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第 1 节 牛顿第一定律
导入一:
创设游戏,引入课题(撕纸游戏),猜一猜:
1.一张纸已剪成两截,但未完全剪断,如果迅速用力撕两边,纸会断成几截?
2.现在把纸剪成三截,但未完全剪断,如果迅速用力撕两边,纸会断成几截?
大家不要动手,先猜一猜.
3.如果在中间的纸下面夹一个夹子,然后迅速用力撕两边,纸会断成几截?
请大家想一想:为什么是这样一个结果呢?怎样解释我们的游戏呢?其实,在我们的游戏
中还涉及到一个古老的话题——力和运动:用力撕纸,纸条断开,运动起来.运动和力之间到
底有什么关系呢?带着这些问题,我们一起来体验古人的探究过程,学习古人的探究方法,进
一步理解论述运动和力关系的牛顿第一定律.
导入二:
演示实验:分别让两个鸡蛋(一生一熟)旋转,再迅速按住,使蛋停下又立即松手,一个不
动,另一个却能继续旋转.
提问:猜猜看,两个蛋有何不同?
设疑:猜想是否正确?为什么两个蛋会出现两种不同的现象?从这节课开始研究与此有关
的内容.
导入三:
周末,小红和妈妈到杂技厅观看马术表演(如图所示),她看到坐在奔驰骏马上的演员突
然腾空而起,惊出一身冷汗,一会儿又看到演员落下来稳稳地坐在马背上,她百思不得其解.
你能为小红解释其中的道理吗?
导入四:
实验引入:批驳亚里士多德的观点
【演示 1】 在桌面上推动木块(或板擦)从静止开始慢慢向前运动,撤掉推力,木块立
即停止.
分析:日常生活中也有许多类似的现象(如推桌子).这些现象从表面上看“必须有力作用
在物体上,才能使物体继续运动,没有力的作用,物体就要停下来”.即木块的运动需要推力
去维持.于是古希腊哲学家亚里士多德就根据这些现象总结出“物体的运动需要力去维持”.2
这种观点在历史上曾被沿用两千多年,但是沿用两千年是否就一定正确呢?也有人曾表示过
怀疑或有人认为就是错误的,但没有能说服别人的理由.
【演示 2】 在桌面上推动木块(或板擦)从静止使之向前运动,用力推出,木块向前运
动一段距离后停止.
分析:推力撤掉,木块还要向前运动,与亚里士多德的观点不符.
分析:木块:静止——运动——静止.两个过程中是否都有力存在?在这两个过程中力的
作用是维持原来的运动状态还是改变运动状态?
一、牛顿第一定律规律总结
思路一
1.规律总结过程
伽利略的贡献:理想实验
【演示】 (通过实物投影仪把实验过程反映在大背投电视上)介绍器材.
实验前提条件:每次实验都需小车从斜面上的同一高度下滑,为什么?
实验过程:让小车从同一斜面的同一位置滚下后分别在毛巾表面、棉布表面、玻璃表面
上运动,每次记下小车停下时的位置.
实验记录:
实验次数 表面材料 阻力大小 滑行距离
1 毛巾 最大 最短
2 棉布 较大 较长
3 玻璃 最小 最长
实验分析:
3 次实验,小车最终都静止,为什么?
3 次实验,小车运动的距离不同,这说明什么问题?
小车运动距离的长短跟它受到的阻力有什么关系?
若使小车运动时受到的阻力进一步减小,小车运动的距离将变长还是变短?
根据上面的实验及推理的思想,还可以推理出什么结论?
实验结论:通过伽利略的实验和科学推理得出“运动的物体,如果受到的阻力为零,它的
速度将不会减慢,将以恒定不变的速度永远运动下去.”即做匀速运动.
笛卡儿的补充
如果运动物体不受任何力的作用,不仅速度大小不变,而且运动方向也不变,将沿原来的
方向匀速运动下去.
