1、人教版必修1 第一节 牛顿第一定律 第四章 牛顿运动定律1知道伽利略的理想实验及其主要推理过程和推论，知道理想实验是科学研究的重要方法。2理解牛顿第一定律的内容及意义。3知道什么是惯性，会正确地解释有关惯性的现象。01课前自主学习1.理想实验的魅力(1)人类对运动与力的关系的认识历程(2)伽利略的理想实验斜面实验：让小球沿一个斜面从静止状态开始向下运动，小球将“冲”上另一个斜面，如果没有摩擦，小球将高度。小球在这个斜面上仍将达到高度，但这时它要运动得远些。继续减小第二个斜面的倾角，球达到同一高度时就会离得更远。8 上升到原来的9 同一 推理结论：若将第二个斜面放平，小球将，却不再需要什么力去推
2、动。这就是说，力不是物体运动的原因。10 永远运动下去11 维持2牛顿第一定律(1)牛顿第一定律：一切物体总保持状态或状态，除非作用在它上面的力迫使它这种状态。(2)惯性：物体具有保持原来状态或状态的性质，我们把这个性质叫做惯性。牛顿第一定律也叫做定律。12 匀速直线运动13 静止14 改变15 匀速直线运动16 静止17 惯性3惯性与质量观察和实验表明，对于任何物体，在受到相同的作用力时，决定它们运动状态变化难易程度的唯一因素就是它们的。由此得出结论：描述物体惯性的物理量是它们的。18 质量19 质量想一想1.“理想实验”能否通过科技的不断发展而变成真实的科学实验？提示：不能，理想实验是人们
3、在抽象思维中设想出来而实际上无法做到的实验。2.如图所示，用力踢球，球才会运动起来，难道不能证明有力才有运动，运动需要外力来维持吗？提示：不能，正是由于脚对球的力，改变了足球原来的运动状态(静止)，故力是改变物体运动状态的原因。脚离开球后，球仍然向上运动，故不是有力才有运动，力不是维持物体运动的原因。3有人说“只有做匀速直线运动或静止的物体才具有惯性”，也有人说“速度越大惯性越大”，“受力越大惯性越小”，这些说法对吗？提示：不对，惯性是物体的固有属性，只与物体的质量有关，与物体的运动状态和受力情况无关。判一判(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
4、略认为力不是维持物体运动的原因。()(3)伽利略根据理想实验推出，如果没有摩擦，在水平面上的物体，一旦具有某一个速度，将保持这个速度继续运动下去。()(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。()02 课堂探究评价课堂任务 对伽利略的理想实验的理解如图所示，将轨道弯曲成曲线甲的形状，在轨道的左端从静止释放一小球，观察现象；若将轨道右段的倾角减小，且把轨道弯曲成曲线乙的形状，观察现象，注意与甲图实验的现象比较；小球在轨道右段运动的路程是增大还是减小？假如将轨道弯曲成如图丙所示右段水平的形状，注意观察现象。活动 1：轨道弯曲成曲线甲的形状，小球会上升到什么高度？如果不存在摩
5、擦力，小球将上升到哪里？活动 2：轨道弯曲成曲线乙的形状，小球最高将上升到哪个位置？提示：小球会上升到几乎与释放的高度相同的位置。如果不存在摩擦力，小球会上升到原来的高度。提示：小球最高将上升到几乎与释放的高度相同的位置。活动 3：轨道弯曲成如图丙所示右段水平的形状，这时会发生什么情况呢？提示：小球会运动到较远的距离，如果没有摩擦力，可以想象，小球将永远运动下去。活动 4：讨论、交流、展示，得出结论。(1)“理想斜面”实验揭示了力不是维持物体运动的原因，物体的运动不需要力来维持。(2)“理想实验”是一种思维活动，是人们在抽象思维中设想出来的，而实际上无法做到的实验。(3)理想实验是一种以可靠的
6、事实为依据，忽略次要因素，并把实验的情况合理外推到理想状态，从而揭示自然现象本质的假想实验。所以说伽利略理想实验方法是科学的，结论是可靠的。例 1(多选)下列关于伽利略的理想实验的叙述中正确的是()A这个实验是凭空想象的B这个实验虽然是想象的，但它得出的结论是可靠的C理想实验是一种科学方法D理想实验是一个纯思维实验，其正确性应该再接受实验验证伽利略的理想实验是想象的，有科学性吗？提示：伽利略的理想斜面实验虽然是想象中的实验，但这个实验反映了一种物理科学方法，它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。规范解答 伽利略理想实验
