人教版必修一第四章《牛顿运动定律》单元教案4

人教版必修一第四章《牛顿运动定律》单元教案4

第四章 力与运动 第一节 伽利略的理想实验与牛顿第一定律 本节要求我们认识理想实验是一种科学的假设实验，是有根据的，同时理解牛顿第一定律的内容；能用惯性解析问题。‎ 一、学法指导 ‎1．力和运动关系的两种观点 ‎（1） 亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因。（此观点错误）‎ ‎（2） 伽利略的观点：在水平面上做匀速运动的物体并不需要外力来维持。‎ ‎2．伽利略的理想实验（又称假想实验图4-1，见课本）‎ 图4-1-‎ ‎3、牛顿第一定律（即惯性定律）‎ ‎（1） 内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种运动状态为止。‎ ‎（2） 意义：‎ 它指出了一切物体都具有惯性 定律的前半句话“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”，揭示了物体所具有的一个重要的属性──惯性，即物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质。牛顿第一定律指出一切物体在任何情况下都具有惯性，因此牛顿第一定律又叫惯性定律。‎ ‎（2）它指出了力是产生加速度的原因。‎ 定律的后半句话“直到有外力迫使它改变这种运动状态为止”，实际上是对力的定义，力不是使物体运动或维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因，换言之，力是产生加速度的原因。‎ ‎（3）定性地揭示了力和运动的关系 牛顿第一定律指出物体不受外力作用时的运动规律，它描述的只是一种理想状态，而实际中不受外力作用的物体是不存在的，当物体所受外力合力为零时，其效果跟不受外力作用相同。因此，我们可以把“不受外力作用”理解为“合外力为零”。‎ ‎（4）牛顿第一定律给出了惯性系。‎ 我们乘坐在加速的车厢里，以车厢为参考系观察周围的现象，将看到路边的树木、房屋朝后方加速运动，但它们确实未受到任何推力。故在加速车厢内观察现象，与牛顿第一定律相矛盾。牛顿第一定律能成立的参考系叫做惯性参考系或惯性系。一般说来，地球是一个惯性系。 ‎ 在讨论运动学问题时，我们可以为了方便自由地选择参考系，但是在动力学问题中，便没有这种自由选择的权利了。‎ ‎4．对惯性的认识 惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。惯性与运动状态无关，不论物体是处于怎样的运动状态，惯性总是存在的。当物体原来静止时，它一直“想”保持这种静止状态；当物体运动时，它一直“想”以那一时刻的速度做匀速直线运动。当物体做变速运动时，可以从以下三个方面理解惯性：首先，运动中的任一时刻撤去外力，物体立刻开始以该时刻的速度做匀速直线运动。其次，无论外力多大，方向如何，物体的速度也不会发生突变，都得在原速度的基础上逐渐改变，改变后的速度是原速度的“继承和发展”。最后，质量的大小还直接影响运动状态改变的快慢。质量大，运动状态就越难改变。例如，宇航员背着质量很大的背包到月球上去探险，由于月球引力小，背起来并不吃力，但走起路来却要十分小心，不能突然移动或突然停止，因为背包轻了，但惯性并没有减小，质量很大的背包具有很大的惯性。如果宇航员突然停下来，大背包还会靠惯性向前移动，宇航员就会向前跌倒。‎ ‎5．惯性和惯性定律的区别 牛顿第一定律称为惯性定律，该定律给出了惯性的概念，但惯性和惯性定律是不同的，它们的区别在于：其一，惯性定律是物体的运动规律，惯性是物体的固有属性；其二，惯性定律是有条件（不受力或合外力为零）的，惯性是无条件的，一切物体在任何情况下都有惯性。‎ 二、例题分析 ‎【例1】关于牛顿第一定律的下列说法中，正确的是（ ）‎ A．牛顿第一定律是实验定律 B．牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因 C．实际上不存在不受外力作用的物体，所以牛顿第一定律没有意义 D．