高中物理 人教版必修一41牛顿第一定律教学设计教案.docx
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高中物理人教版必修一41牛顿第一定律教学设计教案
4.1牛顿第一定律
一、知识结构
二、教学目标
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.(难点)
2.理解牛顿第一定律的内容及意义.(重点)
3.明确惯性的概念,会解释有关的惯性现象.(难点).
三、新知全解
知识点一 理想实验的魅力
1.历史回顾:
代表人物
基本观点(对力和运动关系的认识)
亚里士多德
必须有力作用在物体上,物体才能运动;没有力的作用,物体就处于静止状态
伽利略
如果没有摩擦阻力,水平面上运动的物体将保持这个速度一直运动下去,因此力不是维持物体运动的原因
笛卡儿
如果运动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,既不停下来也不偏离原来的方向
2.伽利略的斜面实验:
(1)将两个对称的斜面末端平滑地对接在一起.让小球沿一个斜面从静止滚下来.小球将滚上另一个斜面.
(2)(推论)如果没有摩擦,小球将上升到释放时的高度.
(3)(推论)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释放时的高度.
(4)(推论)继续减小第二个斜面的倾角,最后变成水平面,小球将沿水平面永远运动下去.
(5)(结论)物体在水平面上做匀速运动时并不需要外力来维持.
(1)物理学史的“经典”错误:
“最博学的人”亚里士多德的“力是维持物体运动的原因”.
(2)现代物理学的创始人——伽利略:
提出了新的研究方法(理想斜面实验).
知识点二 牛顿物理学的基石——惯性定律
1.牛顿第一定律的内容:
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.
注意:
牛顿第一定律是由理想实验加以科学推理得到的,不是实验定律,但是由它得出的结论,都经历了广泛、严谨的事实检验.
2.惯性:
物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质.牛顿第一定律又叫惯性定律.
3.意义:
两个确定.
确定惯性概念
任何物体无论处于什么状态,都具有惯性
确定力与运动的关系
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
思考1
参加作战任务的战斗机却要抛掉副油箱(如图)以减小质量,这是为什么呢?
你能解释一下吗?
提示:
战斗机在执行战斗任务时,为了使自己便于调节,灵活运动,就要抛掉副油箱以减小惯性.
知识点三 惯性与质量
1.惯性的特点:
普遍性
惯性是物体的固有属性,一切物体都具有惯性
无关性
惯性与物体受力情况、运动情况及地理位置均无关
唯一性
质量是物体惯性大小的唯一量度,质量越大,惯性越大
2.惯性的表现形式:
(1)不受力时,惯性表现为“保持”“原来的”运动状态,有“惰性”的含义.
(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.
思考2
公路上奔驰的汽车,速度越大,刹车后停下来所用的时间越长,这些说明速度越大惯性越大吗?
提示:
质量是惯性大小的惟一量度,质量越大,运动状态越难改变.
由v
=2ax知,刹车位移和初速度的二次方成正比,汽车速度越大,刹车位移越长,但是汽车质量不变,惯性是不变的.
四、核心知识汇总
核心一 理想斜面实验及力与运动的关系
例1 (多选)科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用.下列说法符合历史事实的是( )
A.亚里士多德认为,必须有力作用在物体上,物体的运动状态才会改变
B.伽利略通过“理想实验”得出结论:
一旦物体具有某一速度,如果它不受力,它将以这一速度永远运动下去
C.笛卡儿指出:
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,既不停下来也不偏离原来的方向
D.牛顿认为,物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质
【解析】 A错:
亚里士多德认为,必须有力作用在物体上,物体才能运动.B对:
由伽利略理想斜面实验知,B对.C对:
由笛卡儿观点知,C对.D对:
由惯性定律知,D对.
【答案】 BCD
伽利略理想实验的卓越之处不是实验本身,而是实验所使用的独特的方法,在实验的基础上,进行理想化推理(也叫合理外推).它标志着物理学的真正开端.
训练1 意大利科学家伽利略在研究运动和力的关系时,提出了著名的斜面实验,其中应用的物理思想方法属于( )
A.等效替代 B.实验归纳 C.理想实验 D.控制变量
解析:
意大利科学家伽利略设想了一个斜面实验:
将两个斜面对接起来,当小球沿一个斜面滚下,会滚上第二斜面,如果摩擦力越小,在第二斜面上滚上的高度越大,设想没有摩擦力,小球会达到相等的高度,将第二斜面放平,小球将永远运动下去.这里伽利略应用的物理思想方法属于理想实验,选项C正确.
