資源簡介

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4.1 牛頓第一定律
【學習目標】
1. 通過閱讀或者查閱資料等途徑了解牛頓第一定律的發現過程，體會人類認識事物本質的曲折過程，培養學生嚴謹的科學態度。
2. 能準確敘述牛頓第一定律的內容，并能對該定律所揭示的運動和力的關系問題有較深刻的理解。
3. 了解伽利略關于運動和力的關系的認識，了解他的理想實驗和相應的推理過程，領會實驗加推理的科學研究方法，培養學生科學推理和想象能力。
4. 能通過實例說明質量是物體慣性大小的量度。
【重難點】
了解牛頓第一定律的發現過程及伽利略理想實驗的科學研究過程，理解牛頓第一定律，認識慣性與質量的關系。
【導學流程】
一、基礎感知（閱讀課本P83-87，完成下列問題）
（一）理想實驗的魅力
1. 歷史上關于運動和力的關系的認識
亞里士多德（觀察+直覺）：必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體就會停下來，即力是_______物體運動的原因。
伽利略（理想實驗：實驗+邏輯推理）：如果沒有摩擦阻力，運動的物體將保持某個速度一直運動下去，即力是______物體運動的原因。
笛卡爾（數學演繹）：如果運動的物體沒有受到力的作用，它將繼續以同一速度沿同一直線運動，既不停下來，也不_______原來的方向。
2. 伽利略的理想斜面實驗
實驗事實：如圖所示，AB、BC是兩個對接的斜面，讓小球從AB斜面上某高度由靜止落下，小球將滾上BC斜面，所到達的高度略低于在AB上釋放的高度。
推理1：若兩個斜面均_______，則小球在右側的斜面上將上升到原來釋放的高度。
推理2：若減小右側斜面的傾角（例如BD或BE），則小球在右側的斜面上______原來釋放時的高度，且在右側斜面上將滾得更遠。
推理3：若繼續減小右側斜面的傾角，直至變成水平（例如BF），則小球將無法到達原來釋放的高度，將以_______的速度在無限長的水平面上永遠運動下去。
結論：物體的運動不需要力來維持，即力不是物體運動的原因。
局限：接觸面不可能絕對光滑；水平面不可能無限長。
意義：①伽利略用“實驗+邏輯推理”的方法推翻了亞里士多德的觀點，揭示了力不是維持物體運動的原因。②第一次確立了物理實驗在物理研究中的基礎地位。③理想實驗在自然科學的理論研究中有著重要的作用，但也有局限性。
（二）牛頓第一定律（慣性定律）
內容：一切物體總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態，除非作用在它上面的_______迫使它改變這種狀態。
意義：
（1）揭示了一切物體都具有保持原來勻速直線運動狀態或靜止狀態的性質，因此又叫_______定律。
（2）揭示了一切物體在不受力（或所受______為零）時的運動狀態：勻速直線運動狀態或靜止狀態。
（3）揭示了運動和力的關系，糾正了“力是維持物體運動的原因”的錯誤觀點，明確指出了力是_______物體運動狀態的原因，進而說明了力是使物體產生______的原因。
注意：
（1）牛頓第一定律不是實驗定律，是利用邏輯思維對事物進行分析的產物，不能用實驗直接驗證，因為不受力作用的物體是不存在的。
（2）牛頓第一定律是自然界中的普遍規律，適用于慣性參考系（在有些參考系中，不受力的物體會保持靜止狀態或勻速直線運動狀態，這樣的參考系叫慣性參考系，簡稱慣性系。例如：地面或相對地面做勻速直線運動或靜止的物體均可以看作慣性系）
（三）慣性與質量
概念：物體具有保持原來_______狀態或________________________狀態的性質，叫慣性。慣性是物體的固有屬性。
表現形式：（1）當物體不受外力（或所受_______為零）時，慣性表現為保持原來的運動狀態不變。即原來運動的物體保持原來的速度繼續運動，原來靜止的物體保持靜止。
（2）當物體受外力作用時，慣性表現為改變運動狀態的難易程度，即物體的慣性越大運動狀態越難改變，物體的慣性越小運動狀態越容易改變。
量度：質量是物體慣性_______的量度，質量大慣性大，質量小慣性小。
（四）對牛頓第一定律的理解
（1）牛頓總結出了關于運動狀態的牛頓第一定律，牛頓第一定律的前半句“一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態”揭示了一切物體在不受外力時的運動狀態。
