人教版 (新课标)必修11 牛顿第一定律课前预习ppt课件

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本章综述本章是在前面三章内容的基础上进一步研究运动和力的关系，这是质点动力学的内容，牛顿运动定律是动力学的核心内容．牛顿第一定律从根本上解决了力和运动的关系；牛顿第二定律定量研究物体的受力与运动状态变化间的关系，本章第二节的实验“探究加速度与力、质量的关系”采用控制变量法获取结论，渗透物理思想和物理方法；牛顿第三定律描述了物体间相互作用的一对力之间的关系，深化了力的概念．
本章的许多知识都是与生产、生活有着密切联系的，例如牛顿运动定律的两种特殊应用：共点力的平衡条件、超重和失重，通过这些问题的解决，我们可以获取许多研究方法，从而达到学以致用的目的．三个定律：牛顿第一定律(惯性定律)、牛顿第二定律、牛顿第三定律．四种研究方法：理想实验法、控制变量法、整体法和隔离法．
主要内容、课标要求、重点、难点及关键
1．通过观察和实验以及推论，正确理解力和运动的关系，建立科学的物理思想，才能正确地解决物理问题，避免平时对物体运动规律的一些误解．2．矢量性是本章的一个重要特征．加速度方向总是与力的方向一致，而不是与速度方向或位移的方向一致．力变大，加速度也变大，而力变大，速度却不一定变大．判断速度是否变大，应看力的方向是否与速度方向一致．反过来，在直线运动中加速度方向一定时，速度变化有两种可能，一种是加速，一种是减速．
3．重视分析物理情境．善于观察与思考平时所接触的一些现象．几乎所有宏观物体的运动均与牛顿运动定律有关．当我们观察到物体的运动时应想到背后的力的情境，例如，我们应想到飞机起飞前的加速过程中发动机的推力有多大．力与物体运动的关系是本章的重点．我们在解决实际问题时要用到公式，但每个公式均有它的物理意义，与物体的运动状态有关．可以说：公式离开了具体的物理情境，就变得一无用处．我们不提倡死记公式，而是要求把主要精力放到对实际物体运动的思考上，这是我们学会物理的基础．
4．本章中所涉及的基本方法有：力的分解与合成的平行四边形定则，这是所有矢量进行加、减法运算的通用定则；运用牛顿定律解决具体实际问题时，常需要将某一个物体从众多其他物体中隔离出来进行受力分析的“隔离法”，隔离法是分析物体受力情况的基础，而对物体的受力情况进行分析又是应用牛顿第二定律的基础．因此，这种从复杂的对象中隔离出某一孤立的物体进行研究的方法，在本章中便显得十分重要．
第一节 牛顿第一定律
知识与技能1．知道伽利略和亚里士多德对力和运动的关系的不同认识；2．知道伽利略的理想实验及其主要推理过程和结论，知道理想实验是科学研究的重要方法；3．理解牛顿第一定律的内容和意义；4．知道什么是惯性，会正确解释有关惯性的现象．
过程与方法1．通过对历史的回顾，感知伽利略和亚里士多德对力和运动关系的不同认识；2．通过对伽利略的理想实验的探究，知道理想实验是科学研究的重要方法；3．通过学习研究，理解牛顿第一定律．
情感、态度与价值观通过教学活动，体会科学研究方法对人们认识自然规律的重要性，激发学生探索自然的情感．
斗转星移，潮起潮落，世间万物都处于不停的运动之中．但是它们的运动形式却千差万别，有的沿直线运动，有的沿曲线运动，有的运动逐渐加快，有的运动逐渐变慢．物体为什么运动？运动方式又为什么千差万别呢？
物体在力的作用下，由静止变为运动或由运动变为静止，或者速度的大小发生了变化，或者速度的大小保持不变，但速度的方向发生了改变，都称为物体的运动状态发生了改变．运动状态改变时，物体具有加速度．
知识点1 运动状态的改变
特别提醒：判断运动状态是否改变即判断物体运动的速度是否变化，可能是速度的大小发生了变化，也可能是速度的方向发生了变化，或者速度的大小和方向都发生了变化，个别同学往往只从速度的大小这一方面去考虑，忽视了速度的矢量性．
1．亚里士多德的观点物体受到力的作用才能运动，没有力的作用，物体就要停下来．
2．伽利略的理想斜面实验如图甲所示，让小球沿一个斜面从静止滚下，小球将滚上另一个斜面，如果没有摩擦力，小球将上升到原来的高度．如图乙所示，如果第二个斜面倾角减小，小球在这个斜面上达到原来的高度就要通过更长的路程．继续减小第二个斜面的倾角，如图丙所示，使它最终成为水平面，小球就再也达不到原来的高度，而将沿水平面以恒定的速度持续运动下去．