牛顿的成果:补充与概括
师:物体除了运动的以外,还有静止的.那么,静止的物体在没有受到外力作用时,保持什
么状态呢?
介绍牛顿补充:将保持静止状态.
师(引导学生概括):我们现在已经有了伽利略的研究成果,又有了笛卡儿和牛顿的补充,
把两者进行一下概括:一切物体在没有受到外力作用时,将如何呢?(对概括出来大致意思的
同学给予鼓励)
介绍:牛顿抓住时机,概括总结得出著名的牛顿第一定律.
2.定律分析
定律成立条件:没有受到力的作用.
运动规律:总保持静止状态或匀速直线运动状态.3
师(回应课题引入实验): 回想我们最开始的实验,有推力推木块运动,撤去推力木块停下
来,从表面现象上得到的结论运动需要力的维持是错误的,但这种现象是千真万确摆在我们
面前的,我们如何用牛顿的观点正确地解释这个现象呢?
[知识拓展] 怎样理解牛顿第一定律:
(1)牛顿第一定律是自然界普遍规律之一,不论是固体、液体、气体,一切物体只要没有
受到外力作用,都将“保持静止状态或匀速直线运动状态”.
(2)无外力作用时,物体自身将保持静止状态或匀速直线运动状态,而物体究竟保持什么
状态,则由它原来的运动状态决定,原来静止的保持静止;原来运动的保持原来的快慢程度和
运动方向,也就是做匀速直线运动.简而言之,一切不受外力作用的物体,总保持原来的运动
状态不变.
(3)“无外力作用”与“保持静止状态或匀速直线运动状态”是瞬时对应的,一方面,一
旦受到外力作用,物体的运动状态可能立即就将变化,或从静止到运动,或从慢到快,或从快
到慢、到静止,或转变运动方向;另一方面,外力一旦消失,物体的运动状态立刻停止变化,即
不再改变快慢程度和运动方向.原来运动的物体,将以外力消失时的速度做匀速直线运动,这
说明物体的运动是不需要力来维持的,由此我们可以得出力不是维持物体运动的原因,而是
改变物体运动状态的原因.
思路二
1.情景设问,经验猜想
在人类历史的长河中,运动和力如影随形,总是和人们的生活、生产密切相关.比如:马拉
车则车前进,不再拉,前进的车会停下来;人推车则车前进,不再推,前进的车会停下来;踢球,
球沿草地向前滚动,不再踢,滚动的球会慢慢停下来. 思考:运动和力之间有什么关系呢?
最早提出这个问题并给出经验猜想的是古希腊学者亚里士多德.
他根据生活、生产经验猜想:必须有力作用在物体上,物体才能运动;没有力的作用,物体
就要静止在一个地方.运动需要力维持.
他的观点来自实际经验,还能用实际经验验证,所以被人们广泛接受,并维持了近两千年.
设问:我们现在知道,他的观点是错误的.那么他有贡献吗? 亚里士多德的贡献:开创了一
个新的研究领域.
首先质疑并深入研究的是十六世纪的伽利略.他观察了球的滚动.
2.质疑假设,科学猜想
当球沿斜面向下滚动时,它的速度增大,而向上滚动时,速度减小.他由此猜想:当球沿水
平面滚动时,它的速度应该不增不减.实际观察的结果是:沿水平面滚动的球越来越慢,最后
停下来.
按照亚里士多德的观点,球停下来是因为没有力的作用.伽利略恰恰从这一现象出发,对
亚里士多德的观点提出质疑.
质疑:滚动的球之所以停下来,真的是因为没有力的作用吗?
设问:球停下来的原因是什么呢?
在伽利略之前,人们还没有意识到摩擦力这种无形的力,伽利略是第一个意识到摩擦力
的人.
他改变了水平面的粗糙程度,发现:水平面越光滑,球滚得越远.于是,他推断这是摩擦阻
力作用的结果.
结论:滚动的球停下来,是摩擦阻力作用的结果.
