牛顿第一定律

牛顿第一定律

【教学目标】

（一）知识与技能

1．借助伽利略的理想实验理解力和运动的关系，知道其主要推理过程及结论。

2．理解牛顿第一定律及其意义。

3．理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度，会正确解释有关的惯性现象。

（二）过程与方法

让学生经历实验探究的过程，理解由真实实验推广到理想实验的科学思想，体会分析归纳、推理总结的思维方法。

（三）情感、态度和价值观

通过物理学史的简介，对学生进行严密的科学态度教育，让学生了解人类认识事物本质的曲折，培养学生追求真理、勇于探索真理的科学精神。

【教学重难点】

教学重点：牛顿第一定律。

教学难点：力和运动的关系，惯性。

【教学过程】

一、导入新课

出示图片：推小车

在实际生活中我们观察到一些现象：我们推车时，给车施加推力，车就运动，而且推力越大车运动越快；不给车推力，车就停止。

出示图片：运动的汽车

但有时我们又观察到：让车达到一定速度后，即使不再给车施力，车还会运动。那么力和运动有关系吗？

今天我们一起来探讨这个问题。

二、讲授新课

（一）历史回顾

1．古希腊哲学家亚里斯多德观点：物体的运动需要力来维持。

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。

在探究运动原因的“侦探小说”里，这正是由明显的线索引出错误判断的案例，而且这个“错案”维持了很久。

2．意大利物理学家伽利略的观点：物体的运动不需要力来维持。

出示图片：伽利略

物体的运动并不需要力来维持，运动之所以会停下来，是因为受到了摩擦阻力。

（二）伽利略的理想实验

出示图片：现代人所做伽利略斜面实验的频闪照片。

让一个小球沿斜面从静止状态开始运动，小球将“冲”上另一个斜面。如果没有摩擦，小球将到达原来的高度。

出示动画：伽利略理想实验

如果第二个斜面倾角减小，小球仍将到达原来的高度，但是运动的距离更长。

当斜面最终变为水平面时，小球要到达原有高度将永远运动下去。

这个实验说明：力不是维持物体运动的原因。

思考讨论：为什么说伽利略的实验是一个“理想实验”？

第一：阻力不可能完全消除；第二：斜面也不可能做得无限长。所以，伽利略的实验是一个“理想实验”。

说明：虽然这个实验无法实现，但是，伽利略在实验基础上进一步推理的方法，帮助我们找到了解决运动和力的关系问题的方法。

伽利略同时代的法国科学家笛卡儿也研究了这个问题。

出示图片：法国科学家笛卡儿

他认为，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，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。

针对练习：

1．关于伽利略理想实验，以下说法正确的是（）

A．完全是理想的，没有事实为基础的。

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

（三）牛顿第一定律

在伽利略和笛卡儿工作的基础上，英国科学家牛顿提出了动力学的一条基本定律：

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，这就是牛顿第一定律。

（1）物体这种保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性。牛顿第一定律也被叫作惯性定律。

（2）惯性不是外界强加给它的，是物体固有的，一切物体都具有惯性。

2．牛顿第一定律揭示了运动和力的关系：

（1）物体不受外力时的状态是匀速直线运动状态或静止状态，说明力不是维持物体运动的原因。

（2）外力的作用是迫使物体改变其运动状态，说明力是使物体运动状态改变的原因。

思考1：牛顿第一定律可不可以直接用实验来验证？为什么？

参考答案：牛顿第一定律所描述的物体不受外力的状态，只是一种理想化状态，所以不能用实验来验证。

思考2：什么时候可以看作不受力？并举例说明。

当物体受力但所受外力的合力为零时可以看作物体不受力。

（四）惯性与质量

1．惯性的表现

（1）在不受力的条件下，惯性表现为保持原来的运动状态；

出示视频：惯性现象

（2）在受力条件下，惯性表现为阻止物体运动状态的改变。

出示图片：推小车和汽车图片

让大小不同的车由静止获得同样的速度，需要的力就不同，质量大的汽车需要的力大。

出示图片：大小不同的沙袋

让摆动的大沙袋停下来就比让摆动的小沙袋停下来费力得多。

思考讨论：从牛顿第一定律得知，物体都要保持它们原有的匀速直线运动状态或静止状态。也可以说，它们都具有抵抗运动状态变化的“能力”，即都具有惯性。那么，怎样描述惯性的大小呢？

