4.1 牛頓第一定律

［目標(biāo)］
一、知識(shí)與技能
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；理解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，知道物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持。
３、理解慣性的概念，知道質(zhì)量是慣性大小的量度；會(huì)用慣性解釋一些現(xiàn)象。
二、過(guò)程與方法
１、觀察生活中的慣性現(xiàn)象，了解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系
２、通過(guò)實(shí)驗(yàn)加深對(duì)牛頓第一定律的理解
３、理解理想實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的重要方法
三、情感態(tài)度與價(jià)值觀
１、通過(guò)伽利略和亞里士多德對(duì)力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的不同認(rèn)識(shí)，了解人類認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的曲折性
２、感悟科學(xué)是人類進(jìn)步的不竭動(dòng)力
［重點(diǎn)］
１、理解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系
２、對(duì)牛頓第一定律和慣性的正確理解
３、理想實(shí)驗(yàn)
［教學(xué)難點(diǎn)］
１、力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系
２、慣性和質(zhì)量的關(guān)系
［課時(shí)安排］
1課時(shí)
［教學(xué)過(guò)程］
［引入］
師：同學(xué)們，在前面的學(xué)習(xí)中我們學(xué)習(xí)了怎樣描述物體的運(yùn)動(dòng)，知道了物體的一些運(yùn)動(dòng)規(guī)律，但同學(xué)們有沒(méi)有想過(guò)：同一個(gè)物體不同的情況下可以做出不同的運(yùn)動(dòng)，究竟是什么決定了物體的運(yùn)動(dòng)情況？要討論這個(gè)問(wèn)題，就要研究運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系。所以，從今天開(kāi)始，我們就一起來(lái)探究運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系。
一、據(jù)生活現(xiàn)象思考探究
師：現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合日常生活經(jīng)驗(yàn)，分組探討一下運(yùn)動(dòng)和力是怎樣的一種關(guān)系，并試著回答以下一些問(wèn)題。
1、物體的運(yùn)動(dòng)需要力來(lái)維持嗎？是不是有力物體就能運(yùn)動(dòng)，沒(méi)力物體就靜止。給物體一初速度，物體在不同平面上滑動(dòng)，體會(huì)物體運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持。
2、物體的運(yùn)動(dòng)方向跟力的方向一樣嗎？
以拋粉筆為例
3、物體的運(yùn)動(dòng)僅由力決定嗎？
拋粉筆為例
4、物體什么情況下做直線運(yùn)動(dòng)？什么情況下做曲線運(yùn)動(dòng)？
以拋粉筆為例
5、物體做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，什么情況下加速？什么情況下減速？
以拋粉筆為例。
【牢記】：物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持，沒(méi)有力物體也能運(yùn)動(dòng)：勻速直線運(yùn)動(dòng)；運(yùn)動(dòng)方向與力的方向無(wú)必然聯(lián)系；當(dāng)速度與力同一直線時(shí)，物體做直線運(yùn)動(dòng)；速度與力不在同一直線時(shí)，曲線運(yùn)動(dòng)；同一直線時(shí)，力與速度同向，加速；力與速度反向，減速。
要讓學(xué)生明白：物體此刻的速度是由上一刻的速度和上一刻的受力決定的，此刻的速度及此刻的受力決定下一刻的速度。（比方：今天的結(jié)果是前面的表現(xiàn)決定的，要想今后的結(jié)果能改變，必須從現(xiàn)在開(kāi)始。）
二、歷史上人類對(duì)運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系的認(rèn)識(shí)
