新教材適用2024-2025學(xué)年高中物理第四章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系1.牛頓第一定律學(xué)案新人教版必修第一冊(cè)

第四章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系情境導(dǎo)入力和運(yùn)動(dòng)無(wú)處不在、無(wú)時(shí)不有。用不同的力推同一輛小車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變更是不同的，當(dāng)撤去推力后，小車(chē)會(huì)漸漸停下來(lái)。在太空中飛行的航天飛行器沒(méi)有推力也可保持高速飛行……力與運(yùn)動(dòng)之間原委有什么關(guān)系？本章將探究這個(gè)問(wèn)題。1．牛頓第肯定律課程標(biāo)準(zhǔn)1．能精確敘述牛頓第肯定律的內(nèi)容，并能對(duì)該定律所揭示的運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系問(wèn)題有較深刻的理解。2．了解伽利略關(guān)于運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的相識(shí)。3．通過(guò)實(shí)例說(shuō)明質(zhì)量是物體慣性大小的量度。素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念1.明確慣性概念。2．知道牛頓第肯定律的內(nèi)容?？茖W(xué)思維理解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系科學(xué)探究知道伽利略志向試驗(yàn)及推理方法科學(xué)看法與責(zé)任會(huì)用慣性學(xué)問(wèn)說(shuō)明有關(guān)現(xiàn)象學(xué)問(wèn)點(diǎn)1志向試驗(yàn)的魅力1．力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的不同相識(shí)代表人物主要觀點(diǎn)亞里士多德必需有力作用在物體上，物體才能_運(yùn)動(dòng)__；沒(méi)有力的作用，物體就要_靜止__伽利略力不是_維持__物體運(yùn)動(dòng)的緣由笛卡兒假如運(yùn)動(dòng)中的物體沒(méi)有受到_力的作用__，它將接著以同一_速度__沿同一_直線__運(yùn)動(dòng)，既不停下來(lái)也不偏離原來(lái)的_方向__2．伽利略的斜面試驗(yàn)(1)志向試驗(yàn)：讓小球沿一個(gè)斜面從靜止?fàn)顟B(tài)起先向下運(yùn)動(dòng)，再讓小球沖上其次個(gè)斜面，假如沒(méi)有摩擦，無(wú)論其次個(gè)斜面的傾角如何，小球達(dá)到的高度_相同__。若將其次個(gè)斜面放平，_小球?qū)⒑憔眠\(yùn)動(dòng)下去__。(2)試驗(yàn)結(jié)論：力不是_維持物體運(yùn)動(dòng)的緣由__?！何⒂?xùn)練』1．依據(jù)預(yù)習(xí)內(nèi)容，推斷下列說(shuō)法正誤：(1)伽利略的志向試驗(yàn)是不科學(xué)的假想試驗(yàn)。(×)(2)笛卡兒認(rèn)為若沒(méi)有力作用，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就不會(huì)變更。(√)(3)伽利略認(rèn)為，沒(méi)有力作用在物體上，它就不能運(yùn)動(dòng)。(×)2．(2024·廣西欽州高一校考期末)下面運(yùn)動(dòng)狀態(tài)沒(méi)有發(fā)生變更的物體是(B)A．勻速拐彎的汽車(chē)B．勻速豎直下落的雪花C．繞地球勻速飛行的人造衛(wèi)星D．從車(chē)站由靜止開(kāi)出的火車(chē)解析：勻速拐彎時(shí)，速度方向變更，故運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變更，故A錯(cuò)誤；勻速下降的雪花，速度沒(méi)有發(fā)生變更，所以運(yùn)動(dòng)狀態(tài)沒(méi)有發(fā)生變更，故B正確；環(huán)繞地球的人造衛(wèi)星，速度方向時(shí)刻在變，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變更，故C錯(cuò)誤；從車(chē)站由靜止開(kāi)出的火車(chē)，速度大小在變，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變更，故D錯(cuò)誤。學(xué)問(wèn)點(diǎn)2牛頓第肯定律1．內(nèi)容：一切物體總保持_勻速直線運(yùn)動(dòng)__狀態(tài)或_靜止__狀態(tài)，除非作用在它上面的外力迫使它變更這種狀態(tài)。2．