人教版 (新课标)必修11 牛顿第一定律教案及反思

牛顿第一定律演示器

【制作方法】

　　1．将长120厘米，宽10－12厘米，厚2厘米的木板刨平，作为底座。在底座两端底面各钉上一段木条，使底座易于放平。用一个直径约2厘米的钢球做滚球。
 

　　2．将长245厘米的10号铁丝绸直，弯成如图3．8－1中的轨道的形状，并将其固定在底座上。轨道的宽度，要依钢球的大小而定，以钢球放在轨道上刚刚离开木板为宜。

　　3．剪长100厘米，宽10厘米的棉布条和平绒布条各一块，用来改变小球运动时所受的阻力。

　　4．从轨道斜坡变为平面的一点起，在轨道一侧的底座平面上标出以适当长度为单位的刻度。

　　5．在长110厘米，宽10厘米的三合板正面贴一块同样大小的平面镜作为反射镜，在三合板背面的两端各固定一根用8号铁丝做的立柱。在底座的上面打两个孔，可以把反射镜通过立柱装在底座上。

【使用方法】

　　1．把反射镜装在底座上，使反射镜向前倾斜一些，以便使学生看清钢球在轨道上运动和刻度尺上的数字。

　　2．把演示器放在水平桌面上，不平时可在一端垫一些硬纸板。

　　3．在平轨道部分铺上平绒布，让小球从斜轨道的顶端自由滚下，在小球停止滚动后记下小球在水平轨道上运动的距离。

　　4．把平绒布去掉，换上棉布，重复上述实验，可以看到小球运动得较前远些。

　　5．去掉棉布，让小球从斜轨道顶端自由滚下，由于钢球与铁丝轨道之间摩擦很小，可以看到小球运动得很远，并近似做匀速直线运动。这样可以引导学生思考：如果小球不受任何阻力的话，就可以一直匀速直线运动下去。这样，学生即可理解牛顿第一定律的内容。

【注意事项】

为了使钢球在水平轨道上近似作匀速直线运动，而又不致运动过快跑出轨道以外，在做铁丝轨道的斜坡部分时，坡度要小些，使小球在水平轨道运动时初速度小一些。

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　　牛顿运动定律构架了经典力学的基本框架，展现了力和运动间的关系，使人们的认识发生了巨大的变化．并且，在很大的领域里我们能用来解决实际问题．但是随着科学的发展，人们逐渐认识到牛顿运动定律的使用也是有范围的：它只能在惯性参考系下，解决宏观低速物体的运动．对微观高速粒子的运动规律处理时，却与事实存在着较大的差异．这是为什么呢?我们又如何应对这一问题呢?

　　原来，在以牛顿运动定律为基础的经典力学中，空间间隔（长度）s、时间t和质量m这三个物理量都与物体的运动速度无关．一根尺子静止时这样长，当它运动时还是这样长；一只钟不论处于静止状态还是处于运动状态，其快慢保持不变；一个物体静止时的质量与它运动时的质量一样．这就是经典力学的绝对时空观．到了19世纪末，面对高速运动的微观粒子发生的现象，经典力学遇到了困难，在新事物面前，爱因斯坦打破了传统的绝对时空观，于1905年发表了题为《论运动物体的电动力学》的论文，提出了狭义相对性原理和光速不变原理，创建了狭义相对论．狭义相对论指出：长度、时间和质量都是随运动速度变化的．长度、时间和质量随速度变化的关系可用下列方程来表达：

　　l＝l0／ （“尺缩效应”）　t＝t0／ （钟慢效应）

　　m＝m0／ （质一速关系）

　　上列各式里的v是物体运动的速度，c是真空中的光速，l0和l分别为在相对静止和运动系统中沿速度v的方向测得的物体长度；t0和t分别为在相对静止和运动系统中测得的时间；m0和m分别为在相对静止和运动系统中测得的物体质量．

　　但是，当宏观物体的运动速度远小于光速时（v《c），上面的一些结果就变为l≈l0、t≈t0、m≈m0，因而对于宏观低速运动的物体，使用牛顿定律来处理问题，还是足够精确的．

　　继狭义相对论之后，1915年爱因斯坦又建立了广义相对论，指出空间一时间不可能离开物质而独立存在，空间的结构和性质取决于物质的分布，使人类对于时间、空间和引力现象的认识大大深化了．“狭义相对论”和“广义相对论”统称为相对论．