5.5 牛顿第一定律（教学课件）-【上好课】八年级物理上册同步高效课堂（沪科版·五四学制·2024）

第五章 运动和力 八年级上册 •沪教版 五四•学制 “春分到，蛋儿俏”。我国民间在春分有“竖蛋”的习俗。将鸡蛋竖立在一颗螺丝钉上保持不动，其背后涉及物体受力的平衡。本章我们将学习力的基本知识，从物理学视角认识物体间的相互作用。 通过本章内容的学习，你将了解力、力的作用效果和生活中常见的力；认识二力平衡的条件和牛顿第一定律； 学会力的测量方法；经历探究影响滑动摩擦力因素的过程，体会控制变量和等效替代等思想方法在科学探究中的作用；初步建立运动和相互作用的观念；感悟人类认识客观世界的方式由思辨向实证的演化。 导入新课 第5节 牛顿第一定律 图是用频闪摄影记录的高尔夫球杆将球击出后球与杆的运动影像。球受到球杆的击打时，由静止变为运动。 球与球杆分离后，虽然不再受到球杆的作用，但球为什么还会继续向前运动而不是立刻停下呢？ 牛顿第一定律 01 惯性 02 课堂总结 03 提升训练 04 第5节 牛顿第一定律 牛顿第一定律 01 第5节 牛顿第一定律 一、牛顿第一定律 这是同学们熟悉的生活中骑自行车、玩滑板车的现象 自行车、滑板车为什么能够前进？在前进的过程中，当我们停止用力时，能够立即停下来吗？ 在历史上，人们对物体的运动是否需要力，存在两种观点。 一是哲学家亚里士多德的观点：物体运动需要力来维持。 二是物理学家牛顿的观点：物体运动不需要力来维持。 1. 阻力对物体运动的影响 一、牛顿第一定律 （1）两种观点 物理学家 亚里士多德 伽利略 生活现象 拉小车，小车走；不拉小车，它就停下来。 只有不断地给足球施加力，它才会一直运动，不然就会停下来 如果要使一个物体持续运动，就必须对它施加力的作用，如果这个力被撤销，物体就会停止运动。也就是“物体运动要靠力来维持”。 物体的运动不需要力来维持，运动的物体之所以会停下来，是因为受到了阻力，即力是改变物体运动状态的原因。 小车开始运动是因为受到拉力，不拉之后停下来，是因为受到阻力 足球开始运动是因为受到人踢球的力，最后在地面停下来是因为受到地面的阻力 观点 一、牛顿第一定律 亚里士多德 伽利略 力是维持物体 运动的原因 物体的运动 不需要力来维持 孰是孰非？ 谁的观点正确呢？ 一、牛顿第一定律 （2）实验探究：阻力对物体运动的影响 【设计实验】 让小车从同一斜面上的同一高度由静止自由滑下，如图所示，改变水平面表面的粗糙程度，使其对小车运动的阻力不相同。第一次在水平面上铺毛巾，第二次铺棉布，第三次将棉布去掉，只剩下木板，比较小车每次在水平面上滑行的距离。 【实验器材】 小车、长木板、斜面、棉布、 毛巾、玻璃板、刻度尺等。 一、牛顿第一定律 【进行实验与收集证据】 （1）在水平木板上铺上毛巾，让小车从斜面顶端由静止滑下，观察小车在阻力较大的毛巾表面上滑行的距离。 （2）在水平木板上铺上棉布，让小车从斜面上同一位置由静止滑下，观察小车在阻力较小的棉布表面上滑行的距离。 （3）让小车从斜面上同一位置 由静止滑下，观察小车在更光滑的 木板表面上滑行的距离。 一、牛顿第一定律 【实验记录表】 表面材料 阻力大小 小车运动距离（cm） 小车速度减小情况 毛巾 大 短 比较快 棉布 中 比较长 比较慢 木板 小 最长 最慢 一、牛顿第一定律 【分析论证】 对物体运动的阻碍程度反映了物体所受阻力的大小。 小车在不同材料的平面上最终停下来的原因是因为受到了阻力的作用。小车受到的阻力越小，小车滑行的距离越大，速度减小得越慢。 对上述实验结论进一步推理得出： 如果运动的物体受到的阻力为零，速度就不会减小，物体将以恒定不变的速度永远运动下去。由此可以说明伽利略的说法是正确的，即物体的运动不需要力来维持。 一、牛顿第一定律 【实验结论】 运动物体受到的阻力越小，速度减小得越慢，运动得越远。若运动的物体不受阻力，物体的运动速度将不会减小，将保持做匀速直线运动。 