牛顿第一定律 学案

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第一节 牛顿第一定律 学案 
一. 内容:
牛顿第一定律

二. 本周目标
1. 知道伽利略和亚里士多德对力和运动关系的不同认识。
2. 知道伽利略的理想实验及其推理过程和结论.
3. 知道什么是惯性,会正确理解有关现象.
4. 理解牛顿第一定律的内容和意义.

[教学过程]
1 .理想实验的魅力
(1)伽利略的理想斜面实验
理想实验:
如图甲所示,让小球沿一个斜面从静止滚下,小球将滚上另一个斜面.如果没有摩擦,小球将上升到原的高度.

如果第二个斜面倾斜角度小,如图乙所示,小球在这个斜面上达到原的高度就要通过更长的路程,继续减小第二个斜面的倾斜角度,如图丙所示,使它最终成为水平面,小球就再也达不到原的高度,而是沿水平面以恒定的速度持续运动下去.
伽利略的思想方法
伽利略的“实验+科学推理”的方法推翻了亚里士多德的观点。
伽利略的理想斜面实验虽然是想像中的实验,但这个实验反映了一种物理思想,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.
(2)伽利略的观点:在水平面上的物体,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)笛卡尔的观点: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.笛卡尔补充和完善了伽利略的观点.
2. 牛顿物理学的基石——惯性定律
牛顿总结了伽利略等人的工作,并提出了三条运动定律,先看牛顿第一定律:
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)如何正确理解牛顿第一定律?
对牛顿第一定律应从以下几个方面理解:
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、因此牛顿第一定律又叫惯性定律.
②确定了力的含义:
定律的后半句话“直到有外力迫使它改变这种运动状态为止”,实际上是对力的定义,即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时的运动规律,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,其效果跟不受外力的作用相同.但是,我们不能把“不受外力作用”理解为“合外力为零”.
3. 理解惯性和惯性定律
(1)对惯性定律的理解
牛顿第一定律揭示了一切物体都具有保持原运动状态不变的性质,即一切物体都具有惯性.同时,牛顿第一定律还定性地指出了力的动力学意义:力是改变物体运动状态的原因,即改变速度的原因.物体在速度发生改变时,就有加速度.因此也可以说:力是使物体产生加速度的原因.不能认为力是维持物体运动(匀速直线运动)的原因,也不能认为有力就有运动,没有力就没有运动,更不能认为物体向哪个方向运动就一定受到那个方向的力的作用.
(2)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惯性与运动状态无关:不论物体是处于怎样的运动状态,惯性总是存在的,当物体原静止时,它一直“想”保持这种静止状态;当物体运动时,它一直“想”以那一时刻的速度做匀速直线运动.
③惯性与物体是否受力无关,与物体速度大小无关,仅由物体的质量决定.
4. 惯性与力的比较
(1)从概念比较
“惯性”是物体保持匀速直线运动或静止状态的性质,而“力”是物体与物体之间的相互作用,力是迫使物体改变运动状态的原因.
(2)从意义比较
任何物体都具有惯性,而物质无处不在,惯性也就无处不有,一切物体均具有惯性,我们所处的世界是惯性的世界,也叫惯性系。
惯性不是力,惯性与力毫无关系,二者有着本质的区别。
力是物体与物体之间的相互作用,是迫使物体改变运动状态的原因,也是使物体产生加速度的原因
5. 决定物体运动状态发生变化的内因与外因
决定物体运动状态发生变化的因素有两个:一个是物体受到的外力;另一个是物体本身的质量.外力是物体运动状态发生变化的外部因素,质量是决定物体运动状态发生变化难易程度的内部因素。
在物体的质量一定时,物体受到的力越大,其运动状态的变化就越迅速;反之,物体受到的力越小,其运动状态的变化就越缓慢。
在物体所受外力一定时,物体质量越大,其运动状态的变化就越困难;反之,物体的质量越小,其运动状态的变化就越容易.物体质量的大小决定了运动状态发生变化的难易程度。
6. 明确区分“运动状态改变的难易”与“让运动物体停止运动的难易”的不同
有同学认为:汽车的速度越大,让它停下即刹车所用的时间越长,即让汽车停止运动就越困难,因此认为汽车的速度越大其惯性就越大.其实这是错误的.
比较物体惯性大小的方法是:在相同外力作用下,加速度大的其惯性小;加速度小的其惯性大;加速度相等时其惯性等大.同辆汽车,刹车时所受阻力相同,加速度相同,即单位时间内速度改变量相同,惯性大小就相同.行驶速度大的汽车,停下的速度改变量越大所用时间就越长,而单位时间内的速度改变量仍然相同,即加速度相同,惯性大小相同.所以惯性的大小与速度大小无关。

