高中物理人教版必修1课件：4.1 牛顿第一定律(共27张PPT)

(共27张PPT)
第四章 牛顿运动定律
1　牛顿第一定律
1.知道伽利略的理想实验及其主要推理过程和推论,知道理想实验是科学研究的重要方法。
2.理解牛顿第一定律的内容及意义。
3.知道什么是惯性,会正确地解释与惯性有关的现象。
一
二
三
一、理想实验的魅力
1.对力与运动关系的认识历程:





一
二
三
冰壶运动是冬奥会的正式比赛项目,如图所示。冰道上向前运动的一只冰壶,如果没有阻力,你能想象出它能“跑”多远吗?
提示:运动着的冰壶,如果没有受到阻力的作用,它将一直运动下去。

一
二
三
2.伽利略的实验:
伽利略的观察→当一个小球沿斜面向下运动时,它的速度增大,而向上运动时,它的速度减小

伽利略的猜想→当小球沿水平面滚动时,它的速度应该是不增不减

伽利略的推断→实际上球在水平面上滚动时速度会越来越慢,伽利略认为这是由于摩擦力的作用。他推断,若没有摩擦阻力,小球将永远运动下去





一
二
三
伽利略的实验1→将两个对称的斜面末端平滑地对接在一起,让小球沿一个斜面从静止滚下来,小球将滚上另一个斜面。伽利略认真观察注意到,球在第二个斜面上所达到的高度同它在第一个斜面上开始滚下时的高度几乎相等。他断定高度上的这一微小差别是由于摩擦产生的,如能将摩擦完全消除的话,则高度将恰好相等

伽利略的实验2→若使第二个斜面的倾角越来越小,则不管第二个斜面倾角多么小,球在第二个斜面上总要达到相同的高度,只是小球要通过更长的路径。最后,如果第二个斜面的倾斜度完全消除了(成为水平面),那么球从第一个斜面上滚下来之后,为达到原有高度将以恒定的速度在无限长的水平面上永远不停地运动下去



一
二
三
伽利略的结论→力不是维持物体运动的原因,也就是说,不是维持物体的速度的原因,而恰恰是改变物体运动状态的原因,即改变物体速度的原因,因此,一旦物体具有某一速度,如果它不受力,就将以这一速度永远地运动下去
3.理想实验:伽利略的实验是无法实现的,因为永远也无法将摩擦完全消除掉,所以叫理想实验,又叫假想实验、思想上的实验。它是通过抽象思维设想出来而实际上无法做到的实验。伽利略的理想实验是在可靠事实的基础上进行抽象思维的一种科学推理。





一
二
三
二、牛顿物理学的基石——惯性定律
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。这就是牛顿第一定律,又叫作惯性定律。牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物,不可能用实验直接验证。
2.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惯性。





一
二
三
一个在足球场上滚动的足球最终会静止下来,不会保持匀速直线运动状态,这与牛顿第一定律是否矛盾?为什么?
提示:这与牛顿第一定律不矛盾。牛顿第一定律指出物体不受外力时将处于静止状态或匀速直线运动状态,即物体的运动状态不改变。只有在受外力的作用时,物体的运动状态才会改变。足球最终会静止下来,是因为它受到了摩擦力作用。

一
二
三
三、惯性与质量
1.惯性大小表现为改变物体运动状态的难易程度。
2.质量大的物体,运动状态难改变,我们说它惯性大;质量小的物体,运动状态易改变,我们说它惯性小。质量是物体惯性大小的唯一量度。
3.质量是标量,只有大小,没有方向。单位是千克,符号是kg。







一
二
三
网球与乒乓球比较,用同样大小的力挥拍击球,乒乓球的速度比网球快得多,这是什么原因?
提示:力是改变物体运动状态的原因,质量是物体惯性大小的量度。乒乓球的质量小,其惯性也小,用同样大小的力击球,乒乓球的运动状态容易改变,速度比网球快得多。

