第四章牛顿运动定律学案.docx
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第四章牛顿运动定律学案
高中物理必修1教学案
课题：
§4-1牛顿第一定律
一、学习目标
1.知道伽利略的理想实验及其推理过程，知道理想实验是科学研究的重要方法.
2.理解牛顿第一定律的内容及意义.3.理解惯性的概念，会解释有关的惯性现象．
二、知识要点
一、伽利略的理想实验
1．亚里士多德的观点
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．
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，小球所达到的高度相同，若将第二个斜面放平，小球将永远运动下去．
（2）实验结论：
力不是（填“是”或“不是”）维持物体运动的原因．
3．笛卡儿的观点
如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向．
二、牛顿第一定律与惯性
1．牛顿第一定律：
一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态．
2．惯性：
物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，我们把这个性质叫做惯性．牛顿第一定律又叫惯性定律．质量是物体惯性大小的唯一量度.
三、学习探究区
一、理想实验的魅力
[问题设计]
1．日常生活中，我们有这样的经验：
马拉车，车就前进，停止用力，车就停下来．是否有力作用在物体上物体才能运动呢？
马不拉车时，车为什么会停下来呢？
2．如果没有摩擦阻力，也不受其他任何力的作用，水平面上运动的物体会怎样？
请阅读课本中的“理想实验的魅力”，思考伽利略是如何由理想实验得出结论的．
[要点提炼]
1．关于运动和力的两种对立的观点
（1）亚里士多德的观点：
力是维持物体运动的原因．
这种错误的观点统治了人们的思维近二千年．
（2）伽利略的观点（伽利略第一次提出）：
物体的运动不需要力来维持（填“需要”或“不需要”）．
2．伽利略的理想实验的意义
（1）伽利略的理想实验将可靠的事实和理论思维结合起来，即采用“可靠事实＋抽象思维＋科学推论”的方法推翻了亚里士多德的观点，初步揭示了运动和力的正确关系．
（2）第一次确立了物理实验在物理学中的地位．
二、牛顿物理学的基石——惯性定律
1．对牛顿第一定律的理解
（1）定性说明了力和运动的关系．
①说明了物体不受外力时的运动状态：
匀速直线运动状态或静止状态．
②说明力是改变物体运动状态的原因．
（2）揭示了一切物体都具有的一种固有属性——惯性．因此牛顿第一定律也叫惯性定律．
2．物体运动状态的变化即物体运动速度的变化，有以下三种情况：
（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．（物体做曲线运动）
（3）速度的大小和方向同时发生改变．（物体做曲线运动）
三、惯性与质量
[问题设计]
坐在公共汽车里的人，当车突然启动时，有什么感觉？
当运动的汽车突然停止时，又有什么感觉？
解释上述现象．
[要点提炼]
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）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，因此物体“受到了惯性作用”、“产生了惯性”、“受到惯性力”等说法都是错误的．
（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．
3．惯性的表现
（1）不受力时，惯性表现为保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，有“惰性”的意思．
（2）受力时，惯性表现为运动状态改变的难易程度．质量越大，惯性越大，运动状态越难以改变．
[延伸思考]
人能推动冰面上的重箱子，用同样的力却推不动粗糙地面上不太重的箱子，是不是冰面上的重箱子惯性小于粗糙地面上不太重的箱子呢？
为什么？
四、典型例题
一、对伽利略理想实验的认识
例1
理想实验有时能更深刻地反映自然规律．伽利略设计了一个如图1所示的理想实验，他的设想步骤如下：
图1
①减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度；②两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面；③如果没有摩擦，小球将上升到原来释放的高度；④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成为水平面，小球将沿水平面做持续的匀速运动．
请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列______（只要填写序号即可）．在上述的设想步骤中，有的属于可靠的事实，有的则是理想化的推论．下列有关事实和推论的分类正确的是（ ）
A．①是事实，②③④是推论
B．②是事实，①③④是推论
C．③是事实，①②④是推论
D．④是事实，①②③是推论
二、对牛顿第一定律的理解
例2
由牛顿第一定律可知（ ）
A．物体的运动是依靠惯性来维持的
B．力停止作用后，物体的运动就不能维持
C．物体做变速运动时，一定有外力作用
D．力是改变物体惯性的原因
针对训练 做自由落体运动的物体，如果下落过程中某时刻重力突然消失，物体的运动情况将是（ ）
A．悬浮在空中不动
B．速度逐渐减小
C．保持一定速度向下做匀速直线运动
D．无法判断
三、惯性的理解
例3
关于物体的惯性，下述说法中正确的是（ ）
A．运动速度大的物体不能很快地停下来，是因为物体速度越大，惯性也越大
B．静止的火车启动时，速度变化慢，是因为静止的物体惯性大
C．乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球惯性小
D．在宇宙飞船中的物体不存在惯性
五、板书设计
牛顿第一定律
六、随堂练习
1.（对伽利略理想实验的认识）关于伽利略的理想实验，下列说法正确的是（ ）
A．只要接触面摩擦相当小，物体在水平面上就能匀速运动下去
B．这个实验实际上是永远无法做到的
C．利用气垫导轨，就能使实验成功
D．虽然是想象中的实验，但是它建立在可靠的实验基础上
2．（对牛顿第一定律的理解）关于牛顿第一定律的理解正确的是（ ）
A．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律
