人教版 (2019)必修 第一册1 牛顿第一定律精品ppt课件

4.1 牛顿第一定律

教学目标与核心素养

物理观念：理解牛顿第一定律的内容，能够运用牛顿第一定律解释有关现象。

科学思维：用惯性概念解释有关实际问题。会识别惯性系和非惯性系。

科学探究：体会伽利略研究运动和力关系的思想方法，了解理想实验的作用。

科学态度与责任：从通过牛顿第一定律的历史史实回顾，增进对科学的兴趣，培养学生的创造性思维品质和敢于质疑、坚持真理的献身精神。

教学重难点

重点：(1)对牛顿第一定律和惯性的正确理解。

      (2)科学思想的建立过程。

难点：(1)力和运动的关系。

      (2)惯性和质量的关系。

教学过程

【新课引入】

前面学习的第一、二章研究的是物体的运动，称为运动学；第三章研究的是物体的受力，称为力学。

问题：运动和力之间有什么关系呢？

我们把研究运动与力的关系的分支叫做动力学。动力学知识在生产和科学研究中很重要，设计各种机器，控制交通工具，研究天体运动等，都离不开动力学知识。

本节我们开心学习第一节牛顿第一定律。

【新知探究】

初中我们学习了牛顿第一定律的基本内容，你能说说它揭示了物体运动遵循怎样的规律吗？滑冰运动员如果不用力，他会慢慢停下来。这是否与牛顿第一定律矛盾呢？

通过多媒体课件动图展示：溜冰，加强代入感。

长期以来的的生活经验告诉我们力推物动，力撤物停。通过多媒体课件动图展示：狗拉车和骑自行车。观察发现要使一个物体运动，必须推它或着拉它；自行车要前进，也必须用力，不用力就会停下来。

基于这样的事实，古代亚里士多德认为：力是维持物体运动的原因。直到近代伽利略才对此提出疑问。

伽利略认为推动物体和自行车等所有的运动，都会有摩擦力的存在，当撤去拉力以后，在摩擦力的阻碍下，物体才逐渐停下来，所以物体会停下来的根源是摩擦力。为此它设计了一个实验，伽利略的理想斜面实验。

（一）理想实验的魅力

通过多媒体课件动图展示：理想斜面实验。伽利略注意到，当一个球沿斜面向下滚动时，它的速度增大；向上滚动时，速度减小。

猜想：当球沿水平面滚动时，它的速度应该不增不减。然而，实际情况却是，即使沿水平面滚动，球也会越滚越慢，最后停了下来。伽利略认为这是摩擦作用的结果。若没有摩擦，球将永远运动下去。

通过多媒体课件动图展示：理想斜面实验来验证猜想。分别把斜面的角度逐渐减少，最后和水平面持平。在不断的减少斜面角度的过程中，在没有摩擦力的作用下，小球将会到达同一高度，只是走过的路程越来越长。由此可以推断，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。

为此伽利略得出结论：力不是维持物体运动的原因。推翻了亚里士多德的结论。

我们知道，阻力不可能完全消除。第二个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”。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。

问题：那么什么是理想实验呢？

理想实验：想象着把实际中存在、影响物体运动的摩擦力去掉，抓住事物的本质。伽利略的理想实验就是把摩擦了阻力全部忽略，这是和质点一样的理想化状态。

伽利略同时代的法国科学家笛卡儿也研究了这个问题。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。他还认为，这应该成为一个原理，是人类整个自然观的基石。

经过几代人的努力，最后牛顿在前人的基础上，归纳总结出了伟大的牛顿第一定律。

是因为力的作用才发生改变，所以说力是改变物体运动状态的原因。

3.对理想实验的理解

实际上阻力不可能完全消除，第二个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”.

(1)“理想实验”揭示了力不是维持物体运动的原因，物体的运动不需要力来维持。

(2)“理想实验”是一种思维活动，是人们在抽象思维中设想出来的，而实际上无法做到的实验。

(3)“理想实验”是以可靠的事实为依据，忽略次要因素，并把实验的情况合理外推到理想状态，从而揭示自然现象本质的假想实验。所以说伽利略理想实验方法是科学的，结论是可靠的。

4.笛卡儿：对伽利略的结论作了补充，指出：运动物体不受力，既不停下也不改变运动方向，保持匀速直线运动。

例1　(多选)下列关于伽利略的理想实验的叙述中正确的是(　　)

A．这个实验是凭空想象的

B．这个实验虽然是想象的，但它得出的结论是可靠的

C．理想实验是一种科学方法

D．理想实验是一个纯思维实验，其正确性应该再接受实验验证

[解析]　伽利略的理想实验是在实验基础上假想的，A错误；伽利略的理想实验虽然是假想的，但是是在实验基础上，抓住主要因素，忽略次要因素，合理推理得到的，它得出的结论是可靠的，B正确；理想实验是一种科学方法，C正确；理想实验是一种以可靠的事实为依据，忽略次要因素，并把实验的情况合理外推到理想状态，从而揭示自然现象本质的假想实验，不能用实验验证，D错误。

[答案]　BC

（二）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。

匀速直线运动状态或静止状态正好是共点力平衡条件，说明牛顿第一定律的应用前提是物体受力平衡或者不受力。

牛顿定律揭示了力与运动的关系，物体要保持原来的状态，

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．对牛顿第一定律的理解

(1)运动状态改变即速度发生变化，有三种情况：

①速度的方向不变，大小改变。

②速度的大小不变，方向改变。

③速度的大小和方向同时发生改变。

(2)牛顿第一定律所描述的状态是一种理想状态，它是利用逻辑思维进行分析的产物，不可能用实验直接验证。

3．牛顿第一定律的意义

(1)揭示了运动和力的关系

①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。

②物体不受外力时的运动状态：匀速直线运动状态或静止状态。

(2)揭示了一切物体都具有的一种固有属性——惯性，即物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，因此牛顿第一定律也被叫作惯性定律。