一、牛顿第一定律 【交流讨论】 （1）实验方法 ①控制变量法：控制小车从斜面上同一高度处由静止释放，使小车到斜面底端时具有相同的初速度； ②转换法：通过小车在水平面上滑行距离的长短来间接判断小车所受阻力大小； ③科学推理法：若小车不受阻力时，小车的速度将不会减小，将永远做匀速直线运动。 一、牛顿第一定律 （2）对小车受力情况的分析 小车在水平面上运动时，在竖直方向受重力和支持力，这两个力相互平衡，对物体的运动没有影响；在水平方向上受到阻力的作用，是非平衡力，所以做减速直线运动。 （3）本实验选用小车而不选用木块的原因 相同条件下，小车受到的阻力较小，实验现象较明显。 一、牛顿第一定律 视频演示——《探究阻力对物体运动的影响 》 一、牛顿第一定律 2. 牛顿第一定律的建立过程 （1）伽利略斜面理想实验 ①斜面实验 1632年意大利物理学家伽利略做了著名的斜面实验。 伽利略设想小球从一个光滑斜面上A处由静止滑下并滑上第二个光滑斜面，小球应当能到达与A等高的B处。若逐渐减小右边斜面的坡度，小球在到达与A等高处之前滑行的距离越来越长。若将右边斜面放平，根据上述推理，小球因无法到达与A处等高的位置，将在光滑的水平面上一直滑下去，永远不会停下来。 由此，伽利略否定了亚里士多德的说法。 伽利略斜面理想实验 一、牛顿第一定律 ②实验结论 水平表面越光滑，钢球滚动时受到的阻力越小，通过的距离越长，速度减小得越慢。如果运动物体受到的阻力为零，速度就不会减小，它将永远运动下去。 一、牛顿第一定律 （2）笛卡尔观点 1644年法国物理学家笛卡儿补充了伽利略的结论，提出： 如果运动物体不受到任何力的作用，它不会向左、右方向偏，将永远沿原来的方向做匀速运动。 勒内·笛卡尔 1596年3月31日生于法国笛卡尔，法国哲学家、数学家、物理学家。他对现代数学的发展做出了重要的贡献，因将几何坐标体系公式化而被认为是解析几何之父。 一、牛顿第一定律 （3）牛顿第一定律 1687年物理学家牛顿分析类似实验，总结伽利略等人的研究成果，得出牛顿第一定律。 1687年，牛顿在笛卡尔、伽利略等人工作的基础上，撰写《自然哲学的数学原理》，摆脱旧观念的束缚，把惯性定律作为第一原理正式提了出来：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的外力迫使它改变这种状态为止。 提出保持匀速直线运动和静止状态是物体的固有属性的观点。 一、牛顿第一定律 3. 牛顿第一定律 （1）内容 一切物体总保持原来的静止状态或匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种运动状态为止。 一、牛顿第一定律 （2）对牛顿第一定律的理解 ①牛顿第一定律明确指出当物体不受力作用时，总保持原来的静止或匀速直线运动状态不变，否定了力是维持物体运动的原因。牛顿第一定律是在大量事实的基础上，通过推理、抽象概括出来的。 ②“物体不受力”是一种理想状态，在现实生活中这种理想状态不存在。图中被球杆击出的高尔夫球，虽然做近似的匀速直线运动，但它在水平方向上仍受到一定的阻力，所以最终一定会停下。 事实上，物体总是受到力的作用 ，比如在地球表面附近的一切物体都受到重力的作用，但只要物体所受合力为零，物体就能保持静止或匀速直线运动状态。 一、牛顿第一定律 【例题1】小华用如图所示的实验装置探究阻力对物体运动的影响。他在水平台面上分别铺上材料不同的物体，让同一小车从同一斜面上的相同高度由静止滑下，在小车停下的位置分别作上标记a、b、c。 （1）实验中让同一小车从同一斜面的相同高度由静止滑下是为了使小车到达水平面时的_______相同。 （2）若水平台面上铺的分别是毛巾、木板、棉布， 则标记c位置是小车在________表面运动时停下的位置。 木板 速度 （1）同一小车从同一斜面的同一高度由静止滑下是为了使小车到达水平面时的速度相同。（2）三种表面，木板表面最光滑，受到的阻力最小，速度减小的最慢，小车运动的距离最远，则标记c是小车在木板表面下停下的位置。 