①“一切物體”：指宇宙中所有物體，不論是固體、液體，還是氣體。
②“不受外力”：描述的只是一種理想狀態，實際生活中不受外力作用的物體根本不存在，當物體所受合外力為零時，其效果跟不受外力作用效果相同。
（2）牛頓第一定律的后半句“除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態”揭示了：
①運動和力的本質關系：力是改變物體運動狀態的原因，而不是物體運動的原因。
②力和加速度的關系：外力不為零時，物體的運動狀態發生變化，必然產生加速度。
二、探究未知
根據以上所學，寫出自己存在疑惑的問題：
【深入探究】
一、深入學習
1. 在勻速行駛的火車車廂內，有一人從B點正上方相對車廂靜止釋放一個小球，不計空氣阻力，則小球（　 　）
A. 可能落在A處 B. 一定落在B處
C. 可能落在C處 D. 以上都有可能
2. 我國高鐵列車在運行過程中十分平穩。某列高鐵列車沿直線進站時，車廂內水平桌面上水杯內的水面形狀可能是（　 　）
A B C D
二、合作探究
如圖，圓柱形玻璃容器內裝滿液體靜置于水平面上，容器中有a、b、c三個不同材質的物塊，物塊a、c均對容器壁有壓力，物塊b懸浮于容器內的液體中，忽略a、c與容器壁間的摩擦。現給容器施加一水平向右的恒力，使容器向右做勻加速直線運動。下列說法正確的是（　 　）
A. 三個物塊將保持圖中位置不變，與容器一起向右加速運動
B. 物塊a將相對于容器向右運動，最終與容器右側壁相互擠壓
C. 物塊b將相對于容器保持靜止，與容器一起做勻加速運動
D. 物塊c將相對于容器向左運動，最終與容器左側壁相互擠壓
【課堂小結】
【隨堂練習】
1. 理想實驗是以可靠的事實為基礎，運用抽象思維，抓住主要因素，忽略次要因素，從而深刻地揭示自然規律的科學研究方法。伽利略創造性地把實驗、假設和邏輯推理相結合的科學方法，有力地促進了人類科學認識的發展。伽利略理想實驗的步驟如下：
①兩個對接的斜面，讓靜止的小球沿一個斜面AB滾下，小球將滾上另一個斜面BC；
②如果沒有摩擦，小球將上升到原來釋放時的高度；
③減小第二個斜面的傾角，小球仍然要達到原來的高度；
④繼續減小第二個斜面的傾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面做持續的勻速直線運動。
上述四個步驟中，屬于理想化推論的是(　 　)
A. ①②③ B. ①②④ C. ②③④ D. ①③④
2. 關于慣性，下列說法中正確的是（　 　）
A. 兩個質量相同的物體，速度大的不容易停下來，是因為速度大的物體慣性大
B. 在月球上舉重比在地球上容易，所以質量相同的物體在月球上比在地球上慣性小
C. 推動地面上靜止的物體要比維持這個物體做勻速運動所需的力大，所以物體靜止時慣性大
D. 兩個質量相同的物體，不論速度大小如何，它們的慣性大小一定相同
3. 2022年，第24屆冬季奧林匹克運動會（XXIV Olympic Winter Games），簡稱2022年北京冬季奧運會，是由中國舉辦的國際性奧林匹克賽事，于2022年2月4日開幕，2月20日閉幕。冰壺是冬奧會的正式比賽項目，冰壺在冰面上運動時受到的阻力很小。以下有關冰壺運動的說法正確的是（　 　）
A. 冰壺在冰面上的運動直接驗證了牛頓第一定律
B. 冰壺在冰面上做運動狀態不變的運動
C. 冰壺在冰面上的運動說明冰壺在運動過程中慣性慢慢減小
D. 冰壺在運動過程中抵抗運動狀態變化的“本領”是不變的
4. 火車在長直水平軌道上勻速行駛，在門窗密閉的車廂內有一人相對車廂豎直向上跳起,經過一段時間后發現他仍落回原地，這是因為( )
A. 人起跳后車繼續前進,所以人下落后偏后一些，只是距離很小，無法區別
B. 人起跳時地板給了他一個向前的沖力,使他具有了一個向前的速度，在水平方向隨車一起運動
C. 起跳前人和車具有共同的水平方向的速度,起跳過程中只改變了人在豎直方向的速度，所以人在空中具有和火車相同的水平方向的速度
D. 從起跳到落回地板的過程中，人在水平方向上始終受外力作用，維持與車具有相同的水平速度

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