假设:若没有摩擦阻力,沿水平面滚动的球将怎样运动呢?
猜想:若没有摩擦阻力,球将永远滚动下去.
过渡:伽利略设计了一个双斜面实验.4
3.实验探究,得出结论
(1)双斜面实验
左斜面固定,右斜面倾角可变.实验中我们设定小球始终从左斜面定位卡处由静止释放.
①固定右斜面,改变小球所受的摩擦力,观察小球上升的最大高度怎样变化.重复两次
实验.
【思考】
a.小球所受摩擦阻力的大小与小球上升的最大高度之间有什么关系?
b.摩擦阻力的大小与释放点到上升的最高点的高度差有什么关系?
c.如果没有摩擦,小球会上升到多高的地方?
②减小右斜面倾角,观察小球沿斜面运动的最远距离怎样变化.重复两次实验.
【思考】
a.减小右斜面倾角,小球沿斜面运动的最远距离如何变化?
b.如果没有摩擦,减小右斜面倾角,小球沿斜面滚动的最远距离怎样变化?小球将上升到
多高的地方?
③将右斜面放平,释放小球,观察小球的运动.
【思考】
a.如果水平木板足够长,小球会停下来吗?
b.如果没有摩擦,水平木板足够长,小球将滚到哪里去呢?
[设计意图] 通过层层设疑的方式,给学生指明探究的问题的方向,为结论得出做下铺
垫.
实验事实 逻辑推理(无摩擦,右斜面足够长)
右斜面固定 摩擦越小,球滚得越高 球将滚上原来的高度
减小右斜面倾
角
倾角越小,球沿斜面滚得
越远
球沿斜面滚得很远,一直滚到原来的
高度
放平右斜面 球滚得最远 球将一直滚动下去
(2)理想实验的魅力:实验事实+逻辑推理 .
通过可靠的实验事实,加上合理的逻辑推理,得出规律的一种方法. 理想实验的魅力:实
验不能实现的地方,思维向前一步.
这种方法非常了不起!爱因斯坦是这样评价的:伽利略的发现以及他所应用的科学的推
理方法是人类思想史上最伟大的成就之一,而且标志着物理学的真正开端.这个评价实事求
是,从亚里士多德到伽利略,经历了 2000 多年,物理学徘徊不前;从伽利略到爱因斯坦,只经
历 300 多年,物理学的大厦初步建立,大师辈出.这都得益于伽利略首创的实验研究方法.
[过渡语] 通过双斜面理想实验,伽利略得出了结论.
(3)伽利略:若没有摩擦阻力,沿水平面滚动的球将永远滚动下去.运动不需要力维持.
回顾、思考:①静止的车、足球为什么运动起来? ②运动的车、足球为什么会停下来? ③
力和运动之间有什么关系? 力是改变物体运动状态的原因.
设问:运动状态改变用什么物理量描述?
车由静止变为运动,受到了推力、拉力;由运动变为静止,受到了摩擦阻力.足球由静止变
为运动,受到了脚的力;由运动变为静止,受到了草地的摩擦阻力.
[过渡语] 与伽利略同时代的法国科学家笛卡儿对他的观点进行了补充.
4.补充完善,形成定律
(1)笛卡儿的补充:如果物体不受到力的作用,物体将永远保持其静止或运动状态,永远
不会沿曲线运动,而只保持在直线上运动.
这应成为一个原理,它是人类整个自然观的基础.5
[过渡语] 1642 年,伽利略逝世,1643 年牛顿在英国诞生.牛顿是人类历史上最伟大的
科学家之一.主要贡献有发明了微积分,发现了万有引力定律和经典力学,设计并制造了第一
架反射式望远镜等等.
牛顿在 1687 年出版的《自然哲学的数学原理》一书中提出了三条运动定律.牛顿把伽利
略、笛卡儿的正确结论总结成为牛顿第一定律,它是牛顿物理学的基石.
(2)牛顿第一定律:一切物体在没有受到力的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状
态.
