高中物理人教版 (新课标)必修11 牛顿第一定律课文ppt课件

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1.力与运动的关系:(1)亚里士多德的观点:力是_____物体运动状态的原因。(2)伽利略的观点:力不是_____物体运动状态的原因。
(3)笛卡儿的观点:如果没有其他原因,运动的物体将继续以_________沿着同一条直线运动,既不会停下来,也不会_____原来的方向。
2.牛顿第一定律:任务驱动　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的运动状态会改变吗?提示: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将保持这个速度沿直线永远运动下去。
(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改变这种状态。(2)意义:①牛顿第一定律明确了___和_____的关系。②牛顿第一定律揭示了力是_____物体运动状态的原因,而不是_____物体运动状态的原因。
3.惯性与质量:任务驱动　匀速行驶的汽车遇到紧急情况突然刹车时,车中乘客会向哪倒地?这是什么原因造成的?提示:向前。这是因为人具有惯性。
(1)惯性:物体具有保持_____________状态或_____状态的性质。(2)惯性的量度:_____是物体惯性大小的量度。
主题一　理想斜面实验【问题探究】1.请阅读教材“理想实验的魅力”的内容,说说在研究力和运动的关系过程中三位代表人物的主要观点。提示:亚里士多德:必须有力作用在物体上,物体才能运动,没有力的作用,物体就要静止下来。
伽利略:力不是维持物体运动状态的原因。在水平面上运动的物体之所以会停下来,是受到摩擦阻力的缘故。笛卡儿:如果没有其他原因,运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动,既不会停下来,也不会偏离原来的方向。
2.亚里士多德认为“必须有力作用在物体上,物体才能够运动”。他的这种观点与我们平时的直观感觉相吻合,你觉得这种观点对吗?请分析这种认识产生的原因。
提示:这种观点不对。平时我们在推物体时,有推力作用在物体上,物体就运动,没有力作用在物体上,物体就静止。推力实质上是要克服物体和地面间的摩擦力,平常我们直观感觉物体运动时,忽视了摩擦力的作用,从而觉得力是维持物体运动状态的原因。
3.请尝试总结伽利略理想斜面实验的步骤和结论。(可以结合下图的物理情景)
(1)图甲中小球在对称斜面上无摩擦滚下,能否到达对应的等高处?提示:因无摩擦,没有能量损失,小球能到达对应的等高处。
(2)图乙中减小另一侧斜面倾角,小球从同一位置自由释放能否滚到等高处?滚动的水平距离怎样变化?提示:小球从同一位置自由释放能滚到对应的等高处,滚动的水平距离增大。
(3)图丙中把另一侧斜面放平,小球能否在平面上一直滚下去?提示:运动的小球在水平方向不受摩擦阻力,小球将匀速运动下去。
4.请同学们讨论回答:为什么说伽利略理想实验方法是科学的,结论是可靠的?提示:伽利略的理想斜面实验虽然是理想的实验,但它是建立在可靠的事实基础之上的,以事实为依据,抓住主要因素,忽略次要因素,从而揭示了正确的自然规律。
【探究总结】1.历史上对力与运动关系的认识过程:
2.伽利略的理想斜面实验:(1)现象:两个对接的斜面,让静止小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面。(2)推论:①如果没有摩擦,小球将上升到释放时的高度。②减小第二个斜面倾角,小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度。
③将第二个斜面放平,小球为了达到释放时的高度,将一直运动下去。(3)结论:物体的运动不需要力来维持。即力是改变物体运动状态的原因。
3.运动状态改变的三种情况:物体的运动状态就是指物体的运动速度,运动状态改变就是指运动速度的改变。而速度是矢量,既有大小,又有方向。故运动状态改变有以下三种情况:(1)速度的方向不变、大小改变,如匀加速直线运动。
