共1課時
1牛頓第一定理中學(xué)數(shù)學(xué)人教2003課標(biāo)版
1教學(xué)目標(biāo)
教學(xué)目標(biāo)：
知識與技能
1．曉得伽利略的理想實(shí)驗及其主要推理過程和結(jié)論，曉得理想實(shí)驗是科學(xué)研究的重要方式．
2．理解牛頓第一定理的內(nèi)容及意義．
3．曉得哪些是慣性，會正確地解釋有關(guān)慣性的現(xiàn)象．
過程與技巧
1．觀察生活中的慣性現(xiàn)象，了解力和運(yùn)動的關(guān)系．
2．通過實(shí)驗加探對牛頓第一定理的理解．
3．理解理想實(shí)驗是科學(xué)研究的重要技巧．
情感心態(tài)與價值觀
1．通過伽利略和亞里士多德對力和運(yùn)動關(guān)系的不同認(rèn)識，了解人類認(rèn)識事物本質(zhì)的坎坷性．
2．感受科學(xué)是人類進(jìn)步的不竭動力．
2課時安排
2課時
3重點(diǎn)難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：
教學(xué)重點(diǎn)
1．對牛頓第一運(yùn)動定理和慣性的正確理解．
2．科學(xué)思想的構(gòu)建過程．
教學(xué)難點(diǎn)
1．力和運(yùn)動的關(guān)系．
2．慣性和質(zhì)量的關(guān)系．
4教學(xué)方式
探究、講授、討論、練習(xí)
5教具打算
多媒體教案、小車、小球、毛巾、玻璃板、斜槽、刻度尺、木塊、氣墊滑軌、滑塊、氣墊滑軌裝置、伽利略針和單擺實(shí)驗裝置．
6教學(xué)過程6.1第一學(xué)時教學(xué)活動活動1【導(dǎo)入】4.1牛頓第一定理
做實(shí)驗引入力和運(yùn)動的關(guān)系，引起中學(xué)生的思索．
[參考實(shí)驗]在講臺上放一輛貨車牛頓第一定律視頻單擺，使它處于靜止狀態(tài)．
師：如何能夠讓貨車運(yùn)動上去呢?
生：要使勁去推它．
師：從這個反例很容易得到：物體要運(yùn)動，須要對它施加力的作用，這么力和運(yùn)動之間關(guān)系怎么呢?本節(jié)課我們就來探究這個問題．
[新課教學(xué)]
承接剛剛的實(shí)驗現(xiàn)象，演示當(dāng)物體不再受手的推力時，物體停止運(yùn)動．
師：靜止在水平面上的物體，使勁去推，物體由靜止變?yōu)檫\(yùn)動；一段時間后撤除該力，物體的運(yùn)動狀態(tài)又怎樣?
生：一段時間后撤出該力時，物體速率越來越慢，最終停下．
師：按照以上的反例，思索“運(yùn)動一定須要力來維持嗎”．
生l：須要．由于使勁推物體它能夠運(yùn)動，而撤出了這個力物體最終會停下，所以，運(yùn)動必須使勁來維持．
生2：不一定，根據(jù)生1的說法，運(yùn)動一定須要力來維持的話，撤出了力，物體應(yīng)當(dāng)立即停下才對．
生3：比如在空中飛行的籃球，早已不再遭到腳的斥力，但依然往前運(yùn)動，因而“物體的運(yùn)動不一定須要力的作用”．
師：相同條件下空中飛行的籃球比地滾球運(yùn)動的距離要長好多，地滾球為何運(yùn)動一會兒就停止呢?
生：由于遭到阻力．
師：假如沒有阻力的作用，籃球?qū)绾芜\(yùn)動?
