高中物理人教版 (2019)必修 第一册第四章 运动和力的关系1 牛顿第一定律教案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册第四章 运动和力的关系1 牛顿第一定律教案，共12页。


知识纲要导引
核心素养目标
(1)明确惯性概念，知道惯性是物体的固有属性．
(2)理解牛顿第一定律的内容和意义，知道亚里士多德的观点．
(3)知道伽利略理想实验及推理方法．
(4)了解生活中的惯性现象，并解释常见的惯性现象.
知识点一 理想实验的魅力
1．历史回顾：
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.
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：
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veq \\al(2,0)＝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.
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
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.
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
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
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
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
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
×
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)