实验结论：伽利略的理想斜面实验得出的结论是：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．知识拓展：伽利略用“实验＋科学推理”的方法推翻了亚里士多德的观点．伽利略的斜面实验是理想的实验，它反映了一种物理思想，它是建立在可靠的事实基础上，以事实为依据，以逻辑推理为指导，抓住主要因素，忽略次要因素，从而深刻揭示了自然规律．
3．笛卡儿的观点：除非物体受到外力作用，物体将永远保持静止或匀速直线运动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而是保持在直线上运动．
1．内容：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．意义：①澄清了力的概念：力是改变运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因．②指出了力和运动的定性关系，不受外力作用的物体，将保持匀速直线运动状态或静止状态．③揭示了一切物体具有的一种固有的属性——惯性，因此牛顿第一定律又叫惯性定律．
特别提醒：(1)牛顿第一定律所描述的是物体不受外力作用的状态，是一种理想化的状态，虽然不能由实验直接证实，但可经过理想实验科学外推得出．(2)物体所受的合外力为零时，从运动效果来说，相当于物体不受力，因此也可以应用牛顿第一定律解释它的运动状态．
1．惯性物体具有的保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，叫做惯性．惯性是物体的固有属性，与物体的受力情况及运动状态无关，人们只能“利用”惯性而不能“消除”惯性．(1)惯性与运动状态无关：不论物体处于怎样的运动状态，惯性总是存在的．当物体原来静止时，它一直“想”保持这种静止状态；当物体运动时，它一直“想”以那一时刻的速度做匀速直线运动．
特别提醒：即使运动状态发生了改变，物体仍具有惯性，正因为物体具有惯性才需要外力的作用，若没有惯性，那么改变物体运动状态时也就不需要外力作用了．
(2)惯性没有方向(3)物体惯性表现方式①当合外力为零时，它表现为保持物体运动状态不变．②当物体受到合外力不为零时，它表现为物体运动状态改变的难易程度．③当物体具有某速度，则其惯性将力图保持这一速度，当物体受不为零的合力时，物体便不能保持这一速度，运动状态要发生变化，物体惯性与外力作用这一对矛盾的统一，形成宏观物体多样化运动．
2．惯性和惯性定律的区别区分惯性和惯性定律(1)惯性是物体具有的一种固有属性——物体具有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质；惯性定律是一种运动规律——物体不受外力作用时能够保持静止状态或匀速直线运动状态．属性不同于规律，这是它们的区别．
(2)惯性也可以理解为所有的物体都企图保持原来的运动状态，这种企图能否实现决定于物体的受力情况，当物体不受外力(或所受合外力为零)，物体将保持静止状态或匀速直线运动状态，惯性定律揭示了物体的惯性，正因为物体有惯性，故物体的运动不需要力来维持，这是它们的联系． 3.质量(1)从物质角度理解：物体含有物质的多少叫做质量．(2)从惯性角度理解：质量是物体惯性大小的唯一量度．
特别提醒：区分物体“运动状态改变的难易”、“运动状态改变的快慢”与“运动状态改变的多少”运动状态改变的难易是物体惯性大小的表现，是由物体的质量决定的．运动状态改变的快慢即为速度变化的快慢，是由加速度的大小决定的．运动状态改变的多少即为速度变化量的大小，是由运动加速度和所经时间共同决定的，因为Δv＝a·Δt.常因三者混淆而出现误解．
4．惯性的防止和利用当我们需要物体的运动状态容易改变时，应该尽可能减小物体的质量；当我们需要物体的运动状态不容易改变时，应该尽可能增大物体的质量．例如，在跳水运动、体操运动等体育项目中，要求运动员的身材瘦小、体重较轻，目的是为了提高身体的灵活性，便于做出各种动作；在铅球运动、相扑运动等体育项目中，要求运动员的身材高大、体重较重，目的是让身体稳如泰山，状态不易被改变．
例1关于力和运动的关系，下列说法正确的是(　　)A．物体受力才会运动B．力使物体的运动状态发生改变C．停止用力，运动的物体就会停止D．力是使物体保持静止或匀速直线运动状态的原因
答案：B分析：关于力和运动的关系，必须明确力和物体的运动无关，力只与物体运动状态的改变有关．解析：由牛顿第一定律可知，力的作用不是使物体产生运动，而是使物体的运动状态改变．物体如果原来的状态是运动的，不受力仍将永远运动下去，即物体的运动不需要力来维持，因此A、C是错误的．物体保持静止或匀速直线运动状态，是物体不受力时的运动规律，并不是力作用的结果，因此D是错误的．答案是B.
