第一節(jié) 牛頓第一定律 學(xué)案
一. 內(nèi)容:
牛頓第一定律
二. 本周目標(biāo)
1. 知道伽利略和亞里士多德對(duì)力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的不同認(rèn)識(shí)。
2. 知道伽利略的理想實(shí)驗(yàn)及其推理過程和結(jié)論.
3. 知道什么是慣性,會(huì)正確理解有關(guān)現(xiàn)象.
4. 理解牛頓第一定律的內(nèi)容和意義.
[教學(xué)過程]
1 .理想實(shí)驗(yàn)的魅力
(1)伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)
理想實(shí)驗(yàn):
如圖甲所示,讓小球沿一個(gè)斜面從靜止?jié)L下,小球?qū)L上另一個(gè)斜面.如果沒有摩擦,小球?qū)⑸仙皆母叨龋?br />
如果第二個(gè)斜面傾斜角度小,如圖乙所示,小球在這個(gè)斜面上達(dá)到原的高度就要通過更長的路程,繼續(xù)減小第二個(gè)斜面的傾斜角度,如圖丙所示,使它最終成為水平面,小球就再也達(dá)不到原的高度,而是沿水平面以恒定的速度持續(xù)運(yùn)動(dòng)下去.
伽利略的思想方法
伽利略的“實(shí)驗(yàn)+科學(xué)推理”的方法推翻了亞里士多德的觀點(diǎn)。
伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)雖然是想像中的實(shí)驗(yàn),但這個(gè)實(shí)驗(yàn)反映了一種物理思想,它是建立在可靠的事實(shí)基礎(chǔ)之上的.以事實(shí)為依據(jù),以抽象為指導(dǎo),抓住主要因素,忽略次要因素,從而深刻地揭示了自然規(guī)律.
(2)伽利略的觀點(diǎn):在水平面上的物體,設(shè)想沒有摩擦,一旦物體具有某一速度,物體將保持這個(gè)速度繼續(xù)運(yùn)動(dòng)下去.
(3)笛卡爾的觀點(diǎn):除非物體受到外力的作用,物體將永遠(yuǎn)保持其靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài),永遠(yuǎn)不會(huì)使自己沿曲線運(yùn)動(dòng),而只保持在直線上運(yùn)動(dòng).笛卡爾補(bǔ)充和完善了伽利略的觀點(diǎn).
2. 牛頓物理學(xué)的基石——慣性定律
牛頓總結(jié)了伽利略等人的工作,并提出了三條運(yùn)動(dòng)定律,先看牛頓第一定律:
牛頓第一定律:
(1)內(nèi)容:一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止.
(2)如何正確理解牛頓第一定律?
對(duì)牛頓第一定律應(yīng)從以下幾個(gè)方面理解:
①明確了慣性的概念:
定律的前半句話“一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)”,揭示了物體所具有的一個(gè)重要的屬性——慣性,即物體保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì),牛頓第一定律指出一切物體在任何情況下都具有慣性、因此牛頓第一定律又叫慣性定律.
②確定了力的含義:
定律的后半句話“直到有外力迫使它改變這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為止”,實(shí)際上是對(duì)力的定義,即力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因,并不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因,這一點(diǎn)要切實(shí)理解.
③定性揭示了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系:
牛頓第一定律指出物體不受外力作用時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,它描述的只是一種理想狀態(tài),而實(shí)際中不受外力作用的物體是不存在的,當(dāng)物體所受合外力為零時(shí),其效果跟不受外力的作用相同.但是,我們不能把“不受外力作用”理解為“合外力為零”.
3. 理解慣性和慣性定律
(1)對(duì)慣性定律的理解
牛頓第一定律揭示了一切物體都具有保持原運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì),即一切物體都具有慣性.同時(shí),牛頓第一定律還定性地指出了力的動(dòng)力學(xué)意義:力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因,即改變速度的原因.物體在速度發(fā)生改變時(shí),就有加速度.因此也可以說:力是使物體產(chǎn)生加速度的原因.不能認(rèn)為力是維持物體運(yùn)動(dòng)(勻速直線運(yùn)動(dòng))的原因,也不能認(rèn)為有力就有運(yùn)動(dòng),沒有力就沒有運(yùn)動(dòng),更不能認(rèn)為物體向哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)就一定受到那個(gè)方向的力的作用.
(2)對(duì)慣性的理解
①慣性是物體的固有屬性:一切物體都具有慣性.
②慣性與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān):不論物體是處于怎樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),慣性總是存在的,當(dāng)物體原靜止時(shí),它一直“想”保持這種靜止?fàn)顟B(tài);當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)時(shí),它一直“想”以那一時(shí)刻的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng).
