量的关系”活动中，某小组设计了如图326所示的实验装置图中上下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，然后同时停止图326(1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使_；在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量_(选填“远大于”“远小于”或“等于”)小车的质量(2)本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是因为_.(3)实验中获得数据如下表所示：小车、的质量均为200 g.实验次数小车拉力F/N位移x/cm10.10.246.5120.229.040.343.6330.341.160.444.8040.436.430.545.56在第1次实验中小车从A点运动到B点的位移如图327所示，请将测量结果填到表中空格处通过分析，可知表中第_次实验数据存在明显错误，应舍弃图327解析(1)拉小车的水平细线要与轨道平行只有在砝码盘和砝码的总质量远小于小车质量时，才能认为砝码盘和砝码的总重力等于细线拉小车的力(2)对初速度为零的匀加速直线运动，时间相同时，根据xat2，得.(3)刻度尺的最小刻度是1 mm，要估读到毫米的下一位读数为23.86 cm0.50 cm23.36 cm.答案(1)细线与轨道平行(或水平)远小于(2)两小车从静止开始做匀加速直线运动，且两小车的运动时间相等(3)23.36(23.3423.38均对)3例3“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图328甲所示图328(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图328乙所示计时器打点的时间间隔为0.02 s从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离该小车的加速度大小a_m/s2.(结果保留两位有效数字)(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：砝码盘中砝码总重力F/N0.1960.3920.5880.7840.980加速度a/(ms2)0.691.181.662.182.70图329请根据实验数据在图329中作出aF的关系图象(3)根据提供的实验数据作出的aF图线不通过原点，请说明主要原因解析(1)计数点时间间隔T0.1 s，间距x13.52 cm.x23.68 cm，x33.83 cm.因x2x1a1T2，x3x2a2T2，a，得a0.16 m/s2.(2)aF图象如图所示(3)设砝码盘的重力为F0，则a，因F00，故F0时，a0，图线不过原点答案(1)0.16(2)aF图象见解析图(3)未计入砝码盘重力或砝码盘的重力不能忽略借题发挥实验中作出的aF图象有时不过原点，如图3210所示造成这种现象的主要原因是：实验中没有考虑砝码托盘的质量，误将砝码的重力等于拉力F，或是平衡摩擦力时垫得太高了，会出现图象甲的情况；实验中没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不充分，会出现图象乙的情况图32101在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后拖动的纸带打上的点计算出(1)当M与m的大小关系满足_时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力(2)一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据为了比较容易地观测加速度a与质量M的关系，应该作a与_的图象(3)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a图线如图3211所示，两个同学做实验时的盘及盘中砝码的质量m乙_(填“大于”“小于”或“等于”)m丙图3211解析(1)验证牛顿第二定律的实验中，要保证