生：將不會減速．
師：(鼓勵)挺好，如今我們看一個實(shí)驗．
實(shí)驗演示：讓一個小球從斜面上滑下，斜面末端分別放浴巾、木板和玻璃板，讓中學(xué)生仔細(xì)觀察實(shí)驗現(xiàn)象．
師：仔細(xì)觀察實(shí)驗現(xiàn)象并得出推論．
生1：實(shí)驗現(xiàn)象是當(dāng)斜面末端的接觸面越光滑，小球滑動的距離越遠(yuǎn)．
生2：說明磨擦力是制約物體運(yùn)動的緣由，由于磨擦力的存在使物體運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生了變化．
師：假如沒有磨擦力的作用，小球又將會如何運(yùn)動呢?你們大膽猜測一下．
生l：不好預(yù)測，由于沒有磨擦力這些情況不可能存在．
生2：假如沒有磨擦力的作用，物體將永遠(yuǎn)運(yùn)動下去．
師：現(xiàn)今就讓我們順著歷史的足跡看一下化學(xué)學(xué)的先知們是怎么一步步從黑暗邁向光明的．
活動2【講授】4.1牛頓第一定理
一、理想實(shí)驗的魅力
演示多媒體教案
首先是亞里士多德的錯誤觀點(diǎn)：必須有力作用在物體上，物體才才能運(yùn)動；沒有力的作用，物體就要靜止在一個地方．接著演示伽利略是怎樣借助理想實(shí)驗批駁伽利略錯誤的觀點(diǎn)的．
師：伽利略對于“運(yùn)動與力的關(guān)系”，構(gòu)思出如圖4—1—1所示的“理想實(shí)驗”．將軌道彎曲成曲線ABC的形狀，在軌道的一邊釋放一顆小球，倘若不存在磨擦力，小球?qū)⑸仙侥抢?
生：不存在磨擦力的話，小球?qū)⑸仙脚cA點(diǎn)相同高度的C點(diǎn)．
師：下邊我們通過動漫模擬驗證朋友們的說法，
動漫模擬
師：若將軌道的夾角增大，彎曲成曲線ABD或曲線ABE，小球最高將上升到那個位置?路程是減小還是減少?
生：同樣上升到與A點(diǎn)同高度的D點(diǎn)或正點(diǎn)，路程減小了．
師：如果將軌道彎曲成兩側(cè)水平及曲線ABF的形狀，這時會發(fā)生哪些情況呢?
生：因為BF是水平的，小球就再也達(dá)不到原先的高度，假若不存在磨擦力，將永遠(yuǎn)運(yùn)動下去．
師：下邊我們通過動漫模擬驗證朋友們的說法。
動漫模擬、驗證中學(xué)生的看法
師：伽利略依據(jù)“理想實(shí)驗”斷言：小球應(yīng)當(dāng)以恒定的速度永遠(yuǎn)運(yùn)動下去．由此可推論，在水平面上做勻速運(yùn)動的物體并不須要用外力采維持．
師：理想實(shí)驗，是科學(xué)研究中的一種重要的技巧．它突出了事物的本質(zhì)特點(diǎn)，能達(dá)到現(xiàn)實(shí)科學(xué)實(shí)驗難以達(dá)到的極其簡化和純化的程度．它除了可以充分發(fā)揮理智思維的邏輯力量，還可以讓思維趕超當(dāng)時的科學(xué)技術(shù)水平，在想像的寬廣天地里自由馳騁．
演示實(shí)驗：把滑塊放在氣墊滑軌里面，調(diào)整氣墊滑軌水平，滑塊與滑軌間產(chǎn)生氣層，因而使滑塊與滑軌間的磨擦顯得很小，推一下滑塊，讓中學(xué)生觀察滑塊的運(yùn)動是哪些運(yùn)動．
師：滑塊的運(yùn)動是哪些運(yùn)動?
