新教材物理人教版教案第四章运动和力的关系第一节牛顿第一定律教案

1．牛顿第一定律1．了解人们对运动和力的关系的认识历程，知道伽利略的理想实验及其主要推理过程和推论，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．知道什么是惯性，会正确地解释有关惯性的现象，知道惯性大小只与质量有关。一、理想实验的魅力1．人类对运动和力的关系的认识历程2．伽利略的理想实验(1)斜面实验：让一个小球沿斜面从静止状态开始运动，小球将“冲”上另一个斜面，如果没有摩擦，小球将到达eq\o(□,\s\up4(8))原来的高度。如果第二个斜面的倾角减小，小球在这个斜面上仍将到达eq\o(□,\s\up4(9))原来的高度，但这时它运动的距离更长。继续减小第二个斜面的倾角，球达到同一高度时运动的距离就会更长。(2)推理结论：若将第二个斜面放平，小球将eq\o(□,\s\up4(10))永远运动下去。这说明，力不是eq\o(□,\s\up4(11))维持物体运动的原因。二、牛顿第一定律1．牛顿第一定律：一切物体总保持eq\o(□,\s\up4(1))匀速直线运动状态或eq\o(□,\s\up4(2))静止状态，除非作用在它上面的力迫使它eq\o(□,\s\up4(3))改变这种状态。2．惯性：物体这种保持原来eq\o(□,\s\up4(4))匀速直线运动状态或eq\o(□,\s\up4(5))静止状态的性质，叫作惯性。牛顿第一定律也被叫作eq\o(□,\s\up4(6))惯性定律。3．意义(1)揭示了运动和力的关系：力不是维持物体运动状态的原因，而是eq\o(□,\s\up4(7))改变物体运动状态的原因。(2)揭示了一切物体都具有的一种固有属性——eq\o(□,\s\up4(8))惯性。三、惯性与质量1．描述物体惯性的物理量是它的eq\o(□,\s\up4(1))质量。eq\o(□,\s\up4(2))质量大的物体惯性大。2．质量：只有eq\o(□,\s\up4(3))大小，没有eq\o(□,\s\up4(4))方向，是eq\o(□,\s\up4(5))标量。在国际单位制中，质量的单位是eq\o(□,\s\up4(6))千克，符号为eq\o(□,\s\up4(7))kg。判一判(1)亚里士多德认为物体的自然状态是静止，只有当它受到力的作用才会运动。()(2)伽利略认为力不是维持物体运动的原因。()(3)伽利略理想实验结论是以可靠事实为基础，经科学抽象、运用分析推理得出的。()(4)牛顿第一定律可以用实验直接验证。()(5)物体的惯性总是以保持“原状”或反抗“改变”两种形式表现出来。()(6)力无法改变物体的惯性。()提示：(1)√(2)√(3)√(4)×(5)√(6)√想一想(1)“理想实验”能否通过科技的不断发展而变成真实的科学实验？提示：不能，理想实验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)如图所示，用力踢球，球才会运动起来，难道不能证明有力才有运动，运动需要外力来维持吗？提示：不能，正是由于脚对球的力，改变了足球原来的运动状态(静止)，故力是改变物体运动状态的原因。脚离开球后，脚不再给球作用力，球仍然运动，故不是有力才有运动，力不是维持物体运动的原因。(3)有人说“只有做匀速直线运动或静止的物体才具有惯性”，也有人说“速度越大惯性越大”“受力越大惯性越小”，这些说法对吗？提示：不对，惯性是物体的固有属性，只与物体的质量有关，与物体的运动状态和受力情况无关。课堂任务对伽利略的理想实验的理解仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：关于力和运动的关系，在很长的时间里，人们都信奉亚里士多德的观点，其内容是什么？提示：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在某个地方。活动2：根据观察，小钢球沿斜面向下滚动时，速度如何变化？如果向上滚动呢？由此猜想，小球沿水平面滚动时速度如何？提示：速度增大；速度减小；速度应该不增不减。活动3：实际上小钢球沿水平面滚动时，会越来越慢，最后停下来，这是为什么？提示：这是因为小球受到摩擦力作用。活动4：如图甲所示的实验，不断改变斜面的材料(例如由毛巾依次换成棉布、木板、玻璃)，使其越来越光滑，你观察到小球到达的最大高度如何变化？提示：越来越高。活动5：如果斜面绝对光滑，小球能达到多高？提示：小球将达到原来的高度。活动6：如图乙所示，减小第二个斜面的倾角，若斜面绝对光滑，小球能到达多高？