③慣性與物體是否受力無關(guān),與物體速度大小無關(guān),僅由物體的質(zhì)量決定.
4. 慣性與力的比較
(1)從概念比較
“慣性”是物體保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì),而“力”是物體與物體之間的相互作用,力是迫使物體改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因.
(2)從意義比較
任何物體都具有慣性,而物質(zhì)無處不在,慣性也就無處不有,一切物體均具有慣性,我們所處的世界是慣性的世界,也叫慣性系。
慣性不是力,慣性與力毫無關(guān)系,二者有著本質(zhì)的區(qū)別。
力是物體與物體之間的相互作用,是迫使物體改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因,也是使物體產(chǎn)生加速度的原因
5. 決定物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的內(nèi)因與外因
決定物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的因素有兩個(gè):一個(gè)是物體受到的外力;另一個(gè)是物體本身的質(zhì)量.外力是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的外部因素,質(zhì)量是決定物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化難易程度的內(nèi)部因素。
在物體的質(zhì)量一定時(shí),物體受到的力越大,其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化就越迅速;反之,物體受到的力越小,其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化就越緩慢。
在物體所受外力一定時(shí),物體質(zhì)量越大,其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化就越困難;反之,物體的質(zhì)量越小,其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化就越容易.物體質(zhì)量的大小決定了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的難易程度。
6. 明確區(qū)分“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易”與“讓運(yùn)動(dòng)物體停止運(yùn)動(dòng)的難易”的不同
有同學(xué)認(rèn)為:汽車的速度越大,讓它停下即剎車所用的時(shí)間越長,即讓汽車停止運(yùn)動(dòng)就越困難,因此認(rèn)為汽車的速度越大其慣性就越大.其實(shí)這是錯(cuò)誤的.
比較物體慣性大小的方法是:在相同外力作用下,加速度大的其慣性;加速度小的其慣性大;加速度相等時(shí)其慣性等大.同輛汽車,剎車時(shí)所受阻力相同,加速度相同,即單位時(shí)間內(nèi)速度改變量相同,慣性大小就相同.行駛速度大的汽車,停下的速度改變量越大所用時(shí)間就越長,而單位時(shí)間內(nèi)的速度改變量仍然相同,即加速度相同,慣性大小相同.所以慣性的大小與速度大小無關(guān)。
【典型例題】
例1. 關(guān)于牛頓第一定律,下面說法正確的是( )
A. 牛頓第一定律反映了物體不受外力作用時(shí)物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律
B. 牛頓第一定律就是慣性
C. 不受外力作用時(shí),物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)保持不變是由于物體具有慣性
D. 物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),物體必定受到外力的作用
解析:對(duì)A,由牛頓第一定律可知,該定律反映的就是不受外力作用時(shí)物體靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律.故A選項(xiàng)正確.
對(duì)B,慣性與慣性定律二者的物理意義截然不同.慣性是一切物體都具有維持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì),無論物體處于什么狀態(tài),物體的慣性都會(huì)以不同的形式表現(xiàn)出.而慣性定律則是說:一切物體在不受外力作用時(shí)總是保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài),直到有外力迫使物體改變這種狀態(tài)為止.它是物體不受外力作用的條下所遵守的規(guī)律.慣性與慣性定律這二者極易混淆,只有從概念的物理意義上分析、對(duì)比,從而作出正確判斷.故B選項(xiàng)錯(cuò)誤。
對(duì)C,由牛頓第一定律可知,物體保持原運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的原因,就是由于物體不受外力和具有慣性.故C選項(xiàng)正確.
對(duì)D,由牛頓第一定律的含義可知,力就是迫使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變的原因,故D選項(xiàng)正確.
答案:A、C、D
點(diǎn)評(píng):要辨析選擇這一類的題目,必須明確基本概念及其物理意義;必須明確、區(qū)分、對(duì)比此題中的“力”、“慣性”、“慣性定律”、“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”等概念的異同,以避免出現(xiàn)概念混淆,難辨是非的低級(jí)錯(cuò)誤.