一
二
三
一、如何理解“理想实验”
所谓“理想实验”,又叫“假想实验”“抽象实验”或“思想上的实验”,它是人们在思想中塑造的理想过程,是一种逻辑推理的思维过程和理论研究的重要方法。
“理想实验”虽然也叫作“实验”,但它同真实的科学实验是有原则上的区别的。真实的科学实验是一种实践的活动,而“理想实验”则是一种思维的活动;前者是可以将设计通过物化过程而实现的实验,后者则是由人们在抽象思维中设想出来而实际上无法做到的“实验”。
一
二
三
但是,“理想实验”并不是脱离实际的主观臆想。首先,“理想实验”是以实践为基础的。所谓的“理想实验”就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,对实际过程作出更深入一层的抽象分析。其次,“理想实验”的推理过程,是以一定的逻辑法则为依据的,而这些逻辑法则都是人们经过长期的社会实践总结出来的,并为实践所证实了的。
在自然科学的理论研究中,“理想实验”具有重要的作用。作为一种抽象思维的方法,“理想实验”可以使人们对实际的科学实验有更深刻的理解,可以进一步揭示出客观现象和过程之间内在的逻辑关系,并由此得出重要的结论。
但是,“理想实验”的方法也有其一定的局限性。“理想实验”只是一种逻辑推理的思维过程,它的作用只限于逻辑上的证明与反驳,而不能用来作为检验认识正确与否的标准。相反,由“理想实验”所得出的任何推论,都必须由观察或实验的结果来检验。
一
二
三
二、对牛顿第一定律的理解
一
二
三
温馨提示牛顿第一定律不是从实验中直接得出的,它是在大量实验基础上通过进一步的科学推理得到的。由于这个进一步科学推理得出的科学推论经受住了实践的检验,虽然无法直接验证,但仍具有科学意义。
一
二
三
三、正确理解惯性
一
二
三
一
二
三
温馨提示不要以为只有静止或匀速直线运动的物体才具有惯性,变速运动的物体没有惯性,或者误以为运动状态改变了,惯性也改变了。物体的惯性与运动状态无关,与物体的受力情况无关。对于牛顿第一定律,当不考虑物体的形变和转动时,实际中的“物体所受外力的合力为零”在效果上相当于“物体不受外力的作用”。
类型一
类型二
类型三
类型四
【例题1】 关于力和运动的关系,下列说法正确的是 (　　)
A.物体不受任何外力的作用时,一定保持静止
B.物体不受任何外力的作用时,一定保持匀速直线运动
C.物体的运动状态发生改变时,它一定受到外力的作用
D.物体受到力的作用时,物体才能向前运动
解析:根据牛顿第一定律,力的作用效果是改变物体的运动状态,如果物体不受任何外力,它的运动状态是不会改变的,也就是保持原有的运动状态不变,原来静止的物体仍保持静止,原来运动的物体仍保持匀速直线运动。本题选项A和B,在不知原先运动状态的情况下,就下结论显然是错误的;物体运动是不需要力来维持的,选项D错误;如果物体运动状态发生改变,那一定是力的作用产生的效果,因此物体一定受到了力的作用,选项C正确。

类型一
类型二
类型三
类型四
答案:C
题后反思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。要克服生活中一些错误的直觉印象,建立正确的思维习惯。
类型一
类型二
类型三
类型四
【例题2】
如图所示,理想实验有时更能深刻地反映自然规律,伽利略设想的理想实验中的几个主要步骤如下:
①减小第二个斜面的倾角,小球在这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,小球将上升到原来释放时的高度
④继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球要沿水平面做持续的匀速运动
在上述的步骤中,有的属于可靠的事实,有的则是理想化的推论,下列关于事实和推论的分类正确的是(　　)
类型一
类型二
类型三
类型四
A.①是事实,②③④是推论
B.②是事实,①③④是推论
C.③是事实,①②④是推论
D.④是事实,①②③是推论
解析:对于对接的斜面,小球从一个斜面滚下将滚上另一个斜面,这是人所共知的事实,即②是事实;而在实际中,光滑的斜面是不存在的,因此①③④是推论。
答案:B
题后反思伽利略的理想实验与科学推理巧妙地结合,推翻了亚里士多德的错误观点,为科学研究创立了伟大的思想方法,揭示了惯性是维持物体运动的原因,而力是改变物体运动状态的原因。



类型一
类型二
类型三
类型四
【例题3】 关于物体的惯性,下述说法正确的是(　　)
A.运动速度大的物体不能很快地停下来,是因为物体速度越大,惯性也越大
B.静止的火车启动时,速度变化慢,是因为静止的物体惯性大的缘故
C.乒乓球可以快速抽杀,是因为乒乓球惯性小
D.在嫦娥二号中的物体不存在惯性
解析:惯性的大小仅由质量来确定,与物体的速度无关,选项A错误;火车难以启动,是因为火车质量很大,惯性很大的缘故,选项B错误;乒乓球质量较小,惯性小,所以运动状态容易改变,可以快速抽杀,选项C正确;任何物体都具有惯性,与物体所在的位置无关,选项D错误。
答案:C


类型一
类型二
类型三
类型四
题后反思惯性只与物体的质量有关,与物体的受力情况、速度、位置等无关。
类型一
类型二
类型三
类型四
【例题4】


如图所示,一个劈形物体A的各面均光滑,放在固定的斜面上,上表面水平,在上表面放一个光滑小球。劈形物体由静止开始释放,则小球在碰到斜面前的运动轨迹是 (　　)
A.沿斜面向下的直线 B.竖直向下的直线
C.无规则的曲线 D.抛物线
点拨:根据牛顿第一定律知道,力是改变物体运动状态的原因。如果物体在某个方向不受力,则此方向物体的运动状态就不会改变。

类型一
类型二
类型三
类型四
解析:对小球进行受力分析可知,小球在与斜面相碰之前,受到重力和A的支持力,而这两个力都在竖直方向上,水平方向上球并没有受到力的作用,故水平方向上小球不会发生运动,所以其轨迹为竖直向下的直线。
答案:B
题后反思牛顿第一定律揭示的是物体在不受力时所处的运动状态:静止或匀速直线运动。力是改变物体运动状态的原因。