(2)速度的方向改变、大小不变,如汽车拐弯时保持速率不变的曲线运动。(3)速度的方向改变、大小改变,如摆球的自由摆动。
【拓展延伸】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“实验+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。
【典例示范】(2019·唐山高一检测)伽利略用实验和推理推翻了流行了近两千年的亚里士多德关于力和运动关系的理论,开启了物理学发展的新纪元。下列说法与事实不相符的是(　　)A.根据亚里士多德的论断,力是改变物体运动状态的原因
B.笛卡儿经研究指出: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C.伽利略通过数学推算,并用实验验证了小球在斜面上从静止开始运动的位移与所用时间的平方成正比D.牛顿总结伽利略等前人的经验,得出了牛顿第一定律
【解析】选A。亚里士多德的论断,力是维持物体运动的原因,伽利略根据理想斜面实验,发现了力不是维持物体运动的原因,故A与事实不相符;笛卡儿指出:如果运动中的物体没有受到力的作用,不停下来也不偏离原来的方向,故B与事实相符;伽利略通过数学推算并用实验验证了小球在斜面上从静止开始运动的位移与所用
时间的平方成正比,故C与事实相符;牛顿总结伽利略、笛卡儿等前人的经验,得出了牛顿第一定律,故D与事实相符。
【探究训练】1.(2019·淮北高一检测)将实验和逻辑推理(包括数学演算)和谐地结合起来,从而发展了人类的科学思维方式和科学研究方法的科学家是(　　)A.笛卡儿　　　　　B.牛顿C.伽利略D.亚里士多德
【解析】选C。将实验和逻辑推理(包括数学演算)和谐地结合起来,从而发展了人类的科学思维方式和科学研究方法的科学家是伽利略,故C正确,A、B、D错误。
2.16世纪末伽利略用实验和推理,推翻了已在欧洲流行了近两千年的亚里士多德关于力和运动的理论,开启了物理学发展的新纪元。以下说法中,符合伽利略推理的是(　　)A.一个物体做匀速直线运动,需要力来维持
B.两物体从同一高度自由下落,较重的物体下落较快C.四匹马拉的车比两匹马拉的车跑得快,这说明:物体受的力越大,速度就越大D.一个运动的物体,如果不再受向前的推力,它总会逐渐停下来,是因为摩擦阻力改变了它的运动状态
【解析】选D。伽利略推理,一个物体做匀速直线运动,不需要力来维持,A错误;两物体从同一高度自由下落,下落速度一样快,B错误;物体受的力越大,速度改变越快,但速度不一定越大,C错误,物体受阻力,运动状态改变,D正确。
3.(多选)科学家关于物体运动的研究对树立正确的自然观具有重要作用。下列说法符合历史事实的是(　　)A.亚里士多德认为:必须有力作用在物体上,物体的运动状态才会改变
B.伽利略通过“理想实验”得出结论:一旦物体具有某一速度,如果它不受力,它将以这一速度永远运动下去C.笛卡儿指出: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D.牛顿认为,物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质
【解析】选B、C、D。 亚里士多德认为物体的运动需要力来维持,A错误;牛顿根据选项B中伽利略的正确观点和选项C中笛卡儿的正确观点,得出了物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质,选项B、C、D正确。
【补偿训练】1.关于伽利略的理想实验,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,经科学抽象,深刻反映自然规律C.没有事实为基础,只有理想推理D.以上说法都不对
【解析】选B。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。“理想实验”是一种思维活动,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,并为实践所证实了的。理想实验可以深刻地揭示自然规律。