生：近似勻速直線運(yùn)動．
師：伽利略的發(fā)覺以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方式是人類思想史上最偉大的成就之一，并且標(biāo)志著化學(xué)學(xué)的真正的開端．這個發(fā)覺告訴我們，按照直接觀察所得出的直覺的推論不是經(jīng)常可靠的，由于它們有時侯會引到錯誤的線索起來。
[知識拓展]
可以用多媒體演示伽利略的另外一個理想實(shí)驗：參考實(shí)驗案例．
多媒體演示：
伽利略針和單擺實(shí)驗：伽利略曼修道院內(nèi)燈具搔動的啟發(fā)．運(yùn)用邏輯思維的方陸進(jìn)行剖析，得出了與亞里士多德不同的力與運(yùn)動的關(guān)系的推論．在如圖4—1—2所示的裝置中，將擺球拉到一邊，由靜止開始釋放小球，擺球會擺到另一邊，用水平長尺標(biāo)記其高度，用一報針多次改變．小球的懸點(diǎn)，重復(fù)實(shí)驗．在當(dāng)時的檢測條件下．伽利略得出的推論是：擺球能上升到原先的高度．這個實(shí)驗后來被稱為“伽利略針和單擺實(shí)驗”．
師：伽利略同時代的波蘭科學(xué)家笛卡兒補(bǔ)充和建立了伽利略的觀點(diǎn)，明晰強(qiáng)調(diào)：除非物體遭到外力的作用，物體將永遠(yuǎn)保持其靜止或運(yùn)動狀態(tài)．永遠(yuǎn)不會使自己沿曲線運(yùn)動．面只保持在直線上運(yùn)動．他還覺得，這應(yīng)當(dāng)作為一個原理加以確立，而且是人類整個自然觀的基礎(chǔ)
二、牛頓數(shù)學(xué)學(xué)的基石——牛頓第一定理
師：伽利略對物體不受外力時的運(yùn)動作了確切的描述，但他并沒有明晰強(qiáng)調(diào)運(yùn)動和力之間的關(guān)系是哪些．笛卡兒在伽利略的基礎(chǔ)上更近了一步，更為接近真理．牛頓在前人工作的基礎(chǔ)上，按照自己的研究，系統(tǒng)地總結(jié)了力和運(yùn)動的關(guān)系，于1687年發(fā)表了他的專著——《自然哲學(xué)的物理原理》，提出了三條運(yùn)動定理，奠定了精典熱學(xué)的基礎(chǔ)．其中，牛頓第一定理的內(nèi)容是：
一切物體總保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直至有外力促使它改變這些狀態(tài)為止．
師：既然牛頓第一定理是最健全的，這么它從幾個方面論述了力和運(yùn)動的關(guān)系?
組織中學(xué)生進(jìn)行討論．
生：兩個方面：不受力時，物體保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)；受力時，力促使它改變運(yùn)動狀態(tài)．
師：哪些叫運(yùn)動狀態(tài)的改變?
生：速率的大小和方向的改變稱之為運(yùn)動狀態(tài)的改變．
師：牛頓第一定理可不可以用實(shí)驗來驗證?哪些時侯可以看作不受力并舉例說明．
生：不能．由于不受力作用的物體是不存在的．當(dāng)物體受力但所受合力為零時可以看作物體不受力．例如：湖面上滑動的冰塊、冰壺球．
師：一切物體都有保持原先勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，稱作慣性；所以牛頓第一定理又稱作慣性定理．
師：闡述慣性定理和慣性的區(qū)別和聯(lián)系．
生：慣性定理是物體不受外力作用時所遵照的運(yùn)動規(guī)律．慣性是物體的固有屬性，一切物體都有慣性．
師：慣性能解釋日常生活中的許多現(xiàn)象．比如：當(dāng)車輛啟動時，車上的旅客會向后傾斜，為何?
生：由于車輛早已開始前進(jìn)，旅客的下半身遭到車輛的作用而隨車前進(jìn)，因為慣性的作用，其上半身一直保持靜止?fàn)顟B(tài)，所以車上的旅客會向后傾斜．
師：當(dāng)車輛制動時，車上的旅客會往前傾斜，為何?
生：由于車輛制動時，旅客的下半身遭到車輛的作用而隨車減速，因為慣性的作用，其上半身一直保持原先的速率前進(jìn)，所以車上的旅客會往前傾斜．
(課堂交流)
師：現(xiàn)代車輛中，一般有安全帶、安全氣簾和頭枕等設(shè)備，從慣性的角度說明它們有哪些作用．
參考答案：當(dāng)緊急制動時，車其實(shí)停下了，人卻因慣性一直往前，而安全帶、安全氣簾和頭枕等設(shè)備會給人阻力，保護(hù)人的安全和降低傷害．
師：從牛頓第一定理知，物體都要保持它們原先的勻速直線運(yùn)動或靜止?fàn)顟B(tài)，或則說，它們都具有抵抗運(yùn)動狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”，這些“本領(lǐng)”與哪些誘因有關(guān)呢?
[課堂訓(xùn)練]
(1)一切物體總保持狀態(tài)或狀態(tài)，直至有促使它改變這些狀態(tài)為止．
(2)物體保持的性質(zhì)稱作慣性．慣性是物體的，與物體的運(yùn)動情況或受力情況
(3)伽利略的理想實(shí)驗說明了．
答案：(1)勻速直線運(yùn)動靜止外力
(2)勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)固有屬性無關(guān)
(3)力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的誘因
三、慣性與質(zhì)量
師：運(yùn)動的列車比運(yùn)動的單車停出來要困難得多，可見物體的慣性即保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的本領(lǐng)，它與物體的質(zhì)量有關(guān)，有哪些關(guān)系呢?
