物理必修第一册教案+学案41 牛顿第一定律学案有答案.docx
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物理必修第一册教案+学案41牛顿第一定律学案有答案
牛顿第一定律
【学习目标】
物理观念
惯性的概念、运动状态的改变
科学思维
(1)牛顿第一定律;
(2)理想实验的方法
科学探究
伽利略理想实验及推理方法
科学态度与责任
了解生活中的惯性现象,并解释常见的惯性现象
【学习重难点】
了解生活中的惯性现象,并解释常见的惯性现象
【学习过程】
一、知识纲要导引
二、基础导学
(一)理想实验的魅力(自学教材“理想实验的魅力”部分)
1.亚里士多德的观点:
必须有力作用在物体上,物体才能运动;没有力的作用,物体就要停止运动。
2.伽利略的斜面实验:
(1)理想实验过程
①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。
②如果没有摩擦,小球将到达原来的高度。
③如果第二个斜面倾角减小,小球仍将到达原来的高度,但是运动的距离更长。
④当斜面最终变为水平面时,小球要到达原有高度将永远运动下去。
(2)实验结论:
力不是维持物体运动的原因。
3.笛卡儿的观点:
如果运动中的物体不受其他物体作用时,原来运动的物体将会做匀速直线运动。
(二)牛顿第一定律(自学教材“牛顿第一定律”部分)
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,这就是牛顿第一定律。
2.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。
我们把物体的这种性质,叫作惯性。
3.牛顿第一定律揭示了运动和力的关系:
力不是维持物体运动状态的原因,而是改变物体运动状态的原因。
(三)惯性与质量
1.惯性:
不同质量的物体,惯性的大小是不一样的,也就是说,不同物体维持其原有运动状态的“能力”不同,质量大的物体惯性大。
描述物体惯性的物理量是它的质量(mass)。
2.质量:
质量只有大小,没有方向,是标量。
在国际单位制中质量的单位是千克,符号为kg。
三、思考判断
(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)力不是使物体运动的原因,而是使物体运动状态改变的原因。
()
(4)速度大的物体不能很快停下来,是因为速度大时惯性也大。
()
(5)物体的运动状态的改变指的是速度的改变。
()
思考与讨论
从牛顿第一定律得知,物体都要保持它们原有的匀速直线运动状态或静止状态。
也可以说,它们都具有抵抗运动状态变化的“能力”,即都具有惯性。
那么,怎样描述惯性的大小呢?
问题解答:
物体抵抗运动状态变化的“能力”与物体的质量有关,如小轿车比大货车启动时更容易提速;工厂的车床等一些机械,它们的质量很大,目的是增大惯性,使运动状态不易改变;又如战斗机在投入战斗前,为了提高其灵活性而抛掉副油箱。
所以质量是惯性大小的量度。
四、启迪思维,突破重点
主题一:
理想斜面实验及力与运动的关系
问题探究
探究点1:
请阅读教材“理想实验的魅力”的内容,说说在研究力和运动的关系过程中三位代表人物的主要观点。
提示:
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,物体就要静止下来。
伽利略:
力不是维持物体运动状态的原因。
在水平面上运动的物体之所以会停下来,是受到摩擦阻力的缘故。
笛卡儿:
如果没有其他原因,运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动,既不会停下来,也不会偏离原来的方向。
探究点2:
请同学们讨论回答:
为什么说伽利略理想实验方法是科学的,结论是可靠的?
提示:
伽利略的理想斜面实验虽然是理想的实验,但它是建立在可靠的事实基础之上的,以事实为依据,抓住主要因素,忽略次要因素,从而揭示了正确的自然规律。
知识链接:
运动的物体不一定受力,但物体的运动状态发生变化时一定受到了力的作用。
探究总结
1.历史上对力与运动关系的认识过程:
代表人物
对力与运动关系的看法
亚里士多德
力是维持物体运动的原因
伽利略
如果没有摩擦阻力,运动的物体将保持这个速度一直运动下去
笛卡儿
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
2.伽利略的理想实验推论:
力不是维持物体运动的原因,如果没有摩擦阻力,物体将一直运动下去。
3.科学实验与理想实验的比较
项目
科学实验
理想实验
区别
一种实践的活动,可以将设计通过物化过程而实现的实验
一种思维的活动,是由人们在抽象思维中设想出来而实际上无法做到的“实验”
联系
“理想实验”并不是脱离实际的主观臆想,而是建立在以实践为基础上的。
在真实的科学实验的基础上,抓住主要矛盾,忽略次要矛盾,对实际过程作出更深入一层的抽象分析
知识链接:
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。
典例示范
例1:
伽利略用两个对接的斜面,一个斜面固定,让小球从斜面上滚下,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.如果没有摩擦,物体运动时速度不变
C.维持物体做匀速直线运动并不需要力
D.如果物体不受到力,就不会运动
解析:
伽利略的斜面实验证明了:
运动不需力来维持,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,选项A、B、D错误,C正确。
答案:
C
知识链接:
(1)运动不需要力来维持,光滑水平面上的物体,可以一直做匀速直线运动。
(2)要使物体的速度改变,就必须有力的作用。
区分“维持”与“改变”。
训练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
主题二:
牛顿第一定律
问题探究
探究点2018年世界青年冰壶锦标赛B组比赛在芬兰洛赫亚落幕,中国男女队凭借出色发挥在决赛中战胜各自对手双双夺冠,如图甲所示是冰壶在冰面上的运动情景,如果摩擦阻力比较大,冰壶很快停下来。
如图乙所示,一足球沿水平面滚动很远的距离停下。
(1)图甲中的冰壶和图乙中的足球为什么会停下来?