与活动5相比运动的距离如何？提示：小球仍将到达原来的高度；运动的距离更长。活动7：如图丙所示，当绝对光滑的斜面最终水平时，小球如何运动？提示：小球要达到原来的高度，将永远运动下去。活动8：将上述理想实验与亚里士多德的观点对比，你能总结出什么？提示：力不是维持物体运动的原因。活动9：讨论、交流、展示，得出结论。1．“理想实验”揭示了力不是维持物体运动的原因，物体的运动不需要力来维持。2．“理想实验”是一种思维活动，是人们在抽象思维中设想出来的，而实际上无法做到的实验。3．“理想实验”是一种以可靠的事实为依据，忽略次要因素，并把实验的情况合理外推到理想状态，从而揭示自然现象本质的假想实验。所以说伽利略理想实验方法是科学的，结论是可靠的。例1(多选)下列关于伽利略的理想实验的叙述中正确的是()A．这个实验是凭空想象的B．这个实验虽然是想象的，但它得出的结论是可靠的C．理想实验是一种科学方法D．理想实验是一个纯思维实验，其正确性应该再接受实验验证伽利略的理想实验是想象中的实验，有科学性吗？提示：伽利略的理想实验虽然是想象中的实验，但这个实验反映了一种物理科学方法，它是建立在可靠的事实基础之上的，以事实为依据，以抽象为指导，抓住主要因素，忽略次要因素，从而深刻地揭示了自然规律。[规范解答]伽利略的理想实验是在实验基础上假想的，A错误；伽利略的理想实验虽然是假想的，但是是在实验基础上，抓住主要因素，忽略次要因素，合理推理得到的，它得出的结论是可靠的，B正确；理想实验是一种科学方法，C正确；理想实验是一种以可靠的事实为依据，忽略次要因素，并把实验的情况合理外推到理想状态，从而揭示自然现象本质的假想实验，不能用实验验证，D错误。[完美答案]BC“理想实验”在自然科学的理论研究中有着重要的作用，但“理想实验”的方法有一定的局限性，“理想实验”是一种逻辑推理的思维过程，它的作用只限于逻辑上的证明与反驳，而不能用作检验认识正确与否的标准。由“理想实验”所得出的任何推论，都必须由观察或实验的结果来检验。eq\a\vs4\al([变式训练1])在探究物体运动的原因时，伽利略利用两个对接的斜面，一个斜面固定，让小球从固定斜面上滚下，又滚上另一个倾角可以改变的斜面，斜面倾角逐渐改变至零，如图所示。伽利略设计这个实验的目的是为了说明()A．如果没有摩擦，小球将运动到与释放时相同的高度B．即使没有摩擦，小球最终也一定会停下来C．力不是维持物体运动的原因D．如果物体不受力的作用就不会运动答案C解析伽利略的理想实验证明了：力不是维持物体运动的原因，运动不需要力来维持，物体不受外力作用时，总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，A、B、D错误，C正确。课堂任务牛顿第一定律仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：如图甲所示，关于力和运动的关系，伽利略的结论是什么？提示：力不是维持物体运动的原因。活动2：如图甲所示，考虑速度的矢量性，试进一步总结物体不受力时速度有什么特点？如果物体开始时静止呢？提示：如果运动中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，既不会停下来，也不会偏离原来的方向，即速度的大小和方向都不变。若物体开始时静止，即速度为零，因为速度不变，所以以后仍保持静止。活动3：如图乙、丙所示，总结力对运动有什么影响？提示：图乙中磁力使钢球的速度变大，图丙中磁力使钢球的速度方向改变；因此力能改变物体的速度。活动4：结合以上活动，试总结力和运动的关系。提示：由活动1、3可知，力不是维持物体运动的原因，而是改变物体速度的原因；由活动2可知，物体不受力时，速度不变，即物体总保持速度不变(匀速直线运动或静止)的状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。活动5：讨论、交流、展示，得出结论。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，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。2．对牛顿第一定律的理解(1)运动状态改变即速度发生变化，有三种情况：①速度的方向不变，大小改变。②速度的大小不变，方向改变。③速度的大小和方向同时发生改变。(2)牛顿第一定律所描述的状态是一种理想状态，它是利用逻辑思维进行分析的产物，不可能用实验直接验证。3．