物体的运动不需要力来维持 ‎【解析】牛顿第一定律是指物体在理想条件下的运动规律，反映的是物体在不受力的情况下所遵循的运动规律，而自然界中不受力的物体是不存在的，该定律是在科学的抽象思维下，运用理想化实验推论得到的，因此该定律不属于实验定律。A错误。由于不受外力和合外力为零效果相同，所以仍有实际意义。C错误。牛顿第一定律揭示了力和运动的关系，物体的运动不需要力来维持，但要改变物体的运动状态则必须有力的作用，所以B、D正确 【答案】B D 评注：掌握牛顿第一定律的本质，不要只是背诵定律内容，知道力是改变物体运动状态的原因。牛顿第一定律不能用实验证明，但它是建立在大量实验基础上，通过思维的逻辑推理而得出的正确结论。‎ ‎【例2】关于牛顿第一定律，下列说法正确的是（ ）‎ A．牛顿第一定律说明了物体不受外力作用时的运动规律 B．物体受到外力的作用，其运动状态必定发生变化 C．一个人手拿小球从高处释放，空气阻力忽略不计，在松手的瞬间，小球静止。‎ D．力停止作用后，物体就会慢慢停下来。‎ ‎【解析】由牛顿第一定律可知，物体不受外力时总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止，因此选项A正确。当物体所受合外力为零时，相当于不受外力，运动状态不会发生改变，选项（B）错误。，忽略空气阻力，松手后小球做自由落体运动，整个过程受重力作用，松手的瞬间小球所受合外力不为零，不能看做静止状态，选项（C）错误。因力停止作用后，物体将保持原来的运动状态继续运动下去，故选项（D）错误。‎ ‎【答案】A 评注：牛顿第一定律说明了物体不受外力时的运动规律，但不受外力在现实生活中是不可能的。因为物体所受合外力为零与不受外力是完全等效的，所以在实际处理问题时，往往认为物体所受合外力为零时保持匀速直线运动状态或静止状态。‎ ‎【例3】下列说法哪些是正确的（ ）‎ A．物体能够做自由落体运动是由于惯性 B．竖直向上抛出的物体能够上升是由于受到向上的惯性力的作用 C．铁饼运动员抛出的铁饼是靠惯性飞向远处的 D．一般情祝下，相扑运动员的惯性大于体操运动员的惯性 ‎【解析】做自由落体运动的物体，受到重力的作用，速度由零开始逐渐增大；而惯性是物体保持静止或匀速直线运动状态的性质，因此选项A错误。竖直向上抛出的物体，抛出后只受重力，没有任何物体对它施加一个竖直向上的力，小球抛出时具有初速度，由于惯性会继续向上运动，因此选项B错误。同样的道理，抛出的铁饼具有初速度，由于惯性继续飞行，因此选项C正确。体操运动员要求有灵活的动作表现，而相扑运动员则不希望被别人摔倒，所以，体操运动员的质量比相扑运动员要小得多，而质量是物体惯性大小的唯一量度，所以相扑运动员的惯性比体操运动员的惯性大，因此选项D正确。 【答案】CD 评注：惯性是物体保持原有运动状态不变的性质，而不是一种力。任何一个力必须存在施力物体。‎ 三、跟踪训练 L．伽利略在研究力与运动的关系时，把_____________的方法引入了物理学。2.伽利略构想的理想实验以_____________的事实为基础，忽略次要因素，把实验与_____________和谐地结合在一起，其科学探究的方法有力地推动了科学的发展。‎ ‎2．牛顿第一定律揭示了力的本质是─—改变物体运动状态的原因，而不是_____________物体运动状态的原因。‎ ‎3．物体保持_____________状态或_____________状态的特性叫惯性，惯性是物体的_____________。‎ ‎4．火车在长直的水平轨道上匀速行驶，门窗紧闭的车厢内有一人相对车厢竖直向上跳起，经过一段时间后发现他仍落回原地，这是因为（ ）‎ A．人跳起后车继续前进，所以人落下后偏后一些，只是距离很小，无法区别 B．人起跳时地板给了他一个向前的冲力，使他具有了一个向前的速度，在水平方向随车一起运动 C．起跳前人和车具有共同的水平方向的速度，起跳过程中只改变了人在竖直方向的速度，所以人在空中和火车具有相同的水平方向的速度 D．从起跳到落回地板上，在水平方向上始终不受外力作用 ‎5．下列说法正确的是（ ）‎ A．如果物体在运动，那么它受到的合力一定不为零 B．力是使物体做变速运动的原因 C．撤出作用力，运动物体最终总要停下来 D．力只能改变物体运动速度的大小 ‎6．