教科版（2019）高中物理 必修第一册 第四章 牛顿运动定律 章末核心素养提升课件

章末核心素养提升
一、理想实验及其在科学研究中的作用
“理想实验”，又叫作“假想实验”“抽象的实验”，它是人们进行逻辑推理过程和理论研究的重要方法。“理想实验”虽然也叫作“实验”，但它与真实的科学实验是有原则性区别的，真实的科学实验是一种实践活动，而“理想实验”则是一种思维活动；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”。“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，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，对实际过程做出更深层次的抽象分析。其次，“理想实验”的推理过程，是以一定的逻辑法则为根据的，而这些逻辑法则，都是从长期的社会实践中总结出来的，并为实践所证实了的。
“理想实验”在自然科学的理论研究中有着重要的作用。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。
[例1] 理想实验有时能更深刻地反映自然规律。伽利略设想了一个理想实验，下面对如图所示的斜面实验的设想步骤中，有一个是可靠事实，其余是推论。
①减小第二个斜面的倾角，小球在这个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，最后使它变成水平面，小球将沿水平面做持续的匀速直线运动。
(1)请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列：________(填写序号即可)。
(2)将上述设想步骤中的可靠事实和理想化的推论进行分类。
属于可靠事实的步骤是________；
属于理想化推论的步骤是________。
解析　伽利略理想实验是在可靠事实的基础上进行合理的推理，将实验理想化，并符合物理规律，得到正确的结论。②是可靠事实，因此放在第一步，③①是在无摩擦的情况下的设想，④属于理想化推论。
答案　(1)②③①④　(2)②　①③④
[针对训练1] (多选)理想实验是科学研究中的一种重要方法，它把可靠的事实和合理的推论结合起来，可以深刻地揭示自然规律。关于伽利略的理想实验，下列说法正确的是(　　)
A.只要接触面足够光滑，物体在水平面上就能匀速运动下去
B.这个实验实际上是永远无法做到的
C.利用气垫导轨，就能使实验成功
D.虽然是想象中的实验，但它是建立在可靠的实验基础上的
解析　只要接触面有摩擦力，物体就不会永远匀速运动下去，而实际的接触面不可能达到理想状态的光滑；伽利略的理想实验是在可靠的事实基础上的合理推理，故C错误，A、B、D正确。
答案　ABD
二、建构“等时圆”模型
[例2] 如图所示，AB和CD为两条光滑斜槽，它们各自的两个端点均分别位于半径为R和r的两个相切的竖直圆上，且斜槽都通过切点P。设有一重物先后沿两个斜槽从静止出发，由A滑到B和由C滑到D，所用的时间分别为t1和t2，则t1与t2之比为(　　)
答案　B
[针对训练2] 如图所示，圆柱形的仓库内有三块长度不同的滑板aO、bO、cO，其下端都固定于底部圆心O，而上端则搁在仓库侧壁上，三块滑板与水平面的夹角依次是30°、45°、60°。若有三个小孩同时从a、b、c处开始下滑(忽略阻力)，则(　　)
A.a处小孩最先到O点 B.b处小孩最后到O点
C.c处小孩最先到O点 D.a、c处小孩同时到O点
答案　D
三、牛顿第三定律在科技、生活中的应用
1.在日常生活中的应用
“鼓掌欢迎听课老师”。在鼓掌的时候，右手用力拍打左手，两手都有感觉。说明我们在用右手拍打左手时，右手对左手有力的作用，同时，左手对右手也产生了力的作用。
2.在体育中的应用
“足球运动员用头顶球”，当用头去顶球，球飞出去，说明人对球有力的作用，而同时运动员也感觉到了球对人有力的作用。
3.在现代科技中的应用