生1：物體的慣性與質(zhì)量有關(guān)，與物體的速率有關(guān)，例如運(yùn)動的車輛，質(zhì)量越大，速率越快，要停出來就越困難．
生2：昨天這位朋友說的不對，物體的慣性與速率無關(guān)，由于慣性是指物體保持原先勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)．車輛的慣性的大小，是看它保持靜止或保持某一速率的能力的大小．只要速率有所改變，運(yùn)動狀態(tài)就改變了，并不一定要從運(yùn)動到靜止．
師：討論、總結(jié)一下慣性的特性．
中學(xué)生進(jìn)行討論后總結(jié)．
生：一切物體都有慣性，在任何狀態(tài)下都有慣性；慣性是物體的固有性質(zhì)；物體的慣性的大小只與質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，慣性越大，運(yùn)動狀態(tài)越無法改變；質(zhì)量越小，慣性越小牛頓第一定律視頻單擺，運(yùn)動狀態(tài)越容易改變；慣性的大小只與質(zhì)量有關(guān)，與其他誘因無關(guān)．
[課堂訓(xùn)練]
在路上跑的人被撞倒時是往前趴著倒下，而慢走的人摔倒時，則大多數(shù)是后仰著地倒地，試闡述其緣由．
解析：這是因為人在跑的時侯人的重心在人的整體的前方，當(dāng)人的腳碰到障礙物以后，因為慣性的誘因使其上半身繼續(xù)往前運(yùn)動，容易往前趴；而慢走的人因為重心在整個身體的前面，所以常常后仰著地倒地．
[小結(jié)]
通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，我們曉得了：
(1)歷史上幾位科學(xué)家對力和運(yùn)動關(guān)系的想法和研究．
(2)伽利略得到力和運(yùn)動關(guān)系的研究方式．
(3)牛頓第一定理的內(nèi)容．
(4)慣性及應(yīng)用慣性知識解決實(shí)際問題的方式．
活動3【練習(xí)】4.1牛頓第一定理
1．關(guān)于牛頓第一定理，下述說法正確的是………………………()
A.牛頓第一定理是一條實(shí)驗定理
B.牛頓第一定理說明力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的誘因
C．慣性定理和慣性的實(shí)質(zhì)是相同的
D．物體的運(yùn)動不須要力來維持
2．一個物體保持靜止或勻速運(yùn)動狀態(tài)不變，這是由于…………………()
A.物體一定沒有遭到任何力B．物體一定遭到兩個平衡力作用
C．物體所受合力一定為零D．物體可能遭到兩個平衡力作用
3．下述關(guān)于慣性的說法中，正確的是……………………………………()
A．人走路時沒有慣性，被撞倒時有慣性
B．百米賽挪到終點(diǎn)時不能立刻停下是因為慣性，停下時就沒有慣性了
C.物體沒有受外力作用時有慣性，受外力作用后慣性被克服了
D．物體的慣性與物體的運(yùn)動狀態(tài)及受力情況均無關(guān)
4．有人構(gòu)想，搭乘汽球飄在高空，因為月球的自轉(zhuǎn)，一晝夜才能游歷世界．請你評價一下，這個構(gòu)想可行嗎?
