人教版高一物理必修一课件：第4章牛顿运动定律1.ppt

第四章 牛顿运动定律 〔 情 景 切 入 〕 力和运动无处不在、无时不有。用不同的力推同一辆车小车运动状态的变化是不同的，当停止推力后，小车会慢慢停下来。在太空中飞行的航天飞行器没有推力也可保持高速飞行 …… 力与运动之间究竟有什么关系？本章将探究这个问题。 〔 知 识 导 航 〕 1 ．本章是在前面三章对力和运动分别研究的基础上，进一步探究物体的运动状态变化和物体的受力情况间的关系，在物理学上把本章内容称为动力学。牛顿运动定律是动力学的基础，也是整个经典物理理论的基础。 2 ．本章内容包括两大部分：一是牛顿运动定律，由牛顿的三个基本定律组成；二是牛顿运动定律的应用，牛顿运动定律是本章的重点，牛顿第二定律是重点中的核心；本章的难点是怎样灵活运用规律来解决实际问题，尤其是对连接体问题的处理。对牛顿运动定律的深入理解和灵活运用是难点中的重点，只有深入挖掘概念的内涵和外延才能真正地认识、理解这些规律，运用时才能得心应手。 〔 学 法 指 导 〕 1 ．重视对物理现象的深入观察和对物理规律的亲身体验，例如课本的 “ 说一说 ” 、 “ 做一做 ” 、 “ 物体的平衡 ” 、 “ 超重和失重 ” 等，经过了深入观察和亲身体验后，物理知识不仅容易领悟而且印象深刻。 2 ．注意物理方法的学习。本章中涉及许多重要的研究方法，例如在牛顿第一定律的研究中采用的理想斜面法、在牛顿第二定律的研究中利用的控制变量法、运用牛顿运动定律处理问题时常用的隔离法和整体法以及单位的规定方法、单位制的创建等。这些方法需要认真地体会和理解，以提高认知的境界。 3 ．正确的选取研究对象和进行受力分析是运用牛顿定律解题的关键。实际问题中根据需要可将物体隔离或将互相作用的几个物体看成一个整体来进行研究。 要注意合外力与加速度的瞬时关系。牛顿运动定律往往用来处理恒力问题，当物体所受的合外力既不是恒力又不规律时，就需要分析加速度与合外力的瞬时对应关系，处理这类问题时，要先认真分析过程，掌握好力和加速度的瞬时关系，搞清楚物体运动的过程，这样才能找准运动规律，应用相应知识求解。 1　牛顿第一定律 ※ 知道伽利略理想实验的思路、推理过程和结论 ※※ 知道什么是惯性，理解质量是惯性大小的量度 ※ 理解牛顿第一定律的内容、意义 1 课前预习 2 课内探究 3 素养提升 4 课堂达标 5 课时作业 课 前 预 习 1 ．力与运动关系的不同认识 理想实验的魅力 代表人物 主要观点 亚里士多德 必须有力作用在物体上，物体才能 _________ ；没有力的作用，物体就要 ___________ ，力是 ____________ 物体运动的原因 伽利略 力不是 ______________ 物体运动的原因，而是 ______________ 物体运动状态的原因 笛卡儿 如果运动中的物体没有受到 ______________ ，它将继续以同一 ______________ 沿同一 ______________ 运动，既不停下来也不偏离原来的 ______________ 运动 静止 维持 维持 改变 力的作用 速度 直线 方向 2 ．伽利略的斜面实验： (1) 理想实验：让小球沿一个斜面从静止状态开始向下运动，再让小球冲上第二个斜面，如果没有摩擦，无论第二个斜面的倾角如何，小球达到的高度 ________ 。若将第二个斜面放平， ___________________________ 。 (2) 实验结论：力不是 ________________________ 。 相同 小球将永远运动下去 维持物体运动的原因 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外力迫使它改变这种状态。 2 ．运动状态的改变：如果物体速度的 ________ 或 _______ 改变了，它的运动状态就发生了改变；如果物体做 ____________ 运动或 ______ ，它的运动状态就没发生变化。 牛顿物理学的基石 —— 惯性定律 匀速直线运动 静止 大小 方向 匀速直线 静止 1 ．惯性：物体具有保持原来 ______________ 状态或 _________ 状态的性质叫作惯性。 2 ．惯性的量度： ______________ 是物体惯性大小的唯一量度。 惯性与质量 匀速直线运动 静止 质量 『 判一判 』 (1) 伽利略的理想实验是不科学的假想实验。 ( 　　 ) (2) 笛卡儿认为若没有力作用，物体的运动状态就不会改变。 ( 　　 ) (3) 速度越大的物体，惯性越大。 ( 　　 ) (4) 伽利略认为，没有力作用在物体上，它就不能运动。 ( 　　 ) (5) 力无法改变物体的惯性。 ( 　　 ) (6) 牛顿认为力的真实效应总是改变物体的速度，而不是使物体运动。 ( 　　 ) × √ × × √ √ 解析： 惯性是物体的固有属性，它指的是物体能够保持原来的运动状态的一种性质，惯性的大小只与物体的质量有关，与运动状态无关，故选 D 。 D 答案： 从图 (1) 可以看出，乘客向前倾，说明乘客相对车厢有向前运动的速度，所以汽车在减速。从图 (2) 可看出，乘客向后倾，说明乘客有相对车厢向后运动的速度，说明汽车在加速。 课 内 探 究 在足球场上，为了不使足球停下来，运动员带球前进必须不断用脚轻轻地踢拨足球 ( 如下图甲 ) 。又如为了不使自行车减速，总要不断地用力蹬脚踏板 ( 如下图乙 ) 。这些现象不正说明了运动需要力来维持吗？那为什么又说 “ 力不是维持物体运动的原因 ” ？ 