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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，通過動手實驗，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)識伽利略的理想實驗方法，了解物理上理想實驗的實質(zhì)。 3. 通過大量事實認(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)、生活實踐當(dāng)中。 重點：牛頓第一定律的得出與理解 難點：勻速直線運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)過了運動，運動是絕對的，一切物體都在運動，靜止只是相對的。物體都受力，同時又都在運動，力的效果之一就是力能改變物體的運動狀態(tài)?？梢?，力和物體的運動有密切的聯(lián)系。我們在這一章中要學(xué)習(xí)力和運動二者之間的聯(lián)系。 古希臘的學(xué)者亞里士多德早在兩千年前就提出“力是維持物體運動的原因”。他的根據(jù)是一個物體（例如一輛車）運動起來后必須用力才能使它不停地運動下去，失去力的作用，運動會停下來。初看起來，他的觀點似乎符合實際情況，所以這個觀點在人類的歷史上統(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)家對力和運動的關(guān)系提出了科學(xué)的論斷。 1. 伽利略的理想實驗： 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動下去（如圖3）。 伽利略理想實驗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：把實驗事實同抽象思維結(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，這是因為小車在水平的毛巾面上受到了阻力。 亞里士多德認(rèn)為維持運動必須有力?，F(xiàn)在，小車恰恰是因為受到了阻力，它的運動不能維持，可見，他的觀點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)上述實驗。小車從斜面上的同一位置由靜止開始向下運動，這樣可以保證小車到達(dá)斜面底端具有跟剛才實驗時相同的速度，小車在水平面上運動得更遠(yuǎn)了，原因是阻力小了。 從實驗可知，木板對小車的阻力小了，小車運動得更遠(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)上述的實驗。 　　可見，水平木板對小車的阻力越小，小車運動的越遠(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，小車的運動將如何？由于有前三次實驗做基礎(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)運動下去。這就是歷史上伽利略所做過的實驗和通過實驗得到的結(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)運動下去，也不會改變運動的方向。 　　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，原來運動的物體要保持勻速直線運動；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）勻速直線運動不需要外力來維持。 （2）力是使物體運動狀態(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驗中直接得出來的，也就是說它不是一個實驗定律，當(dāng)然也就不能用實驗來驗證。但是它又有深厚的實驗基礎(chǔ)。它是在實驗的基礎(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)受住了實踐的檢驗，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。實驗發(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)小車突然向前運動時，我們發(fā)現(xiàn)木塊要向后倒。因為木塊原來是靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)下部突然向前運動，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滑石粉（或撒點小米粒），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動，小車突然停止，木塊由于慣性仍向前運動，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動變?yōu)殪o止，而木塊的上部由于慣性，還要保持原來的運動狀態(tài)，所以木塊就向前傾倒。 　　由上面的兩個實驗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動，當(dāng)繩子突然斷裂，小球?qū)?[ ] A. 保持原來的圓周運動狀態(tài) B. 保持繩斷時的速度作勻速直線運動 C. 小球運動速度減小，但保持直線運動狀態(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動。 C. 物體受力才能運動。 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動，力不是維持物體運動的原因。 　　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動。 　　C. 人由于慣性保持向前，石塊作用腳時，使腳運動變慢。 　　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，腳受力改變運動狀態(tài)，突然停止。由于人有慣性，他要保持原來的運動狀態(tài)，這樣，人的上身繼續(xù)向前運動，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： 　　①確定物體原來的運動狀態(tài)。 　　②找出物體或物體的哪部分在突發(fā)過程中受到外力作用，改變了原來的運動狀態(tài)。 　　③找出物體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動，車上的乘客與汽車相對靜止，也向前做勻速直線運動。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用上都比較復(fù)雜。解答這類問題，首先要將實際物理過程弄清楚，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”說法都是不恰當(dāng)?shù)摹? 　?、佟捌囅蜃筠D(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)生運動”，摩擦力阻礙要發(fā)生的相對運動，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。 　?、邸啊丝陀捎谑艿綉T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