力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系：力不是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的緣由，而是_變更__物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的緣由。學(xué)問(wèn)點(diǎn)3慣性與質(zhì)量1．慣性：物體具有保持原來(lái)_勻速直線運(yùn)動(dòng)__狀態(tài)或_靜止__狀態(tài)的性質(zhì)叫作慣性。2．慣性的量度：_質(zhì)量__是物體慣性大小的唯一量度?！何⒂?xùn)練』1．依據(jù)預(yù)習(xí)內(nèi)容，推斷下列說(shuō)法正誤：(1)速度越大的物體，慣性越大。(×)(2)力無(wú)法變更物體的慣性。(√)(3)牛頓認(rèn)為力的真實(shí)效應(yīng)總是變更物體的速度，而不是使物體運(yùn)動(dòng)。(√)2．下列有關(guān)慣性的說(shuō)法中正確的是(C)A．速度越大，物體的慣性也越大B．受力越大，物體的慣性也越大C．質(zhì)量越大，物體的慣性也越大D．物體的慣性與速度、受力和質(zhì)量均有關(guān)系解析：物體的慣性大小只跟物體的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，慣性越大，與物體的速度，合外力均無(wú)關(guān)。故選C。探究一對(duì)牛頓第肯定律的理解要點(diǎn)提煉1.對(duì)牛頓第肯定律的理解(1)明確了慣性的概念牛頓第肯定律的前半句話“一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)”，表明白物體所具有的一個(gè)重要的屬性——慣性，即物體保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，牛頓第肯定律指出一切物體在任何狀況下都具有慣性。因此牛頓第肯定律又叫慣性定律。(2)揭示了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系牛頓第肯定律的后半句話“除非作用在它上面的力迫使它變更這種狀態(tài)”，實(shí)質(zhì)上是揭示了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，即力是變更物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的緣由，而不是維持物體運(yùn)動(dòng)的緣由。(3)反映了物體不受外力時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止(即原來(lái)運(yùn)動(dòng)的保持其速度不變，原來(lái)靜止的保持位置不變)。不受外力作用的物體是不存在的，但物體所受外力的合力為零與不受外力在效果上是等效的，這就使牛頓第肯定律具有了實(shí)際意義。2．運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變更的三種狀況(1)速度的方向不變，只有大小變更。(物體做直線運(yùn)動(dòng))(2)速度的大小不變，只有方向變更。(物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng))(3)速度的大小和方向同時(shí)發(fā)生變更。(物體做變速曲線運(yùn)動(dòng))(1)牛頓第肯定律所描述的是物體不受外力作用時(shí)的狀態(tài)，與物體所受合外力為零是等效的。(2)牛頓第肯定律不是試驗(yàn)定律，它是在志向試驗(yàn)的基礎(chǔ)上總結(jié)得出的。(3)牛頓第肯定律只適用于慣性參考系中的運(yùn)動(dòng)，在非慣性參考系中不適用。典例剖析典題1(多選)下列關(guān)于牛頓第肯定律的說(shuō)法中正確的是(AD)A．物體保持靜止?fàn)顟B(tài)，它所受合外力肯定為零B．物體所受合外力為零時(shí)，它肯定處于靜止?fàn)顟B(tài)C．物體處于勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，它所受的合外力可能是零，也可能不是零D．物體所受合外力為零時(shí)，它可能做勻速直線運(yùn)動(dòng)解析：物體保持靜止?fàn)顟B(tài)，它所受合外力肯定為零，故A正確；物體所受合外力為零時(shí)，它可能處于靜止?fàn)顟B(tài)或者處于勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，故B錯(cuò)誤，D正確；物體處于勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，它所受的合外力肯定為零，故C錯(cuò)誤。