2018-2019版高中物理 第四章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 4.1 牛頓第一定律課件 新人教版必修1.ppt

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1、第四章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律,1 牛頓第一定律,1.知道伽利略的理想實(shí)驗(yàn)及其主要推理過(guò)程和推論,知道理想實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的重要方法。 2.理解牛頓第一定律的內(nèi)容及意義。 3.知道什么是慣性,會(huì)正確地解釋與慣性有關(guān)的現(xiàn)象。,一,二,三,一、理想實(shí)驗(yàn)的魅力 1.對(duì)力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的認(rèn)識(shí)歷程:,,,,,,一,二,三,冰壺運(yùn)動(dòng)是冬奧會(huì)的正式比賽項(xiàng)目,如圖所示。冰道上向前運(yùn)動(dòng)的一只冰壺,如果沒有阻力,你能想象出它能“跑”多遠(yuǎn)嗎? 提示:運(yùn)動(dòng)著的冰壺,如果沒有受到阻力的作用,它將一直運(yùn)動(dòng)下去。,,一,二,三,2.伽利略的實(shí)驗(yàn): 伽利略的觀察→當(dāng)一個(gè)小球沿斜面向下運(yùn)動(dòng)時(shí),它的速度增大,而向上運(yùn)動(dòng)時(shí),它的速度減小 伽利略的

2、猜想→當(dāng)小球沿水平面滾動(dòng)時(shí),它的速度應(yīng)該是不增不減 伽利略的推斷→實(shí)際上球在水平面上滾動(dòng)時(shí)速度會(huì)越來(lái)越慢,伽利略認(rèn)為這是由于摩擦力的作用。他推斷,若沒有摩擦阻力,小球?qū)⒂肋h(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去,,,,,,一,二,三,伽利略的實(shí)驗(yàn)1→將兩個(gè)對(duì)稱的斜面末端平滑地對(duì)接在一起,讓小球沿一個(gè)斜面從靜止?jié)L下來(lái),小球?qū)L上另一個(gè)斜面。伽利略認(rèn)真觀察注意到,球在第二個(gè)斜面上所達(dá)到的高度同它在第一個(gè)斜面上開始滾下時(shí)的高度幾乎相等。他斷定高度上的這一微小差別是由于摩擦產(chǎn)生的,如能將摩擦完全消除的話,則高度將恰好相等 伽利略的實(shí)驗(yàn)2→若使第二個(gè)斜面的傾角越來(lái)越小,則不管第二個(gè)斜面傾角多么小,球在第二個(gè)斜面上總要達(dá)到相同的高度,

3、只是小球要通過(guò)更長(zhǎng)的路徑。最后,如果第二個(gè)斜面的傾斜度完全消除了(成為水平面),那么球從第一個(gè)斜面上滾下來(lái)之后,為達(dá)到原有高度將以恒定的速度在無(wú)限長(zhǎng)的水平面上永遠(yuǎn)不停地運(yùn)動(dòng)下去,,,,一,二,三,伽利略的結(jié)論→力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因,也就是說(shuō),不是維持物體的速度的原因,而恰恰是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因,即改變物體速度的原因,因此,一旦物體具有某一速度,如果它不受力,就將以這一速度永遠(yuǎn)地運(yùn)動(dòng)下去,3.理想實(shí)驗(yàn):伽利略的實(shí)驗(yàn)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的,因?yàn)橛肋h(yuǎn)也無(wú)法將摩擦完全消除掉,所以叫理想實(shí)驗(yàn),又叫假想實(shí)驗(yàn)、思想上的實(shí)驗(yàn)。它是通過(guò)抽象思維設(shè)想出來(lái)而實(shí)際上無(wú)法做到的實(shí)驗(yàn)。伽利略的理想實(shí)驗(yàn)是在可靠事實(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)

4、行抽象思維的一種科學(xué)推理。,,,,,,一,二,三,二、牛頓物理學(xué)的基石——慣性定律 1.牛頓第一定律:一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。這就是牛頓第一定律,又叫作慣性定律。牛頓第一定律是利用邏輯思維對(duì)事實(shí)進(jìn)行分析的產(chǎn)物,不可能用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證。 2.慣性:物體具有的保持原來(lái)勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)叫慣性。,,,,,,一,二,三,一個(gè)在足球場(chǎng)上滾動(dòng)的足球最終會(huì)靜止下來(lái),不會(huì)保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),這與牛頓第一定律是否矛盾?為什么? 提示:這與牛頓第一定律不矛盾。牛頓第一定律指出物體不受外力時(shí)將處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),即物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不改

