高中物理人教版 (2019)必修 第一册1 牛顿第一定律教学ppt课件

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1.知道伽利略实验及其推理过程,知道理想实验是科学研究的重要方法。(物理观念)2.理解牛顿第一定律的内容及意义。(物理观念)3.理解惯性的概念,会解释有关的惯性现象。(物理观念)
[必备知识]一、理想实验的魅力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,物体就要静止在某个地方。2.伽利略的理想斜面实验(1)理想实验:让一个小球沿斜面从静止状态开始向下运动,小球将冲上第二个斜面。如果没有摩擦,无论第二个斜面的倾角如何,小球所达到的高度与开始运动时相同;若将第二个斜面放平,小球将永远运动下去。(2)伽利略通过理想斜面实验的推理得出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,既不会停下来,也不会偏离原来的方向。
二、牛顿第一定律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,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。2.力和运动的关系: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。3.不受力的物体是不存在的。牛顿第一定律所描述的状态是一种理想状态。它是利用逻辑思维进行分析的产物,不可能用实验直接验证。
三、惯性与质量1.惯性:物体具有的保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质就叫惯性。2.惯性的量度:描述物体惯性的物理量是它的质量。质量是物体惯性大小的唯一量度。3.质量只有大小,没有方向,是标量,符号是m,国际单位制中,质量的单位是千克,符号是kg。
[自我检测]1.正误辨析(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。(　　)解析 亚里士多德认为必须有力作用,物体才运动,没有力作用,物体一定静止,力是维持物体运动的原因。答案 √(2)伽利略认为力不是维持物体运动的原因。(　　)解析 伽利略通过理想实验得出,物体的运动不需要力来维持,力不是维持物体运动的原因。答案 √
(3)笛卡儿认为若没有力作用,物体的运动状态就不会改变。(　　)解析 笛卡儿认为若没有力作用,物体将保持原来的速度运动,物体的运动状态不变。答案 √(4)运动速度大的物体,不能很快停下来,是因为速度大时,惯性也大。(　　)解析 物体的惯性大小仅与物体的质量有关,与其他因素都没关系。质量越大的物体,它的惯性越大。答案 ×
(5)牛顿第一定律是实验定律。(　　)解析 牛顿第一定律是牛顿在前人结论基础上总结出来的,描述的是物体在不受力时的状态,是不可能在实验室完成的,故不是实验定律。答案 ×(6)在水平地面上滑动的木块最终停下来,是由于没有外力维持木块运动。(　　)解析 在水平地面上滑动的木块最终停下来的原因是受到了地面给木块的摩擦力,改变了木块的运动状态。答案 ×
2.(2021广西桂林高一期末)关于牛顿第一定律,下列说法正确的是(　　)A.伽利略的理想实验是永远无法做到的B.伽利略的理想实验说明了力是维持物体运动的原因C.牛顿第一定律是由实验直接归纳总结得出的D.由牛顿第一定律可知,当一个做匀加速直线运动的物体所受外力全部消失时,物体立刻停止运动
解析 伽利略理想实验条件中的“没有摩擦”是不存在的,所以这个实验是永远无法做到的,故A正确;伽利略的理想实验说明了力不是维持物体运动的原因,故B错误;牛顿第一定律是牛顿在伽利略等前人实验的基础上,根据逻辑推理得出的,是以实验为基础,但又不是完全通过实验得出的,故C错误;根据牛顿第一定律可知,力是改变物体运动状态的原因,不是维持物体运动的原因,当一个做匀加速直线运动的物体所受外力全部消失时,物体将做匀速直线运动,故D错误。答案 A
3.(2020广东深圳高一月考)关于物体的惯性,下列说法正确的是(　　)A.骑单车上坡前用力蹬几下是为了增大惯性冲上坡B.子弹在空中飞行速度逐渐减小,故惯性也减小C.不同质量的物体维持其原有运动状态的能力不同D.伽利略基于理想斜面实验提出惯性定律解析 质量是惯性大小的唯一量度,只有质量改变,惯性的大小才改变,骑单车上坡前用力蹬几下是为了增大速度冲上坡,A错误;子弹在空中飞行速度逐渐减小,但惯性不会减小,B错误;惯性越大,运动状态越难改变,因此不同质量的物体,惯性不同,维持其原有运动状态的能力不同,C正确;惯性定律是由牛顿得出的,D错误。答案 C
[情境探究]现代人验证“伽利略的理想斜面实验的描述中是由于摩擦作用导致小车停止”设计以下情景演示,让一个小车从同一斜面上同一高度处滑下,水平面上分别放置毛巾、木板和玻璃板,水平面与斜面平滑连接,小车行驶距离最大的是玻璃面,其次是木板面,距离最小的是毛巾面。
结合上述现象讨论:(1)如果水平面是“绝对光滑”,小车的运动情况会怎样?这样得出的结论正确吗?(2)这个结论说明什么问题?要点提示 (1)小车将一直运动下去;正确,这是在实验事实基础上推理得出的结论。(2)说明物体的运动不需要力来维持。