2.伽利略的理想实验证明了(　　)A.要让物体运动必须有力的作用,没有力的作用物体将会静止B.要让物体静止必须有力的作用,没有力的作用物体就运动C.物体不受力作用时,一定处于静止状态D.物体不受力作用时,总保持原来的运动状态不变
【解析】选D。 伽利略的理想实验,通过推理得到物体不受力作用时,总保持原来的运动状态不变。则A、B、C错误,D正确。
3.(多选)下列物体的运动状态发生了变化的有(　　)A.匀速下落的羽毛B.匀速拐弯的自行车C.启动的火车D.绕地球匀速运行的航天飞机
【解析】选B、C、D。物体运动状态的变化即速度的变化,速度的大小和方向有一个因素或两个因素变化,则速度一定发生变化,故B、C、D对。
主题二　牛顿第一定律【问题探究】
2018年世界青年冰壶锦标赛B组比赛在芬兰洛赫亚落幕,中国男女队凭借出色发挥在决赛中战胜各自对手双双夺冠,如图甲所示是冰壶在冰面上的运动情景,如果摩擦阻力比较大,冰壶很快停下来。如图乙所示,一足球沿水平面滚动很远的距离停下。
(1)图甲中的冰壶和图乙中的足球为什么会停下来?它说明了什么问题?提示:冰壶和足球停下来都是因为受到了地面的摩擦力的作用。这些现象说明力是改变物体运动状态的原因。
(2)在问题(1)中,试猜想如果冰壶、足球不受外力作用将处于什么状态。提示:原来静止的物体,不受外力作用时,仍然静止;原来运动的物体,不受外力作用时将永远做匀速直线运动。
(3)从(1)、(2)两个问题中,我们能得到什么结论?提示:物体不受外力作用或所受合力为零时,总保持静止或匀速直线运动状态。
【探究总结】对牛顿第一定律的理解1.明确了惯性的概念:(1)定律的前半句话“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”,揭示了物体所具有的一个重要的属性——惯性,即物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质。
(2)牛顿第一定律指出一切物体在任何情况下都具有惯性。因此牛顿第一定律又叫惯性定律。
2.揭示了力和运动的关系:定律的后半句话“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”,实质上是揭示了力和运动的关系,即力是改变物体运动状态的原因,而不是维持物体运动的原因。
3.反映了物体不受外力时的运动状态:(1)匀速直线运动或静止(原来运动的保持其速度不变,原来静止的保持静止)。(2)不受外力作用的物体是不存在的,但物体所受外力的合力为零与不受外力在效果上是等效的,这就使牛顿第一定律具有了实际意义。
【典例示范】关于牛顿第一定律,下面说法中错误的是(　　)A.牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时物体的运动规律B.牛顿第一定律就是惯性
C.不受外力作用时,物体运动状态保持不变是由于物体具有惯性D.物体的运动状态发生变化时,物体必定受到外力的作用
【解题指南】解答本题时应注意以下三点:(1)牛顿第一定律和惯性的区别。(2)力和运动的关系。(3)力和运动状态变化的关系。
【解析】选B。牛顿第一定律有三层含义:不受力时物体将保持静止状态或匀速直线运动状态,是由于一切物体均具有惯性,故C说法正确;受到力的作用物体的运动状态就要发生变化,从而揭示出力是改变物体运动状态的原因,故D说法正确;指出了物体在不受力时的运动状态,故A说法正确;牛顿第一定律并不是惯性,惯性是物体的一种性质,而牛顿第一定律是物体的运动规律,是两个不同的概念,不可混为一谈,故B说法错误。
【误区警示】应用牛顿第一定律分析问题应注意的两点(1)物体不受力(或某个方向不受力)时物体的运动状态(或某方向的速度)保持不变。(2)物体受到力的作用时运动状态要发生改变,速度增大、减小或方向改变。
【探究训练】1.下面说法正确的是(　　)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.惯性是物体的属性,与运动状态和是否受力无关
【解析】选D。惯性是物体的固有属性,与运动状态无关,故A项错误;有外力作用时,物体运动状态发生改变,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两项错误;物体的惯性由物体本身决定,与运动状态和受力无关,故D项正确。