師：愛(ài)因斯坦曾把一代代科學(xué)家探索自然奧秘的努力，比做福爾摩斯偵探小說(shuō)中警員破案的過(guò)程。在偵探故事中，有時(shí)候明顯可見(jiàn)的線索卻把人們引到錯(cuò)誤的判斷上去，也就是說(shuō)光憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)做判斷是靠不住的。
師：長(zhǎng)期以來(lái)，在研究物體運(yùn)動(dòng)原因的過(guò)程中，人們的經(jīng)驗(yàn)是：要使一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)，必須推它或拉它。因此，人們直覺(jué)地認(rèn)為，物體的運(yùn)動(dòng)是與推拉等行為相聯(lián)系的，當(dāng)不再推、拉的時(shí)候，原來(lái)的運(yùn)動(dòng)便停止下來(lái)。根據(jù)這類經(jīng)驗(yàn)，亞里士多德得出結(jié)論：必須有力作用在物體上，物體才能運(yùn)動(dòng)；沒(méi)有力的作用，物體便要停止。我想不僅是亞里士多德這樣想，就是在現(xiàn)在，很多人還是這樣想的，因?yàn)樗�與我們的現(xiàn)實(shí)生活經(jīng)驗(yàn)相一致。但這卻是個(gè)錯(cuò)誤的結(jié)論。是由明顯可見(jiàn)的線索引出的錯(cuò)誤判斷，而且這個(gè)錯(cuò)誤結(jié)論竟維持了近兩千年。直到三百多年前，伽俐略創(chuàng)造了有效的“偵察”方法，發(fā)現(xiàn)了正確的線索，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)，成為物理學(xué)中的福爾摩斯。
師：伽俐略注意到，當(dāng)一個(gè)球沿斜面向下滾動(dòng)時(shí)，它的速度越來(lái)越大；向上滾動(dòng)時(shí)，速度越來(lái)越小。他由此猜想：當(dāng)球沿水平面滾動(dòng)時(shí)，速度應(yīng)該不增不減。實(shí)際上他發(fā)現(xiàn)，球越來(lái)越慢，最后停下來(lái)。伽俐略認(rèn)為，這是由于摩擦阻力的原因，因?yàn)樗�同樣還觀察到，表面越光滑，球便會(huì)滾動(dòng)得越遠(yuǎn)。于是他推斷：若沒(méi)有摩擦阻力，球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾下去。
師：伽俐略為了說(shuō)明他的思想，設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)（伽俐略斜面實(shí)驗(yàn)）：讓一個(gè)小球沿一個(gè)斜面從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始滾下，小球?qū)�滾上另一個(gè)斜面，如果沒(méi)有摩擦，小球?qū)⑸�到原�?lái)高度。減小后一斜面的傾角，小球在這個(gè)斜面上仍然達(dá)到同樣高度，但這一次為了達(dá)到同樣高度，比第一次滾得遠(yuǎn)些。繼續(xù)減小第二個(gè)斜面的傾角，小球達(dá)到同一高度時(shí)將會(huì)滾得更遠(yuǎn)。于是他問(wèn)道：若將后一個(gè)斜面放平，球會(huì)滾動(dòng)多遠(yuǎn)？結(jié)論顯然是，球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾動(dòng)下去。這就是說(shuō)物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持，沒(méi)有力物體也可以運(yùn)動(dòng)（比如在光滑水平上，只要給物體個(gè)初速度，物體將以這個(gè)速度永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去），而力恰好是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（運(yùn)動(dòng)速度）的原因，比如物體加速和減速時(shí)都需要受到力的作用。當(dāng)然我們不能消除一切阻力，也不能把水平木板做得無(wú)限長(zhǎng)，所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)是“理想實(shí)驗(yàn)”帶領(lǐng)學(xué)生觀察動(dòng)畫(huà)及視頻文件，先看理論動(dòng)畫(huà)，再看演示實(shí)驗(yàn)。
注意：理想實(shí)驗(yàn)不是空想實(shí)驗(yàn)，它是可靠實(shí)驗(yàn)事實(shí)加上理論推導(dǎo)。
師：與伽俐略同時(shí)代的法國(guó)科學(xué)家笛卡爾補(bǔ)充和完善了伽利略的觀點(diǎn)。明確指出：除非物體受到外力的作用，物體將永遠(yuǎn)保持靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，永遠(yuǎn)不會(huì)使自己沿曲線運(yùn)動(dòng)，而只保持在直線上運(yùn)動(dòng)。他還認(rèn)為，這應(yīng)該作為一個(gè)原理加以確立，并且是人類整個(gè)自然的基礎(chǔ)。