[知识点拨]伽利略的思想方法和意义1.伽利略用“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理想实验,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,以事实为依据,以抽象为指导,抓住主要因素,忽略次要因素,从而深刻揭示自然规律。2.第一次确立了物理实验在物理研究中的基础地位。3.揭示了力不是维持物体运动的原因。要点笔记 “理想实验”虽然在研究中有重大作用,但是它只是一种思维过程,只限于逻辑上的证明与反驳,不能用作检验认识正确与否的标准。
[实例引导]例1(2020湖北黄冈高一月考)图1是伽利略利用斜面实验研究自由落体运动的示意图,图2是伽利略为了说明力和运动的关系利用斜面实验的示意图。下列说法正确的是(　　)A.图1中甲、乙、丙、丁均是实验得到的现象B.图1中甲、乙、丙、丁均是推理得到的运动情景C.图2中伽利略通过实验观察到A处释放的小球运动到C处D.图2的推理表明力不是维持物体运动的原因
解析 伽利略做题图1的理想斜面实验时,由于受到当时实验条件的限制,只做了斜面倾角很小的实验,则只有题图1甲是实验得到的现象,其他都是合理外推得出的结论,故A、B错误;题图2的理想斜面实验,通过推理得出若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的高度,故C错误;由题图2得出的结论是物体具有某一速度的物体如果不受力,它将以这一速度永远运动下去,表明了力不是维持物体运动的原因,故D正确。答案 D规律方法 分清事实与推论的方法(1)事实是真实发生的事情,在实验时我们可以亲眼观测到的现象。(2)推论是根据现象推测发生这件事的条件或会出现的结果。
变式训练1(多选)(2020山西太原高一期末)如图是伽利略著名的斜面实验示意图。将小球从左侧斜面某一位置由静止释放,小球将“冲”上右侧的斜面。如果没有摩擦,小球将到达原来的高度。如果右侧斜面倾角减小,小球仍将到达原来的高度,但是运动的距离会更长……根据这一实验(　　)A.伽利略合理外推出小球在水平面丁上运动的结果B.伽利略推断出任何物体都具有惯性C.伽利略推断出力是维持物体运动状态不变的原因D.伽利略推断出物体的运动不需要力来维持
解析 如果没有摩擦,小球将上升到释放时的高度,进一步假设若减小第二个斜面的倾角,小球在这斜面上仍然要达到原来的高度,继续减小角度,最后使它成水平面,小球将沿水平面做持续匀速运动,即伽利略合理外推出小球在水平面丁上运动的结果,A正确;理想斜面实验只能说明小球具有惯性,推广到一切物体的是牛顿,B错误;该实验证实了力不是维持物体运动的原因,即物体的运动不需要力来维持,C错误,D正确。答案 AD
[情境探究]如图所示,冰壶比赛中,运动员为了使冰壶到达某一固定位置,会给冰壶一个速度,当速度略小时,队员会用力摩擦冰壶前进的路线,使其更加光滑,这样冰壶就可以滑得“更远”。试结合上述现象讨论:(1)冰壶行进过程中,速度越来越小是因为摩擦力的作用,说明运动和力是什么关系?(2)如果后面把路径摩擦的绝对光滑,冰壶将会处于什么状态?要点提示 (1)说明力是改变物体运动状态的原因。(2)冰壶原来是运动的,当合外力为零时,冰壶将永远做匀速直线运动。
[知识点拨]1.运动状态改变的三种情况(1)速度方向不变,只有速度大小改变(2)速度大小不变,只有速度方向改变(3)速度大小和方向都改变
2.对牛顿第一定律的理解
[实例引导]例2(2021宁夏六盘山高级中学高一期末)根据牛顿第一定律,下列说法正确的是(　　)A.自行车紧急刹车,轮子不转了,车子就会立即停止B.气球吊着物体上升,某时刻绳子突然断了,物体立刻相对地面向下运动C.由于地球由西向东转,所以我们向上跳起后不会落到原地D.运动员冲刺到终点后,由于惯性不能马上停下来,还要向前跑一段距离
解析 刹车时,虽然轮子不转了,但车子还有较大的速度,由于惯性还会向前运动,故A错误;绳子断的瞬间,物体有向上的速度,则物体仍保持向上的运动,故B错误;我们向上跳起后,由于惯性,保持了与地球相同的转动速度,故落下后仍在原地,C错误;运动员冲刺到终点后,由于惯性不能马上停下来,还要向前跑一段距离,D正确。答案 D
规律方法 巧用牛顿第一定律(1)由“因”索“果”:在判断力与运动之间的关系时,一定要把握准牛顿第一定律的含义,即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。(2)由“果”索“因”:如果物体的运动状态发生改变,则物体必然受到不为零的合外力的作用,所以判断物体的运动状态是否改变以及如何改变,应分析物体的受力情况。(3)应用步骤: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及所受合力是否为零,最后判断由于物体具有惯性将会出现的现象。
变式训练2 小云同学为了取出如图所示羽毛球筒中的羽毛球,一手拿着球筒的中部,另一手用一个较大的力F击打羽毛球筒的上端,则(　　)A.该同学无法取出羽毛球B.该同学是在利用羽毛球的惯性C.该同学击打筒的上端是为了改变羽毛球筒的惯性D.羽毛球筒向下运动的过程中,羽毛球受到向上的摩擦力才会从上端出来
解析 用较大的力击打羽毛球筒,羽毛球筒迅速向下运动,根据牛顿第一定律,羽毛球由于惯性仍在原位置,羽毛球相对于羽毛球筒向上运动,羽毛球从上端出来,故A错误、B正确;该同学击打筒的上端是为了改变羽毛球筒的运动状态,故C错误;羽毛球相对球筒向上运动,受到向下的摩擦力,故D错误。答案 B
[情境探究]请你用惯性的知识来解释一下为什么当你奔跑时碰到石块,会向前跌倒;而如果你踩到西瓜皮,会向后倒?