2.(多选)关于牛顿第一定律的理解不正确的是(　　)A.牛顿第一定律是实验定律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
【解析】选A、C。牛顿第一定律不是实验定律,A错误;牛顿第一定律描述的是物体不受外力作用时的状态,即总保持匀速直线运动状态或静止状态,B正确;牛顿第一定律揭示了力和运动的关系,力是改变物体运动状态的原因,而不是维持物体运动状态的原因,在水平地面上滑动的木块最终停下来,是由于摩擦阻力的作用而改变了运动状态;飞跑的运动员,遇到障碍而被绊倒,是因为他受到外力作用而改变了运动状态,C错误,D正确。
【补偿训练】1.(多选)下列说法中正确的是(　　)A.在水平路面上用力推车,车才前进,人停止推车,车就会逐渐停下来B.力作用在物体上,物体才能动,没有力的作用,物体就不能运动
C.地面上滑行的物体会停下来,是由于受摩擦力作用的结果D.物体以一定的初速度在不同的地面上滑行,摩擦力越小,滑行的距离越大
【解析】选A、C、D。力是改变物体运动状态的原因,而不是维持物体运动状态的原因。用力推车,车才前进,力改变了车的运动状态,即从静止到运动,人若停止推车,则车在摩擦力作用下逐渐停止,所以A正确,同理C正确;在光滑水平面上匀速运动的物体所受合外力为零,在不受外力的情况下,它将永远运动下去,B错误;摩擦力越小,越难改变物体的运动状态,所以D正确。
2.下列说法正确的是(　　)A.牛顿第一定律是科学家凭空想象出来的,没有实验依据B.牛顿第一定律无法用实验直接验证,因此是不成立的C.理想实验的思维方法与质点概念的建立一样,都是一种科学抽象的思维方法D.由牛顿第一定律可知,静止的物体一定不受外力作用
【解析】选C。牛顿第一定律所描述的是一种理想状态,即物体不受外力时的状态,牛顿第一定律虽然无法由实验直接证实,但可由经过科学推理的理想实验推出,则A、B错误,C正确。静止的物体受的合力为零,D错误。
主题三　惯性【问题探究】1.体操运动员的身材能否当相扑运动员?体操运动员和相扑运动员谁的惯性大?
提示:相扑运动员需要很大的惯性,不能用体操运动员来代替。体操运动员质量小,惯性小,便于表演各种优美、高难度的动作,相扑运动员身材庞大,质量大,惯性大,不容易改变运动状态。
2.现代汽车中,通常有安全带、安全气囊和头枕等设备,从惯性的角度说明它们有什么作用。提示:当紧急刹车时,车虽然停下了,人却因惯性仍然向前,而安全带、安全气囊和头枕等设备会给人阻力,保护人的安全和减少伤害。
3.有的同学总认为“惯性与物体的运动速度有关,速度大,惯性大,速度小,惯性就小”,理由是物体的运动速度大,不容易停下来。这种看法对吗?惯性的大小与外力有关吗?请同学们讨论:物体的惯性是由什么因素决定的。
提示:不对。产生这种错误认识的原因是把“惯性大小表示运动状态改变的难易程度”理解成“惯性的大小表示把物体从运动变为静止的难易程度”。实际上,物体的惯性是由物体的质量唯一决定的。质量大,惯性大;质量小,惯性小。对于质量相同的物体,它们的惯性大小是相同的。惯性的大小与物体运动的时间、物体的速度大小、物体受到的外力大小等外在因素均无关。
【探究总结】1.对惯性的理解:(1)惯性是物体的固有属性,任何物体在任何状态下都有惯性。物体的惯性与物体的地理位置、运动状态、受力情况无关,因此物体的惯性是不能被克服的。
(2)惯性不是力,惯性是物体具有的保持匀速直线运动状态或静止状态的性质,力是物体对物体的作用,惯性和力是两个不同的概念。
(3)表现形式。①在不受力的条件下,惯性表现出“保持”“原来的”运动状态的性质,有“惰性”的意思。②在受力条件下,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。
2.惯性的量度:质量是物体惯性大小的唯一量度。质量越大,惯性越大;质量越小,惯性越小;质量不变,惯性不变。
【拓展延伸】惯性与惯性定律的区别与联系
【典例示范】(2019·长沙高一检测)火车在平直轨道上匀速行驶,门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起,发现仍落回车上原处,这是因为(　　)A.人跳起后,车厢内空气给他向前的力,带着他随同火车一起向前运动