探究一　对牛顿第一定律的理解　 提示： 这一问题，我们可以这样思考：如果足球不是在草地上滚动，而是以相同的初速度在水平的水泥地板上滚动，它将会滚出比草地上远得多的距离，这说明了由于阻力的存在才导致足球的运动状态发生了改变，足球在草地上滚动时所受阻力大，运动状态很快发生改变；足球在水泥地面上滚动时所受阻力小，运动状态改变得慢，但终究还是要停下来。在盘带足球时，人对足球施加力的作用，恰恰是起了使足球已经变小的运动速度再变大的作用。自行车的例子也是同样的道理。 这两个例子都充分说明了阻力能使物体的运动状态发生改变 ( 物体的速度变小 ) ，动力也能使物体的运动状态发生改变 ( 物体的速度变大 ) ，即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。 1 ．牛顿第一定律的物理意义： (1) 揭示了力与运动的关系： ① 力是改变物体运动状态的原因：物体受力的作用，它的运动状态就一定发生改变，并且产生加速度。 ② 力不是维持物体运动的原因：物体若不受力，它将做匀速直线运动或者保持静止状态。 (2) 揭示了一切物体都具有的一种属性 —— 惯性，所以牛顿第一定律也叫惯性定律。 2 ．物体运动状态改变的三种情况： (1) 速度的方向不变，只有大小改变。 ( 物体做直线运动 ) (2) 速度的大小不变，只有方向改变。 ( 物体做匀速曲线运动 ) (3) 速度的大小和方向同时发生改变。 ( 物体做变速曲线运动 ) 特别提醒： (1) 牛顿第一定律所描述的是物体不受外力作用时的状态，与物体所受合外力为零是等效的。　　　 (2) 牛顿第一定律不是实验定律，它是在理想实验的基础上总结得出的。 (3) 牛顿第一定律只适用于惯性参考系中的运动，在非惯性参考系中不适用。 C 解析： 若物体受的合力为零，可能处于静止或匀速直线运动， A 错误；物体运动不停止是因为惯性的原因，运动不需要力来维持， B 错误；力不是维持物体运动的原因，力是改变物体运动状态的原因，故 C 正确；由牛顿第一定律可知，外力停止作用后，物体由于惯性会保持原来的运动状态，故 D 错误，故选 C 。 ABD 解析： 牛顿第一定律描述了物体不受外力作用时的状态，即总保持匀速直线运动状态或静止状态不变，选项 A 、 B 正确；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木块的运动状态，飞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，选项 C 错误， D 正确。 锤头松了，把锤柄的一端在凳子上撞击几下，锤头就套紧了，为什么？试解释其中的原因。 提示： 锤与柄原来都处于运动状态，柄撞在凳子上受到阻力作用，改变了它的运动状态，就停止了运动，锤头由于惯性仍保持原来的运动状态，这样锤头就继续向前运动紧套在锤柄上了。 探究二　对惯性概念的理解　 1 ．惯性与质量的关系 (1) 惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。 (2) 惯性与物体受力情况、运动情况及地理位置均无关。 (3) 质量是物体惯性大小的唯一量度，质量越大，惯性越大。 2 ．惯性与力的关系 (1) 惯性不是力，而是物体本身固有的一种性质，因此说 “ 物体受到了惯性作用 ” 、 “ 产生了惯性 ” ， “ 受到惯性力 ” 等都是错误的。 (2) 力是改变物体运动状态的原因，惯性是维持物体运动状态的原因。力越大，运动状态越易改变；惯性越大，运动状态越难改变。 (3) 惯性与物体的受力情况无关 3 ．惯性与速度的关系 (1) 速度是表示物体运动快慢的物理量，是矢量，惯性是物体本身固有的性质，其大小仅由物体质量决定。 (2) 一切物体都有惯性，和物体是否有速度及速度的大小均无关。 4 ．惯性与惯性定律的关系 (1) 惯性不是惯性定律，惯性没有条件限制，是物体的一种固有属性。 (2) 惯性定律是物体不受外力作用时物体运动所遵守的一条规律。 特别提醒： (1) 在不受力 ( 或合外力为零 ) 的条件下，惯性表现为保持原来的运动状态。　 (2) 在受力条件下，惯性表现为运动状态改变的难易程度。 C 解析： 一切物体都具有惯性，惯性的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 ( 受力的大小以及所处的环境 ) 及自身的运动状态无关，故 A 、 D 选项错误。 静止的火车启动时，速度变化缓慢，是因为火车的质量大，惯性大，而不是因为静止的物体惯性大， B 选项错误。 乒乓球可以快速抽杀，是因为其质量小，惯性小，在相同的力的作用下，运动状态容易改变，故 C 选项正确。 解析： 在讨论人绊倒还是滑倒的过程中，要区分人各部分的运动情况，所以决不能再将人看成质点，并对人各部分运动情况分别讨论。 人被绊倒时，首先是人的脚由于受力而停止向前，而人的上半身由于惯性仍要前进，所以人上半身向前趴着倒下。 慢走的人，由于进入光滑地面，脚所受阻力突然减小，脚速度加快，而人的上半身由于惯性仍将维持原来较慢的速度，所以人将向后仰倒。 素 养 提 升 1 ．建模背景：理想实验是在实际实验的基础上经过概括、抽象、推理得出的实验模型。 2 ．建模特点：理想实验可把事实和理论思维结合起来，可以深刻地揭示自然规律。它得出的规律不能用实验直接验证，但能反映客观物质规律的新原理、新定律，推动科学的发展。 理想实验模型 ②③①④ 解析： 体会伽利略的理想实验，可知排列顺序为 ②③①④ ，分类正确的是选项 B 。 B 课 堂 达 标 课 时 作 业