答案:
C
核心二 牛顿第一定律的理解及其应用
1.牛顿第一定律的意义
(1)揭示了一切物体都具有的一个重要属性——惯性.
(2)揭示了物体在不受力或合外力为零时的运动状态——静止或匀速直线运动状态.
(3)揭示了力的含义——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.
(4)全面揭示了运动既有外因——外力,也有内因——惯性,外因改变物体的运动状态,内因维持物体的运动状态,改变中有维持.
2.物体运动状态改变的三种情况
(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.
例2 (多选)下列对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,是没有外力维持木块运动的结果
D.奔跑的运动员,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】 A、B对:
牛顿第一定律描述的是物体不受外力作用时的运动规律,总保持匀速直线运动状态或静止状态不变.C错,D对:
牛顿第一定律还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,是由于摩擦力的作用而改变了运动状态;奔跑的运动员,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.
【答案】 ABD
(1)力是改变物体运动状态的原因;
(2)惯性有维持物体原来运动状态的性质.
训练2 (多选)如图所示,在匀速前进的磁悬浮列车里,小明将一小球放在水平桌面上,且小球相对桌面静止,关于小球与列车的运动,下列说法正确的是( )
A.若小球向前滚动,则磁悬浮列车在加速前进
B.若小球向后滚动,则磁悬浮列车在加速前进
C.磁悬浮列车急刹车时,小球向前滚动
D.磁悬浮列车急刹车时,小球向后滚动
解析:
可通过以下表格对各选项逐一分析
选项
过程分析
结论
A
若小球向前滚动,可知小球的速度大于列车的速度,知列车的速度减小
×
B
若小球向后滚动,可知列车的速度大于小球的速度,可知列车的速度增加,做加速运动
√
C
磁悬浮列车急刹车时,小球因为有惯性,要保持原来的匀速直线运动状态,所以小球运动的速度要大于磁悬浮列车运动的速度,即小球要相对磁悬浮列车向前滚
√
D
×
答案:
BC
应用牛顿第一定律解释有关现象时,一要看物体原来的运动状态,二要看物体现在的受力情况.
核心三 惯性的理解及应用
惯性与惯性定律的区别
惯性
惯性定律
基本含义
惯性是物体的一种属性
物体运动的规律
理解要点
①与是否运动无关,与速度大小无关
②与是否受力无关
③与所在位置无关
④只与质量有关
①物体的运动具有“惰性”,“力”是改变这种“惰性”的惟一因素
②惯性越大,物体的运动状态越难改变
与力的关系
①无关
②惯性不是一种特殊的力
强调了“力”的作用效果——改变运动状态(产生加速度)
惯性和力是不一样的,惯性是一种性质,力是一种作用.
例3 关于物体的惯性,下述说法中正确的是( )
A.运动速度大的物体不能很快地停下来,是因为物体速度越大,惯性也越大
B.静止的火车启动时,速度变化慢,是因为静止的物体惯性大
C.乒乓球可以快速抽杀,是因为乒乓球惯性小
D.在宇宙飞船中的物体不存在惯性,因此可飘浮起来
【解析】 A、D错:
一切物体都有惯性,惯性大小只与物体的质量有关.惯性是物体本身的一种属性,与外界因素(受力大小及所处环境)无关.B错:
静止的火车启动时,速度变化缓慢,是因为火车质量大,惯性大,而不是因为静止的物体惯性大.C对:
乒乓球可以快速抽杀,是因为其质量小,惯性小,在相同力的作用下,运动状态容易改变.
【答案】 C
训练3 如图所示,在一辆表面光滑且足够长的小车上,有质量为m1和m2的两个小球(m1>m2),两个小球随车一起做匀速直线运动,当车突然停止运动时,若不考虑其他阻力,则两个小球( )
A.一定相碰 B.不一定相碰
C.一定不相碰D.无法确定
解析:
车停止前,两个小球和小车一起做匀速直线运动,并且两个小球和小车具有共同的速度,当小车突然停止时,由于小球在光滑接触面上,因此两个小球由于惯性,还要保持原来大小不变的速度做匀速直线运动,由于两球的速度相同,相等时间内通过的距离相等,因此两个小球间的距离不变,一定不会相碰,选项C正确.
