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1、第四章 牛頓運動定律,1 牛頓第一定律,1.知道伽利略的理想實驗及其主要推理過程和推論,知道理想實驗是科學研究的重要方法。 2.理解牛頓第一定律的內容及意義。 3.知道什么是慣性,會正確地解釋與慣性有關的現象。,一,二,三,一、理想實驗的魅力 1.對力與運動關系的認識歷程:,,,,,,一,二,三,冰壺運動是冬奧會的正式比賽項目,如圖所示。冰道上向前運動的一只冰壺,如果沒有阻力,你能想象出它能“跑”多遠嗎? 提示:運動著的冰壺,如果沒有受到阻力的作用,它將一直運動下去。,,一,二,三,2.伽利略的實驗: 伽利略的觀察→當一個小球沿斜面向下運動時,它的速度增大,而向上運動時,它的速度減小 伽利略的

2、猜想→當小球沿水平面滾動時,它的速度應該是不增不減 伽利略的推斷→實際上球在水平面上滾動時速度會越來越慢,伽利略認為這是由于摩擦力的作用。他推斷,若沒有摩擦阻力,小球將永遠運動下去,,,,,,一,二,三,伽利略的實驗1→將兩個對稱的斜面末端平滑地對接在一起,讓小球沿一個斜面從靜止?jié)L下來,小球將滾上另一個斜面。伽利略認真觀察注意到,球在第二個斜面上所達到的高度同它在第一個斜面上開始滾下時的高度幾乎相等。他斷定高度上的這一微小差別是由于摩擦產生的,如能將摩擦完全消除的話,則高度將恰好相等 伽利略的實驗2→若使第二個斜面的傾角越來越小,則不管第二個斜面傾角多么小,球在第二個斜面上總要達到相同的高度,

3、只是小球要通過更長的路徑。最后,如果第二個斜面的傾斜度完全消除了(成為水平面),那么球從第一個斜面上滾下來之后,為達到原有高度將以恒定的速度在無限長的水平面上永遠不停地運動下去,,,,一,二,三,伽利略的結論→力不是維持物體運動的原因,也就是說,不是維持物體的速度的原因,而恰恰是改變物體運動狀態(tài)的原因,即改變物體速度的原因,因此,一旦物體具有某一速度,如果它不受力,就將以這一速度永遠地運動下去,3.理想實驗:伽利略的實驗是無法實現的,因為永遠也無法將摩擦完全消除掉,所以叫理想實驗,又叫假想實驗、思想上的實驗。它是通過抽象思維設想出來而實際上無法做到的實驗。伽利略的理想實驗是在可靠事實的基礎上進

4、行抽象思維的一種科學推理。,,,,,,一,二,三,二、牛頓物理學的基石——慣性定律 1.牛頓第一定律:一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài),除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。這就是牛頓第一定律,又叫作慣性定律。牛頓第一定律是利用邏輯思維對事實進行分析的產物,不可能用實驗直接驗證。 2.慣性:物體具有的保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質叫慣性。,,,,,,一,二,三,一個在足球場上滾動的足球最終會靜止下來,不會保持勻速直線運動狀態(tài),這與牛頓第一定律是否矛盾?為什么? 提示:這與牛頓第一定律不矛盾。牛頓第一定律指出物體不受外力時將處于靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài),即物體的運動狀態(tài)不改

5、變。只有在受外力的作用時,物體的運動狀態(tài)才會改變。足球最終會靜止下來,是因為它受到了摩擦力作用。,,一,二,三,三、慣性與質量 1.慣性大小表現為改變物體運動狀態(tài)的難易程度。 2.質量大的物體,運動狀態(tài)難改變,我們說它慣性大;質量小的物體,運動狀態(tài)易改變,我們說它慣性小。質量是物體慣性大小的唯一量度。 3.質量是標量,只有大小,沒有方向。單位是千克,符號是kg。,,,,,,,,一,二,三,網球與乒乓球比較,用同樣大小的力揮拍擊球,乒乓球的速度比網球快得多,這是什么原因? 提示:力是改變物體運動狀態(tài)的原因,質量是物體慣性大小的量度。乒乓球的質量小,其慣性也小,用同樣大小的力擊球,乒乓球的運動狀態(tài)

6、容易改變,速度比網球快得多。,,一,二,三,一、如何理解“理想實驗” 所謂“理想實驗”,又叫“假想實驗”“抽象實驗”或“思想上的實驗”,它是人們在思想中塑造的理想過程,是一種邏輯推理的思維過程和理論研究的重要方法。 “理想實驗”雖然也叫作“實驗”,但它同真實的科學實驗是有原則上的區(qū)別的。真實的科學實驗是一種實踐的活動,而“理想實驗”則是一種思維的活動;前者是可以將設計通過物化過程而實現的實驗,后者則是由人們在抽象思維中設想出來而實際上無法做到的“實驗”。,一,二,三,但是,“理想實驗”并不是脫離實際的主觀臆想。首先,“理想實驗”是以實踐為基礎的。所謂的“理想實驗”就是在真實的科學實驗的基礎上,

7、抓住主要矛盾,忽略次要矛盾,對實際過程作出更深入一層的抽象分析。其次,“理想實驗”的推理過程,是以一定的邏輯法則為依據的,而這些邏輯法則都是人們經過長期的社會實踐總結出來的,并為實踐所證實了的。 在自然科學的理論研究中,“理想實驗”具有重要的作用。作為一種抽象思維的方法,“理想實驗”可以使人們對實際的科學實驗有更深刻的理解,可以進一步揭示出客觀現象和過程之間內在的邏輯關系,并由此得出重要的結論。 但是,“理想實驗”的方法也有其一定的局限性?！袄硐雽嶒灐敝皇且环N邏輯推理的思維過程,它的作用只限于邏輯上的證明與反駁,而不能用來作為檢驗認識正確與否的標準。相反,由“理想實驗”所得出的任何推論,都必須