思維升華：牛頓第肯定律巧應(yīng)用(1)由“因”索“果”：在推斷力與運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系時(shí)，肯定要把握準(zhǔn)牛頓第肯定律的含義，即力是變更物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的緣由，而不是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的緣由。(2)由“果”索“因”：假如物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變更，則物體必定受到不為零的合外力的作用，所以推斷物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否變更以及如何變更，應(yīng)分析物體的受力狀況。(3)應(yīng)用步驟：應(yīng)用牛頓第肯定律說(shuō)明有關(guān)現(xiàn)象時(shí)，一要看物體原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，二要看物體現(xiàn)在的受力狀況及所受合力是否為零，最終推斷由于物體具有慣性將會(huì)出現(xiàn)的現(xiàn)象。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?下列關(guān)于牛頓第肯定律的說(shuō)法正確的是(B)A．由牛頓第肯定律可知，物體在任何狀況下始終處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)B．牛頓第肯定律既揭示了物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的緣由，又揭示了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變更的緣由C．牛頓第肯定律反映了物體不受外力作用時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此物體在不受力時(shí)才有慣性D．牛頓第肯定律只是反映慣性大小的，因此也叫慣性定律解析：物體在不受力的作用時(shí)，總保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；牛頓第肯定律既揭示了物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的緣由，又揭示了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變更的緣由，B項(xiàng)正確；慣性是物體的固有屬性，慣性大小只與質(zhì)量有關(guān)，與物體是否受力無(wú)關(guān)，C項(xiàng)錯(cuò)誤；牛頓第肯定律反映了物體具有慣性以及力是變更物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的緣由，D項(xiàng)錯(cuò)誤。探究二對(duì)慣性概念的理解要點(diǎn)提煉1.慣性與質(zhì)量的關(guān)系(1)慣性是物體的固有屬性，一切物體都具有慣性。(2)慣性與物體受力狀況、運(yùn)動(dòng)狀況及地理位置均無(wú)關(guān)。(3)質(zhì)量是物體慣性大小的唯一量度，質(zhì)量越大，慣性越大。2．慣性與力的關(guān)系(1)慣性不是力，而是物體本身固有的一種性質(zhì)，因此說(shuō)“物體受到了慣性作用”“產(chǎn)生了慣性”“受到慣性力”等都是錯(cuò)誤的。(2)力是變更物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的緣由，慣性是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的緣由。力越大，越易變更運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；慣性越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難變更。(3)慣性與物體的受力狀況無(wú)關(guān)。3．慣性與速度的關(guān)系(1)速度是表示物體運(yùn)動(dòng)快慢的物理量，是矢量，慣性是物體本身固有的性質(zhì)，其大小僅由物體質(zhì)量確定。(2)一切物體都有慣性，和物體是否有速度及速度的大小均無(wú)關(guān)。4．慣性與慣性定律的關(guān)系(1)慣性不是慣性定律，慣性沒(méi)有條件限制，是物體的一種固有屬性。(2)慣性定律是物體不受外力作用時(shí)物體運(yùn)動(dòng)所遵守的一條規(guī)律。(1)在不受力(或合外力為零)的條件下，慣性表現(xiàn)為保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(2)在受力條件下，慣性表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變更的難易程度。質(zhì)量越大，慣性越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難變更。