參考答案
1．答案：BD
解析：牛頓第一定理是物體在理想情況下的運(yùn)動規(guī)律，反映的是物體在不受外力情況下所遵守的運(yùn)動規(guī)律，而自然界不受力的物體是不存在的，所以A是錯誤的．慣性是物體保持原先運(yùn)動狀態(tài)不變的一種性質(zhì)，慣性定理(即牛頓第一定理)則反映的是物體在一定情況下的運(yùn)動規(guī)律，所以C錯誤．由牛頓第一定理知，物體的運(yùn)動不須要力來維持，但改變物體的運(yùn)動狀態(tài)則必須有力的作用．
2．答案：CD
解析：物體不受任何力的狀態(tài)是不存在的，物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動時所受的合力一定為零，可能是兩個力，也可能是多個力．
3．答案：D
解析：慣性是物體的固有屬性，與其內(nèi)在誘因即質(zhì)量有關(guān)，與受力與否及運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)．一切物體都有慣性，質(zhì)量是物體慣性大小的量度，靜止物體的慣性是保持靜止，勻速運(yùn)動的物體的慣性是保持其速率不變．當(dāng)物體在外力作用下運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化時，只要其質(zhì)量不變，其慣性大小不發(fā)生變化．
4．解析：由于月球上的一切物體(包括月球周圍的大氣)都隨著月球一起在自轉(zhuǎn)，汽球升空后，因為慣性，它仍保持原先的自轉(zhuǎn)速率．當(dāng)忽視其他與月球有相對運(yùn)動(如風(fēng))的作用形成的影響時，升空的汽球與它下方的地面處于相對靜止的狀態(tài)，不可能使它相對月球繞行一周的．
作業(yè)：
1牛頓第一定理
課時設(shè)計課堂實(shí)錄
1牛頓第一定理
1第一學(xué)時教學(xué)活動活動1【導(dǎo)入】4.1牛頓第一定理
做實(shí)驗引入力和運(yùn)動的關(guān)系，引起中學(xué)生的思索．
[參考實(shí)驗]在講臺上放一輛貨車，使它處于靜止?fàn)顟B(tài)．
師：如何能夠讓貨車運(yùn)動上去呢?
生：要使勁去推它．
師：從這個反例很容易得到：物體要運(yùn)動，須要對它施加力的作用，這么力和運(yùn)動之間關(guān)系怎么呢?本節(jié)課我們就來探究這個問題．
[新課教學(xué)]
承接剛剛的實(shí)驗現(xiàn)象，演示當(dāng)物體不再受手的推力時，物體停止運(yùn)動．
師：靜止在水平面上的物體，使勁去推，物體由靜止變?yōu)檫\(yùn)動；一段時間后撤除該力，物體的運(yùn)動狀態(tài)又怎樣?
生：一段時間后撤出該力時，物體速率越來越慢，最終停下．
師：按照以上的反例，思索“運(yùn)動一定須要力來維持嗎”．
生l：須要．由于使勁推物體它能夠運(yùn)動，而撤出了這個力物體最終會停下，所以，運(yùn)動必須使勁來維持．
生2：不一定，根據(jù)生1的說法，運(yùn)動一定須要力來維持的話，撤出了力，物體應(yīng)當(dāng)立即停下才對．
生3：比如在空中飛行的籃球，早已不再遭到腳的斥力，但依然往前運(yùn)動，因而“物體的運(yùn)動不一定須要力的作用”．
師：相同條件下空中飛行的籃球比地滾球運(yùn)動的距離要長好多，地滾球為何運(yùn)動一會兒就停止呢?
生：由于遭到阻力．
師：假如沒有阻力的作用，籃球?qū)绾芜\(yùn)動?
生：將不會減速．
師：(鼓勵)挺好，如今我們看一個實(shí)驗．
實(shí)驗演示：讓一個小球從斜面上滑下，斜面末端分別放浴巾、木板和玻璃板，讓中學(xué)生仔細(xì)觀察實(shí)驗現(xiàn)象．
師：仔細(xì)觀察實(shí)驗現(xiàn)象并得出推論．
生1：實(shí)驗現(xiàn)象是當(dāng)斜面末端的接觸面越光滑，小球滑動的距離越遠(yuǎn)．
生2：說明磨擦力是制約物體運(yùn)動的緣由，由于磨擦力的存在使物體運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生了變化．
師：假如沒有磨擦力的作用，小球又將會如何運(yùn)動呢?你們大膽猜測一下．
生l：不好預(yù)測，由于沒有磨擦力這些情況不可能存在．
生2：假如沒有磨擦力的作用，物體將永遠(yuǎn)運(yùn)動下去．
師：現(xiàn)今就讓我們順著歷史的足跡看一下化學(xué)學(xué)的先知們是怎么一步步從黑暗邁向光明的．
活動2【講授】4.1牛頓第一定理
一、理想實(shí)驗的魅力
演示多媒體教案
首先是亞里士多德的錯誤觀點(diǎn)：必須有力作用在物體上，物體才才能運(yùn)動；沒有力的作用，物體就要靜止在一個地方．接著演示伽利略是怎樣借助理想實(shí)驗批駁伽利略錯誤的觀點(diǎn)的．
師：伽利略對于“運(yùn)動與力的關(guān)系”，構(gòu)思出如圖4—1—1所示的“理想實(shí)驗”．將軌道彎曲成曲線ABC的形狀，在軌道的一邊釋放一顆小球，倘若不存在磨擦力，小球?qū)⑸仙侥抢?
