教學(xué)無憂淘寶店 http://jiaoxue5u.taobao.com 您身邊的教學(xué)專家 6.1科學(xué)探究：牛頓第一定律 基本要求： 1. 體會亞里士多德與伽利略的思想沖突，通過動手實(shí)驗(yàn)，用分析和論證的方法探究出牛頓第一定律，并學(xué)會用自己的語言表述牛頓第一定律的內(nèi)容。從對牛頓第一定律的探究過程中發(fā)展我們的觀察能力、分析能力、歸納論證的能力和表述信息的能力。 2. 認(rèn)識伽利略的理想實(shí)驗(yàn)方法，了解物理上理想實(shí)驗(yàn)的實(shí)質(zhì)。 3. 通過大量事實(shí)認(rèn)識慣性，并了解利用慣性及防止慣性的方法。能夠?qū)⒅R應(yīng)用到生產(chǎn)、生活實(shí)踐當(dāng)中。 重點(diǎn)：牛頓第一定律的得出與理解 難點(diǎn)：勻速直線運(yùn)動不需要外力來維持，慣性現(xiàn)象解釋的語言敘述。 基本內(nèi)容講解： 我們學(xué)過了力，一切物體都受到力的作用。我們也學(xué)過了運(yùn)動，運(yùn)動是絕對的，一切物體都在運(yùn)動，靜止只是相對的。物體都受力，同時又都在運(yùn)動，力的效果之一就是力能改變物體的運(yùn)動狀態(tài)?？梢姡臀矬w的運(yùn)動有密切的聯(lián)系。我們在這一章中要學(xué)習(xí)力和運(yùn)動二者之間的聯(lián)系。 古希臘的學(xué)者亞里士多德早在兩千年前就提出“力是維持物體運(yùn)動的原因”。他的根據(jù)是一個物體（例如一輛車）運(yùn)動起來后必須用力才能使它不停地運(yùn)動下去，失去力的作用，運(yùn)動會停下來。初看起來，他的觀點(diǎn)似乎符合實(shí)際情況，所以這個觀點(diǎn)在人類的歷史上統(tǒng)治了近一千七百年，直到三百年前，人們才開始對這個觀點(diǎn)是否正確提出疑問，并由伽利略和牛頓等幾位科學(xué)家對力和運(yùn)動的關(guān)系提出了科學(xué)的論斷。 1. 伽利略的理想實(shí)驗(yàn)： 讓一小球沿斜面由靜止?jié)L下，它將向另一斜面滾上，若無摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉淼母叨龋ㄈ鐖D1）。我們根據(jù)這種運(yùn)動趨勢進(jìn)行分析推理：若減小第二個斜面的傾角，小球在這一斜面上要達(dá)到原來的高度就要通過更多的距離（如圖2）；若繼續(xù)減小傾角，最終使其成為一個水平面，則小球永遠(yuǎn)不能達(dá)到原來的高度，必將沿水平面以恒定的速度運(yùn)動下去（如圖3）。 伽利略理想實(shí)驗(yàn)不是簡單地告訴我們一個結(jié)論，更重要的是傳授給我們研究物理問題的基本思維方法：把實(shí)驗(yàn)事實(shí)同抽象思維結(jié)合起來；忽略次要矛盾，抓住主要矛盾；不盲目相信直覺和前人的結(jié)論，這些思維方法已成為人們進(jìn)一步研究物理問題的一把鑰匙。 2. 下面我們來模擬一下研究物體在沒有受到其它物體的作用時，物體將如何運(yùn)動？ 這是一塊傾斜放置的木板，它的下端又接出一塊木板水平放置，木板上鋪一塊毛巾。讓一輛小車從斜面上的某一位置由靜止開始向下運(yùn)動，這時我們發(fā)現(xiàn)小車停下來。這是為什么呢？同學(xué)們都知道，這是因?yàn)樾≤囋谒降拿砻嫔鲜艿搅俗枇Α? 亞里士多德認(rèn)為維持運(yùn)動必須有力?，F(xiàn)在，小車恰恰是因?yàn)槭艿搅俗枇Γ倪\(yùn)動不能維持，可見，他的觀點(diǎn)缺乏一定的前提條件，因此是不確切的。能不能讓小車在水平面上運(yùn)動的再遠(yuǎn)些呢？我們可以減小水平面對小車的阻力，用棉布表面的木板代替毛巾，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。小車從斜面上的同一位置由靜止開始向下運(yùn)動，這樣可以保證小車到達(dá)斜面底端具有跟剛才實(shí)驗(yàn)時相同的速度，小車在水平面上運(yùn)動得更遠(yuǎn)了，原因是阻力小了。 