【典型例题】
例1. 关于牛顿第一定律,下面说法正确的是( )
A. 牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时物体的运动规律
B. 牛顿第一定律就是惯性
C. 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
D. 物体的运动状态发生变化时,物体必定受到外力的作用
解析:对A,由牛顿第一定律可知,该定律反映的就是不受外力作用时物体静止或匀速直线运动的规律.故A选项正确.
对B,惯性与惯性定律二者的物理意义截然不同.惯性是一切物体都具有维持匀速直线运动或静止状态的性质,无论物体处于什么状态,物体的惯性都会以不同的形式表现出.而惯性定律则是说:一切物体在不受外力作用时总是保持匀速直线运动或静止状态,直到有外力迫使物体改变这种状态为止.它是物体不受外力作用的条下所遵守的规律.惯性与惯性定律这二者极易混淆,只有从概念的物理意义上分析、对比,从而作出正确判断.故B选项错误。
对C,由牛顿第一定律可知,物体保持原运动状态不变的原因,就是由于物体不受外力和具有惯性.故C选项正确.
对D,由牛顿第一定律的含义可知,力就是迫使物体运动状态发生改变的原因,故D选项正确.
答案:A、C、D
点评:要辨析选择这一类的题目,必须明确基本概念及其物理意义;必须明确、区分、对比此题中的“力”、“惯性”、“惯性定律”、“运动状态”等概念的异同,以避免出现概念混淆,难辨是非的低级错误.
惯性与质量关系的定性分析

例2. 在谷物的收割和脱粒过程中,小石子、草屑等杂物很容易和谷物混在一起,另外谷粒中也有瘪粒.为了将它们分离,可用扬场机分选,如图所示。它的分选原理是( )

A. 小石子质量最大,空气阻力最小,飞得最远
B. 空气阻力对质量不同的物体影响不同
C. 瘪谷粒和草屑质量最小,在空气阻力作用下,反向加速度最大,飞得最远
D. 空气阻力使它们的速度变化不同
解析:各种杂物以相同的速度从机器中抛出,由于所受空气阻力不同,产生的加速度也不一样,使它们的速度变化不同,故D选项正确.或者这样理解:小石子质量大,惯性大,运动状态较杂质要难改变得多,故飞得最远,而实谷粒质量和惯性介于小石子和瘪粒之间,故最后实谷粒位置居中.
答案:D

例3. 如图(1)所示,重球系于细线DC的下端,重球的下方又系一条同样的细线BA,下列说法正确的是( )

(1)
A. 在线的A端缓慢加大拉力时,线DC先断
B. 在线的A端缓慢加大拉力时,线BA先断
C. 在线的A端猛力一拉,线BA先断
D. 在线的A端猛力一拉,线DC先断
解析:重球的受力如图(2)所示.

(2)
对A,当在线的A端缓慢加大拉力时,使得重球能够发生向下的微小位移,从而使得上部细线CD的拉力 逐渐增大,又由于这个过程是极其缓慢地进行的,故可以认为重球始终处于受力平衡状态,重球的受力是 。当AB线下端的力 增大时, 也随之增大,并且总是会有上部的CD绳先到达受力极限的程度,因而CD绳先被拉断.故A选项正确.
对B,由上面的分析可知,B选项错误.
对C,当在A端猛力一拉时,由于重球的质量较大,其惯性也就较大,并且力的作用时间又极短,故重球向下发生的位移也极小,以至于上部的线CD还没得及发生伸长的形变,下端线中的拉力 已经达到了极限强度,因而下部的线AB必然会先断.故C选项正确。
对D,由上面的分析可知,D选项错误.
答案:A、C
点评:本题具有一定的难度,综合性较强.