5、變。只有在受外力的作用時(shí),物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)才會(huì)改變。足球最終會(huì)靜止下來(lái),是因?yàn)樗艿搅四Σ亮ψ饔谩?,一,二,三,三、慣性與質(zhì)量 1.慣性大小表現(xiàn)為改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的難易程度。 2.質(zhì)量大的物體,運(yùn)動(dòng)狀態(tài)難改變,我們說(shuō)它慣性大;質(zhì)量小的物體,運(yùn)動(dòng)狀態(tài)易改變,我們說(shuō)它慣性小。質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度。 3.質(zhì)量是標(biāo)量,只有大小,沒有方向。單位是千克,符號(hào)是kg。,,,,,,,,一,二,三,網(wǎng)球與乒乓球比較,用同樣大小的力揮拍擊球,乒乓球的速度比網(wǎng)球快得多,這是什么原因? 提示:力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因,質(zhì)量是物體慣性大小的量度。乒乓球的質(zhì)量小,其慣性也小,用同樣大小的力擊球,乒乓球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

6、容易改變,速度比網(wǎng)球快得多。,,一,二,三,一、如何理解“理想實(shí)驗(yàn)” 所謂“理想實(shí)驗(yàn)”,又叫“假想實(shí)驗(yàn)”“抽象實(shí)驗(yàn)”或“思想上的實(shí)驗(yàn)”,它是人們?cè)谒枷胫兴茉斓睦硐脒^(guò)程,是一種邏輯推理的思維過(guò)程和理論研究的重要方法。 “理想實(shí)驗(yàn)”雖然也叫作“實(shí)驗(yàn)”,但它同真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)是有原則上的區(qū)別的。真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)是一種實(shí)踐的活動(dòng),而“理想實(shí)驗(yàn)”則是一種思維的活動(dòng);前者是可以將設(shè)計(jì)通過(guò)物化過(guò)程而實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn),后者則是由人們?cè)诔橄笏季S中設(shè)想出來(lái)而實(shí)際上無(wú)法做到的“實(shí)驗(yàn)”。,一,二,三,但是,“理想實(shí)驗(yàn)”并不是脫離實(shí)際的主觀臆想。首先,“理想實(shí)驗(yàn)”是以實(shí)踐為基礎(chǔ)的。所謂的“理想實(shí)驗(yàn)”就是在真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,

7、抓住主要矛盾,忽略次要矛盾,對(duì)實(shí)際過(guò)程作出更深入一層的抽象分析。其次,“理想實(shí)驗(yàn)”的推理過(guò)程,是以一定的邏輯法則為依據(jù)的,而這些邏輯法則都是人們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的社會(huì)實(shí)踐總結(jié)出來(lái)的,并為實(shí)踐所證實(shí)了的。 在自然科學(xué)的理論研究中,“理想實(shí)驗(yàn)”具有重要的作用。作為一種抽象思維的方法,“理想實(shí)驗(yàn)”可以使人們對(duì)實(shí)際的科學(xué)實(shí)驗(yàn)有更深刻的理解,可以進(jìn)一步揭示出客觀現(xiàn)象和過(guò)程之間內(nèi)在的邏輯關(guān)系,并由此得出重要的結(jié)論。 但是,“理想實(shí)驗(yàn)”的方法也有其一定的局限性?！袄硐雽?shí)驗(yàn)”只是一種邏輯推理的思維過(guò)程,它的作用只限于邏輯上的證明與反駁,而不能用來(lái)作為檢驗(yàn)認(rèn)識(shí)正確與否的標(biāo)準(zhǔn)。相反,由“理想實(shí)驗(yàn)”所得出的任何推論,都必須

8、由觀察或?qū)嶒?yàn)的結(jié)果來(lái)檢驗(yàn)。,一,二,三,二、對(duì)牛頓第一定律的理解,一,二,三,溫馨提示牛頓第一定律不是從實(shí)驗(yàn)中直接得出的,它是在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上通過(guò)進(jìn)一步的科學(xué)推理得到的。由于這個(gè)進(jìn)一步科學(xué)推理得出的科學(xué)推論經(jīng)受住了實(shí)踐的檢驗(yàn),雖然無(wú)法直接驗(yàn)證,但仍具有科學(xué)意義。,一,二,三,三、正確理解慣性,一,二,三,一,二,三,溫馨提示不要以為只有靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體才具有慣性,變速運(yùn)動(dòng)的物體沒有慣性,或者誤以為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變了,慣性也改變了。物體的慣性與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān),與物體的受力情況無(wú)關(guān)。對(duì)于牛頓第一定律,當(dāng)不考慮物體的形變和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),實(shí)際中的“物體所受外力的合力為零”在效果上相當(dāng)于“物體不受外力的作用

9、”。,類型一,類型二,類型三,類型四,【例題1】 關(guān)于力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,下列說(shuō)法正確的是 ( ) A.物體不受任何外力的作用時(shí),一定保持靜止 B.物體不受任何外力的作用時(shí),一定保持勻速直線運(yùn)動(dòng) C.物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變時(shí),它一定受到外力的作用 D.物體受到力的作用時(shí),物體才能向前運(yùn)動(dòng) 解析:根據(jù)牛頓第一定律,力的作用效果是改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),如果物體不受任何外力,它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是不會(huì)改變的,也就是保持原有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變,原來(lái)靜止的物體仍保持靜止,原來(lái)運(yùn)動(dòng)的物體仍保持勻速直線運(yùn)動(dòng)。本題選項(xiàng)A和B,在不知原先運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的情況下,就下結(jié)論顯然是錯(cuò)誤的;物體運(yùn)動(dòng)是不需要力來(lái)維持的,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;如果物體運(yùn)動(dòng)