從實(shí)驗(yàn)可知，木板對小車的阻力小了，小車運(yùn)動得更遠(yuǎn)了，它的速度經(jīng)過較長的時間才變?yōu)榱恪? 　　我們把水平放置的木板表面換成一塊比較光滑的木板，重復(fù)上述的實(shí)驗(yàn)。 　　可見，水平木板對小車的阻力越小，小車運(yùn)動的越遠(yuǎn)，它的速度必須經(jīng)過更長的時間才能變?yōu)榱恪? 3. 牛頓第一定律 請同學(xué)們設(shè)想，如果小車從斜面上滑下來，滑到一個非常光滑、阻力無限小的光滑平面上，小車的運(yùn)動將如何？由于有前三次實(shí)驗(yàn)做基礎(chǔ)，這種無限光滑的平面雖然沒有，但是我們也有充分的理由認(rèn)為小車將永遠(yuǎn)運(yùn)動下去。這就是歷史上伽利略所做過的實(shí)驗(yàn)和通過實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論。 　　法國的科學(xué)家笛卡兒進(jìn)一步補(bǔ)充了伽利略得出的結(jié)論，使人們的認(rèn)識又深化了一步。笛卡兒認(rèn)為，物體不受外力時，除了速度的大小不會改變，永遠(yuǎn)運(yùn)動下去，也不會改變運(yùn)動的方向。 　　最后，英國的著名物理學(xué)家牛頓總結(jié)了前人研究的成果，建立了力和運(yùn)動的關(guān)系的第一條規(guī)律，牛頓第一定律。 　　一切物體在沒有受到外力作用的時候，總保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，這就是著名的牛頓第一定律。 物體不受外力作用時，原來運(yùn)動的物體要保持勻速直線運(yùn)動；原來靜止的物體要保持靜止?fàn)顟B(tài)。這個規(guī)律說明了維持物體的勻速直線運(yùn)動是不需要外力的。 4. 由牛頓第一定律，我們可以得出以下幾個方面的問題： （1）勻速直線運(yùn)動不需要外力來維持。 （2）力是使物體運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變的原因。 （3）任何物體都有一種性質(zhì)，也就是保持自己原有的運(yùn)動狀態(tài)不變的性質(zhì)，我們把這種性質(zhì)叫做慣性。慣性是物體本身固有的一種屬性。任何物體在任何時候都有慣性。它只與物體的質(zhì)量有關(guān)系。（為什么會有兩種情況呢？這由什么來決定呢？） （4）慣性是維持物體做勻速直線運(yùn)動的原因。 （5）牛頓第一定律又叫慣性定律。 （6）牛頓第一定律不是從實(shí)驗(yàn)中直接得出來的，也就是說它不是一個實(shí)驗(yàn)定律，當(dāng)然也就不能用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。但是它又有深厚的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。它是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過進(jìn)一步的科學(xué)推理而得到的，由這個定律進(jìn)一步得出的一切科學(xué)推論都經(jīng)受住了實(shí)踐的檢驗(yàn)，因此，牛頓第一定律早已成為大家公認(rèn)的力學(xué)基本定律之一。 5. 慣性 我們可以把5個象棋子摞起來，然后用尺迅速打擊下部的象棋子，觀察上面的象棋子落在何處。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)棋子落回原處，由于棋子原來是靜止?fàn)顟B(tài)，由于慣性，它要保持原來的靜止?fàn)顟B(tài)，所以落回原處。 　　把木塊立放在小車上，當(dāng)小車突然向前運(yùn)動時，我們發(fā)現(xiàn)木塊要向后倒。