一、牛顿第一定律 （3）由实验现象可以得出结论：水平面粗糙程度越小，小车运动的距离越_____；由此说明小车受到的阻力越小，速度减小得越____。 （4）对上述实验进行分析并进一步推理：运动的物体在没有受到阻力的作用时，将 _______________________。 （5）上述探究实验中用到的科学研究方法有控制变量法和_____。 （3）由图知水平面越光滑，小车受到的阻力越小，运动的距离越远，说明小车速度减小的越慢。 （4）实验中小车受到的阻力越小，滑行的距离越远，速度减小的越慢，故推理可得：运动的物体在没有受到力的作用时，以恒定不变的速度运动下去。 （5）如果水平面绝对光滑，运动的小车不受阻力，小车将会一直运动下去，做匀速直线运动，这种研究方法是科学推理法。 远 慢 以恒定不变的速度运动下去 实验推理法 一、牛顿第一定律 【例题2】关于牛顿第一定律，下例说法正确的是（　 ） A．牛顿第一定律是用实验直接得到的一个科学的结论 B．牛顿第一定律是在实验的基础上进一步推理而概括出来的，是一个科学的理论 C．牛顿第一定律告诉我们，物体在不受外力作用时，能同时保持静止状态和匀速直线运动状态 D．牛顿第一定律是理论推出的，所以不一定是正确的 B 牛顿第一定律的内容：一切物体在不受外力作用时，总保持静止状态或者匀速直线运动状态。牛顿第一定律是在大量经验事实的基础上通过推理概括得到的科学的结论。故ACD错误，B正确。 故选B。 惯 性 02 第5节 牛顿第一定律 二、惯性 1. 现象探究：惯性现象 当汽车刹车时，人的脚部与车厢接触停止运动，但是人体的上部分仍要保持它原来的运动状态，所以会向前倾。 （1）刹车前倾 我们站在行驶的汽车中，当急刹车时，会往前倒。 二、惯性 （2）鸡蛋落杯 如图所示，把一个鸡蛋放在硬纸板上，硬纸板放在杯口上。快速水平击打硬纸板时，发现硬纸板上的鸡蛋没有跟着纸板飞走，而是落入水杯中。 当快速水平弹动硬纸片时，硬纸片飞出，但是静止的鸡蛋要保持它原来的静止状态，鸡蛋会落入水杯中。 二、惯性 （3）投球 运动员在投（踢）球时，当把球投出后，球仍然继续向前飞。 当把球投出后，球离开手时，仍要保持它原来的运动状态（离开手时的速度和方向），所以会继续向前飞。 二、惯性 2. 惯性 牛顿第一定律也叫惯性定律。 （1）惯性 由牛顿第一定律可知，物体不受力时，原来静止的物体，保持静止状态 ；原来运动的物体，保持原来的速度做匀速直线运动。 这是为什么？原来，这是物体固有的一种性质。 物理学中把物体保持原来运动状态不变的性质叫做惯性。 二、惯性 （2）理解惯性 ①惯性的普遍性 一切物体在任何情况下都具有惯性。 ②惯性大小的决定因素：惯性的大小由物体的质量决定，质量越大，惯性越大。与物体的形状、运动状态、位置、受力情况等无关。 相扑选手的质量大，惯性大，称惯性男子 ③惯性与牛顿第一定律的区别 惯性是物体本身的一种属性，而牛顿第一定律是物体不受力时遵循的运动定律。任何物体在任何情况下都具有惯性，牛顿第一定律只有物体不受力时才成立。 二、惯性 项目 惯性 力 性质 不同 要素 不同 效果 不同 表述 不同 惯性是物体自身的一种性质；与外界条件无关 力是物体对物体的相互作用，一个物体不会产生力 力有大小、方向和作用点 惯性只有大小， 只与质量有关 保持物体运动状态不变 改变物体的运动状态 应说“由于惯性”“具有 惯性”，不能说“惯性力”“受到惯性” 等 应说“受到力”“施加力”“在力的作用下”等 （3）区分惯性与力 二、惯性 3. 利用惯性解释有关现象 （1）实例分析 例如，跑动中的人，脚被绊住，为什么会向前倒？ 【分析】跑动中的人整个身体向前运动，当脚被绊住后停止运动，而上半身由于惯性，仍要保持原来的运动状态，继续向前运动，所以人向前摔倒。 二、惯性 ②如图所示，拨动簧片，把小球与支座之间的金属片弹出时，小球并没有随金属片飞出。你能说说发生这一现象的原因吗？ 【分析】静止的小球没有受到击打力的作用。有保持原有静止状态的性质，所以没有随金属片飞出，而是落入支座上的凹槽中。 