典例剖析典題2(2024·浙江金華市高一期末)如圖甲和乙，是踩香蕉皮摔倒和一名騎行的人因自行車(chē)前輪突然陷入一較深的水坑而倒地的照片。下面是從物理的角度去說(shuō)明這兩種情境，其中正確的是(C)A．甲圖中踩了香蕉皮摔倒是因?yàn)槿说膽T性變小了的緣由B．乙圖中人和車(chē)摔倒是因?yàn)橛晏炻访嫣斐傻腃．踩香蕉皮摔倒是因?yàn)橄掳肷硭俣却笥谏习肷淼乃俣仍斐傻腄．自行車(chē)行駛速度越大，其慣性越大，所以造成人車(chē)倒地現(xiàn)象思路引導(dǎo)：一切物體在任何狀態(tài)下都有慣性，其大小取決于物體的質(zhì)量，和其他因素?zé)o關(guān)。解析：甲圖中踩了香蕉皮摔倒是因?yàn)槿说哪_受到的摩擦力突然變小，腳不能立即停下來(lái)，腳向前滑，由于慣性，上半身還要保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而使得人下半身速度大于上半身的速度，所以人會(huì)向后傾倒，而不是人慣性變小了的緣由，故A錯(cuò)誤，C正確；乙圖中人和車(chē)摔倒是因?yàn)檐?chē)的前輪陷入水坑后前輪立即停止，但人與車(chē)的后半部分由于慣性仍保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此人和車(chē)將向前傾倒。而不是因?yàn)橛晏炻访嫣斐桑蔅錯(cuò)誤；慣性只與物體的質(zhì)量有關(guān)，與速度大小沒(méi)有關(guān)系，故D錯(cuò)誤。思維升華：慣性理解兩留意(1)留意一個(gè)“一切”，即一切物體具有慣性；(2)留意一個(gè)“唯一”，即質(zhì)量是慣性大小的“唯一”量度。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練?(2024·山東濰坊高一統(tǒng)考期末)2024年女足亞洲杯中國(guó)女足表現(xiàn)完備，再次站在亞洲之巔，這也是中國(guó)女足第9個(gè)亞洲杯冠軍，下圖是8號(hào)女將姚偉的一腳遠(yuǎn)射。以下說(shuō)法正確的是(B)A．足球被踢出后仍能接著運(yùn)動(dòng)，是因?yàn)樽闱蚴艿綉T性力的作用B．足球被運(yùn)動(dòng)員用頭頂入對(duì)方球網(wǎng)，說(shuō)明力可以變更物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)C．足球在運(yùn)動(dòng)中阻力漸漸減小，慣性也在減小D．足球在運(yùn)動(dòng)中速度漸漸減小，慣性也在減小解析：物體保持原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)叫作慣性，慣性不是一種力。足球接著運(yùn)動(dòng)并不是受到慣性力的緣由，A錯(cuò)誤；足球被運(yùn)動(dòng)員用頭頂入對(duì)方球網(wǎng)，說(shuō)明力可以變更物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，B正確；慣性只與物體的質(zhì)量大小有關(guān)，不因物體受到的阻力和運(yùn)動(dòng)速度的變更發(fā)生變更，C、D錯(cuò)誤。在探討物體運(yùn)動(dòng)緣由的過(guò)程中，伽利略創(chuàng)建性地運(yùn)用了一種新的探討方法——志向試驗(yàn)，志向試驗(yàn)也稱為試驗(yàn)推理法或思想試驗(yàn)，其核心是把試驗(yàn)和邏輯推理(包括數(shù)學(xué)演算)和諧地結(jié)合起來(lái)，以牢靠的事實(shí)為基礎(chǔ)，加以邏輯推理得出結(jié)論。這種依據(jù)邏輯推理把實(shí)際試驗(yàn)志向化的思想也是探討物理問(wèn)題的重要方法之一。“志向試驗(yàn)”只是一種邏輯推理的思維過(guò)程，它的作用只限于邏輯上的證明與反對(duì)，而不能用來(lái)作為檢驗(yàn)相識(shí)正確與否的標(biāo)準(zhǔn)，由“志向試驗(yàn)”所得出的任何推論，都必需由視察或試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)檢驗(yàn)。伽利略探討物體運(yùn)動(dòng)緣由的志向試驗(yàn)，其本質(zhì)是想象著把實(shí)際中存在、影響物體運(yùn)動(dòng)的摩擦力去掉，抓住事物的本質(zhì)。在探討自由落體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，伽利略也運(yùn)用了志向試驗(yàn)的方法，以歸謬的邏輯推理駁斥了亞里士多德“重的物體下落得快”的論斷，得出“重的物體與輕的物體應(yīng)當(dāng)下落得同樣快”的猜想。隨后，伽利略采納斜面試驗(yàn)與推理相結(jié)合的方法探討了自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律(如圖所示，詳情見(jiàn)教材其次章第4節(jié))。