牛顿第一定律的意义(1)揭示了运动和力的关系①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。②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，即物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，因此牛顿第一定律也被叫作惯性定律。例2(多选)关于牛顿第一定律有下列说法，其中正确的是()A．牛顿第一定律可用实验来验证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(1)牛顿第一定律描述的是什么状态？这种状态存在吗？提示：牛顿第一定律描述的是物体不受力的状态，这种状态不存在，因为不受力作用的物体是不存在的。(2)物体不受力能运动吗？提示：牛顿第一定律指出运动的物体不受力时保持匀速直线运动状态，所以物体的运动不需要力来维持。我们常见的物体不受力会停止，是因为我们只考虑我们看得见的施加的外力，而忽略了看不见的摩擦力和空气阻力等。[规范解答]不受力的物体是不存在的，牛顿第一定律不是实验定律，故不能用实验来验证，A错误；牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因，B正确；惯性定律是物体遵循的规律，而惯性是物体的性质，实质是不相同的，C错误；物体的运动不需要力来维持，D正确。[完美答案]BD物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性；而物体因为具有惯性而总是保持这种运动状态，除非有力作用在它上面迫使它改变这种运动状态，这是牛顿第一定律，也被叫作惯性定律，两者是不同的。eq\a\vs4\al([变式训练2])关于牛顿第一定律，以下说法错误的是()A．牛顿第一定律又叫惯性定律B．牛顿第一定律是牛顿通过大量实验总结出来的实验结论C．牛顿第一定律说明一切物体都有惯性D．牛顿第一定律说明力可以改变物体的运动状态答案B解析牛顿第一定律又叫惯性定律，A正确；牛顿第一定律是牛顿在伽利略和笛卡儿工作的基础上，通过抽象推理总结出来的结论，B错误；牛顿第一定律说明一切物体都有惯性，C正确；牛顿第一定律说明力可以改变物体的运动状态，D正确。课堂任务惯性的理解和应用仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：如图甲，铅球质量越小，运动员投掷的距离越远，从运动和力的关系分析，这说明什么？提示：这说明铅球质量越小，越容易获得更大的速度，即运动状态越容易改变，惯性越小。活动2：如图乙，轰炸机为了携带更多的炸弹，质量很大，但是战斗机(图丙)质量都很小，为什么？这说明了什么？提示：战斗机要求动作灵活，例如在极短的时间加速或转弯，以躲避来袭导弹，即战斗机要求运动状态容易改变，惯性小。说明物体的惯性大小与其质量有关。活动3：讨论、交流、展示，得出结论。1．大量的事例说明，不同质量的物体，惯性的大小不一样。描述物体惯性的物理量是它的质量。2．对惯性的理解(1)惯性与质量①惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。②质量是物体惯性大小的唯一量度。质量越大，惯性越大。(2)惯性与力①惯性是物体本身固有的一种性质，因此说“物体受到了惯性作用”“产生了惯性”“受到惯性力”等都是错误的。②力是改变物体运动状态的原因，惯性是维持物体运动状态的原因。力越大，运动状态越易改变；惯性越大，运动状态越难改变。③惯性与物体的受力情况无关。(3)惯性与速度①速度是表示物体运动快慢的物理量，惯性是物体本身固有的性质。②一切物体都有惯性，惯性和物体是否有速度及速度的大小均无关。不能说“速度大惯性就大”。(4)惯性与惯性定律惯性不是惯性定律。惯性没有条件限制，是物体的一种固有属性。惯性定律是物体不受外力作用时物体运动所遵循的一条规律。(1)物体在不受力(或合力为零)的条件下，惯性表现为物体保持原来的运动状态。(2)在受力条件下，惯性表现为物体运动状态改变的难易程度。例3打水漂是人类最古老的游戏之一。如图所示，仅需要一块小瓦片，在手上呈水平放置后，用力使它水平飞出，瓦片擦水面飞行，不断地在水面上向前弹跳，直至下沉。下列判断正确的是()A．瓦片飞出时的初速度越大，它的惯性一定越大B．瓦片飞行时所用时间越长，它的惯性一定越大C．瓦片飞出去的距离越长，它的惯性一定越大D．瓦片的质量越大，它的惯性一定越大(1)惯性与物体的运动速度有关吗？速度越大惯性越大吗？提示：惯性与物体的速