它说明了什么问题?
(2)在问题
(1)中,试猜想如果冰壶、足球不受外力作用将处于什么状态。
(3)从
(1)、
(2)两个问题中,我们能得到什么结论?
提示:
(1)冰壶和足球停下来都是因为受到了地面的摩擦力的作用。
这些现象说明力是改变物体运动状态的原因。
(2)原来静止的物体,不受外力作用时,仍然静止;原来运动的物体,不受外力作用时将永远做匀速直线运动。
(3)物体不受外力作用或所受合力为零时,总保持静止或匀速直线运动状态。
知识链接:
牛顿第一定律关键词的理解
探究总结
1.对牛顿第一定律的理解
(1)明确了惯性的概念:
①定律的前半句话“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”,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。
②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)揭示了力和运动的关系:
定律的后半句话“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”,实质上是揭示了力和运动的关系,即力是改变物体运动状态的原因,而不是维持物体运动的原因。
(3)反映了物体不受外力时的运动状态:
①匀速直线运动或静止(原来运动的保持其速度不变,原来静止的保持静止)。
②不受外力作用的物体是不存在的,但物体所受外力的合力为零与不受外力在效果上是等效的,这就使牛顿第一定律具有了实际意义。
2.物体的运动状态变化有以下三种情况
(1)速度的大小不变,只有方向改变。
(2)速度的方向不变,只有大小改变。
(3)速度的大小和方向都发生改变。
知识链接:
(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。
典例示范
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
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
主题三:
惯性
问题探究
探究点1:
为何“秋风”可以“扫落叶”,却不能“扫汽车”?
提示:
因为汽车的质量大,运动状态难改变。
探究点2:
沪杭高铁的列车最高速度可达到400多千米每小时,是世界上跑得最快的火车。
有人说火车的速度越大,惯性越大,刹车停止所需时间越长,刹车距离越大,你认为这种说法正确吗?
提示:
这种说法不正确。
惯性是物体的固有属性,质量是物体惯性大小的唯一量度,火车的质量不变,则惯性不变。
由
,
可知,火车速度越大,则刹车时间和刹车距离越大。
探究总结
1.惯性的三个特点
普遍性
一切物体皆有惯性,惯性是物体的固有属性
相关性
惯性仅与物体的质量有关,与受力或运动情况等无关
唯一性
质量是惯性大小的唯一量度
2.惯性理解的两点注意及表现形式
(1)惯性理解两注意
①注意一个“一切”,即一切物体具有惯性;
②注意一个“唯一”,即质量是惯性大小的“唯一”量度。
(2)惯性的表现形式
①在物体不受外力时,惯性表现为保持原来的运动状态。
②在物体受力时,惯性表现为运动状态改变的难易程度,质量越大,惯性越大,运动状态越难改变。
典例示范
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
知识链接:
一切物体都有惯性,和物体是否有速度及速度的大小均无关.
训练3:
[2019·济宁高一检测]关于惯性,下列说法正确的是()
A.质量相同的物体,惯性相同
B.只有不受外力的物体才具有惯性
C.“强弩之末,势不能穿鲁缟也”,这表明箭的惯性减小了
D.在月球上举重比在地球上容易,所以同一物体在月球上比在地球上惯性小
达标检测
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
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
3.[2019·丰台区高一检测]如图所示,小明用水平方向的力推一木箱。
小明发现:
用力推时,木箱才能运动;撤去推力,木箱便停下来。
有四位同学对此过程发表了自己的看法,你认为正确的是()
A.木箱的运动需要力来维持
B.木箱由静止到运动需要力的作用,由运动到静止不需要力的作用
C.撤去推力,木箱停下来是木箱具有惯性的表现
D.撤去推力,木箱停下来是由于摩擦力的作用
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
5.[2019·岳阳高一检测]如图所示,小车上竖直放置一个小木块,让木块随小车沿着桌面向右运动,当小车碰到挡板时,车上的木块向右倾倒。
下列分析正确的是()
A.木块上部有惯性,下部没有惯性
B.惯性使木块具有倾倒的性质
C.小车碰到挡板时,木板上部受到了惯性力的作用而向前运动
D.木块底部受到摩擦力很快停止运动,上部没有受摩擦力由于惯性要继续运动
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
【参考答案】
【学习过程】
三、答案:
(1)√
(2)√
(3)√
(4)×
(5)√
训练1.解析:
选BCD。
亚里士多德认为,必须有力作用在物体上,物体才能运动,A错;由伽利略理想斜面实验知,B对;由笛卡儿观点知,C对;由惯性定律知,D对。
训练2.解析:
选BC。
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动
√
D
×
训练3.解析:
选A。
惯性是物体的固有属性,大小与物体的质量有关,质量相同的物体,惯性相同,A项正确;惯性是物体的固有属性,所有物体都有惯性,与是否受力无关,B项错误;惯性是物体的固有属性,大小与物体的质量有关,质量越大,惯性越大,与速度的大小无关,C项错误;惯性是物体的固有属性,大小与物体的质量有关,质量越大,惯性越大,与其他任何因素无关,D项错误。
达标检测
1.解析:
选B。
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。
2.解析:
选C。
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。
3.答案:
D
4.解析:
选B。
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。
5.解析:
选D。
惯性的大小与物体的运动状态无关,木块的上部与下部都有惯性,选项A错误;当小车碰到挡板后,由于惯性,木块具有保持原来的速度运动的性质,选项B错误;小车碰到挡板时,木块上部由于惯性才具有倾倒的性质,不能说受到了惯性力的作用而向前运动,选项C错误、选项D正确。
6.解析:
选C。
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。
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