根据牛顿第一定律，下列结论正确的是（ ）‎ A．静止的物体一定不受外力 B．物体所受合外力为零时若做匀速直线运动，是因为它具有惯性 C．物体运动状态改变了，必定受到外力作用 D．在水平地面上滑动的木块最终要停止下来，是由于没有外力维持木块运动的结果 图4-2-‎ ‎7．如图4-2所示，一个劈形物体，各接触面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在上面放着一个光滑小球m，劈形物体从静止开始释放，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．无规则曲线 D．抛物线 ‎8．关于物体的惯性，下列说法正确的是（ ）‎ A．乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球惯性小的缘故 B．运动得越快的汽车越不容易停下来，是因为汽车运动得越快，惯性越大 C．同一物体，放在赤道上比放在广东惯性大 D．物体的惯性只与物体的质量相关，与其它因素无关 ‎9．下面的实例属于惯性表现的是（ ）‎ A．滑冰运动员停止用力后，仍能在冰面上滑行一段距离 B．人在水平路面上骑自行车，为维持匀速直线运动，必须用力蹬自行车的脚踏板 C．奔跑的人的脚被障碍物绊住人就会摔倒 D．从枪日射出的子弹继续运动 ‎10．锤头松动时，把锤柄末端在地面上磕磕，锤头就牢了，这是利用（ ）‎ A．锤头的惯性 B。锤柄的惯性 C．地面的惯性 D．人手的惯性 ‎11．某人用力推原来静止在水平面上的小车，先使小车开始运动，后改用较小的力就可以维持小车做匀速直线运动，可见（ ）‎ A．力是使物体产生运动的原因 B．力是维持物体运动速度的原因 C．力是物体产生加速度的原因 D．力是物体惯性改变的原因 ‎12．伽利略的理想实验证明了（ ）‎ A．物体运动必须有力作用，没有力作用物体将静止 B．物体静止必须有力作用，没有力作用物体就运动 C．要使物体由静止变为运动，必须受不为零的合外力作用，且合外力越大速度变化越快 D．物体不受外力作用时，总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态 图4-3‎ ‎13．如图4-3所示，在一辆表面光滑的小车上，有质量分别为ml和m2的两个小球（ml＞m2）随车一起匀速运动，当车突然停止时，如不考虑其他阻力，设车足够长，则两个小球（ ）‎ A．一定相碰 B．一定不相碰 C．不一定相碰 D．难以确定 ‎14．伽利略理想实验将可靠的事实和理论思维结合起来，能更深刻地反映自然规律，有关的实验程序内容如下：‎ ‎（1） 减小第二个斜面的倾角，小球在这斜面上仍然能达到原来的高度 ‎（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，小球将上升到释放的高度 ‎（4） 继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球沿水平面作持续的匀速运动 ‎15．请按程序先后次序排列，并指出它究竟属于可靠事实，还是通过思维过程的推论，下列选项正确的是（方框内数字表示上述程序的号码）（ ）‎ A．事实2→事实1→推论3→推论4 B．事实2→推论1→.推论3→推论4‎ C．事实2→推论3→推论1→推论4 D．事实2→推论1→推论4‎ ‎16．如图4-4所示，车厢顶的A点有一水壶滴水，O点在A点的竖直下方，车子以速度v向右匀速运动时，水壶中滴的水是落在0点的右边、左边还是O点上，为什么？‎ 图4-4-‎ ‎17．有一仪器中电路如图 4-5所示，其中M 是质量较大的一个钨块，将仪器固定在一辆汽车上，汽车起动时，哪个灯亮？原理是什么？汽车急刹车时，哪个灯亮？‎ 图4-5-‎ 第二节 影响加速度的因素 本节通过实验中的控制变量法探究影响加速度的因素，要求我们学会探究物理量的科学方法——控制变量法。‎ 一．学法指导 ‎1 物体运动状态的改变 物体运动状态就是指物体运动的速度，物体运动状态的改变即物体速度的改变，因速度是矢量，所以，物体运动状态的改变有三种情况，其一，仅物体速度大小的改变；其二，仅物体速度方向的改变；其三，物体速度大小和方向同时改变。