[过渡语] 牛顿第一定律中论述的运动和力的关系是怎样的?
二、理解定律,了解惯性
1.运动和力的关系:力是改变物体运动状态的原因
物体不受力,保持匀速直线运动状态或静止状态;运动状态变化,物体一定受到力的作用.
【思考】 物体不受力时“总保持匀速直线运动状态或静止状态”,这能不能通过实验
验证呢?
不能.由于不受力作用的物体是不存在的.许多阻力很小的现象可以帮助我们理解牛顿
第一定律.
2.阻力很小的现象:冰壶
(播放视频)从视频可以看出,冰壶在一段时间内速度的大小和方向几乎不变,直到碰上
另一个冰壶.
【思考】 定律中还论述了什么呢?
3.惯性
概念:物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质.
设问:做变速运动的物体有惯性吗?
当物体做变速运动时,由于惯性,物体会抵抗速度的改变,可知使速度改变需要一段时间.
比如汽车紧急刹车时不会立即停下来,而是继续向前滑行一段距离. 可知一切物体都有惯性,
有抵抗运动状态变化的“本领”.物体惯性大,“本领”大,运动状态难改变;物体惯性小,
“本领”小,运动状态易改变.
思考并猜想:物体的惯性大小和什么因素有关?
游戏:用嘴吹书.提起书,用最大力气吹垂下的封面;用手提起封面,用最大力气吹垂下的
书.
【思考】 你观察到了什么现象?这个现象能说明惯性和质量的关系吗?
惯性与质量关系:质量是惯性大小的量度.
质量只有大小,没有方向,是标量.在国际单位制中,质量的单位是千克,单位符号为 kg.
在初中,质量定义为物体所含物质的多少;现在进一步从惯性的角度认识了质量;以后还
要从物体间的引力认识质量.
[知识拓展] 惯性是物体的一种性质,它不是力,力是物体对物体的作用,发生力的作用
时,必然要涉及两个相互作用的物体,单独一个物体不会出现力的作用,惯性是每个物体都具
有的,不需要两个物体的相互作用,惯性只有大小没有方向,因此把惯性说成“惯性力”或“受
到惯性的作用”都是错误的.
[过渡语] 现在,就可以解释撕纸游戏了.
三、再设情景,定律应用
1.思考:怎样解释撕纸游戏?
有夹子,增大了中部的质量,增大了惯性.当迅速撕开两边时,中部仍保持静止状态,所以
撕成三截.无夹子,中间纸条惯性很小,静止状态易改变.由于撕开纸条的力左右有差异,所以
撕成两截.6
[过渡语] 了解了惯性的知识,我们还能用它判断是非.
2.美国空军 UFO 档案记载,1952 年 12 月 6 日黎明前,一架 B29 轰炸机在墨西哥湾上空
训练时,一个很大的不明飞行物以 4000 km~15000 km 的时速靠近、经过、远离它.在描述中,
不明飞行物能迅速增减速度,甚至还能骤然停止.
【思考】 (1)如果没有特别的装置,UFO 骤然停止时,外星人飞行员的命运是怎样的?
(2)人们想象外星人持有惯性消除器,用来消除自身的惯性,以便应对速度的迅速变化,
你怎么看?
我们利用惯性的知识发现了 UFO 档案记载中的疑点.希望大家在遇到问题时利用所学知
识,冷静分析.
[设计意图] 通过游戏和 UFO 的学习,来调动学生的参与积极性,来达到良好的学习效
果.
[过渡语] 一般来说,事物具有两面性.同样,惯性也具有利和弊.
四、惯性的利弊
(1)思考
①生活中利用惯性的事例,例如:播放奥运会上运动员跳远镜头.
②惯性在生活中的不利一面,例如:车祸.
(2)模拟实验:撞车后,人的反应 ?