7、是在实验基础上假想的，A 错误；伽利略的理想实验虽然是假想的，但是是在实验基础上，抓住主要因素，忽略次要因素合理推理得到的，B 正确；理想实验是一种科学方法，C 正确；理想实验是一种以可靠的事实为依据，忽略次要因素，并把实验的情况合理外推到理想状态，从而揭示自然现象本质的假想实验，不能用实验验证，D 错误。变式训练1 伽利略的理想实验证明了()A要物体运动必须有力作用，没有力作用的物体将静止B要物体静止必须有力作用，没有力作用的物体就运动C物体不受外力作用时，一定处于静止状态D力不是维持物体运动的原因解析 伽利略的理想实验证明了：力不是维持物体运动的原因。D 正确。“理想实验”在自然科学的理论
8、研究中有着重要的作用。但是，“理想实验”的方法也有其局限性。“理想实验”理想化了外界条件，在实际中这种条件不能满足，所以不能用实验验证。“理想实验”是以可靠事实为依据的一种逻辑推理的思维过程，它的作用只限于逻辑上的证明与反驳，而不能用来作为检验认识正确与否的标准。相反，由“理想实验”所得出的任何推论，都必须由观察或实验的结果来检验。课堂任务 牛顿第一定律如图所示是 2017 年环法自行车拉力赛，运动员正努力地骑车前行。当你在平直路面上骑自行车时，是否觉得要保持自行车匀速前进就要不断用力蹬？试解释之。活动 1：自行车在前进过程中受什么力？哪些力对自行车前进有影响？活动 2：对自行车前进起促进作用
9、的力是哪些？起阻碍作用的力是哪些？提示：自行车前进过程中受重力、支持力、地面的摩擦力、空气的阻力、前进的动力；地面的摩擦力、空气的阻力和前进的动力对自行车前进有影响。提示：起促进作用的力是运动员蹬自行车而使其前进的动力，起阻碍作用的是地面的摩擦力和空气的阻力。活动 3：运动员要用力不断地蹬，自行车才会匀速前进，一旦不用力蹬，自行车就会减速，甚至停下来，能否据此说力是维持物体运动的原因？提示：不能。不断用力蹬，使自行车前进的动力与地面的摩擦阻力和空气阻力的合力为零，使自行车在水平方向上等效于不受力的状态，才使得自行车匀速前行；一旦不用力蹬，自行车就会减速，甚至停下来，是由于受到了地面摩擦力和空气
10、阻力的原因。恰好说明力不是维持物体运动的原因。活动 4：讨论、交流、展示，得出结论。(1)对牛顿第一定律的理解明确了惯性的概念：牛顿第一定律的前半句话“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。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。揭示了力和运动的关系：牛顿第一定律的后半句话“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。反映了物体不受外力时的运动状态：匀速直线运动或静止(即原来运动的保持其
11、速度不变，原来静止的保持静止)。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。牛顿第一定律是在伽利略和笛卡儿工作的基础上由牛顿提出的，是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能用实验直接验证。但由它得出的一切结论，都经受了广泛、严谨的实验检验，证明结论是正确的。(2)物体的运动状态变化有以下三种情况速度的大小不变，只有方向改变。速度的方向不变，只有大小改变。速度的大小和方向都发生改变。例 2(多选)关于牛顿第一定律有下列说法，其中正确的是()A牛顿第一定律可用实验来验证B牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因C惯性定律与
12、惯性的实质是相同的D物体的运动不需要力来维持(1)牛顿第一定律描述的是什么状态？这种状态存在吗？(2)物体不受力能运动吗？提示：牛顿第一定律描述的是物体不受力的状态，这种状态不存在，因为不受力作用的物体是不存在的。提示：牛顿第一定律指出运动的物体不受力时保持匀速直线运动状态，所以物体的运动不需要力来维持，我们常见的物体不受力会停止，是因为我们只考虑我们看得见的施加的外力，而忽略看不见的摩擦力和空气阻力等。规范解答 不受力的物体是不存在的，牛顿第一定律不是实验定律，故不能用实验来验证，A 错误；牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因，B 正确；惯性定律是物体遵循的规律，而惯性是物体的性质，实