三、牛頓第一定律
牛頓物理學(xué)的基石???慣性定律
伽俐略和笛卡爾的正確結(jié)論在隔了一代人以后，由牛頓總結(jié)成動(dòng)力學(xué)的一條基本定律：
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)。
注意：學(xué)習(xí)物理的過(guò)程中大家已經(jīng)對(duì)亞里士多德這個(gè)名字很熟悉了，并且每次提到的都是他的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，好像成了反面教材，這里我要向大家說(shuō)明一下：亞里士多德是個(gè)非常偉大的人。恩格斯稱亞里士多德是最博學(xué)的人，亞里士多德的研究涉及生物、天文、氣象、數(shù)學(xué)和物理等，成果十分豐富，是西方文化的奠基人。他追求以世界的本來(lái)面目來(lái)說(shuō)明各種自然現(xiàn)象，比如說(shuō)：他認(rèn)為天上的運(yùn)動(dòng)應(yīng)該是完美的勻速圓周運(yùn)動(dòng)、地上的物體都應(yīng)該是靜止的。他認(rèn)為物體的運(yùn)動(dòng)需要力來(lái)維持，是與大量的“事實(shí)”相一致的。他一直追求真理，只不過(guò)因?yàn)楫?dāng)時(shí)研究物理總是靠直覺(jué)和思維來(lái)進(jìn)行。因此，他的這一錯(cuò)誤觀點(diǎn)影響了人們兩千多年。
伽利略實(shí)在是一個(gè)偉大的科學(xué)家，他第一個(gè)意識(shí)到了摩擦力??一個(gè)本質(zhì)至今還沒(méi)有被認(rèn)識(shí)清楚的問(wèn)題。有了這一點(diǎn)，加上他又具有豐富、發(fā)散而有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維能力，設(shè)計(jì)出其理想實(shí)驗(yàn)就顯得比較自然了。我們認(rèn)為理想實(shí)驗(yàn)首要的意義在于它摒棄了那種單純依靠思辯來(lái)研究物理的行為方式，而確立了實(shí)驗(yàn)在物理研究中的基本地位。從物理史實(shí)上可以發(fā)現(xiàn)，這時(shí)伽利略認(rèn)為的地面上的物體除靜止外的另一本來(lái)面目是勻速圓周運(yùn)動(dòng)（而不是勻速直線運(yùn)動(dòng)），伽利略是一個(gè)偉大的科學(xué)家，在物理史上有著不可取代的地位，是因?yàn)樗�第一次確立了物理實(shí)驗(yàn)在物理研究中的重要性，研究物理不再是單純地靠直覺(jué)和思維。是笛卡爾第一個(gè)明確指出：除非物體受到外力作用，物體將永遠(yuǎn)保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這確實(shí)是人類思想認(rèn)識(shí)上的一次飛躍。因此，笛卡爾認(rèn)為上述論斷應(yīng)該作為一個(gè)原理加以確立，且是人類整個(gè)自然觀的基礎(chǔ)是十分合理的。笛卡爾當(dāng)時(shí)還指出：在太空環(huán)境中可以實(shí)現(xiàn)物體不受外力的作用，這時(shí)物體的運(yùn)動(dòng)就滿足理想實(shí)驗(yàn)的條件（解放了人們的思想，拓寬了看問(wèn)題的視野）。
牛頓所做的工作不僅是進(jìn)行了總結(jié)，更是從物理上賦予了明確的內(nèi)涵，這其中包括慣性和力作為科學(xué)概念地提出，以及慣性參考系等，同時(shí)明確了力和物體運(yùn)動(dòng)及其變化之間的直接因果關(guān)系。
【牢記】：
1、運(yùn)動(dòng)并不需要力來(lái)維持，因而力并不是使物體運(yùn)動(dòng)的原因；只有當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變的時(shí)候，才需要力，所以力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因
2、不受力的物體是不存在的，所以牛頓第一定律是理想定律，不能用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。
3、物體具有保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，這種性質(zhì)稱慣性。所以牛頓第一定律又稱慣性定律。
師：生活中許許多多的現(xiàn)象可以幫助我們理解牛頓第一定律。例如冰壺。冰壺在冰面運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力較小，可以在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向不變直到它再一次受到桿的打擊或碰到障礙物，才改變這種狀態(tài)。
