高一上學(xué)期物理人教版（2023）必修第一冊(cè) 4.1牛頓第一定律 課件（共17張PPT）

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牛頓第一定律

課前思考

古希臘哲學(xué)家亞里士多德在觀察和直覺(jué)的基礎(chǔ)上，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和事實(shí)，思考了力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。

他認(rèn)為：如無(wú)外部推力，地球上所有的物體都會(huì)停下來(lái)靜止不動(dòng)；運(yùn)動(dòng)的物體若要繼續(xù)運(yùn)動(dòng)必須有力維持。

亞里士多德的觀點(diǎn)可歸納為：力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。在此后近2000年的時(shí)間里，亞里士多德的觀點(diǎn)得到了普遍的認(rèn)同。直到17世紀(jì)初，伽利略對(duì)亞里士多德的這一觀點(diǎn)提出了質(zhì)疑。

如果你是伽利略，你會(huì)怎樣對(duì)亞里士多德的觀點(diǎn)進(jìn)行批判？

亞里士多德的觀點(diǎn)

如果僅靠直觀感覺(jué)來(lái)看待力與運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，我們會(huì)覺(jué)得亞里士多德的觀點(diǎn)似乎更符合日常經(jīng)驗(yàn)。從他的視角看，對(duì)于靜止的馬車(chē)，若馬不拉車(chē)，車(chē)就不動(dòng)；對(duì)于運(yùn)動(dòng)的馬車(chē)，馬不繼續(xù)拉車(chē)，車(chē)會(huì)停下來(lái)。

伽利略的理想實(shí)驗(yàn)

伽利略巧妙地設(shè)想了一個(gè)小球在兩個(gè)斜面上運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)來(lái)推理。

讓一個(gè)小球從一個(gè)斜面的頂端由靜止向下運(yùn)動(dòng)，緊接著又沖上另一個(gè)對(duì)接的斜面。如果沒(méi)有摩擦力，這個(gè)小球?qū)⑦_(dá)到跟原來(lái)同樣的高度；如果減小對(duì)接斜面的傾斜度，小球仍會(huì)達(dá)到同一高度，但經(jīng)過(guò)的路程會(huì)更長(zhǎng)些。如果不斷減小對(duì)接斜面的傾斜度，小球經(jīng)過(guò)的路程就會(huì)越來(lái)越長(zhǎng)。當(dāng)把對(duì)接斜面變成水平面，這時(shí)既沒(méi)有使小球加速的因素，也沒(méi)有使它減速的因素，小球?qū)⒁院愣ǖ乃俣扔肋h(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。

據(jù)此，伽利略認(rèn)為，力不是維持運(yùn)動(dòng)的原因，它只是使物體加速或減速的原因。

笛卡兒的猜想

在此基礎(chǔ)上，法國(guó)哲學(xué)家和科學(xué)家笛卡兒把伽利略的結(jié)論推廣到?jīng)]有重力、摩擦力、空氣阻力等更理想的情況，進(jìn)一步完善了伽利略的觀點(diǎn)。他提出：若沒(méi)有其他原因，運(yùn)動(dòng)物體將繼續(xù)以原來(lái)的速度沿直線運(yùn)動(dòng)。

牛頓第一定律

牛頓(圖4-3)在伽利略等人研究的基礎(chǔ)上，于1687年發(fā)表了他的名著《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》(圖4-4)，書(shū)中提出了關(guān)于運(yùn)動(dòng)規(guī)律的三個(gè)命題，后人在此基礎(chǔ)上總結(jié)歸

納出了三條運(yùn)動(dòng)定律。其中，牛頓第一定律的表述為：

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)，除非有作用力迫使它改變這種狀態(tài)。

牛頓第一定律揭示了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，表明力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，而是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因；如果物體不受力的作用，其速度的大小和方向都將保持不變。

牛頓第一定律的意義

這就是牛頓第一定律。

物體保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)的特性，叫做慣性。

牛頓第一定律又叫做慣性定律。牛頓第一定律是在大量事實(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)理想實(shí)驗(yàn)得到的。

它揭示了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系：力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，

而是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。

慣性的大小

慣性是一切物體的固有屬性，它時(shí)時(shí)處處伴隨著我們。

生活經(jīng)驗(yàn)告訴我們，在受到相同的作用力時(shí)，物體的質(zhì)量越大，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變，表明它的慣性也越大。

