必修1第四章第12节牛顿第一定律实验探究加速度与力质量的关系.docx

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必修1第四章第12节牛顿第一定律实验探究加速度与力质量的关系

牛顿第一定律

实验探究加速度与力、质量的关系

主讲：

梁建兴

一、学习目标：

1.知道伽利略的理想实验及其主要推理过程和推论，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。

会正确地解释有关惯性的现象，并了解利用惯性及防止惯性的方法。

3.理解物体运动状态变化的快慢，加速度的大小与力有关，也与质量有关。

4.通过实验探究加速度与力和质量的定量关系。

二、重点、难点：

重点：

1.理解力和运动的关系。

2.理解牛顿第一定律，知道惯性与质量的关系。

3.控制变量法的使用。

4.如何提出实验方案并使实验方案合理可行.实验数据的分析与处理。

难点：

1.惯性与质量的关系。

2如何提出实验方案并使实验方案合理可行，实验数据的分析与处理。

三、考点分析：

牛顿运动定律是动力学的基础，正确认识力和运动的关系，是学好物理的关键，本节课的教学内容牛顿第一定律作为牛顿物理学的基石，为后续的学习打下很好的基础。

本节由“牛顿第一定律”和“惯性”两部分组成，是力的知识的深化（力的作用效果是使物体发生形变或改变物体运动状态），也是力的合成和力的平衡等内容学习的基础。

牛顿第二定律是动力学的核心规律，是本章重点和中心内容，而探究加速度与力和质量的关系是学习下一节的重要铺垫。

内容和要求

考点细目

出题方式

伽利略的理想实验

认识伽利略的理想实验推理过程和推论

解释题，选择题、计算题

牛顿第一定律

内容，意义，惯性现象的解释

加速度与力和质量的关系

实验方案的设计，实验数据的处理

分析方法

控制变量法的应用

选择题、计算题

静力学：

研究力的产生

运动学：

研究物体怎样运动

动力学：

研究物体为什么这样运动

一、历史回顾

亚里士多德的观点：

力是维持物体运动的原因。

二、伽利略理想实验

伽利略的研究和科学想象

同一小车从同一斜面上的同一位置由静止开始滑下，（这是为了保证每次小车到达水平面时有相同的速度）。

第一次在水平面上铺上毛巾，小车在毛巾上滑行很短的距离就停下了（如图甲）；第二次在水平面上铺上较光滑的棉布，小车在棉布上滑行的距离较远（如图乙）；第三次在水平面上铺上光滑的木板，小车滑行的距离最远（如图丙）。