13、质是不相同的，C 错误；物体的运动不需要力来维持，D 正确。惯性和力是不一样的，惯性是一种性质，力是一种作用，不能说物体受到惯性而怎么样，只能说物体因为惯性而会怎么样。变式训练2 关于牛顿第一定律，下列说法中错误的是()A牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律B牛顿第一定律就是惯性C不受外力作用时，物体的运动状态保持不变是由于物体具有惯性D物体的运动状态发生变化时，物体必定受到外力的作用解析 牛顿第一定律有三层含义：一、一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，指出了一切物体都具有惯性；二、受到力的作用，物体的运动状态就要发生变化，揭示出力是改变物体运动状态的原因；三、指出了物体在不受
14、力时的运动状态，即保持匀速直线运动状态或静止状态。故A、C、D 正确。牛顿第一定律并不是惯性，惯性是物体的一种性质，而牛顿第一定律是物体的运动遵循的规律，两者是不同的概念，不可混为一谈，B 错误。课堂任务 对惯性的理解和应用如图所示，是一对相扑运动员，一个身材胖大，一个小巧玲珑。他们正在比赛，哪个会获胜呢？活动 1：胖大运动员有什么优势？有什么劣势？活动 2：小巧运动员有什么优势？有什么劣势？提示：胖大运动员的力气大，抗击打、抗摔的能力强，但是不够灵活。提示：小巧运动员身体灵活，躲避能力强，但是力气小，易被摔倒。活动 3：在比赛中，一般来说哪个比较占优势？提示：胖大运动员占优势，因为他的质量大
15、，惯性就大，状态不容易改变，所以就不大容易被摔倒。活动 4：讨论、交流、展示，得出结论。(1)对惯性的理解惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。质量是物体惯性大小的唯一量度。质量越大，惯性越大。惯性大小与物体运动状态无关，与物体受力情况以及地理位置也无关。(2)惯性的表现一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非有外力迫使它改变这种状态。例 3 火车在长直水平轨道上匀速行驶，门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起，发现仍落回到火车上原处。这是因为()A人跳起后，车厢内空气给他一向前的力，带着他随同火车一起向前运动B人跳起的瞬间，车厢的地板给人一个向前的力，推动人随同火车一起向前运动C人跳起后，
16、车在继续向前运动，所以人落下后必定偏后一些，只是由于时间很短，偏后距离太小，不明显而已D人跳起后直到落地，在水平方向上和车始终具有相同的速度(1)车厢内的空气与人在水平方向速度一样吗？(2)匀速运动过程中人受车施加的摩擦力吗？(3)人跳起后受什么力？提示：一样。提示：不受，因为人所受合力为零，与车没有相对运动，所以没有受到车施加给人的摩擦力。提示：只有重力。规范解答 人跳起后，因人与空气及车在水平方向上速度相同，所以车厢内空气不能给人向前的力，A 错误；人跳起时车厢地板给人竖直向上的力，B 错误；人跳起后，在水平方向不受外力的作用，由于惯性人跳起后直到落地，仍保持与车相同的速度，因此人与车在水
17、平方向上总是具有相同的位移，所以仍然会落回原处，C 错误，D 正确。分析问题时，要善于利用惯性定律在单方向上的应用，如果物体在某方向不受力，则物体在该方向保持静止或匀速直线运动。变式训练3 如图所示，甲运动员在球场上得到篮球之后，甲、乙以相同的速度并排向同一方向奔跑，甲运动员要将球传给乙运动员，不计空气阻力，他应将球向什么方向抛出()A抛出方向与奔跑方向相同，如图中箭头 1 所指的方向B抛出方向指向乙的前方，如图中箭头 2 所指的方向C抛出方向指向乙，如图中箭头 3 所指的方向D抛出方向指向乙的后方，如图中箭头 4 所指的方向解析 球原来与甲、乙速度相同，由于惯性抛出后，球在甲、乙前进方向上与甲、乙运动的速度相同，故要将球传给乙，甲沿 3 方向抛出即可，C 正确。03课后课时作业