10、狀態(tài)發(fā)生改變,那一定是力的作用產(chǎn)生的效果,因此物體一定受到了力的作用,選項(xiàng)C正確。,,類型一,類型二,類型三,類型四,答案:C 題后反思力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因,而是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。要克服生活中一些錯(cuò)誤的直覺印象,建立正確的思維習(xí)慣。,類型一,類型二,類型三,類型四,【例題2】 如圖所示,理想實(shí)驗(yàn)有時(shí)更能深刻地反映自然規(guī)律,伽利略設(shè)想的理想實(shí)驗(yàn)中的幾個(gè)主要步驟如下: ①減小第二個(gè)斜面的傾角,小球在這斜面上仍然要達(dá)到原來(lái)的高度 ②兩個(gè)對(duì)接的斜面,讓靜止的小球沿一個(gè)斜面滾下,小球?qū)L上另一個(gè)斜面 ③如果沒有摩擦,小球?qū)⑸仙皆瓉?lái)釋放時(shí)的高度 ④繼續(xù)減小第二個(gè)斜面的傾角,最后使它成水平面,小

11、球要沿水平面做持續(xù)的勻速運(yùn)動(dòng) 在上述的步驟中,有的屬于可靠的事實(shí),有的則是理想化的推論,下列關(guān)于事實(shí)和推論的分類正確的是( ),類型一,類型二,類型三,類型四,A.①是事實(shí),②③④是推論 B.②是事實(shí),①③④是推論 C.③是事實(shí),①②④是推論 D.④是事實(shí),①②③是推論 解析:對(duì)于對(duì)接的斜面,小球從一個(gè)斜面滾下將滾上另一個(gè)斜面,這是人所共知的事實(shí),即②是事實(shí);而在實(shí)際中,光滑的斜面是不存在的,因此①③④是推論。 答案:B 題后反思伽利略的理想實(shí)驗(yàn)與科學(xué)推理巧妙地結(jié)合,推翻了亞里士多德的錯(cuò)誤觀點(diǎn),為科學(xué)研究創(chuàng)立了偉大的思想方法,揭示了慣性是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因,而力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。,,,

12、,類型一,類型二,類型三,類型四,【例題3】 關(guān)于物體的慣性,下述說(shuō)法正確的是( ) A.運(yùn)動(dòng)速度大的物體不能很快地停下來(lái),是因?yàn)槲矬w速度越大,慣性也越大 B.靜止的火車啟動(dòng)時(shí),速度變化慢,是因?yàn)殪o止的物體慣性大的緣故 C.乒乓球可以快速抽殺,是因?yàn)槠古仪驊T性小 D.在嫦娥二號(hào)中的物體不存在慣性 解析:慣性的大小僅由質(zhì)量來(lái)確定,與物體的速度無(wú)關(guān),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;火車難以啟動(dòng),是因?yàn)榛疖囐|(zhì)量很大,慣性很大的緣故,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;乒乓球質(zhì)量較小,慣性小,所以運(yùn)動(dòng)狀態(tài)容易改變,可以快速抽殺,選項(xiàng)C正確;任何物體都具有慣性,與物體所在的位置無(wú)關(guān),選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案:C,,,類型一,類型二,類型三,類型四,題后

13、反思慣性只與物體的質(zhì)量有關(guān),與物體的受力情況、速度、位置等無(wú)關(guān)。,類型一,類型二,類型三,類型四,【例題4】 如圖所示,一個(gè)劈形物體A的各面均光滑,放在固定的斜面上,上表面水平,在上表面放一個(gè)光滑小球。劈形物體由靜止開始釋放,則小球在碰到斜面前的運(yùn)動(dòng)軌跡是 ( ) A.沿斜面向下的直線 B.豎直向下的直線 C.無(wú)規(guī)則的曲線 D.拋物線 點(diǎn)撥:根據(jù)牛頓第一定律知道,力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。如果物體在某個(gè)方向不受力,則此方向物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就不會(huì)改變。,,類型一,類型二,類型三,類型四,解析:對(duì)小球進(jìn)行受力分析可知,小球在與斜面相碰之前,受到重力和A的支持力,而這兩個(gè)力都在豎直方向上,水平方向上球并沒有受到力的作用,故水平方向上小球不會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng),所以其軌跡為豎直向下的直線。 答案:B 題后反思牛頓第一定律揭示的是物體在不受力時(shí)所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài):靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)。力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。,,,