参考答案：不同物体维持其原有运动状态的“能力”不同，质量大的物体惯性大。描述物体惯性的物理量是它的质量。

2．惯性与质量

（1）质量是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。

（2）惯性是一切物体所固有的一种属性。惯性与物体的运动状态、所处位置等外部条件无关。

（3）质量只有大小，没有方向，是标量。在国际单位制中，质量的单位是千克，符号为kg。

课堂练习

1．物体具有保持原来状态或状态的性质，叫作惯性，物体惯性大小的唯一量度是物体的。

答案：匀速直线运动；静止；质量。

2．正在运动着的物体，如果它所受的一切外力同时消失，那么它将（）

A．立即停下来

B．先慢下来，然后再停下来

C．改变运动方向

D．沿原来的运动方向做匀速直线运动

答案：D

3、下列说法正确的是（）

A．高速行驶的公共汽车紧急刹车时，乘客都要向前倾倒，说明乘客受到惯性力的作用

B．短跑运动员最后冲刺时，速度很大，很难停下来，说明速度越大，惯性越大

C．惯性的大小仅与质量有关，质量越大，惯性越大

D．把手中的球由静止释放后，球能竖直下落，是由于球具有惯性的缘故

答案：C

4．公交车辆有广播提示语：“车辆转弯，请抓好扶手”，是为了避免转弯时乘客（）

A．向前倾倒

B．向后倾倒

C．向弯道的内侧倾倒

D．向弯道的外侧倾倒

答案：D

5．一列火车减速进站，最后停在站台上。火车在减速过程中，下列说法正确的是（）

A．火车的惯性越来越小

B．火车的惯性一直不变

C．火车停止时惯性为零

D．火车的惯性不断增大

答案：B

拓展提高

1．《中华人民共和国道路交通安全法》明确规定：机动车载物应当符合核定的载质量，严禁超载。这个规定的实施是保障交通安全的有效措施之一。请你根据所学的物理知识，写出制定这一规定的两条科学依据：_______________。

答案：物体的惯性大小与质量有关，质量越大惯性越大，遇到紧急的情况下操作更加困难；

物体的质量大，则物体在相等的速度时的动能大，汽车的刹车片与车轮之间的最大摩擦力是一定的，汽车的动能越大则刹车的时间越长，位移越大，遇到紧急的情况刹车的距离更大，更容易引起交通事故。

2．牙医建议每天早晚各刷一次牙能有效预防各种口腔疾病。生活中人们常常刷牙后，用力甩一甩牙刷后放回牙刷杯中。关于用力甩牙刷的分析正确的是（）

A．用力甩牙刷使牙刷运动和停止，说明牙刷的运动状态要靠力来维持；

B．刷毛间的水被甩出去是因为刷毛太细太光滑，没有摩擦力造成的；

C．仅仅是个人习惯没有科学依据；

D．甩牙刷时，在突然运动和突然停止瞬间，刷毛之间的水由于惯性继续运动，导致水、刷毛分离，有利于保持刷毛干燥，从而有利于口腔健康。

答案：D

三、课堂小结

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．力不是维持物体运动的原因而是使物体运动状态改变的原因。

3．质量是物体惯性大小的唯一量度。

四、板书设计

（一）历史回顾

1．亚里斯多德观点：物体的运动需要力来维持。

2．伽利略的观点：物体的运动不需要力来维持。

（二）伽利略的理想实验

实验+推理帮助我们找到了解决运动和力的关系问题的方法

（三）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，这就是牛顿第一定律。牛顿第一定律也被叫作惯性定律。

（四）惯性与质量

质量是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。