因?yàn)槟緣K原來是靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)下部突然向前運(yùn)動，上部由于慣性仍保持靜止，所以向后倒。 　　把木塊平放在小車上，在小車和木塊間涂點(diǎn)滑石粉（或撒點(diǎn)小米粒），當(dāng)小車遇到障礙物突然停止時，我們發(fā)現(xiàn)木塊將向前滑出。原來，開始木塊隨小車一起向前運(yùn)動，小車突然停止，木塊由于慣性仍向前運(yùn)動，所以向前滑出。如果沒有滑石粉（或小米粒），這時木塊的下部要突然由運(yùn)動變?yōu)殪o止，而木塊的上部由于慣性，還要保持原來的運(yùn)動狀態(tài)，所以木塊就向前傾倒。 　　由上面的兩個實(shí)驗(yàn)我們就可以解釋車上的乘客為什么在車起動時要向后傾倒，在車剎車時要向前傾倒了。所以為了安全起見，坐在汽車前排的乘客和司機(jī)一定要系好安全帶。 6. 慣性的應(yīng)用 　　拍打衣服可除去灰塵。 　　使勁甩手可把手上的水甩掉。 　　撞擊可以使錘頭、斧頭緊套在把上。 　　摩托車飛躍斷橋。 　　宇航員走出飛船后，仍能與飛船“并肩”前進(jìn)，不會落在飛船后面。 【典型例題】 例1. 用繩子栓住一個小球在光滑的水平面上作圓周運(yùn)動，當(dāng)繩子突然斷裂，小球?qū)?[ ] A. 保持原來的圓周運(yùn)動狀態(tài) B. 保持繩斷時的速度作勻速直線運(yùn)動 C. 小球運(yùn)動速度減小，但保持直線運(yùn)動狀態(tài) D. 以上三種都有可能 　　分析：原來小球受繩拉力作用在作圓周運(yùn)動，當(dāng)繩子突然斷裂，小球在光滑水平方向上就沒有再受到力了，因此小球?qū)⒈３掷K斷時刻的速度大小和方向而運(yùn)動。 　　解答：B 例2. 下列說法正確的是 [ ] A. 物體不受力作用就一定靜止。 B. 物體不受力作用就一定是勻速直線運(yùn)動。 C. 物體受力才能運(yùn)動。 D. 以上說法都是錯誤的。 分析：牛頓第一定律指出，物體不受外力作用時，物體將保持靜止或勻速直線運(yùn)動，說明物體可以有兩種表現(xiàn)狀態(tài)，同時也說明物體不受力時也能運(yùn)動，力不是維持物體運(yùn)動的原因。 　　解答：D 例3. 我國規(guī)定，小汽車前排必須裝有保險帶，它是用來防止汽車的 [ ] 　 A. 高速行駛。 B. 快速起動。 　 C. 緊急剎車。 D. 上述各項(xiàng)都能防止。 分析：保險帶是系于前排駕駛員或乘客胸前的彈性帶，當(dāng)行駛汽車急剎車時，汽車迅速停止，人由于慣性將保持向前運(yùn)動，保險帶作用可以保護(hù)駕駛員或乘客不致過猛前沖被撞。 　　解答：C 例4. 行走的人被石塊絆一下會向前跌倒，下述分析中正確的是 [ ] 　　A. 人的上半身有慣性，下半身沒有慣性。 　　B. 由于石塊作用而改變了人的運(yùn)動。 　　C. 人由于慣性保持向前，石塊作用腳時，使腳運(yùn)動變慢。 　　D. 以上說法都正確。 　　分析：人以一定速度前進(jìn)，當(dāng)腳絆到石塊時，腳受力改變運(yùn)動狀態(tài)，突然停止。由于人有慣性，他要保持原來的運(yùn)動狀態(tài)，這樣，人的上身繼續(xù)向前運(yùn)動，致使向前跌倒。 　　解答：C 　　說明：學(xué)生初學(xué)用物理原理分析說明問題時，往往不得要領(lǐng)，其實(shí)是沒有形成技能，根據(jù)技能形成規(guī)律，應(yīng)先做“分解動作”明確步驟，再通過順序練習(xí)漸達(dá)熟練。 　　引導(dǎo)學(xué)生探出解答慣性現(xiàn)象的步驟： 　?、俅_定物體原來的運(yùn)動狀態(tài)。 　?、谡页鑫矬w或物體的哪部分在突發(fā)過程中受到外力作用，改變了原來的運(yùn)動狀態(tài)。 　?、壅页鑫矬w或物體的哪部分在突發(fā)過程中不受外力作用，由于慣性而保持原來的運(yùn)動狀態(tài)。 　例5. 原來勻速向前行駛的公共汽車向左急轉(zhuǎn)的時候站在汽車?yán)锏某丝蜁蚰膫€方向傾倒？為什么？ 