二、惯性 （2）总结：用惯性解释有关现象的方法 ①物体原有状态 金属片和小球 →静止 ②受力作用 的物体的状态 金属片受击打力→ 由静止变为运动 ③未受击打力作用 物体的运动状态 小球不受击打力→ 保持静止 二、惯性 4. 惯性的利用 （2）锤头变紧 锤子的锤头变松了，人们常用撞击锤柄下端的方法使锤头紧套在锤柄上，这是因为锤柄突然停止时，锤头由于惯性会继续向下运动，这样锤头就会牢牢地套在锤柄上了。 （1）跳远 跳远或跳高运动员快速助跑后，飞身一跃，利用自身的惯性，在空中继续前进，以提高成绩。 二、惯性 这些现象的共同特点是增加了物体脱离手时的运动速度，当物体离开手之后由于具有惯性，将保持这个速度运动下去，所以物体离开手时的速度越大，运动的越远。 投篮 掷铅球 投标枪 （3）投掷 二、惯性 （1）交通事故与惯性 交通事故的发生，多数是由于惯性造成的。行驶的车辆在遇到紧急情况下刹不住车，最主要的还是由于惯性，汽车刹车后，即使轮子不转了，但是由于惯性，汽车还会向前滑动一段距离，如果此时前面有车子离得太近，就会发生交通事故。 5. 惯性的危害和防止 二、惯性 （2）交通工具保护措施 交通法规定：车辆必须安装安全气囊，乘坐交通工具时，要系安全带；车辆行驶要限载限速；车辆行驶要保持距离。 汽车发生碰撞时，安全气囊会打开，保护人体与方向盘等部件撞击造成的伤害。 汽车发生碰撞时，安全带把人固定在坐椅子上，防止飞出车外。 二、惯性 实验演示——《物体的惯性》》 二、惯性 【例题3】小强和爷爷周末乘车到华山风景区去游玩，下列有关惯性的说法正确的是（　　 ） A. 小强和爷爷都系上安全带，是为了减小汽车行驶中人的惯性； B. 汽车紧急刹车时，小强向前倾，是由于受到惯性力的作用； C. 踩刹车后，汽车仍向前滑行了一段距离，是由于汽车具有惯性； D. 高速公路严禁超速，是因为汽车速度越大，惯性越大 C 二、惯性 A．惯性大小只和质量有关，系安全带不会改变惯性，A错误； B．行驶中的汽车紧急刹车时，小强会向前倾，这是由于惯性的缘故，但惯性不是力，不能说小强受到了惯性力的作用，故B错误； C．汽车原来是运动的，踩刹车后，汽车由于惯性仍保持原来的运动状态，会继续向前滑行一段距离，故C正确； D．惯性只和质量有关，质量越大，惯性越大。对汽车限速，是因为汽车速度越大，从刹车到停止的时间越长，行驶的距离越远，对突发事件的控制越弱，故D错误。 故选C. 课 堂 总 结 03 第5节 牛顿第一定律 课堂总结（1） 阻力对运动的影响 运动物体受到的阻力越小，速度减小得越慢。若运动 的物体不受阻力，将保持做匀速直线运动。 ①内容：一切物体总保持原来的静止状态或匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种运动状态为止。 ②力和运动的关系：力是改变物体运动状态的原因。 ③建立过程：在大量事实的基础上，经推理、抽象概括出来的。 ①惯性：把物体保持原来运动状态不变的性质叫做惯性。 ②惯性是物体本身的一种属性。一切物体在任何情况下 都具有惯性。物体的质量越大，惯性越大。 ③惯性的利用与防范。 惯 性 牛顿第一定律 牛顿第 一定律 43 课堂总结（2） 44 提 升 训 练 04 第5节 牛顿第一定律 提升训练 1. 同学们在一起讨论运动和力的关系。小明认为，一切物体只有受力才能保持匀速直线运动，不受力总是静止的；小华认为，一切物体只有受力才能保持静止，不受力总是做匀速直线运动。他们的说法对吗？为什么？ 他们的说法都不对。 物体受力后，运动状态要发生变化，不可能保持匀速直线运动状态或静止状态。如果物体没有受力，根据牛顿第一定律，物体总保持静止状态或匀速直线运动状态。换言之，物体不受力时，就可以处于匀速直线运动状态，也可以处于静止状态。 提升训练 2. 利用如图所示装置探究“阻力对物体运动的影响”。下列有关说法正确的是（ ） A．每次实验小车都从斜面的不同高度由静止滑下 B．