中国是火箭的故乡，早在公元1500年，我国学者万户，首次作了航天的科学尝试，他把47枚当时最大的火箭捆在自己坐的椅子背面让别人同时点燃这批火箭升空。火箭升空的原理也是牛顿第三定律的体现。
[例3] (多选)关于反作用力在日常生活和生产技术中应用的例子，下列说法中正确的是(　　)
A.运动员在跳高时总是要用力蹬地面，他才能向上跃起
B.大炮发射炮弹时，炮身会向后倒退
C.农田灌溉用的自动喷水器，当水从弯管的喷嘴里喷射出来时，弯管会自动旋转
D.软体动物乌贼在水中经过体侧的孔将水吸入鳃腔，然后用力把水挤出体外，乌贼就会向相反方向游去
解析　运动员在跳高时总是要用力蹬地面，当对地面的力大于重力时，根据牛顿第三定律，地面对他的力也大于重力，他才能向上跃起，故选项A正确；大炮发射炮弹时，炮身向后倒退，这是需要防止的，而不是应用，故选项B错误；农田灌溉用的自动喷水器，当水从弯管的喷嘴里喷射出来时，由于反冲，弯管会自动旋转，故选项C正确；乌贼经过身体侧面的孔把水吸入鳃腔，然后用力把水经过小孔压出体外，根据牛顿第三定律可知，乌贼就获得了方向相反的反作用力，从而向排水的相反方向游去，故选项D正确。
答案　ACD
[针对训练3] (多选)2018年12月8日，“嫦娥四号”探测器由长征三号乙运载火箭发射升空，下面关于火箭升空的情形，其中叙述正确的是(　　)
A.火箭尾部向外喷气，喷出的气体反过来对火箭产生一个反作用力，从而让火箭获得了向上的推力
B.火箭尾部喷出的气体对空气产生一个作用力，空气的反作用力使火箭获得飞行的动力
C.火箭飞出大气层后，由于没有了空气，火箭虽然向后喷气，但也无法获得前进的动力
D.飞船进入运行轨道之后，与地球之间仍然存在一对作用力与反作用力
解析　火箭升空时，其尾部向下喷气，火箭箭体与被喷出的气体是一对相互作用的物体。火箭向下喷气时，喷出的气体同时对火箭产生向上的反作用力，即为火箭上升的推动力，此动力并不是由周围的空气对火箭的反作用力提供的。因而与是否飞出大气层、是否存在空气无关，故选项A正确，B、C错误；探测器进入运行轨道后，探测器与地球之间依然存在相互吸引力，即地球吸引探测器，探测器吸引地球，这是一对作用力与反作用力，故选项D正确。
答案　AD
四、用转换研究对象法对物体受力分析
求解某个力的大小和方向，一般情况下选取该力的受力物体进行分析，但有些情况不便于直接求解该力时，可先通过转换研究对象，求解其反作用力的大小和方向，进而应用牛顿第三定律求得该力的大小和方向。
[例4] 如图所示，滑杆和底座静止在水平地面上，质量为M，一质量为m的猴子沿杆以0.4g 的加速度加速下滑，则底座对地面的压力为(　　)
A.Mg＋0.4mg 　　　　 B.Mg＋0.6mg
C.(M＋m)g 　　　　 D.Mg
解析　以猴子为研究对象，分析猴子的受力如图甲所示：
竖直方向受重力mg和杆对猴子的摩擦力f，则有mg－f＝ma ①
滑杆和底座受力如图乙所示，
受重力Mg、支持力N，猴子对杆的摩擦力f′
三力平衡：N＝Mg＋f′②
由牛顿第三定律得f′＝f③
由①②③解得N＝Mg＋0.6mg
由牛顿第三定律得底座对地面的压力为
N′＝N＝Mg＋0.6mg，方向竖直向下。
故选项B正确。
答案　B
[针对训练4] 物块A和B的质量分别为m1和m2，并叠放在质量为m的水平桌面上，如图所示。下列说法中正确的是(　　)
A.桌子受到A和B的作用力，它们的合力等于(m1＋m2)g
B.桌子受到B对它的作用，作用力的大小等于m2g
C.地面对桌子的作用力的大小等于(m1＋m2＋m)g
D.桌子受到重力作用，大小等于(m1＋m2＋m)g
解析　以桌子为研究对象，它受到三个力作用，分别是重力mg，地面对桌子的支持力N1，物体B对桌面的压力N2。 由于桌子静止，所以N1＝mg＋N2。
再以A、B作为一个整体进行受力分析，受到两个力的作用，分别是重力(m1＋m2)g和桌面的支持力N2′，又因为N2′＝(m1＋m2)g，根据牛顿第三定律知N2＝N2′＝(m1＋m2)g，所以N1＝(m＋m1＋m2)g，故C正确，A、B、D错误。
答案　C