答案:
C
方法技巧
利用惯性解释现象的方法
(1)明确研究的物体原来处于怎样的运动状态.
(2)当外力作用在该物体的某一部分(或外力作用在与该物体有关联的其他物体上)时,这一部分的运动状态的变化情况.
(3)该物体由于惯性保持怎样的运动状态,判断最后会出现什么现象.
五、随堂练习及真题解析
1.关于伽利略的理想实验,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,经科学抽象,深刻反映了自然规律
C.没有事实为基础,只是理想推理
D.以上说法都不对
解析:
伽利略的理想实验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.
答案:
B
2.交通法规中规定,坐在小汽车前排的司机和乘客都应系上安全带,这主要是为了减轻在下列哪种情况出现时可能对人造成的伤害( )
A.车速太快 B.车速太慢
C.紧急刹车D.突然启动
解析:
小汽车车速太快或太慢时,只要速度不发生变化,人就不会向前冲或向后仰,所以不会使人受伤,故选项A、B不符合题意;当紧急刹车时,车停止而人由于惯性向前冲,安全带可以防止人向前冲而受伤,故选项C符合题意;突然启动时,人会向后仰,有靠背支撑,安全带不起作用,故选项D不符合题意.
答案:
C
3.古诗词是我国五千年灿烂文化的精髓,先人在创作时巧妙地借用了许多物理知识,使其作品大放异彩.下列涉及惯性的诗句是( )
A.坐地日行八万里,巡天遥看一千河
B.船到江心抛锚迟,悬崖勒马早已晚
C.人间四月芳菲尽,山寺桃花始盛开
D.飞流直下三千尺,疑是银河落九天
答案:
B
4.[2019·洛阳高一检测]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
解析:
牛顿第一定律又叫惯性定律,选项A正确;牛顿第一定律是牛顿在伽利略实验的基础上,通过抽象推理总结出来的结论,选项B错误;牛顿第一定律说明一切物体都有惯性,选项C正确;牛顿第一定律说明力可以改变物体的运动状态,选项D正确.
答案:
B
5.牛顿是近代科学的开创者,他一生致力于科学研究,有许多重大发明,为科学事业做出了巨大的贡献,他提出的牛顿运动三定律成为经典力学的基础.由牛顿第一定律可知( )
A.合力停止作用后,物体就会慢慢停下来
B.物体的速度改变时,一定受到合力的作用
C.物体只有在静止或做匀速直线运动时才有惯性
D.力是改变物体运动状态的原因,也就是改变物体惯性的原因
解析:
合力停止作用后,物体速度保持不变,选项A错误;力是改变速度的原因,物体的速度改变时,合力一定不为零,选项B正确;惯性是物体的固有属性,与运动状态无关,选项C错误;力是改变物体运动状态的原因;惯性大小只与物体的质量有关,与受力无关,选项D错误.
答案:
B
6.下列利用惯性或防止惯性带来危害的实例中,属于防止惯性带来危害的是( )
A.运动员跳远时,要奋力助跑
B.弓箭手拉弓射箭时,离弦的箭会继续飞行
C.驾驶员驾车行驶时,发现前方有障碍物要提前刹车
D.飞机飞行中空投物品时,要在到达空投目标上方前投下
解析:
运动员跳远时,要奋力助跑,是利用人的惯性,选项A错误;弓箭手拉弓射箭时,离弦的箭会继续飞行是利用箭的惯性,选项B错误;驾驶员驾车行驶时,发现前方有障碍物要提前刹车,避免紧急刹车时人由于惯性而继续向前运动,发生交通事故,选项C正确;飞机空投物品是利用物品具有惯性保持继续向前运动的状态,从而顺利到达目的地,是利用惯性,选项D错误.
答案:
C
7、如图所示,一个劈形物体A放在斜面上,A的各个表面光滑且上表面水平,在A的上表面上放置一个小球B,由静止释放A,则小球B在碰到斜面之前的运动轨迹是( )
A.沿斜面向下的直线B.竖直向下的直线
C.抛物线D.双曲线
解析:
选B.小球原来静止时受重力和支持力作用,其合力为零.当劈形物体由静止释放,A应沿斜面下滑,故B也将运动,运动状态就要发生改变,但由于惯性,小球原来速度为零,没有水平或其他方向上的速度,而A的上表面又光滑,除竖直方向可以有合力外,其他方向上没有合力,加之力是使物体运动状态改变的原因,小球只能在竖直方向上有运动,在碰到斜面之前,运动轨迹应为一条直线,即竖直向下的直线.