所以物体运动状态的改变必然产生加速度，即无论是速度大小改变还是速度方向改变，还是大小方向都改变，都会产生加速度。‎ ‎2 加速度与物体所受合外力的关系 ‎（1）实验探究方法：控制变量法（保持小车质量不变）‎ ‎（2）实验目的：猜想小车质量保持不变时，小车所受的合外力越大，加速度也越大；反之合外力越小，加速度越小。‎ ‎（3）实验器材：一个带有刻度尺的斜面，一辆四轮小车，一块秒表 ‎（4）实验设计：‎ ‎① 如图4-6所示，让小车从斜面上由静止释放 ‎② 记下小车运动的时间t 图4-6‎ ‎③ 从斜面上读出小车的位移s ‎④ 由可求小车的加速度 ‎⑤ 改变斜面与桌面的夹角，可以改变小车受到的合力大小，重做上面的实验。‎ ‎（5）实验结论：当物体的质量保持不变时，物体受到的合外力逐渐增大，其加速度将逐渐增大；反之，物体受到的合外力逐渐减小，其加速度也将逐渐减小。加速度的方向和合外力的方向相同。‎ ‎3、加速度与物体质，的关系 ‎（1） 实验探究方法：控制变量法（保持物体受到的合外力不变）‎ ‎（2） 实验目的：猜想小车所受合力不变时，小车的质量越大，加速度就越小；反之质量越小，加速度就越大。‎ ‎（3） 实验器材：一个带有刻度尺的斜面，一辆四轮小车，一块秒表，弹簧秤。‎ ‎（4） 实验设计：‎ ‎① 把小车放在斜面上，用弹簧秤沿斜面向上拉小车，使小车保持静止或匀速直线运动，记下弹簧秤的示数。‎ ‎② 将小车从斜面上由静止释放，用秒表记录小车的运动时间并读出小车的位移。由可求小车的加速度。‎ ‎③ 在小车上增加砝码，重复①、②实验。‎ ‎（注意：在小车上增加砝码，使质量变大，为保持小车和砝码所受到的合外力不变，必须减小斜面与水平面的夹角，使斜面与水平面的夹角减小到弹簧秤沿斜面向上的拉力与前次的相同，这样就保证了小车和砝码所受的合外力不变）‎ ‎（5） 实验结论：当物体所受合外力大小保持不变时，物体的质量越大，其加速度将越小；反之，物体的质量越小，加速度就越大。‎ 二．例题分析 ‎【例1】 “神州六号”载人飞船着陆前，还要打开降落伞（面积有1200平方米），为什么？‎ ‎【解析】因为飞船的质量一定，其所受合力越大，加速度越大，在着陆前打开降落伞，以产生很大的阻力，从而产生很大的加速度，使飞船尽快减速，安全降落地面。‎ ‎【例2】一个力可很快地将滑动的木块停下来，但同样大小的力要将同样速度运动的汽车停下来则需要更长的时间。这是为什么？‎ ‎【解析】在同样的力作用下，质量大的物体加速度小，而质量小的物体加速度大。汽车的质量大，其加速度小，由加速度的定义可知，发生相同速度的变化量所用时间就更长。‎ ‎【例3】一个乒乓球滚来时，用球拍轻轻一挡就能使它改变方向；一个网球以同样大小的速度滚来时，要用很大的力握住球拍去挡，才能使它改变方向，请解释其原因？‎ ‎【解析】力是改变物体运动状态的原因，要改变乒乓球的运动状态需要用力，而使网球产生同样大小的加速度，因网球质量比乒乓球大许多，所以需要用比较大的力。‎ 评注：物体产生的加速度跟质量和力有关系。‎ 三、跟踪训练 ‎1．所谓“运动状态的改变”的正确理解是（ ）‎ A．仅指速度大小的改变 B．仅指速度方向的改变 C．要改变物体的运动状态，必须有力的作用 D．物体运动状态的改变与物体的初始状态有关 ‎2．下面哪些因素影响物体的加速度？（ ）‎ A．物体的质量 B．运动物体的速度 ‎ C．运动物体受到的推力 D．物体受到的合力 ‎3．下列物体的运动状态没有发生变化的是（ ）．‎ A．减速驶人车站的汽车 B．停在空中的直升机 C．匀速直线下落的跳伞员 D．环绕地球运转的人造卫星 ‎4．下列说法正确的是（ ）．‎ A．不受力的物体不可能运动，故力是物体运动的原因 B．受力大的物体速度大，故力是决定物体速度大小的原因 C．力是保持物体运动的原因，如果物体不受力作用，它只能保持静止不能保持运动状态 D．力是使物体运动状态发生改变产生加速度的原因 ‎5．歼击机在进人战斗状态时要丢掉副油箱，这样做是为了（ ）．‎ A．减小重力，使运动状态稳定 ‎ B．减小体积，使运动状态易于改变 C．增大加速度，使状态不易变化 ‎ D．减小惯性，有利于运动状态的改变 图4-7-‎ ‎6．如图4-7所示，足球在力F的作用下由静止开始运动，在力的作用下改变方向，在力的作用下停止运动．