生：不存在磨擦力的話，小球?qū)⑸仙脚cA點(diǎn)相同高度的C點(diǎn)．
師：下邊我們通過動漫模擬驗證朋友們的說法，
動漫模擬
師：若將軌道的夾角增大，彎曲成曲線ABD或曲線ABE，小球最高將上升到那個位置?路程是減小還是減少?
生：同樣上升到與A點(diǎn)同高度的D點(diǎn)或正點(diǎn)，路程減小了．
師：如果將軌道彎曲成兩側(cè)水平及曲線ABF的形狀，這時會發(fā)生哪些情況呢?
生：因為BF是水平的，小球就再也達(dá)不到原先的高度，假若不存在磨擦力，將永遠(yuǎn)運(yùn)動下去．
師：下邊我們通過動漫模擬驗證朋友們的說法。
動漫模擬、驗證中學(xué)生的看法
師：伽利略依據(jù)“理想實(shí)驗”斷言：小球應(yīng)當(dāng)以恒定的速度永遠(yuǎn)運(yùn)動下去．由此可推論，在水平面上做勻速運(yùn)動的物體并不須要用外力采維持．
師：理想實(shí)驗，是科學(xué)研究中的一種重要的技巧．它突出了事物的本質(zhì)特點(diǎn)，能達(dá)到現(xiàn)實(shí)科學(xué)實(shí)驗難以達(dá)到的極其簡化和純化的程度．它除了可以充分發(fā)揮理智思維的邏輯力量，還可以讓思維趕超當(dāng)時的科學(xué)技術(shù)水平，在想像的寬廣天地里自由馳騁．
演示實(shí)驗：把滑塊放在氣墊滑軌里面，調(diào)整氣墊滑軌水平，滑塊與滑軌間產(chǎn)生氣層，因而使滑塊與滑軌間的磨擦顯得很小，推一下滑塊，讓中學(xué)生觀察滑塊的運(yùn)動是哪些運(yùn)動．
師：滑塊的運(yùn)動是哪些運(yùn)動?
生：近似勻速直線運(yùn)動．
師：伽利略的發(fā)覺以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方式是人類思想史上最偉大的成就之一，并且標(biāo)志著化學(xué)學(xué)的真正的開端．這個發(fā)覺告訴我們，按照直接觀察所得出的直覺的推論不是經(jīng)常可靠的，由于它們有時侯會引到錯誤的線索起來。
[知識拓展]
可以用多媒體演示伽利略的另外一個理想實(shí)驗：參考實(shí)驗案例．
多媒體演示：
伽利略針和單擺實(shí)驗：伽利略曼修道院內(nèi)燈具搔動的啟發(fā)．運(yùn)用邏輯思維的方陸進(jìn)行剖析，得出了與亞里士多德不同的力與運(yùn)動的關(guān)系的推論．在如圖4—1—2所示的裝置中，將擺球拉到一邊，由靜止開始釋放小球，擺球會擺到另一邊，用水平長尺標(biāo)記其高度，用一報針多次改變．小球的懸點(diǎn)，重復(fù)實(shí)驗．在當(dāng)時的檢測條件下．伽利略得出的推論是：擺球能上升到原先的高度．這個實(shí)驗后來被稱為“伽利略針和單擺實(shí)驗”．
師：伽利略同時代的波蘭科學(xué)家笛卡兒補(bǔ)充和建立了伽利略的觀點(diǎn)，明晰強(qiáng)調(diào)：除非物體遭到外力的作用，物體將永遠(yuǎn)保持其靜止或運(yùn)動狀態(tài)．永遠(yuǎn)不會使自己沿曲線運(yùn)動．面只保持在直線上運(yùn)動．他還覺得，這應(yīng)當(dāng)作為一個原理加以確立，而且是人類整個自然觀的基礎(chǔ)
二、牛頓數(shù)學(xué)學(xué)的基石——牛頓第一定理
師：伽利略對物體不受外力時的運(yùn)動作了確切的描述，但他并沒有明晰強(qiáng)調(diào)運(yùn)動和力之間的關(guān)系是哪些．笛卡兒在伽利略的基礎(chǔ)上更近了一步，更為接近真理．牛頓在前人工作的基礎(chǔ)上，按照自己的研究，系統(tǒng)地總結(jié)了力和運(yùn)動的關(guān)系，于1687年發(fā)表了他的專著——《自然哲學(xué)的物理原理》，提出了三條運(yùn)動定理，奠定了精典熱學(xué)的基礎(chǔ)．其中，牛頓第一定理的內(nèi)容是：
一切物體總保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直至有外力促使它改變這些狀態(tài)為止．
師：既然牛頓第一定理是最健全的，這么它從幾個方面論述了力和運(yùn)動的關(guān)系?