所以物體的慣性是有大小的，物體的質(zhì)量就是慣性大小的量度。

思考與討論

2023年6月20日上午10時(shí)，我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)了太空授課，美麗的女航天員王亞平微笑著面對(duì)全國(guó)幾千萬(wàn)中小學(xué)生進(jìn)行了51分鐘天地互動(dòng)授課?！拔沂峭鮼喥剑敬问谡n由我來(lái)主講?！彪S著這一句來(lái)自“天宮”的問(wèn)候，中國(guó)首位太空老師王亞平輕輕一躍，向“天宮”一號(hào)艙內(nèi)的攝像機(jī)鏡頭緩緩飄來(lái)。有史以來(lái)內(nèi)容最神奇、教室最高遠(yuǎn)、觀眾最龐大的一課，開(kāi)始了。

在實(shí)驗(yàn)演示之前，“神舟”十號(hào)指令長(zhǎng)聶海勝首先做了一個(gè)“太空打坐”，只見(jiàn)聶海勝輕盈地在半空中盤(pán)起了腿，好似有神功，穩(wěn)穩(wěn)地懸在空中。王亞平用手指輕輕一推，聶海勝能飄出很遠(yuǎn)。王亞平演示了質(zhì)量測(cè)量、單擺運(yùn)動(dòng)、陀螺運(yùn)動(dòng)、水膜制作等有趣的太空物理現(xiàn)象，太空授課獲得了圓滿成功。

如何用本節(jié)課學(xué)過(guò)的知識(shí)解釋上述現(xiàn)象？

思考與討論

思考與練習(xí)

通過(guò)牛頓第一定律的學(xué)習(xí)，幾位同學(xué)在討論慣性的概念時(shí)分別表達(dá)了下列說(shuō)法。你是否認(rèn)同這些說(shuō)法，簡(jiǎn)述你的理由。

(1)運(yùn)動(dòng)的物體有慣性，靜止的物體沒(méi)有慣性。

(2)物體受力時(shí)，它的慣性會(huì)發(fā)生改變。

(3)慣性與物體運(yùn)動(dòng)的快慢無(wú)關(guān)。

思考與練習(xí)

伽利略設(shè)想了一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)(圖中兩斜面底部均用一小段光滑圓弧連接)，得出力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因：

(1)減小右邊斜面的傾角，小球在這個(gè)斜面上仍然要達(dá)到原來(lái)的高度。

(2)兩個(gè)斜面對(duì)接，讓靜止的小球沿左邊斜面滾下，小球?qū)L上右邊另一個(gè)斜面。

(3)如果沒(méi)有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉?lái)釋放時(shí)的高度。

(4)繼續(xù)減小右邊斜面的傾角，最后使它成為水平面，小球就應(yīng)沿水平面一直運(yùn)動(dòng)下去。將上述理想實(shí)驗(yàn)的設(shè)想步驟按照正確的順序排列。在上述步驟中，哪些屬于可靠的事實(shí)？哪些是理想化的推論？

思考與練習(xí)

下列情形中，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化的是

A.小石塊做自由落體運(yùn)動(dòng)

B.小球在光滑水平面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)

C.汽車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)速度的大小不變

D.鉛球被拋出以后的運(yùn)動(dòng)

思考與練習(xí)

對(duì)一些生活中的現(xiàn)象，某同學(xué)試圖從慣性角度加以分析。其中正確的是

A.“強(qiáng)弩之末，勢(shì)不能穿魯縞”，是因?yàn)閺?qiáng)弩的慣性減小了

B.汽車(chē)超速行駛易引發(fā)交通事故，是因?yàn)樗俣却蟮钠?chē)慣性大

C.車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)適當(dāng)減速，是為了減小車(chē)輛的慣性，使行駛更安全

D.貨運(yùn)列車(chē)在有些車(chē)站加掛車(chē)廂，這會(huì)增大它的慣性

下列情況可能存在的是

A.物體的速度很大，但慣性很小

B.物體的慣性很大，但質(zhì)量很小

C.物體的體積很大，但慣性很小

D.物體所受的合外力很大，但慣性很小

思想升華

在伽利略的那個(gè)時(shí)代，科學(xué)還處于啟蒙階段，人們對(duì)物體之所以會(huì)受重力作用的原因尚且懵懂，更不用說(shuō)設(shè)想太空中的微重力環(huán)境了。

地球上的任何實(shí)驗(yàn)，都只能在重力環(huán)境中進(jìn)行，而且無(wú)法排除摩擦力和空氣阻力的影響。

但是，伽利略憑借著他深邃的思想和超人的睿智，巧妙地設(shè)計(jì)了一個(gè)使用對(duì)接斜面的理想實(shí)驗(yàn)，成功地揭示了力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的真諦。

思想升華

伽利略理想實(shí)驗(yàn)的本質(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)。這種依據(jù)邏輯推