例4. (2006年广东)下列对运动的认识不正确的是( )
A. 亚里士多德认为物体的自然状态是静止的,只有当它受到力的作用时才会运动
B. 伽利略认为力不是维持物体速度的原因
C. 牛顿认为力的真正效应总是改变物体的速度,而不仅仅是使之运动
D. 伽利略根据理想实验推论出:如果没有摩擦,在水平面上的物体,一旦具有某一个速度,将保持这个速度继续运动下去
解析:亚里士多德认为力是维持物体运动的原因,故A项错,其他三项与史实吻合。
答案:A

例5. (2003年上海市综合试题)科学思维和科学方法是我们认识世界的基本手段.在研究和解决问题过程中,不仅需要相应的知识,还要注意运用科学方法.理想实验有时更能深刻地反映自然规律.咖利略设想了一个理想实验,其中有一个是实验事实,其余是推论.

①减小第二个斜面的倾角,小球在这个斜面上仍然要达到原的高度;
②两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面;
③如果没有摩擦,小球将上升到原释放的高度;
④继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球要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. ①是事实,②③④是推论
B. ②是事实,①③④是推论
C. ③是事实,①②④是推论
D. ④是事实,①②③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②是可靠事实,因此放在第一步,③①是在高度上作无摩擦的设想,最后推导出水平面④上的理想实验,因此正确顺序是②③①④。
答案:②③①④ B

【模拟试题】(答题时间:20分钟)
1. 人从行驶的汽车上跳下后容易( )
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
2. 有道是“坐地日行八万里”,可见地球自转的线速度是相当大的,然而当你在原地向上跳起后会发现仍落在原处,这是因为( )
A. 你跳起后,会得到一向前的冲力,使你随地球一同转动
B. 你跳起的瞬间,地面给你一个力,使你随地球一同转动
C. 你跳起后,地球也在转,但由于你留在空中时间太短,以至于落地后的距离太小,看不出
D. 你跳起到落地,水平方向速度同地球一样
3. 歼击机在进入战斗状态时要丢掉副油箱,这样做是为了( )
A. 减小重力,使运动状态保持稳定
B. 增大速度,使运动状态易于改变
C. 增大加速度,使状态不易变化
D. 减小惯性,有利于运动状态的改变
4. 下列事例中,利用了物体的惯性的是( )
A. 跳远运动员在起跳前的助跑运动
B. 跳伞运动员在落地前打开降落伞
C. 自行车轮胎做成凹凸不平的形状
D. 铁饼运动员在掷出铁饼前快速旋转
5. 关于惯性,以下说法正确的是( )
A. 人在走路时没有惯性,被绊倒时才有惯性
B. 百米赛跑到达终点时不能立即停下是由于有惯性,停下后也就没有惯性了
C. 物体在不受外力作用时有惯性,受到外力作用后惯性就被克服了
D. 物体的惯性与物体的运动状态及受力情况均无关
6. 你试着自己学做蛋炒饭,你两手分别握住一只鸡蛋,现用右手的鸡蛋去碰停在你左手中的鸡蛋,结果如何?大部分情况是只破了一只鸡蛋,则先破的蛋是( )
A. 右手的B. 左手的C. 同时破D. 无法判定
7. 当人们的衣服上沾了一些灰尘时,都习惯地用手在沾有灰尘的地方拍打几下,这样灰尘就会掉了,请同学们用学过的知识解释.
8. 在足球场上,为了不使足球停下,运动员带球前进必须不断用脚轻轻地踢拨足球(即“盘带”)又如为了不使自行车减速,总是不断地用力蹬脚踏板.这些现象不正说明了运动需要力维持吗?那为什么又说“力不是维持物体运动的原因”?
【试题答案】
1. A2. D3. D4. AD5. D6. B
7. 当你拍打沾有灰尘的衣服时,衣服受力突然运动,而灰尘因惯性要保持静止,所以与衣服脱离,就掉下了。
8. 足球在草地上时,受到阻力作用,运动状态发生改变,速度变小,最终会停下,所以在盘带足球时,人对足球施加力的作用,恰好是起了使足球已经变小的速度再变大的原因。

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