組織中學(xué)生進(jìn)行討論．
生：兩個方面：不受力時，物體保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)；受力時，力促使它改變運(yùn)動狀態(tài)．
師：哪些叫運(yùn)動狀態(tài)的改變?
生：速率的大小和方向的改變稱之為運(yùn)動狀態(tài)的改變．
師：牛頓第一定理可不可以用實(shí)驗來驗證?哪些時侯可以看作不受力并舉例說明．
生：不能．由于不受力作用的物體是不存在的．當(dāng)物體受力但所受合力為零時可以看作物體不受力．例如：湖面上滑動的冰塊、冰壺球．
師：一切物體都有保持原先勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，稱作慣性；所以牛頓第一定理又稱作慣性定理．
師：闡述慣性定理和慣性的區(qū)別和聯(lián)系．
生：慣性定理是物體不受外力作用時所遵照的運(yùn)動規(guī)律．慣性是物體的固有屬性，一切物體都有慣性．
師：慣性能解釋日常生活中的許多現(xiàn)象．比如：當(dāng)車輛啟動時，車上的旅客會向后傾斜，為何?
生：由于車輛早已開始前進(jìn)，旅客的下半身遭到車輛的作用而隨車前進(jìn)，因為慣性的作用，其上半身一直保持靜止?fàn)顟B(tài)，所以車上的旅客會向后傾斜．
師：當(dāng)車輛制動時，車上的旅客會往前傾斜，為何?
生：由于車輛制動時，旅客的下半身遭到車輛的作用而隨車減速，因為慣性的作用，其上半身一直保持原先的速率前進(jìn)，所以車上的旅客會往前傾斜．
(課堂交流)
師：現(xiàn)代車輛中，一般有安全帶、安全氣簾和頭枕等設(shè)備，從慣性的角度說明它們有哪些作用．
參考答案：當(dāng)緊急制動時，車其實(shí)停下了，人卻因慣性一直往前，而安全帶、安全氣簾和頭枕等設(shè)備會給人阻力，保護(hù)人的安全和降低傷害．
師：從牛頓第一定理知，物體都要保持它們原先的勻速直線運(yùn)動或靜止?fàn)顟B(tài)，或則說，它們都具有抵抗運(yùn)動狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”，這些“本領(lǐng)”與哪些誘因有關(guān)呢?
[課堂訓(xùn)練]
(1)一切物體總保持狀態(tài)或狀態(tài)，直至有促使它改變這些狀態(tài)為止．
(2)物體保持的性質(zhì)稱作慣性．慣性是物體的，與物體的運(yùn)動情況或受力情況
(3)伽利略的理想實(shí)驗說明了．
答案：(1)勻速直線運(yùn)動靜止外力
(2)勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)固有屬性無關(guān)
(3)力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的誘因
三、慣性與質(zhì)量
師：運(yùn)動的列車比運(yùn)動的單車停出來要困難得多，可見物體的慣性即保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的本領(lǐng)，它與物體的質(zhì)量有關(guān)，有哪些關(guān)系呢?