伽利略认为，是平面对小车的阻力使小车停下，平面越光滑小车滑行越远。

表明阻力越小，小车滑行越远。

伽利略科学地想象：

要是能找到一块十分光滑的平面，阻力为零，小车的滑行速度将不会减慢。

客观事实：

小球从一个斜面的高处滚下，会滚上另一个对接的斜面，摩擦力越小，越接近原来的高度

假想：

摩擦力大小为零，观察小球在另一个斜面上的运动情况

推理：

小球将会达到同一高度，对接斜面倾角越小，运动距离越远，对接斜面倾角为零，小球将永远运动下去。

三、牛顿第一定律

1.定义：

一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。

2.牛顿第一定律的意义：

⑴揭示了力和运动的关系。

⑵指出了物体的一种属性——惯性（正因为如此，牛顿第一定律又称为惯性定律）

3.关于牛顿第一定律的理解

⑴牛顿第一定律不是一条实验定律，它是牛顿以伽利略的理想实验为基础，总结前人的研究成果，加以丰富的想象而提出来的。

⑵牛顿第一定律说明了物体不受力时的运动状态是匀速直线运动或静止。

所以说：

物体的运动不需要力。

⑶一切物体都有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质，这种性质叫做惯性。

所以说：

一切物体都有惯性。

⑷外力的作用是迫使物体改变运动状态。

所以说：

力是改变物体运动状态的原因。

⑸自然界中实际上不存在不受力的物体，但物体所受合外力为零或某一方向受力为零的情况大量存在，牛顿第一定律也符合这些情况。

4.惯性：

物体具有保持原有运动状态的性质，这种性质就称为惯性。

⑴一切物体都具有惯性，惯性是物体的一种固有属性。

⑵惯性与物体的运动状态无关，与物体的受力情况也无关。

⑶惯性只与质量有关，质量大的物体惯性大。

⑷物体受外力作用时，惯性表现为阻碍其运动状态的改变。

◆解释惯性现象分三步，即“三步法”。

（1）明确研究的是哪个物体，它原来处于怎样的运动状态。

（2）观察哪个物体（或物体的某一部分）受到外力作用后突然改变了运动状态，并指明其运动状态的变化情况。

（3）分析所研究的物体由于惯性怎样保持原来的运动状态，从而出现题目给出的现象。

◆惯性的利用：

洗衣机脱水的原理，拍打衣服上的灰尘，抖落伞上的雨点，跳远前的助跑，高速公路上对汽车之间的车距有限制，在一些拐弯较多的地方限制车速等。

斧柄的固定战斗机投弹

惯性的防止

安全带汽车安全气囊

四、加速度与质量和力的关系

实验方法：

控制变量法

方案三：

以小车、一端带滑轮的长木板、细线、砝码、钩码为实验器材。

利用频闪照相机，拍下小车运动情况进行分析，求出加速度a。

实验结论：

与加速度有关的因素

1.物体受到的合外力2.物体的质量

实验方法

控制变量法

实验过程与结论

物体的质量一定时，合外力越大，物体的加速度越大

合外力一定时，物体的质量越大，其加速度越小

知识点一：

牛顿第一定律

例1.关于牛顿第一定律，下列说法正确的是………………………（）

A.牛顿第一定律是一条实验定律

B.牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因

C.惯性定律和惯性的实质是相同的

D.物体的运动不需要力来维持

例2.一个物体保持静止或匀速直线运动状态不变，这是因为…………………（）

A.物体一定没有受到任何力

B.物体一定受到两个平衡力的作用

C.物体所受合力一定为零

D.物体可能受到两个平衡力的作用

例3.一般通过实验得出来的规律称为“定律”，牛顿第一定律能用实验直接加以验证吗？

知识点二：

惯性

例4.下列关于惯性的说法中，正确的是……………………………………（）

A.人走路时没有惯性，被绊倒时有惯性

B.百米赛跑到终点时不能立即停下是由于惯性，停下时就没有惯性了

C.物体没有受外力作用时有惯性，受外力作用后惯性被克服了

D.物体的惯性与物体的运动状态及受力情况均无关

例5.竖直向上托起的排球，离开手后能继续向上运动，这是由于（）

A.排球受到向上的托力

B.排球受到惯力

C.排球具有惯性

D.排球受到惯性的作用

例6.

（1）运动的火车比运动的自行车停下来要困难得多，能运用牛顿第一定律来解释其原因吗？

（2）推动一辆汽车比推动一辆自行车要困难得多，物体的惯性与其质量有什么关系？

知识点三：

加速度与质量和力的关系

例7.请谈谈确定“探究加速度与力、质量的关系”实验研究课题的思路。

例8.在“实验：

探究加速度与力、质量的关系”的探究过程中，为什么可用两车的位移之比表示加速度之比？

例9.在研究加速度与质量的关系时，为什么要以

为横坐标，加速度a为纵坐标，描绘a—

图象，而不是描绘a—m图象？

题型练习：

如果a－

图象是通过原点的一条直线，则说明（）

A.物体的加速度a与物体的质量m成正比；

B.物体的加速度a与物体的质量m成反比；

C.物体的质量m与物体的加速度a成正比；

D.物体的质量m与物体的加速度a成反比。

例10.在“探究加速度与力、质量的关系”这一实验中，有两位同学通过测量，分别作出a－F图象，如下图（a）（b）中的A、B线所示；试分析：

（1）A线不通过坐标原点的原因是

；

（2）B线不通过坐标原点的原因是

。

例11.根据牛顿第二定律的探究实验回答下列各问。

（1）本实验中探究的方法：

①________________________________________。

②_______________________________________。

（2）在验证实验中实验仪器有：

砂桶和砂子，小车和砝码，带滑轮的长木板，打点计时器和纸带、复写纸，除了以上仪器外，还需要的仪器有____________。

A.秒表

B.弹簧测力计

C.毫米刻度尺

D.天平

E.低压直流电源

F.低压变流电源

知识点四：

实验设计

例12.某同学用弹簧测力计、木块和细绳去粗略测定木块与固定斜面之间的动摩擦因数μ。

设此斜面的倾角θ不大，不加拉力时木块在斜面上保持静止。

（1）是否要用弹簧测力计称出木块的重力？

（2）写出实验的主要步骤。

（3）推导出求μ的计算式。