慣性與質(zhì)量關(guān)系的定性分析
例2. 在谷物的收割和脫粒過程中,小石子、草屑等雜物很容易和谷物混在一起,另外谷粒中也有癟粒.為了將它們分離,可用揚(yáng)場(chǎng)機(jī)分選,如圖所示。它的分選原理是( )
A. 小石子質(zhì)量最大,空氣阻力最小,飛得最遠(yuǎn)
B. 空氣阻力對(duì)質(zhì)量不同的物體影響不同
C. 癟谷粒和草屑質(zhì)量最小,在空氣阻力作用下,反向加速度最大,飛得最遠(yuǎn)
D. 空氣阻力使它們的速度變化不同
解析:各種雜物以相同的速度從機(jī)器中拋出,由于所受空氣阻力不同,產(chǎn)生的加速度也不一樣,使它們的速度變化不同,故D選項(xiàng)正確.或者這樣理解:小石子質(zhì)量大,慣性大,運(yùn)動(dòng)狀態(tài)較雜質(zhì)要難改變得多,故飛得最遠(yuǎn),而實(shí)谷粒質(zhì)量和慣性介于小石子和癟粒之間,故最后實(shí)谷粒位置居中.
答案:D
例3. 如圖(1)所示,重球系于細(xì)線DC的下端,重球的下方又系一條同樣的細(xì)線BA,下列說法正確的是( )
(1)
A. 在線的A端緩慢加大拉力時(shí),線DC先斷
B. 在線的A端緩慢加大拉力時(shí),線BA先斷
C. 在線的A端猛力一拉,線BA先斷
D. 在線的A端猛力一拉,線DC先斷
解析:重球的受力如圖(2)所示.
(2)
對(duì)A,當(dāng)在線的A端緩慢加大拉力時(shí),使得重球能夠發(fā)生向下的微小位移,從而使得上部細(xì)線CD的拉力 逐漸增大,又由于這個(gè)過程是極其緩慢地進(jìn)行的,故可以認(rèn)為重球始終處于受力平衡狀態(tài),重球的受力是 。當(dāng)AB線下端的力 增大時(shí), 也隨之增大,并且總是會(huì)有上部的CD繩先到達(dá)受力極限的程度,因而CD繩先被拉斷.故A選項(xiàng)正確.
對(duì)B,由上面的分析可知,B選項(xiàng)錯(cuò)誤.
對(duì)C,當(dāng)在A端猛力一拉時(shí),由于重球的質(zhì)量較大,其慣性也就較大,并且力的作用時(shí)間又極短,故重球向下發(fā)生的位移也極小,以至于上部的線CD還沒得及發(fā)生伸長的形變,下端線中的拉力 已經(jīng)達(dá)到了極限強(qiáng)度,因而下部的線AB必然會(huì)先斷.故C選項(xiàng)正確。
對(duì)D,由上面的分析可知,D選項(xiàng)錯(cuò)誤.
答案:A、C
點(diǎn)評(píng):本題具有一定的難度,綜合性較強(qiáng).
例4. (2006年廣東)下列對(duì)運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)不正確的是( )
A. 亞里士多德認(rèn)為物體的自然狀態(tài)是靜止的,只有當(dāng)它受到力的作用時(shí)才會(huì)運(yùn)動(dòng)
B. 伽利略認(rèn)為力不是維持物體速度的原因
C. 牛頓認(rèn)為力的真正效應(yīng)總是改變物體的速度,而不僅僅是使之運(yùn)動(dòng)
D. 伽利略根據(jù)理想實(shí)驗(yàn)推論出:如果沒有摩擦,在水平面上的物體,一旦具有某一個(gè)速度,將保持這個(gè)速度繼續(xù)運(yùn)動(dòng)下去
解析:亞里士多德認(rèn)為力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因,故A項(xiàng)錯(cuò),其他三項(xiàng)與史實(shí)吻合。
答案:A
例5. (2003年上海市綜合試題)科學(xué)思維和科學(xué)方法是我們認(rèn)識(shí)世界的基本手段.在研究和解決問題過程中,不僅需要相應(yīng)的知識(shí),還要注意運(yùn)用科學(xué)方法.理想實(shí)驗(yàn)有時(shí)更能深刻地反映自然規(guī)律.咖利略設(shè)想了一個(gè)理想實(shí)驗(yàn),其中有一個(gè)是實(shí)驗(yàn)事實(shí),其余是推論.
①減小第二個(gè)斜面的傾角,小球在這個(gè)斜面上仍然要達(dá)到原的高度;
②兩個(gè)對(duì)接的斜面,讓靜止的小球沿一個(gè)斜面滾下,小球?qū)L上另一個(gè)斜面;
③如果沒有摩擦,小球?qū)⑸仙皆尫诺母叨龋?br />④繼續(xù)減小第二個(gè)斜面的傾角,最后使它成水平面,小球要沿水平面做持續(xù)的勻速運(yùn)動(dòng).