8、由觀察或實驗的結果來檢驗。,一,二,三,二、對牛頓第一定律的理解,一,二,三,溫馨提示牛頓第一定律不是從實驗中直接得出的,它是在大量實驗基礎上通過進一步的科學推理得到的。由于這個進一步科學推理得出的科學推論經受住了實踐的檢驗,雖然無法直接驗證,但仍具有科學意義。,一,二,三,三、正確理解慣性,一,二,三,一,二,三,溫馨提示不要以為只有靜止或勻速直線運動的物體才具有慣性,變速運動的物體沒有慣性,或者誤以為運動狀態(tài)改變了,慣性也改變了。物體的慣性與運動狀態(tài)無關,與物體的受力情況無關。對于牛頓第一定律,當不考慮物體的形變和轉動時,實際中的“物體所受外力的合力為零”在效果上相當于“物體不受外力的作用

9、”。,類型一,類型二,類型三,類型四,【例題1】 關于力和運動的關系,下列說法正確的是 ( ) A.物體不受任何外力的作用時,一定保持靜止 B.物體不受任何外力的作用時,一定保持勻速直線運動 C.物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變時,它一定受到外力的作用 D.物體受到力的作用時,物體才能向前運動 解析:根據牛頓第一定律,力的作用效果是改變物體的運動狀態(tài),如果物體不受任何外力,它的運動狀態(tài)是不會改變的,也就是保持原有的運動狀態(tài)不變,原來靜止的物體仍保持靜止,原來運動的物體仍保持勻速直線運動。本題選項A和B,在不知原先運動狀態(tài)的情況下,就下結論顯然是錯誤的;物體運動是不需要力來維持的,選項D錯誤;如果物體運動

10、狀態(tài)發(fā)生改變,那一定是力的作用產生的效果,因此物體一定受到了力的作用,選項C正確。,,類型一,類型二,類型三,類型四,答案:C 題后反思力不是維持物體運動的原因,而是改變物體運動狀態(tài)的原因。要克服生活中一些錯誤的直覺印象,建立正確的思維習慣。,類型一,類型二,類型三,類型四,【例題2】 如圖所示,理想實驗有時更能深刻地反映自然規(guī)律,伽利略設想的理想實驗中的幾個主要步驟如下: ①減小第二個斜面的傾角,小球在這斜面上仍然要達到原來的高度 ②兩個對接的斜面,讓靜止的小球沿一個斜面滾下,小球將滾上另一個斜面 ③如果沒有摩擦,小球將上升到原來釋放時的高度 ④繼續(xù)減小第二個斜面的傾角,最后使它成水平面,小

11、球要沿水平面做持續(xù)的勻速運動 在上述的步驟中,有的屬于可靠的事實,有的則是理想化的推論,下列關于事實和推論的分類正確的是( ),類型一,類型二,類型三,類型四,A.①是事實,②③④是推論 B.②是事實,①③④是推論 C.③是事實,①②④是推論 D.④是事實,①②③是推論 解析:對于對接的斜面,小球從一個斜面滾下將滾上另一個斜面,這是人所共知的事實,即②是事實;而在實際中,光滑的斜面是不存在的,因此①③④是推論。 答案:B 題后反思伽利略的理想實驗與科學推理巧妙地結合,推翻了亞里士多德的錯誤觀點,為科學研究創(chuàng)立了偉大的思想方法,揭示了慣性是維持物體運動的原因,而力是改變物體運動狀態(tài)的原因。,,,

12、,類型一,類型二,類型三,類型四,【例題3】 關于物體的慣性,下述說法正確的是( ) A.運動速度大的物體不能很快地停下來,是因為物體速度越大,慣性也越大 B.靜止的火車啟動時,速度變化慢,是因為靜止的物體慣性大的緣故 C.乒乓球可以快速抽殺,是因為乒乓球慣性小 D.在嫦娥二號中的物體不存在慣性 解析:慣性的大小僅由質量來確定,與物體的速度無關,選項A錯誤;火車難以啟動,是因為火車質量很大,慣性很大的緣故,選項B錯誤;乒乓球質量較小,慣性小,所以運動狀態(tài)容易改變,可以快速抽殺,選項C正確;任何物體都具有慣性,與物體所在的位置無關,選項D錯誤。 答案:C,,,類型一,類型二,類型三,類型四,題后

13、反思慣性只與物體的質量有關,與物體的受力情況、速度、位置等無關。,類型一,類型二,類型三,類型四,【例題4】 如圖所示,一個劈形物體A的各面均光滑,放在固定的斜面上,上表面水平,在上表面放一個光滑小球。劈形物體由靜止開始釋放,則小球在碰到斜面前的運動軌跡是 ( ) A.沿斜面向下的直線 B.豎直向下的直線 C.無規(guī)則的曲線 D.拋物線 點撥:根據牛頓第一定律知道,力是改變物體運動狀態(tài)的原因。如果物體在某個方向不受力,則此方向物體的運動狀態(tài)就不會改變。,,類型一,類型二,類型三,類型四,解析:對小球進行受力分析可知,小球在與斜面相碰之前,受到重力和A的支持力,而這兩個力都在豎直方向上,水平方向上球并沒有受到力的作用,故水平方向上小球不會發(fā)生運動,所以其軌跡為豎直向下的直線。 答案:B 題后反思牛頓第一定律揭示的是物體在不受力時所處的運動狀態(tài):靜止或勻速直線運動。力是改變物體運動狀態(tài)的原因。,,,