生1：物體的慣性與質(zhì)量有關(guān)，與物體的速率有關(guān)，例如運(yùn)動的車輛，質(zhì)量越大，速率越快，要停出來就越困難．
生2：昨天這位朋友說的不對，物體的慣性與速率無關(guān)，由于慣性是指物體保持原先勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)．車輛的慣性的大小，是看它保持靜止或保持某一速率的能力的大小．只要速率有所改變，運(yùn)動狀態(tài)就改變了，并不一定要從運(yùn)動到靜止．
師：討論、總結(jié)一下慣性的特性．
中學(xué)生進(jìn)行討論后總結(jié)．
生：一切物體都有慣性，在任何狀態(tài)下都有慣性；慣性是物體的固有性質(zhì)；物體的慣性的大小只與質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，慣性越大，運(yùn)動狀態(tài)越無法改變；質(zhì)量越小，慣性越小，運(yùn)動狀態(tài)越容易改變；慣性的大小只與質(zhì)量有關(guān)，與其他誘因無關(guān)．
[課堂訓(xùn)練]
在路上跑的人被撞倒時是往前趴著倒下，而慢走的人摔倒時，則大多數(shù)是后仰著地倒地，試闡述其緣由．
解析：這是因為人在跑的時侯人的重心在人的整體的前方，當(dāng)人的腳碰到障礙物以后，因為慣性的誘因使其上半身繼續(xù)往前運(yùn)動，容易往前趴；而慢走的人因為重心在整個身體的前面，所以常常后仰著地倒地．
[小結(jié)]
通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，我們曉得了：
(1)歷史上幾位科學(xué)家對力和運(yùn)動關(guān)系的想法和研究．
(2)伽利略得到力和運(yùn)動關(guān)系的研究方式．
(3)牛頓第一定理的內(nèi)容．
(4)慣性及應(yīng)用慣性知識解決實(shí)際問題的方式．
活動3【練習(xí)】4.1牛頓第一定理
1．關(guān)于牛頓第一定理，下述說法正確的是………………………()
A.牛頓第一定理是一條實(shí)驗定理
B.牛頓第一定理說明力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的誘因
C．慣性定理和慣性的實(shí)質(zhì)是相同的
D．物體的運(yùn)動不須要力來維持
2．一個物體保持靜止或勻速運(yùn)動狀態(tài)不變，這是由于…………………()
A.物體一定沒有遭到任何力B．物體一定遭到兩個平衡力作用
C．物體所受合力一定為零D．物體可能遭到兩個平衡力作用
3．下述關(guān)于慣性的說法中，正確的是……………………………………()
A．人走路時沒有慣性，被撞倒時有慣性
B．百米賽挪到終點(diǎn)時不能立刻停下是因為慣性，停下時就沒有慣性了
C.物體沒有受外力作用時有慣性，受外力作用后慣性被克服了
D．物體的慣性與物體的運(yùn)動狀態(tài)及受力情況均無關(guān)
4．有人構(gòu)想，搭乘汽球飄在高空，因為月球的自轉(zhuǎn)，一晝夜才能游歷世界．請你評價一下，這個構(gòu)想可行嗎?
參考答案
1．答案：BD
解析：牛頓第一定理是物體在理想情況下的運(yùn)動規(guī)律，反映的是物體在不受外力情況下所遵守的運(yùn)動規(guī)律，而自然界不受力的物體是不存在的，所以A是錯誤的．慣性是物體保持原先運(yùn)動狀態(tài)不變的一種性質(zhì)，慣性定理(即牛頓第一定理)則反映的是物體在一定情況下的運(yùn)動規(guī)律，所以C錯誤．由牛頓第一定理知，物體的運(yùn)動不須要力來維持，但改變物體的運(yùn)動狀態(tài)則必須有力的作用．
2．答案：CD
解析：物體不受任何力的狀態(tài)是不存在的，物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動時所受的合力一定為零，可能是兩個力，也可能是多個力．
3．答案：D
解析：慣性是物體的固有屬性，與其內(nèi)在誘因即質(zhì)量有關(guān)，與受力與否及運(yùn)動狀態(tài)無關(guān)．一切物體都有慣性，質(zhì)量是物體慣性大小的量度，靜止物體的慣性是保持靜止，勻速運(yùn)動的物體的慣性是保持其速率不變．當(dāng)物體在外力作用下運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化時，只要其質(zhì)量不變，其慣性大小不發(fā)生變化．
4．解析：由于月球上的一切物體(包括月球周圍的大氣)都隨著月球一起在自轉(zhuǎn)，汽球升空后，因為慣性，它仍保持原先的自轉(zhuǎn)速率．當(dāng)忽視其他與月球有相對運(yùn)動(如風(fēng))的作用形成的影響時，升空的汽球與它下方的地面處于相對靜止的狀態(tài)，不可能使它相對月球繞行一周的．
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