如果物体所受合力为零时，对物体的作用效果等同于物体不受力，运动规律也与物体不受力时的运动规律相同．因此力与物体运动的关系可表达为：当物体所受合力为零时，物体的运动状态不变，当物体所受的合力不为零时，其运动状态发生改变．
规律总结：要把生活中的感受和理论问题联系起来，深刻认识运动和力的关系，正确理解力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动的原因．克服生活中一些错误的直觉印象，建立正确的思维习惯．
变式训练1　关于力和运动的关系，下列说法中正确的是(　　)A．物体的速度不断增大，表示物体必受外力的作用B．物体向着某个方向运动，则在这个方向上必受力的作用C．物体的速度大小不变，则其所受的合外力必为零D．物体处于平衡状态，则该物体必不受外力作用答案：A
解析：当物体速度增大时，运动状态发生了变化，而力是改变运动状态的原因，故物体必受外力作用，A项正确；物体向某个方向运动，可以不在此方向上受力的作用，故B项错误；当物体的速度大小不变时，其速度方向可能发生变化，即运动状态可能变化，合外力不一定为零，故C项错误；物体处于平衡状态时，所受合外力为零，并不是物体不受外力作用，故D项错误．
例2伽利略的理想斜面实验将可靠的事实和抽象思维结合起来，能更深刻地反映自然规律，有关的实验程序内容如下：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，小球将上升到释放时的高度．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．请按先后次序排列，并指出它究竟属于可靠的事实，还是通过抽象思维得出的推论，下列选项正确的是(圆圈内数字表示上述程序的号码)(　　)
A．事实②＋事实①＋推论③→推论④B．事实②→推论①→推论③→推论④C．事实②→推论③→推论①→推论④D．事实②→推论①→推论④＋推论③答案：C
解析：以②为事实，减小摩擦，则小球上升到另一斜面的高度增加；如果没有摩擦，小球将上升到释放时的高度，推理得出结论③.减小第二个斜面的倾角，小球仍将到达释放的高度，得到结论①.继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成为水平面，小球将达不到释放时的高度，故将沿水平面持续运动；高度上升是速率减小的原因，由于高度不变，因而速度不变，推理得结论④.