由此谈谈力和加速度的关系？‎ ‎7．质量为m的物体以速度vo=5 m/s在光滑的水平面上做匀速直线运动几，一个与vo同向的水平外力F作用于物体上，经过时间tl后，物「体的速度大小变化为v1=10m/s．（1)求物体速度的改变量vl; (2)若水平外力F的方向与vo的方向相反，经过时间t2后，物体的速度变化为v2=10 m/s，方向与vo的方向相反，求速度的改变量v2；(3)若水平外力F的方向与vo方向成某一夹角，经过时间t3后，物体的速度大小变化为v3=5 m/s，方向与vo方向成600夹角，求物体速度的改变量v3？‎ ‎8．如图4-8所示，做匀速直线运动的小车上放里一密闭的装有水的瓶子，瓶当小车突然停止时，气泡相对于瓶子怎样运动？‎ 图4-8-‎ 第三节 探究牛顿第二定律 本节要求我们根据上节探究的关系定量分析质量、合力和加速度的关系，简单认识认识牛顿第二定律。‎ 一．学法指导 ‎（一）、加速度与力的定量关系 ‎1．实验目的：采用变量控制法，保持滑块的质量不变，探究其加速度与所受合力之间的定量关系。‎ ‎2．实验与探究 ‎（1） 实验过程：‎ ‎① 让滑块在砝码拉力作用下做加速运动，记录下滑块通过光电门的速度、、砝码的质量m、两光电门间的距离s。‎ ‎② 保持滑块质量不变，增加（或减少）祛码的数量来改变拉力的大小，重复实验3次。‎ ‎③ 用公式计算出滑块的加速度 ‎④ 数据分析：设计实验表格，将滑块质量不变时的实验数据记入表格并进行分析。由数据分析得出的结论：当物体的质量不变时加速度与合力成正比。‎ ‎（2） 重要说明：砝码受到的重力不等于滑块受到的拉力。通过对砝码进行受力分析可知，如果两者相等，砝码所受的合力将为零，下落过程应该是匀速直线运动，这显然与事实不符。加速度越大，即砝码的合力越大，砝码所受拉力与重力相差越大。要将砝码的重力近似看作是滑块所受的拉力，实验过程中物体的加速度应较小，即砝码的质量应远小于滑块的质量。‎ ‎（3） 利用实验数据作出a－F关系图象得到：当质量一定的时候，a－F关系图象是过原点的一条直线，说明了在滑块质量不变时，加速度a与合力F成正比。‎ ‎（二）、加速度与质量的定量关系 ‎1．实验目的：变量控制法，保持滑块受力不变，研究其加速度与质量之间的定量关系。‎ ‎2．实验与探究 ‎（1） 实验过程：‎ ‎① 保持祛码的质量不变，即滑块所受的拉力不变，记下滑块通过光电门的速度、。‎ ‎② 在滑块上增加（或减少）橡皮泥来改变滑块的质量，重复进行几次，记下实验数据。‎ ‎③ 用公式计算出滑块的加速度。‎ ‎④ 数据分析：设计实验表格，记录实验数据并作出—图像，根据图像我们不难发现其是一条经过原点的直线，所有在合外力一定的前提下加速度和物体的质量成反比。‎ 二．例题分析 ‎【例1】某同学在做“当外力一定时，加速度和质量的关系”的实验时，得到下表中的实验数据（1） 请用图象来处理这些数。（2） 根据作出的图象，你能得列什么结论？‎ 图4-9-‎ ‎【解析】（1） 首先计算每组的值，再作出—的图像，如图4-9所示。‎ ‎（2） 由于得到的—图像，是一条通过原点的直线，所以可以得出的结论：在外力一定时，物体的加速度与物体的质量成反比。‎ 评注：图象具有能直观地看出两个物理量的关系和有效减小实验误差，并排除实验中的错误数据优点。描点作图时应使直线过尽可能多的点，不在直线上的点应大致对称分布在直线两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑。‎ ‎【例2】在“验证牛顿第二定律”实验中，为验证小车质量M不变时，a与F成正比，滑块质量M和砝码质量m分别选取下列四组值 A．M＝500g，m分别为50g、70g、100g、125g B．M＝500g，m分别为20g、30g、40g、50g C．M＝200g，m分别为50g、70g、100g、125g D．M＝200g，m分别为30g、40g、50g、60g 若其它操作都正确，那么在选用一组值测量时所画出的a-F图线较准确，在选用此组值，m取______克时实验误差较大。‎ ‎【解析】探究滑块质量M不变时，加速度与外力F的定量关系，是用祛码的重力代替滑块的拉力，为了减小实验误差，应使m <

查看更多