請(qǐng)將上述理想實(shí)驗(yàn)的設(shè)想步驟按照正確的順序排列_______(只要填寫序號(hào)即可).在上述的設(shè)想步驟中,有的屬于可靠的事實(shí),有的則是理想化的推論。下列有關(guān)事實(shí)和推論的分類正確的是( )
A. ①是事實(shí),②③④是推論
B. ②是事實(shí),①③④是推論
C. ③是事實(shí),①②④是推論
D. ④是事實(shí),①②③是推論
解析:本題是在可靠事實(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的推理,將實(shí)驗(yàn)理想化,并符合物理規(guī)律,得到正確的結(jié)論,而②是可靠事實(shí),因此放在第一步,③①是在高度上作無摩擦的設(shè)想,最后推導(dǎo)出水平面④上的理想實(shí)驗(yàn),因此正確順序是②③①④。
答案:②③①④ B
【模擬試題】(答題時(shí)間:20分鐘)
1. 人從行駛的汽車上跳下后容易( )
A. 向汽車行駛的方向跌倒
B. 向汽車行駛的反方向跌倒
C. 向車右側(cè)方向跌倒
D. 向車左側(cè)方向跌倒
2. 有道是“坐地日行八萬里”,可見地球自轉(zhuǎn)的線速度是相當(dāng)大的,然而當(dāng)你在原地向上跳起后會(huì)發(fā)現(xiàn)仍落在原處,這是因?yàn)椋?)
A. 你跳起后,會(huì)得到一向前的沖力,使你隨地球一同轉(zhuǎn)動(dòng)
B. 你跳起的瞬間,地面給你一個(gè)力,使你隨地球一同轉(zhuǎn)動(dòng)
C. 你跳起后,地球也在轉(zhuǎn),但由于你留在空中時(shí)間太短,以至于落地后的距離太小,看不出
D. 你跳起到落地,水平方向速度同地球一樣
3. 殲擊機(jī)在進(jìn)入戰(zhàn)斗狀態(tài)時(shí)要丟掉副油箱,這樣做是為了( )
A. 減小重力,使運(yùn)動(dòng)狀態(tài)保持穩(wěn)定
B. 增大速度,使運(yùn)動(dòng)狀態(tài)易于改變
C. 增大加速度,使?fàn)顟B(tài)不易變化
D. 減小慣性,有利于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變
4. 下列事例中,利用了物體的慣性的是( )
A. 跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員在起跳前的助跑運(yùn)動(dòng)
B. 跳傘運(yùn)動(dòng)員在落地前打開降落傘
C. 自行車輪胎做成凹凸不平的形狀
D. 鐵餅運(yùn)動(dòng)員在擲出鐵餅前快速旋轉(zhuǎn)
5. 關(guān)于慣性,以下說法正確的是( )
A. 人在走路時(shí)沒有慣性,被絆倒時(shí)才有慣性
B. 百米賽跑到達(dá)終點(diǎn)時(shí)不能立即停下是由于有慣性,停下后也就沒有慣性了
C. 物體在不受外力作用時(shí)有慣性,受到外力作用后慣性就被克服了
D. 物體的慣性與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及受力情況均無關(guān)
6. 你試著自己學(xué)做蛋炒飯,你兩手分別握住一只雞蛋,現(xiàn)用右手的雞蛋去碰停在你左手中的雞蛋,結(jié)果如何?大部分情況是只破了一只雞蛋,則先破的蛋是( )
A. 右手的B. 左手的C. 同時(shí)破D. 無法判定
7. 當(dāng)人們的衣服上沾了一些灰塵時(shí),都習(xí)慣地用手在沾有灰塵的地方拍打幾下,這樣灰塵就會(huì)掉了,請(qǐng)同學(xué)們用學(xué)過的知識(shí)解釋.
8. 在足球場(chǎng)上,為了不使足球停下,運(yùn)動(dòng)員帶球前進(jìn)必須不斷用腳輕輕地踢撥足球(即“盤帶”)又如為了不使自行車減速,總是不斷地用力蹬腳踏板.這些現(xiàn)象不正說明了運(yùn)動(dòng)需要力維持嗎?那為什么又說“力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”?
【試題答案】
1. A2. D3. D4. AD5. D6. B
7. 當(dāng)你拍打沾有灰塵的衣服時(shí),衣服受力突然運(yùn)動(dòng),而灰塵因慣性要保持靜止,所以與衣服脫離,就掉下了。
8. 足球在草地上時(shí),受到阻力作用,運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變,速度變小,最終會(huì)停下,所以在盤帶足球時(shí),人對(duì)足球施加力的作用,恰好是起了使足球已經(jīng)變小的速度再變大的原因。
本文來自:逍遙右腦記憶 http://m.yy-art.cn/gaoyi/40075.html
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