要点提示 奔跑时碰到石块,人的下半身就停了下来,而人的上半身由于惯性,仍然保持原来的运动状态,所以会向前跌倒。如果你踩到西瓜皮,脚有一个向前运动的较大的速度,而人的上半身由于惯性,仍保持原来的状态,所以会向后倒。
[知识点拨]1.惯性与质量的关系(1)惯性是物体的固有属性,一切物体都具有惯性。(2)质量是物体惯性大小的唯一量度,质量越大,惯性越大。2.惯性与力无关(1)惯性不是力,而是物体本身固有的一种性质,因此物体“受到了惯性作用”“产生了惯性”“受到惯性力”等说法都是错误的。(2)力是改变物体运动状态的原因。惯性是维持物体运动状态的原因。
3.惯性的表现(1)不受力时,惯性表现为保持原来的匀速直线运动状态或静止状态,有“惰性”的意思。(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,运动状态越难改变。要点笔记 惯性和惯性定律的区别:惯性是一切物体所具有的一种性质,不需要附加限制条件;而惯性定律(牛顿第一定律)是一切物体在不受外力作用时,物体运动所遵循的规律。在惯性定律中所说的物体没有受到外力作用是一种理想情况。
[实例引导]例3(2021福建福州高一期末)对一些生活中的现象,某同学试图从惯性角度加以分析。其中正确的是(　　)A.太空中处于失重状态的物体没有惯性B.“安全带,生命带,前排后排都要系”,系好安全带可以防止因人的惯性而造成的伤害C.“强弩之末,势不能穿鲁缟”,是因为强弩的惯性减小了D.战斗机作战前抛掉副油箱,是为了增大战斗机的惯性
解析 惯性只与质量有关,所以处于失重状态的物体仍然具有惯性,A错误;系好安全带可以防止因人的惯性而造成的伤害,B正确;“强弩之末,势不能穿鲁缟”,是因为强弩的速度减小了,但惯性不变,C错误;战斗机作战前抛掉副油箱,是为了减小战斗机的惯性,增加灵活性,D错误。答案 B规律方法 解答惯性现象的思路(1)明确研究的物体原来处于怎样的运动状态。(2)当外力作用在物体的某一部分时,这一部分运动状态的变化情况。(3)明确物体由于惯性要保持怎样的运动状态,然后判断物体会出现什么现象。
1.(2021浙江台州高一期末)关于运动与力的关系有三个比较著名的观点。观点1:必须有力作用在物体上,物体才能运动;观点2:力是改变物体运动状态的原因;观点3:力不是维持物体运动的原因。最先提出这三个观点的代表人物分别是(　　)A.亚里士多德、牛顿、伽利略B.伽利略、牛顿、亚里士多德C.牛顿、伽利略、亚里士多德D.亚里士多德、伽利略、牛顿解析 亚里士多德认为,必须有力作用在物体上,物体才能运动;牛顿认为,力是改变物体运动状态的原因;伽利略认为,力不是维持物体运动的原因,故选A。答案 A
2.中国古代在科技上取得了辉煌的成就,在很多方面走在世界前列。例如春秋战国时期,墨家的代表人物墨翟在《墨经》中,就已对力做了比较科学的阐述:“力,刑(形)之所以奋也”。这句话的意思是:力能使物体由静止开始运动,或使运动的物体运动得越来越快。下列说法中,与墨翟对力的阐述最接近的是(　　)A.力是维持物体运动的原因B.力是物体位移变化的原因C.力是物体位置变化的原因D.力是物体运动状态改变的原因
解析 由题意可知“力,刑(形)之所以奋也”这句话的意思是:力能使物体由静止开始运动,或使运动的物体运动得越来越快。即力起到了改变物体运动状态的作用,与力是改变物体运动状态的原因相接近,D项正确,A、B、C项错误。答案 D