规律总结：(1)伽利略的理想实验只是一个想象中的实验，实际中无法验证．(2)反映了一种物理思想，它是建立在可靠的事实基础之上，以抽象思维为指导，抓住了主要因素，从而揭示了正确的自然规律．
变式训练2　关于伽利略理想实验，下列说法正确的是(　　)A．完全是理想的，没有事实为基础B．是以可靠事实为基础的，经科学抽象，深刻反映自然规律的C．没有事实为基础，只是理想推理D．以上说法都不对答案：B
解析：真实的实验是一种实践的活动，是可以通过一定的实验器材和实验方法而实现的实验．“理想实验”是一种思维的活动，是人们在抽象思维中设想出来而实际上无法做到的“实验”．
“理想实验”并不是脱离实际的主观臆想，它是以实践为基础的，是在真实的科学实验的基础上抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，是以一定的逻辑法则为依据的，而这些逻辑法则，都是从长期的社会实践中总结出来的，并为实践所证实了的．理想实验可以深刻地揭示自然规律．
例3如果正在做自由落体运动的物体的重力忽然消失，那么它的运动状态应该是 (　　)A．悬浮在空中不动B．运动速度逐渐减小C．做竖直向下的匀速直线运动D．以上三种情况都有可能答案：C
解析：由题意可知，正在做自由落体运动的物体一定具有速度，而且仅受重力作用．如果重力忽然消失，则物体就不受外力的作用，根据牛顿第一定律，撤去外力作用的物体应该保持它撤消外力时的运动状态，所以该物体应该做竖直向下的匀速直线运动．
规律总结：牛顿第一定律学习后纠正以下错误认识：(1)认为运动的物体一定受到力的作用．(2)认为物体向哪个方向运动，就受向那个方向的力．(3)物体受力越大，速度越大．
变式训练3　如图所示，在一辆表面光滑的小车上有质量不等(m1>m2)的两个小球，两小球原来与车一起匀速运动．当车突然停止时，不考虑空气阻力，两个小球(　　)A．可能相碰B．一定相碰C．一定不碰D．无法确定答案：C
解析：小车表面光滑，小球在水平方向不受任何力作用，原来两个小球与车的速度相同，当车突然停止后，因为惯性，两小球的速度不变，所以一定不相碰．选项C正确．
例4下列说法正确的是(　　)A．惯性是只有物体在匀速运动或静止时才表现出来的性质B．物体的惯性是指物体不受外力作用时仍保持原来直线运动状态或静止状态的性质C．物体不受外力作用时保持匀速直线运动状态或静止状态，有惯性；受外力作用时，不能保持匀速直线运动状态或静止状态，因而就无惯性D．惯性是物体的固有属性，与运动状态和是否受力无关答案：D
解析：惯性是物体的固有属性，与运动状态无关，故A错；有外力作用时，物体的运动状态发生改变，但运动状态的改变不等于物体惯性的改变．“克服惯性”、“惯性消失”等说法均是错误的，不管物体是否受外力作用，其惯性是不能被改变的，故B、C错．物体惯性由物体本身决定．与运动状态和受力无关，故D正确．
规律总结：惯性是物体的固有属性，物体在任何情况下都有惯性．(1)质量是惯性大小的惟一量度，质量越大，惯性越大，物体的运动状态越难改变；质量越小，惯性越小，物体的运动状态越易改变．(2)运用惯性解释有关现象时，通常可按下面的步骤思考分析：①明确研究的物体原来处在怎样的运动状态．②当外力作用在该物体的某一部分(或外力作用在与该物体有关联的其他物体上)时，这一部分的运动状态的变化情况．③该物体由于惯性将保持怎样的运动状态，最后会出现什么现象．
变式训练4　有一仪器中电路如图所示，其中M是质量较大的一个金属块，两端与弹簧相连接．将仪器固定在一辆汽车上，当汽车启动时，哪只灯亮？当汽车急刹车时，哪只灯亮？为什么？
答案：当汽车启动时，绿灯亮；当汽车急刹车时，红灯亮解析：当汽车启动时，汽车的速度变大了，而金属块由于惯性，将保持原来的静止状态，从而使绿灯所在的电路被接通，所以启动时绿灯亮；反之，急刹车时，汽车的速度变小了，而金属块由于惯性，将保持原来的速度运动，从而使红灯所在的电路被接通，所以急刹车时红灯亮．当汽车匀速行驶时，弹簧将使金属块复位，两灯均不亮．
一、理想实验的魅力1．伽利略的猜想十七世纪的意大利科学家__________，他在大量实验的基础上明确指出：在水平面上运动的物体会停下来，是因为受到__________的缘故；如果没有__________，物体将保持自己的速度__________．