该实验说明力是维持物体运动状态的原因 C．牛顿第一定律可以由该实验直接得出 D．若小车在水平面运动时受到的阻力为零，小车将做匀速直线运动 D 提升训练 A．实验中，要保持小车到达平面时的速度相同，必须让小车都从同一斜面的同一高度由静止开始自由下滑。故A错误； B．通过该实验推理得出的结论是：运动的物体不受阻力时，可以永远运动下去，即运动不需要力来维持 。故B错误； C．通过实验可以直接得到的结论是：阻力越小，物体的速度减小得越慢。由此可以推理出：当运动的物体不受阻力时，可以永远运动下去。故牛顿第一定律是根据实验现象通过科学推理得出的。故C错误； D．小车在水平面上运动，受到的阻力越小，运动得越远。由此可以得出：如果没有阻力，小车将做匀速直线运动。故D正确。 故选D. 提升训练 3. 2022年3月23日，老师带领同学们一起集中收看了中国空间站进行的第二次太空授课，其中，为了验证牛顿第一定律，宇航员王亚平拿着冰墩墩转身面向叶光富，王亚平抛出冰墩墩后，冰墩墩将（　　） A．沿抛物线快速下落 B．竖直下落 C．沿原方向加速运动 D．沿原方向匀速运动 王亚平抛出冰墩墩后，因冰墩墩处于失重状态，所以可以认为它所处于理想状态——不受任何力的作用，根据牛顿第一定律可知，它将沿原方向匀速运动，故D符合题意，ABC不符合题意。 D 故选D. 提升训练 4. 下列事例中利用惯性的一组是（　　） ①火车进站前，撤去动力，仍能进站 ②高速路上汽车要限速行驶 ③上岸后的鸭子，振动翅膀，把身上的水抖掉 ④用力拍打被子，使被子上的灰尘落下 A．②③④ B．①③④ C．①②④ D．①②③④ ①火车进站前，撤去动力，仍能进站，是利用了火车的惯性；②高速路上汽车要限速行驶，是为了防止由于惯性带来伤害；③上岸后的鸭子，振动翅膀，把身上的水抖掉，是利用了水的惯性；④用力拍打被子，使被子上的灰尘落下，是利用了灰尘的惯性。所以利用惯性的是①③④。故B符合题意，ABD不符合题意。 B 故选B. 提升训练 5. 《中华人民共和国道路交通安全法》第五一条规定“机车行驶时，驾驶人、乘坐人员应当按规定使用安全带”。结图可知，汽车紧刹车，安全带可以（ ） A．减小驾人车运动的惯性作用 B．减小汽高速行而具有的惯性 C．增大因汽车高速行驶具有的惯性 D．减小因惯性对驾人员造成的伤害 D 提升训练 A．惯性是物体保原运动状态不变的性质，不是力，不能说惯性的作用，故A不符合题意； BC．惯性的小只与物体质有在汽车驶过中，汽车或驾驶员质量不变，所以其惯性大小不变，故BC不符合题意； D．乘坐机车使用安全带，是为了减小急刹车时，乘驾人员由于惯性向前倾斜带来的伤害，故D符合题意。 故选D. 提升训练 6. 如图（a）所示，木块与小车一起做匀速直线运动，当小车的运动状态发生变化时，木块的状态如图（b）所示。把木块换成盛有水的烧杯，重复上述过程，烧杯中水面的状态分别如图（c）和（d）所示。由图（a）（b）或（c）（d）可知，小车运动状态变化的可能情况是___________________。若实验时小车上表面绝对光滑，则木块将会一直做______________，得到上述结论是利用了木块和水都具有________________的性质。 向左加速或向右减速 匀速直线运动 保持原来运动状态 提升训练 木块或水杯中的水，刚开始若与小车一起向左做匀速直线运动，当小车突然加速时，木块或水杯中的水的下端在摩擦力作用下，与小车一起加速，而上端由于惯性，会保持原来的运动状态，故向右倾倒。若与小车一起向右做匀速直线运动，小车突然减速，木块或水杯中的水下端受到摩擦力而与小车一起减速，上端由于惯性会保持原来的运动状态继续向前运动，从而向右倾倒。 小车上表面绝对光滑，则木块在水平方向不受力，由牛顿第一定律可知，物体在不受力时会保持静止状态或匀速直线运动状态。 物体具有保持原来运动状态的性质，称之为惯性。 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $$