4.1 伽利略的理想实验与牛顿第一定律 学案（粤教版必修1）

4.1 伽利略的理想实验与牛顿第一定律 学案（粤教版必修1）

1．所谓理想实验，又叫__________，它是人们在思想中塑造的一种理想过程．
2．牛顿第一定律的内容： ___________________________________________________.
3．物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫______．惯性是物体本身具有的一种属性，与物体所处的运动状态______．______是惯性的唯一量度．物体的______越大，惯性越大；______越小，惯性越小．
思考　我们经常提到物体处于什么运动状态或物体的运动状态发生了改变等，那么描述物体运动的几个物理量中哪一个是描述物体运动状态的标志呢？

一、伽利略的理想实验
[要点提炼]
1．亚里士多德的观点
古希腊哲学家亚里士多德根据一些经验认为力是______物体运动的原因．直到17世纪，意大利著名物理学家伽利略，根据“理想实验”打破了凭直觉得出的力是______物体运动的原因这一错误观点对人们的束缚．
2．理想实验：如图1甲所示，让小球沿一个斜面从静止滚下来，小球将滚上另一个斜面．如果没有摩擦，小球将____________________．

图1
如果将斜面倾角变小，如图乙所示，小球在这个斜面上达到原来的高度就要通过更长的路程．
继续减小斜面的倾角，如图丙所示，使它最终成为水平面，小球就再也达不到原来的高度，__________________________________.
3．伽利略的结论：力不是维持物体运动的原因．
4．实验意义：伽利略理想实验将可靠的事实和理论思维结合起来，其思维过程采用了“________――设计思路――推断结论”的方式．
[问题延伸]
1．静止是不是一种特殊的运动状态？
　
2．你认为下列情况中物体的运动状态是否改变？
a．汽车由静止到开始运行．
b．汽车沿着笔直的公路跑的越来越快了．
c．汽车沿着笔直的公路跑的越来越慢了．
d．汽车没有减速但拐了一个弯．
e．汽车一边减速一边拐弯
　
二、牛顿物理学的基石――惯性定律
[问题情境]
我们可以轻松地把一个石子拿起并扔远，但要拿起并扔远一个10 kg的铅球，却很费力．你说为什么？
　
　
[要点提炼]
1．对牛顿第一定律的理解
(1)物体不受外力时所处的状态是静止或匀速直线运动状态．
(2)物体运动状态的改变是因为受到力，力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因．
(3)一切物体都具有保持原来运动状态的特性――惯性．
2．对惯性的理解
(1)惯性与质量的关系
①惯性是物体的__________，一切物体都具有惯性，
②______是物体惯性大小的唯一量度，______越大，惯性越大．
(2)惯性与力的关系
①惯性______力，而是物体本身固有的一种性质，因此说“物体受到了惯性作用”、“产生了惯性”、“受到惯性力”等都是错误的．
②力是改变物体__________的原因，惯性是维持物体运动状态的原因．力越大，运动状态越易改变；惯性越大，运动状态______改变．
③惯性与物体的受力情况______．
(3)惯性与速度的关系
①速度是表示物体运动快慢的物理量，惯性是物体本身固有的性质．
②一切物体都有惯性，和物体是否有速度及速度的大小均无关.
图2
例1　科学思维和科学方法是我们认识世界的基本手段．在研究和解决问题的过程中，不仅需要相应的知识，还要注意运用科学的方法．
理想实验有时更能深刻地反映自然规律．伽利略设想了一个理想实验，如图2所示，其中有一个是经验事实，其余是推论．
①减小第二个斜面的倾面，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，小球将沿水平面做持续的匀速运动．
请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列____________(只要填写序号即可)．在上述的设想步骤中，有的属于可靠的事实，有的则是理想化的推论．下列有关事实和推论的分类正确的是(　　)
A．①是事实，②③④是推论
B．②是事实，①③④是推论
C．③是事实，①②④是推论
D．④是事实，①②③是推论
听课记录　　

　
变式训练1　下列运动的物体中，运动状态始终保持不变的是(　　)
A．匀速直线运动
B．匀变速直线运动
C．圆周运动
D．静止
例2　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．惯性定律与惯性的实质是相同的
D．物体的运动不需要力来维持
听课记录　　

　
变式训练2　以下各说法中不正确的是(　　)
A．牛顿第一定律揭示了物体不受外力作用时的运动情况
B．不受外力作用时，物体运动状态保持不变是由于物体具有惯性
C．在水平地面上滑动的木块最终要停下来，是由于没有外力来维持木块的运动
D．物体运动状态发生变化时，物体必定受到外力的作用
例3　火车在长直水平轨道上匀速行驶，一门窗紧闭的车厢内有人向上跳起，发现仍落回原处，这是因为(　　)
A．人跳起后，车厢内空气给他以向前的力，带着他随同火车一起向前运动
B．人跳起的瞬间，车厢的地板给他一个向前的力，推动他随同火车一起向前运动
C．人跳起后，车在继续向前运动，所以人落下后必定偏后一些，只是由于时间很短，偏后距离太小，不明显而已
D．人跳起后直到落地，在水平方向上和车始终具有相同的速度
听课记录　　

图3
变式训练3　如图3所示，在一辆表面光滑且足够长的小车上，有质量为m1和m2的两个小球(m1>m2)，两个小球随车一起运动，当车突然停止运动时，如不考虑其他阻力，则两个小球(　　)
A．一定相碰
B．一定不相碰
C．不一定相碰
D．无法确定
【即学即练】
1．下列说法正确的是(　　)
A．力是维持物体运动状态的原因
B．物体受恒力作用时，运动状态保持不变
C．物体只有在静止或匀速直线运动时才有惯性
D．惯性越大的物体运动状态越难改变
2．下列物体的运动状态没有发生变化的是(　　)
A．匀速飘落的羽毛
B．匀速拐弯的自行车
C．匀加速起动的火车
D．绕地球匀速运行的航天飞机
3．一架匀速飞行的战斗机为了能击中地面上的目标，则投弹的位置应是(　　)
A．在目标的正上方
B．在飞抵目标之前
C．在飞抵目标之后
D．在目标的正上方，但离目标距离近一些
4．下列说法正确的是(　　)
A．一位同学看到某人推不动原来静止的汽车，他说这是因为这辆车没有惯性
B．运动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．小球由于重力的作用而自由下落时，它的惯性就不存在了
D．物体的惯性仅与物体的质量有关，质量大的物体惯性大，质量小的物体惯性小

图4
5．如图4所示，一个各面均光滑的劈形物体A放在固定的斜面上，上表面呈水平，在其水平面上放一个小球B，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

参考答案
课前自主学习
1．假想实验
2．一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状态为止
3．惯性　无关　质量　质量　质量
思考　速度是描述物体运动状态的标志．
核心知识探究
一、
[要点提炼]
1．维持　维持
2．上升到原来的高度　而应以恒定的速率永远运动下去
4．科学猜想
[问题延伸]　1.是．
2．①物体由静止到运动或者由运动到静止，运动状态都发生了改变，如a.
②物体运动时速度的方向没变，但大小发生了变化，运动状态也发生了变化，如b、c.
③物体运动时速度的大小没变，但方向改变了，运动状态也发生了变化，如d.
④物体运动时速度的大小、方向都发生了变化，运动状态也发生了变化，如e.
二、
[问题情境]
质量大的物体运动状态难以改变，而质量小的物体运动状态容易改变．
[要点提炼]
2．(1)①固有属性　②质量　质量
(2)①不是　②运动状态　越难　③无关
解题方法探究
例1　②①③④　B
解析　本题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．而②是可靠事实，因此放在第一步，③①是在斜面上无摩擦的设想，最后推导出理想化的结论④.因此正确顺序是②①③④.
变式训练1　AD　[运动状态不变是指物体的速度大小和方向都不变的状态，匀变速直线运动的速度在变化，故B错误；圆周运动，其轨迹是圆，速度的方向时刻发生变化，故C错误．]
例2　BD　[牛顿第一定律强调了物体在不受力的情况下的运动规律，也说明了在受力时运动状态的改变，但自然界中不受力的物体是不存在的，故A错误；惯性是物体保持原来运动状态不变的一种性质，惯性定律(即牛顿第一定律)则反映物体在一定条件下的运动规律，故C错误；由牛顿第一定律可知，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，B、D正确．]
变式训练2　C　[牛顿第一定律描述的是一种理想的情况――物体不受任何外力作用时将保持静止状态或匀速直线运动状态不变，实际的情况是物体都要受到外力的作用，只要物体所受的外力的合力为零，物体就保持静止状态或匀速直线运动状态不变，所以A选项是正确的；物体的运动并不需要力来维持，而是由物体本身所固有的一种属性――惯性来维持的，力是改变物体运动状态的原因，所以选项B、D正确；C选项中木块最终要停下来的原因是：木块在运动过程中，受到各种摩擦阻力的作用，即木块受到的外力的合力不为零所导致的，所以C选项是错误的．]
例3　D　[牛顿第一定律指出，物体不受外力时，将保持原来的状态不变，原来静止的保持静止，原来是匀速运动的以原来的速度匀速运动．人向上跳起后在水平方向上不受力，因此，在跳起至落地的过程中，人在水平方向上和车具有相同的速度．]
变式训练3　B　[小车表面光滑，因此小球在水平方向上没有受到外力作用．原来两个小球与小车有相同速度，当车突然停止运动时，由于惯性，两个小球的速度不变，所以不会相碰．]
即学即练
1．D　2.A　3.B　4.D　5.B

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