解答：汽車向左急轉(zhuǎn)彎的時候，站在汽車?yán)锏某丝蜁蛴覂A倒，原來勻速向前行駛的汽車是做勻速直線運(yùn)動，車上的乘客與汽車相對靜止，也向前做勻速直線運(yùn)動。汽車向左轉(zhuǎn)彎，汽車的地板給乘客的腳一個摩擦力，使腳跟著偏離原來向前的方向，也向左轉(zhuǎn)彎。但乘客的頭部和身體，沒有受到使它改變運(yùn)動狀態(tài)的力，由于本身的慣性，保持原來的速度繼續(xù)向前做勻速直線運(yùn)動，這樣，乘客的頭部和腳就不保持在一條豎直線上，腳在左側(cè)，頭在右側(cè)，所以乘客感覺是向右傾倒。 說明：這是一個運(yùn)用物理概念解答和說明物理現(xiàn)象的問題，而且在物理概念的理解和運(yùn)用上都比較復(fù)雜。解答這類問題，首先要將實(shí)際物理過程弄清楚，這包括有的是物理課學(xué)習(xí)過的內(nèi)容，也有的是生活中的物理現(xiàn)象，要平時注意觀察，遇到有關(guān)問題的時候要認(rèn)真回憶實(shí)際發(fā)生的過程。類似的過程有，原來靜止的汽車，突然啟動的時候，車上的乘客會向后倒；原來行駛著的汽車，突然剎車的時候，車上的乘客會向前倒；原來行駛的汽車，向某一側(cè)急轉(zhuǎn)彎，車上的乘客會向相反的方向傾倒。 　　對于物體慣性的問題，下面給出的“經(jīng)驗(yàn)”說法都是不恰當(dāng)?shù)摹? 　　①“汽車向左轉(zhuǎn)彎，車上的乘客就受到向右的推力，將乘客向右推倒?！? 　　這是停留在“運(yùn)動必須有力推動”的錯誤認(rèn)識。同樣的錯誤會認(rèn)為，行駛著的汽車突然剎車，有一個力把乘客向前推倒。 　　怎么認(rèn)識清楚沒有這樣的力？可以根據(jù)力是物體對物體的作用，講一個力，一定有受力者，還必須有施力者。乘客的腳穿著鞋，鞋底與車接觸，車向左了，鞋底與車之間就是“要發(fā)生運(yùn)動”，摩擦力阻礙要發(fā)生的相對運(yùn)動，使腳跟著向左轉(zhuǎn)彎，這里的力有受力者，也有施力者。 　?、凇啊丝陀捎趹T性的作用……” 　　這個答案里，“作用”兩個字使用不當(dāng)，反映對慣性的理解不夠清楚，慣性是物質(zhì)自己的性質(zhì)，講“作用”就容易誤解慣性是別的物體給出的，實(shí)際上是把物質(zhì)本身的性質(zhì)和施力者給出的“作用”力混淆了。 　　③“……乘客由于受到慣性……” 　　這個答案里，用“受到”兩個字，毛病跟上面的說法類似。講“受到”慣性，還是沒有明確慣性是物質(zhì)自身所具有的性質(zhì)。 　例6. 在一列勻速前進(jìn)的火車上，一乘客跳起來，發(fā)現(xiàn)自己仍落回原處，原因是哪一個？ [ ] 　　A. 一切物體都有慣性，當(dāng)人跳起來的時候，仍然保持在火車前進(jìn)方向的速度，所以仍然落回原處 　　B. 火車前進(jìn)的速度不大 　　C. 人跳起時，獲得一個向前的力 　　D. 人實(shí)際上落在原處的后方，由于落在后方的距離較小，不容易看出來 　　解答：火車上的乘客和火車具有相同的速度，當(dāng)乘客跳起時，在沿火車前進(jìn)方向，人并沒有受到力的作用，所以人在火車前進(jìn)方向仍然保持著原來的速度，因此落回到原處，正確答案應(yīng)為A。 　例7. 關(guān)于物體的慣性，下面哪種說法正確？ [ ] 　　A. 汽車行駛時，突然剎車，乘客的身體向前傾，說明剎車時人具有向前的慣性 　　B. 快速前進(jìn)的汽車，在短距離內(nèi)剎車比較困難，說明速度大時，汽車的慣性大 　　C. 勻速前進(jìn)的汽車上的乘客，無論汽車的速度多大，乘客均不會發(fā)生前傾或后仰的現(xiàn)象，說明勻速運(yùn)動的物體沒有慣性 　　D. 以上三種說法均不正確 　　解答：慣性是物體的一種屬性，它沒有方向。牛頓第一定律告訴我們，一切物體都有慣性，任何物體在任何情況下都有慣性。慣性的大小，只和物體的質(zhì)量有關(guān)，而和物體的運(yùn)動狀態(tài)及速度無關(guān)，所以A、B、C三個答案都是錯誤的，正確答案為D。 中小學(xué)各個科目優(yōu)質(zhì)課視頻+課件教案學(xué)案試題全冊打包qq1119139686