例2　(多选)下列对牛顿第一定律的理解正确的是(　　)

A．牛顿第一定律反映了物体不受外力的作用时的运动规律

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，是没有外力维持木块运动的结果

D．奔跑的运动员，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]A、B对：牛顿第一定律描述的是物体不受外力作用时的运动规律，总保持匀速直线运动状态或静止状态不变．

C错，D对：牛顿第一定律还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，是由于摩擦力的作用而改变了运动状态；奔跑的运动员，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．

[答案]ABD

（三）惯性

由牛一定律还可以看出物体总有保持保持匀速直线运动状态或静止状态的这样的性质，我们把这个性质叫作惯性。

(1)惯性是物体的固有属性，不是力的作用。不是外界强加给它的，是物体固有的。

(2)一切物体都具有惯性，无论是固体、液体、气体都有惯性。

我们在改变物体运动状态时，会体验到物体惯性大小的不同。例如，以相同的方式抛掷质量不同的两个石块，质量大的石块需要的力大。

(3)质量是惯性的唯一量度，质量越大的物体惯性越大。

(4) 对惯性的正确理解

①运动的物体有惯性，静止的物体没有惯性？

错，惯性与物体的运动状态无关。

②运动速度大的物体惯性就大？

错，决定惯性的唯一量度是质量。

③惯性是一种特殊的力吗？

不是，惯性是物体本身固有的一种属性，而力是外界对物体的作用。

例3　打水漂是人类最古老的游戏之一。如图所示，仅需要一块小瓦片，在手上呈水平放置后，用力使它水平飞出，瓦片擦水面飞行，不断地在水面上向前弹跳，直至下沉。下列判断正确的是(　　)

A．瓦片飞出时的初速度越大，它的惯性一定越大

B．瓦片飞行时所用时间越长，它的惯性一定越大

C．瓦片飞出去的距离越长，它的惯性一定越大

D．瓦片的质量越大，它的惯性一定越大

[解析]惯性是物体本身具有的一种性质，惯性的大小只与物体的质量有关，所以瓦片的质量越大，它的惯性一定越大，惯性与初速度、飞行时间、飞行距离等因素无关，A、B、C错误，D正确。

[答案]　D

【课堂小结】

【随堂演练】

1．(惯性)古诗词是我国五千年灿烂文化的精髓，先人在创作时巧妙地借用了许多物理知识，使其作品大放异彩。下列涉及惯性的诗句是(　　)

A．坐地日行八万里，巡天遥看一千河

B．船到江心抛锚迟，悬崖勒马早已晚

C．人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开

D．飞流直下三千尺，疑是银河落九天

答案　B

解析　“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”，是说地球自转一圈的路程为八万里，而人与地面保持相对静止，速度相同，不涉及惯性，A错误；“船到江心抛锚迟，悬崖勒马早已晚”，是说物体有保持原来运动状态不变的性质，这就是惯性，B正确；“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开”说明环境与温度对生物的影响，不涉及惯性，C错误；“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”，是描写瀑布的自然景象，不涉及惯性，D错误。

2.(惯性的理解)(多选)如图所示，一重球系于细绳DC下端，重球下再系一根同样的绳BA，下列说法正确的是(　　)

A．在绳的A端缓慢增加拉力，结果CD绳先断

B．在绳的A端缓慢增加拉力，结果AB绳先断

C．在绳的A端突然用很大的力猛一拉，结果AB绳先断

D．在绳的A端突然用很大的力猛一拉，结果CD绳先断

答案　AC

解析　重球受力如图所示，在绳的A端缓慢增加拉力，可以认为重球始终处于平衡状态，即FT2＝FT1＋mg，随着FT1增大，FT2也增大，且FT2总是大于FT1，所以CD绳先被拉断，A正确，B错误；若在A端猛拉，由于重球质量很大，力FT1很大，但作用时间极短，由于惯性，重球仍要保持静止状态，在极短时间内，这种静止状态没来得及改变，以致CD绳所受的拉力几乎未增加，AB绳所受的拉力已达到极限程度，故AB绳先断，C正确，D错误。

3.(影响惯性大小的因素)(多选)截至12月8日，太原市二级以上天气已达到290天，实现了年初提出的“二级以上天数确保完成省政府下达的280天的任务并努力达到290天以上”这一目标。目标的达成除加快城中村供热改造步伐，关停燃煤设施减少污染排放量外，道路洒水对二次扬尘的污染也起到了重要的抑制作用。若洒水车在洒水过程中做匀速直线运动，则洒水车的(　　)

A．运动状态保持不变   B．运动状态不断改变

C．惯性越来越大   D．惯性越来越小

答案　AD

解析　洒水车做匀速直线运动，速度大小和方向都不变，即运动状态保持不变，A正确，B错误；惯性的大小只和质量有关系，质量越大，惯性越大，而随着水的流出，洒水车的总质量在减小，故其惯性越来越小，C错误，D正确。

课后反思

本课程的概念比较多，又具有很强的逻辑推力，所以在讲授本节课的内容上要主要把握时间。注重科学的探索过程，组织学习进行一定的思考讨论，从他们熟悉的生活场景入手。理想实验又是一个理想状态模型，注意和前面的质点、匀速运动、自由落体等相互照应。

本节课的科学精神是比较容易忽略的，科学研究都是经历了否定之否定的过程。学习物理学史，加强物理兴趣的培养，在本节课中也有所体现。只是在惯性的理解上，可能学生还会存在一定的认识不足，无法理解惯性它很像力，但又不是力这样的东西。在课上注意多举例子来加强学习。