B.人跳起的瞬间,车厢地板给他一个向前的力,推动他随同火车一起向前运动C.人跳起后,车在继续向前运动,所以人落下后必定偏后一些,只是由于时间很短,偏后距离太小,不明显而已D.人跳起后直到落地,在水平方向上人和车始终有相同的速度
【解析】选D。人跳起后,车厢内空气给他的阻力很小,不足以使他随火车一起向前运动,故A错误。人跳起时,水平方向由于惯性保持与火车相同的速度,而起跳后,在水平方向人不受外力,做匀速直线运动,速度与火车保持相同,故B、C错误,D正确。故选D。
【规律方法】解释惯性现象的方法(1)明确研究的物体原来处于怎样的运动状态。(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)该物体由于惯性保持怎样的运动状态,判断最后会出现什么现象。
【探究训练】1. 物理课上老师在讲解“惯性”概念时,做了一个小实验:用两根细绳分别悬挂一个乒乓球和一个同体积的实心小铁球,用力对着乒乓球吹气,乒乓球偏离了竖直方向;用几乎同样大的力对着小铁球吹气,小铁球几乎没有动。这个实验主要说明的物理问题是(　　)
A.一切物体都具有惯性B.物体的质量越大,其具有的惯性也越大C.只有运动的物体才具有惯性D.只有静止的物体才具有惯性
【解析】选B。惯性表现为改变原有状态的难易程度,两球同体积,小铁球质量大,原来的静止状态难改变,惯性大,即物体的质量越大,其具有的惯性也越大,B正确。
2.(多选)在水平的路面上有一辆匀速行驶的小车,车上固定一盛满水的碗。现突然发现碗中的水洒出,水洒出的情况如图所示,则关于小车在此种情况下的运动,下列叙述正确的是(　　)
A.小车匀速向左运动B.小车可能突然向左加速运动C.小车可能突然向左减速运动D.小车可能突然向右减速运动
【解析】选B、D。水突然从碗的右侧洒出,说明由于惯性水相对于碗具有了向右的速度。因此,可能出现的情况是小车突然向左加速运动或突然向右减速运动,故选项B、D正确,选项A、C错误。
3.如图所示是一种汽车安全带控制装置示意图。当汽车处于静止或匀速直线运动时,刹车摆锤竖直悬挂,锁棒水平,棘轮可以自由转动,安全带能被拉动。当汽车突然刹车时,摆锤由于惯性绕转轴摆动,使得锁棒锁定棘轮的转动,安全带不能被拉动。若摆锤从图中实线位置摆到虚线位置,汽车的可能运动方向和运动状态是(　　)
A.向右行驶、匀速直线运动　　　B.向左行驶、匀速直线运动C.向右行驶、突然刹车D.向左行驶、突然刹车
【解题指南】解答本题可以按以下思路分析:
【解析】选C。若汽车做匀速直线运动,则摆锤不会从实线位置摆到虚线位置,故A、B均错误;由图可知摆锤向右摆动,由于惯性可知汽车可能向左加速或向右减速,故C正确、D错误。
【补偿训练】1.(多选)关于物体的惯性和惯性定律的关系,下列说法中正确的是(　　)A.惯性就是惯性定律B.惯性和惯性定律不同,惯性是物体本身的固有属性,是无条件的,而惯性定律是在一定条件下物体运动所遵循的规律
C.物体运动遵循牛顿第一定律,是因为物体有惯性D.惯性定律不但指明了物体有惯性,还指明了力是改变物体运动状态的原因,而不是维持物体运动状态的原因
【解析】选B、C、D。惯性是物体的固有属性,而惯性定律是反映这一现象的规律。
2.关于惯性的下列说法中正确的是(　　)A.物体能够保持原有运动状态的性质叫惯性B.物体不受外力作用时才有惯性C.物体静止时有惯性,一开始运动,不再保持原有的运动状态,也就失去了惯性D.物体静止时没有惯性,只有始终保持运动状态才有惯性
【解析】选A。惯性是物体的固有属性,与其质量有关,与受力情况及运动状态无关,只要物体的质量不发生改变,其惯性就保持不变,故只有A项正确。
3.(多选)同学们在网上搜索“飞越黄河”时找到了柯受良驾驶汽车飞越黄河的记录。对此,大家有以下的讨论,其中正确的是(　　)A.汽车在加速过程中,在牵引力作用下,汽车失去了惯性,速度加大
B.汽车从斜坡末端飞出在空中继续向前运动,这是一种惯性现象C.汽车飞到对岸,对平台产生巨大的冲击,这也是一种惯性现象D.汽车在整个过程中都受到力的作用,速度时刻在发生变化,都不是惯性现象
【解析】选B、C。惯性现象与物体的运动状态无关,只要物体有质量就有惯性。