(利用小车、塑料块模拟撞车实验,并从实验现象联系生活情景,以此可以想到防止撞车
危害的有效措施)
学生先思考后观看视频,学生用刚才学习的惯性知识回答问题.
谈谈看法:如何减少车祸的发生?
学生讨论.
[设计意图] 让学生通过实验更加深刻体会惯性的利弊,从而明白要辩证地看待惯性现
象.
1.坐在小汽车前排的司机和乘客都要在胸前系上安全带,这主要是为了减轻在下列哪种
情况出现时,可能对人的伤害 ( )
A.缓慢加速 B.缓慢减速
C.突然启动 D.紧急刹车7
解析:小汽车缓慢加速或缓慢减速,人的速度也会缓慢增大或减小,所以不会使人受伤,
故 AB 选项不合题意;突然启动时,人会向后仰,有靠背支撑,故安全带不起作用,故 C 不合题
意;当紧急刹车时,车停止而人由于惯性会前冲,安全带可以防止人向前冲而受伤,故 D 项符
合题意.故选 D.
2.行驶的汽车在刹车后能静止,这是因为( )
A.汽车的惯性消失了
B.汽车的惯性小于汽车的阻力
C.阻力的作用改变了汽车的运动状态
D.汽车受到平衡力的作用而静止
解析:汽车原来是运动的,刹车后,汽车由于惯性仍保持原来的运动状态,继续向前运动;
但在运动过程中会受到摩擦阻力的作用,所以最终要停下来,即这是由于阻力改变了汽车的
运动状态.故选 C.
3.下列关于利用惯性和防止惯性不利影响的事例中,正确说法是 ( )
A.在月球上举重比在地球上容易,所以质量相同的物体在月球上比在地球上惯性小
B.运动员冲到终点后,还要向前跑一段距离才能停下来,说明速度大的物体惯性大
C.地球由西向东转,我们向上跳起后,由于惯性,还会落到原地
D.为了减小运动物体的惯性,坐在小汽车前排的司机和乘客都应系上安全带
解析:A.惯性是物体的固有性质,大小只跟质量有关,跟其他任何因素都没有关系,故 AB
错误;C.人具有惯性,会随着地球一起由西向东转,所以跳起后还会落到原地,故 C 正确;D.司
机和乘客系安全带是为了防止由于惯性而被撞伤,不是为了减小惯性,故 D 错误.故选 C.
4.小刚同学在放学回家的路上,脚被石块绊了一下,身子向前跌倒(如图甲),过了一会不
小心脚踩到一块西瓜皮,身子向后摔倒(如图乙).对这两种情景,下列解释合理的是 ( )
A.二者脚的运动状态改变,而上身由于惯性仍保持原来运动状态
B.二者上身的运动状态改变,而脚由于惯性仍保持原来运动状态
C.前者上身的运动状态改变,而脚由于惯性仍保持原来运动状态;后者脚的运动状态改
变,而上身由于惯性仍保持原来运动状态
D.前者脚的运动状态改变,而上身由于惯性仍保持原来运动状态;后者上身的运动状态
改变,脚由于惯性仍保持原来运动状态
解析:脚被石块绊了一下,身子向前跌倒是因为脚被石块绊住,脚的速度变慢,上身由于
惯性,保持原先速度,所以向前跌倒;当脚踩到一块西瓜皮,身子向后摔倒是因为脚踩住西瓜
皮,脚的速度变快,上身由于惯性,保持原先速度,所以向后倒,故 B,C,D 错.故选 A.
1.伽利略的理想实验:证明力是改变物体运动状态的原因.
2.牛顿第一定律:一切物体在没有受到力的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状
态.
①“一切”:世间万物,无一例外;②“总”:物体固有的性质;③“或”:静止与匀速直线
运动在受力上等同.
3.惯性:一切物体固有的性质;质量是惯性唯一的量度.8
一、教材作业
【必做题】
教材第 19 页动手动脑学物理的 2,3,4 题.
【选做题】
教材第 19 页动手动脑学物理的 1 题.
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