8、(2019·山西太原高一期末)如图所示是一种汽车安全带控制装置的示意图,当汽车处于静止或匀速直线运动时,锤竖直悬挂,锁棒水平,棘轮可以自由转动,安全带能被拉动,当汽车突然刹车时,摆锤由于惯性绕轴摆动,使得锁棒锁定棘轮的转动,安全带不能被拉动,若摆锤从图中实线位置摆到虚线位置,汽车可能的运动方向和运动状态是( )
A.向右行驶、突然刹车
B.向左行驶、突然刹车
C.向左行驶、匀速直线运动
D.向右行驶、匀速直线运动
解析:
选A.对摆锤进行受力分析,如图所示,所以物体在水平方向所受合力不为0且方向向左,故物体的加速度方向向左;所以若汽车运动方向向左,即向左做匀加速运动;若汽车运动方向向右,即向右做匀减速运动,故A正确.
9、科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用.下列说法符合历史事实的是( )
A.亚里士多德认为,必须有力作用在物体上,物体的运动状态才会改变
B.伽利略通过“理想实验”得出结论:
一旦物体具有某一速度,如果它不受力,它将以这一速度永远运动下去
C.笛卡儿指出:
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,既不停下来也不偏离原来的方向
D.牛顿认为,物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质
解析:
选BCD.亚里士多德认为运动需要力来维持,伽利略认为力是改变物体运动状态的原因,A错误;伽利略通过“理想实验”得出结论:
一旦物体具有某一速度,如果它不受力,它将以这一速度永远运动下去,B正确;笛卡儿指出:
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,既不停下来也不偏离原来的方向,C正确;牛顿认为,物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质,D正确.
10、下列关于惯性的分析,正确的是( )
A.战斗机在空战时,甩掉副油箱是为了减小惯性,提高飞行的灵活性
B.高速公路上要限速,是因为车速越大惯性越大
C.机床安装在笨重的底座上,是为了增大惯性,提高稳定性
D.坦克车制造很重,是为了增大惯性,提高行驶的平稳度
解析:
选AC.战斗机甩掉副油箱,减小了质量,惯性减小,提高了飞行的灵活性,A对;惯性大小与速度无关,B错;机床与底座连成一体,质量大,惯性大,更稳定,C对;坦克车装甲厚重,是为了提高抗炮击能力,D错.
11、(2019·济南外国语学校高一月考)如图所示,重球系于绳DC下端,重球下再系一根同样的绳BA,下列说法正确的是( )
A.在绳的A端缓慢增加拉力,结果CD绳先断
B.在绳的A端缓慢增加拉力,结果AB绳先断
C.在绳的A端突然猛一拉,结果AB绳先断
D.在绳的A端突然猛一拉,结果CD绳先断
解析:
选AC.在绳的A端缓慢增加拉力,重球受力如图所示,使得重球在足够的时间发生了微小的位移,以致CD绳的拉力FT2逐渐增大,这个过程进行缓慢,可以认为重球始终处于平衡状态,即FT2=FT1+mg,随着FT1增大,FT2也增大,且FT2总是大于FT1,所以CD绳先被拉断,A项正确,B项错误;若在A端猛拉,因为重球质量很大,力的作用时间极短,由于惯性,重球向下的位移极小(可以看成运动状态未来得及改变),以致CD绳的拉力几乎未增加,故AB绳先断,C项正确,D项错误.
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2、(2019·徐州高一检测)在列车的车厢内,有一个自来水龙头C.第一段时间内,水滴落在水龙头的正下方B点,第二段时间内,水滴落在B点的右方A点,如图所示.那么列车可能的运动是( )
A.先静止,后向右做加速运动
B.先做匀速运动,后做加速运动
C.先做匀速运动,后做减速运动
D.上述三种情况都有可能
解析:
选BC.水滴下落时,水平方向保持原来的速度,若车匀速运动,车的水平位移与水滴的水平位移相同,则落在B点;若车向左加速运动,则水滴仍保持下落时的水平速度,而车的水平位移增大,故水滴可落在A处;同理,车向右减速运动,水滴也会落在A处.故选BC.
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