2．笛卡儿的补充与完善与伽利略同时代的法国科学家__________进一步补充和完善了伽利略的观点，明确指出：除非物体受到力的作用，物体将永远保持其__________或__________状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只保持在__________上运动．
二、牛顿第一定律(惯性定律)1．内容一切物体总保持__________状态或__________状态，除非作用在它上面的力迫使它__________这种状态．这就是牛顿第一定律，又叫做__________．2．惯性物体具有保持__________或__________状态的性质，我们把这个性质叫做__________．
三、惯性与质量(1)在受到相同的作用力时，决定物体运动状态变化难易程度的惟一因素就是它们的__________．由此我们得出结论：描述物体惯性的物理量是它们的__________．(2)质量只有大小，没有方向，它是__________．
自主校对：一、1.伽利略　摩擦阻力　摩擦阻力　一直运动下去　2.笛卡儿　静止　匀速直线运动　直线二、1.匀速直线运动　静止　改变　惯性定律　2.匀速直线运动状态　静止　惯性三、1.质量　质量　2.标量
1．下面是摘自上个世纪美国报纸上的一篇小文章：阿波罗登月火箭在脱离地球飞向月球的过程中，飞船内宇航员通过无线电与在家中上小学的儿子汤姆通话．宇航员：“汤姆，我们现在已关闭火箭上所有推动机，正向月球飞去．”汤姆：“你们关闭了所有推动机，那么靠什么力量推动火箭向前运动？”宇航员犹豫了半天，说：“我想大概是伽利略在推动飞船向前运动吧．”若不计星球对火箭的作用力，由上述材料可知下列说法错误的是(　　)
A．汤姆问话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因”B．宇航员答话所体现的物理思想是“力是维持物体运动的原因”C．宇航员答话所体现的物理思想是“物体运动不需要力来维持”D．宇航员答话的真实意思是火箭正在依靠惯性飞行答案：B
解析：宇航员答话所体现的物理思想是：运动物体不需要力来维持，B错误．
2．关于惯性在实际中的应用，下列说法中不正确的是(　　)A．工厂里的机床，都是要使其底座的质量大一些，以增大它的惯性B．手扶拖拉机的飞轮，做得很笨重，目的是增大其惯性，以保证其运转尽量均匀C．战斗机投入战斗时，必须丢掉副油箱，减小惯性，以保持其运动的灵活性D．为了保持物体的平衡，只要尽量增大它的惯性就可以了答案：D
解析：质量是惯性大小的量度，质量小，惯性小，运动状态容易改变，A、B、C正确；保持物体的平衡可以降低重心及增大接触面积，D错误．
3．火车在长直水平轨道上匀速行驶，在火车的天花板上用软质电线挂一电灯，怎样由电灯的位置判断火车是否在匀速行驶中？为什么？若突然加速或减速呢？答案：能由电灯的位置判断火车是否在匀速行驶．若电灯位置始终竖直向下不变，则表示火车是在匀速行驶中；若火车突然加速，由于惯性电灯会向后摆；若火车突然减速，由于惯性，电灯会向前摆．
安全带与安全气囊现代汽车的设计十分重视安全，安全带和安全气囊就是保护乘员人身安全的两个重要装置．道路交通事故多种多样，其中对车内人员造成伤害的，大多是由于运动中的车辆与其他物体(车辆或障碍物)发生碰撞．从力学观点看，运动的车辆受到碰撞突然停止，但车内人员在惯性的作用下仍以碰撞前的速度向前运动，结果在车内甚至冲出车外与刚性物体发生第二次碰撞，因而造成伤害．设置安全带和安全气囊的目的就是尽量避免或减轻第二次碰撞对车内人员的伤害．
安全带是20世纪60年代初发明的，经过40多年的发展，现在的安全带均由强度极大的合成纤维制成，带有自锁功能的卷收器，采用对乘员的肩部和腰部同时实现约束的V形三点式设计．系上安全带后，卷收器自动将其收紧，一旦车辆紧急制动、发生碰撞甚至翻滚，安全带因乘员身体的前冲而发生猛烈的拉伸，卷收器的自锁功能便立即发挥作用，瞬间卡住安全带，使乘员紧贴座椅，避免第二次碰撞．