觀看牛頓第一定律演示實(shí)驗(yàn)
四、慣性
帶領(lǐng)學(xué)生觀看多媒體文件。
生活中的例子：將斧頭和木把往下敲。木把受到敲擊突然停止了。斧頭由于慣性要保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，使斧頭和木把套緊。
1、問(wèn)：什么樣的物體具有慣性？物體什么時(shí)候具有慣性？
答：一切物體均具有慣性。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)。
物體任何時(shí)候都有慣性，慣性是一種固有屬性。
2、慣性可以被克服嗎？
答：慣性是物體的固有屬性，不是力，不能避免或克服。
3、速度可以突變嗎？
答：當(dāng)有外力作用迫使物體改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)在原有的基礎(chǔ)上發(fā)生變化，慣性的大小就表現(xiàn)為物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度。正因?yàn)槲矬w的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是在原有的基礎(chǔ)上一點(diǎn)點(diǎn)變化的，所以速度是不能突變的。
4、物體的慣性大小由什么決定呢？與速度有關(guān)嗎？
答：慣性的大小僅由質(zhì)量決定。
這里有一個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)：很多同學(xué)認(rèn)為速度大，慣性大；速度小，慣性小。原因是他們把“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度理”理解為“物體從運(yùn)動(dòng)到靜止的難易程度”。
分析：正是因?yàn)橛型饬Φ淖饔貌攀沟梦矬w的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，所以要比較兩個(gè)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度，最起碼要給它們相同的外力作用，才好進(jìn)行比較。（不恰當(dāng)?shù)谋确剑合肟磧蓚�(gè)人一天誰(shuí)掙的錢多，最起碼要給他們相同的本錢）
要比較速度變化的難易程度其實(shí)就是比較物體的加速度，加速度反映了相同時(shí)間內(nèi)物體速度變化的大小關(guān)系，而在相同的外力作用的情況下，物體的加速度大小是僅僅是由質(zhì)量決定的。所以慣性僅僅由質(zhì)量決定。（a大，速度變化容易；a小，速度變化難）
慣性的大小僅由質(zhì)量決定。但由于慣性是屬性不是物理量，所以不能具體講1千克的物體有多少慣性。例：如手擋相同速度的籃球和汽車。如果一輛空車和一輛裝滿貨物車在相同的牽引力作用下由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的情況并不相同，空車的質(zhì)量小，在較短的時(shí)間內(nèi)可以達(dá)到某一速度，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)容易改變。裝滿貨物的車，質(zhì)量大，要在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)才能達(dá)到相同的速度，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)難以改變。慣性大小在實(shí)際中是經(jīng)常要加以考慮的。當(dāng)我們要求物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)容易改變時(shí)，應(yīng)該盡可能減小物體的質(zhì)量。殲擊機(jī)的質(zhì)量比運(yùn)輸機(jī)、轟炸機(jī)的質(zhì)量要小得多，在戰(zhàn)斗前還要拋掉副油箱，以進(jìn)一步減小質(zhì)量，就是為了要提高殲擊機(jī)的靈活性。相反，當(dāng)我們要求物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不容易改變時(shí)，應(yīng)該盡量增大物體的質(zhì)量，抽水站的電動(dòng)抽水機(jī)和水泵都固定在很重的機(jī)座上，就是要增大它們的質(zhì)量，以盡量減小它們振動(dòng)或避免意外的碰撞而移動(dòng)。

本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://www.portlandfoamroofing.com/gaoyi/66941.html

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