該斜面試驗(yàn)除運(yùn)用志向試驗(yàn)，還運(yùn)用放大的思想方法，“沖淡”重力。第三章視察微小形變的試驗(yàn)也采納了放大的思想，后續(xù)課程還會(huì)遇到這種方法的運(yùn)用(例如，必修其次冊(cè)引力常量的測(cè)量、必修第三冊(cè)庫(kù)侖的扭秤試驗(yàn))。志向試驗(yàn)在近代物理科學(xué)探討中也有著舉足輕重的作用。例如，愛(ài)因斯坦創(chuàng)立狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論、理論物理學(xué)家對(duì)量子理論本質(zhì)的探究等，都用到了志向試驗(yàn)。案例(多選)下列事例應(yīng)用了志向試驗(yàn)方法的有(BC)A．用試驗(yàn)探究彈簧彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系B．將豎直玻璃管中的空氣不斷抽出，羽毛和鐵片下落的快慢趨于相同，由此揣測(cè)在真空中羽毛和鐵片下落得同樣快C．將真空罩中的空氣不斷抽出，罩中鈴聲越來(lái)越小，由此揣測(cè)真空不能傳聲D．推導(dǎo)v－t圖像與t軸所圍面積的意義時(shí)，不斷增加小矩形的個(gè)數(shù)解析：用試驗(yàn)探究彈簧彈力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系，沒(méi)有用到志向試驗(yàn)法，A錯(cuò)誤；肯定真空不行能實(shí)現(xiàn)，只可能無(wú)限靠近，B、C事例都是在牢靠試驗(yàn)的基礎(chǔ)上(真空程度越來(lái)越高時(shí)的試驗(yàn)現(xiàn)象)，通過(guò)合理外推得出猜想性的結(jié)論(肯定真空中應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)的現(xiàn)象)，結(jié)論是否成立還要通過(guò)試驗(yàn)檢驗(yàn)，應(yīng)用了志向試驗(yàn)方法，B、C正確；推導(dǎo)v－t圖像與t軸所圍面積的意義時(shí)，不斷增加小矩形的個(gè)數(shù)的過(guò)程中，用到了微元累積法，這種方法雖然也用到了類似志向試驗(yàn)法中無(wú)限靠近的思想，但是其推導(dǎo)過(guò)程在數(shù)學(xué)上、邏輯上嚴(yán)密，得出的結(jié)論是牢靠的，無(wú)需由試驗(yàn)檢驗(yàn)，因此與志向試驗(yàn)法不同，D錯(cuò)誤。核心素養(yǎng)科學(xué)思維“志向試驗(yàn)”，又叫作“假想試驗(yàn)”“抽象的試驗(yàn)”，它是人們進(jìn)行邏輯推理過(guò)程和理論探討的重要方法?！爸鞠蛟囼?yàn)”雖然也叫作“試驗(yàn)”，但它與真實(shí)的科學(xué)試驗(yàn)是有原則性區(qū)分的，真實(shí)的科學(xué)試驗(yàn)是一種實(shí)踐活動(dòng)，而“志向試驗(yàn)”則是一種思維活動(dòng)；前者是可以將設(shè)計(jì)通過(guò)物化過(guò)程而實(shí)現(xiàn)的試驗(yàn)，后者則是由人們?cè)诔橄笏季S中設(shè)想出來(lái)而事實(shí)上無(wú)法做到的“試驗(yàn)”?！爸鞠蛟囼?yàn)”并不是脫離實(shí)際的主觀臆想。首先，“志向試驗(yàn)”是以實(shí)踐為基礎(chǔ)的。所謂的“志向試驗(yàn)”就是在真實(shí)的科學(xué)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，抓住主要沖突，忽視次要沖突，對(duì)實(shí)際過(guò)程做出更深層次的抽象分析。其次，“志向試驗(yàn)”的推理過(guò)程，是以肯定的邏輯法則為依據(jù)的，而這些邏輯法則，都是從長(zhǎng)期的社會(huì)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的，并為實(shí)踐所證明白的?！爸鞠蛟囼?yàn)”在自然科學(xué)的理論探討中有著重要的作用。但是，“志向試驗(yàn)”的方法也有其肯定的局限性。“志向試驗(yàn)”只是一種邏輯推理的思維過(guò)程，它的作用只限于邏輯上的證明與反對(duì)，而不能用來(lái)作為檢驗(yàn)正確與否的標(biāo)準(zhǔn)。相反，由“志向試驗(yàn)”所得出的任何推論，都必需由視察或試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)檢驗(yàn)。一、對(duì)伽利略志向試驗(yàn)的理解1．如圖所示，伽利略志向斜面試驗(yàn)(D)A．證明白力是維持物體運(yùn)動(dòng)的緣由B．證明白沿斜面滾下的小球，能滾上另一個(gè)斜面上相同的高度C．證明白沿斜面滾下的小球，到了水平面上就做勻速直線運(yùn)動(dòng)D．證明白物體的運(yùn)動(dòng)不須要力維持解析：證明白物體的運(yùn)動(dòng)不須要力維持，A錯(cuò)誤、D正確；沿斜面滾下的小球，由于摩擦力作用，滾不到另