B．不受外力作用时，物体的运动状态保持不变
C．在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于没有外力维持木块运动的结果
D．飞跑的运动员，由于遇到障碍而被绊倒，这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态
3．（力与运动的关系）某人用力推一下原来静止在水平面上的小车，小车便开始运动，以后改用较小的力就可以维持小车做匀速直线运动，可见（ ）
A．力是维持物体速度不变的原因
B．力是维持物体运动的原因
C．力是改变物体惯性的原因
D．力是改变物体运动状态的原因
4．（对惯性的理解）关于惯性，下列说法中正确的是（ ）
A．受力越大的物体惯性越大
B．速度越大的物体惯性越大
C．已知物体在月球上所受的重力是地球上的1/6，故一个物体从地球移到月球惯性减小为1/6
D．质量越大的物体惯性越大
备注栏
高中物理必修1教学案
课题：
§4-2实验：
探究加速度与力、质量的关系
1、学习目标
1.学会用控制变量法研究物理规律.
2.会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的a－F、a－
图象.
3.通过实验探究加速度与力、质量的定量关系．
2、知识要点
一、实验器材
小车、砝码、小桶、砂、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平．
二、实验原理
实验的基本思想——控制变量法
1．保持研究对象即小车的质量不变，改变小桶内砂的质量，即改变作用力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力．
2．保持小桶中砂的质量不变，即保持作用力不变，改变研究对象的质量，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否反比于质量．
三、学习探究区
一、实验方案的设计
1．三个物理量的测量方法——近似法
本实验的研究对象：
放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动．（装置如图1所示）．
图1
（1）小车质量的测量
利用天平测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量．
（2）拉力的测量
当小桶和砂的质量远小于小车的质量时，可以认为小桶和砂的重力近似等于对小车的拉力，即F¡Ömg.
（3）加速度的测量：
逐差法．
2．实验数据的处理方法——图象法、¡°化曲为直¡±法
（1）研究加速度a和力F的关系
以加速度a为纵坐标，以力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如图2所示，若图象是一条通过原点的直线，就能说明a与F成正比．
（2）研究加速度a与物体质量m的关系图2
如图3甲所示，因为a－m图象是曲线，检查a－m图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难．若a和m成反比，则a与
必成正比．我们采取¡°化曲为直¡±的方法，以a为纵坐标，以
为横坐标，作出a－
图象，若a－
图象是一条直线，如图乙所示，说明a与
成正比，即a与m成反比．
图3
二、实验步骤
1．用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来．
2．按图4所示的装置把实验器材安装好．
图4
3．平衡摩擦力：
在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，多次移动木块位置，直到轻推小车，使小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止．
4．在小桶里放入适量的砂，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，并记录下来．接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带．
5．保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤4再做5次实验．
6．在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格的相应位置.
次数
1
2
3
4
5
6
小车加速度a/（m·s－2）
砂和小桶的质量m/kg
拉力F/N
7.用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的a－F图象，从而得出a－F的关系．
8．保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，并设计表格如下．根据实验结果画出小车运动的a－
图象，从而得出a－M的关系.
次数
1
2
3
4
5
6
小车加速度a/（m·s－2）
小车质量M/kg
/kg－1
9.整理实验器材，结束实验．
三、注意事项
1．实验中应先接通电源后释放小车．
2．在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源．用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡．
3．改变砂的质量过程中，要始终保证砂桶（包括砂）的质量远小于小车的质量．
4．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去．
四、典型例题
例
某实验小组利用图5所示的装置探究加速度与力、质量的关系．
图5
（1）下列做法正确的是________（填字母代号）．
A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行
B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上
C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源
D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度
（2）图6是甲、乙两同学根据实验数据画出的图象．
图6
形成图线甲的原因是______________________________．
形成图线乙的原因是______
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