第一节 牛顿第一定律（教学课件）物理新教材沪科版八年级全一册

假如冰面没有摩擦力——由溜冰现象引发的力学思考 在日常生活中，溜冰者只需在冰面向后轻轻一蹬，便能向前滑行很远的距离，这一常见现象背后，隐藏着运动与力的核心物理规律。现实中的冰面尽管光滑，但仍存在微小的摩擦力，正是摩擦力的存在持续改变着物体的运动状态。我们可以借助科学推理的方法，设想一片完全没有摩擦力的理想冰面，推演物体在其上的运动情形，进而深化对惯性、牛顿第一定律的理解。 一、现实溜冰过程中摩擦力的双重作用 摩擦力并非只会阻碍运动，在溜冰的完整过程中，它承担着动力与阻力两种角色。 当人向后蹬冰启动时，脚相对于冰面有向后运动的趋势，冰面对冰刀产生向前的静摩擦力，这个力是人向前运动的动力，使人从静止获得初速度。而当人停止蹬冰、向前自由滑行时，冰面对冰刀的滑动摩擦力会阻碍两者的相对运动，持续消耗人的动能，使滑行速度逐渐减小，最终让人停下。 冰面越光滑，滑动摩擦力越小，人滑行的距离就越远，这与“阻力对物体运动的影响”实验中，小车在毛巾、棉布、木板表面滑行距离依次变长的规律完全吻合：阻力越小，物体速度减小得越慢，运动距离越长。 二、无摩擦冰面上的运动情景推演 依据实验事实进行科学推理，当接触面的阻力减小到零时，物体的运动状态将不再自发改变。若冰面完全不存在摩擦力，溜冰的过程会发生本质变化： 1. 无法自主启动与转向 人静止站在无摩擦冰面上时，水平方向不受任何力的作用。无论怎样向后蹬冰，脚与冰面之间都无法产生静摩擦力，人也就无法获得向前的动力，只能始终保持静止状态，无法自主开始滑行。同理，运动过程中也没有摩擦力提供转向所需的力，人一旦运动起来，只能沿直线前进，无法自主改变运动方向。 2. 获得初速度后将保持匀速直线运动 如果人通过外力推动获得了一个初速度，由于冰面没有摩擦力，水平方向上不受任何阻力作用。根据牛顿第一定律，物体具有保持原来运动状态不变的惯性，因此人会以恒定的速度沿直线永远滑行下去，既不会减速，也不会自动停下，只有撞上障碍物或受到其他外力时，运动状态才会发生改变。 3. 无法自主减速停下 在无摩擦冰面上，不存在阻碍相对运动的摩擦力，人无法通过摩擦“刹车”减速。想要停止运动，只能借助外力，例如抓住固定栏杆、与其他物体碰撞，否则将一直保持匀速直线运动状态。 三、理想模型的物理价值 “完全无摩擦的冰面”是一种物理学理想模型，在现实中并不存在，但这种“基于实验、合理推理、逼近本质”的研究方法，是物理学的核心方法之一。伽利略的斜面理想实验、牛顿第一定律的总结，都沿用了这一思路。 它让我们透过纷繁的现象看到本质：力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因；维持物体运动状态不变的，是物体本身固有的属性——惯性。 综上，假如冰面没有摩擦力，溜冰将不再是我们熟悉的样子：人们无法自主起步、转弯和停下，一旦运动便会保持匀速直线运动永恒滑行。这一理想情景不仅帮我们更清晰地认识了摩擦力的作用与惯性的本质，也体现了物理学理想实验法的独特价值——从真实现象出发，一步步剥离次要因素，最终触及物理规律的核心。 1 学科网（北京）股份有限公司 $物理八年级全一册 •沪科版 第七章 力与运动 第一节 动与静 两千余年来，人们曾以为力是维持运动的原因；伽利略以斜面实验叩开真理之门，牛顿为运动世界立下法则。眼见的常识未必是真相，唯有理性追问与严谨实验，方能拨开表象、触及规律。 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 1. 知道阻力会影响物体的运动状态； 2. 理解牛顿第一定律的内容； 3. 知道惯性是物体的固有属性，质量是惯性大小的量度，能用惯性解释常见现象。 02 科学思维 经历由实验现象到科学推理的研究过程，体会伽利略理想化实验的思想方法；能由事实归纳推理，得出不受外力时物体的运动规律。 03 科学探究 完成斜面小车实验，会控制小车从同一斜面同一高度由静止释放；能记录不同表面上的阻力大小与滑行距离，分析论证并进行科学推理。 04 科学态度与责任 了解伽利略、牛顿探索运动与力关系的历程，体会敢于质疑、严谨求实的科学精神；认识安全带、头枕等交通安全措施，增强安全意识与社会责任感。 教学重难点 教学难点 教学重点 1. 通过斜面小车实验，认识阻力对物体运动的影响； 2. 理解牛顿第一定律的内容并能准确表述； 3. 理解惯性是物体的固有属性，会解释常见的惯性现象。 1. 体会"实验加科学推理"的理想化研究方法，理解定律由实验事实经推理概括得出、不能由实验直接验证； 2. 正确理解惯性概念，区分惯性与力，能用惯性规律解释刹车前倾、启动后仰等生活现象。 课堂引入 思考：物体的运动，需要力来维持吗？ 观察两个情境：物体停下，是因为不受力，还是另有原因？ 用力推木箱，木箱向前运动；撤去推力后，木箱慢慢停了下来。 锤击铁钉，钉子受力钉入木板。 探索新知——运动与力 力，是维持物体运动的原因吗？ 两千多年前，亚里士多德从生活经验出发给出结论；三百多年前，伽利略用实验和推理提出了质疑。 让我们先通过实验，研究阻力对物体运动的影响。 知识点1 阻力对物体运动的影响 探索新知——探究阻力对物体运动的影响 实验目的 探究阻力对小车在水平面上滑行距离的影响。 实验方法：控制变量法 ① 让小车从同一斜面、同一高度由静止释放； ② 小车到达水平面时的初速度相同； ③ 只改变水平面的粗糙程度（毛巾、棉布、木板）。 思考：为什么要从同一高度由静止释放？为的是使小车到达水平面时速度相同。 同一小车在毛巾、棉布、木板三种表面上分别滑行 探索新知——探究阻力对物体运动的影响 实验目的 探究阻力对小车在水平面上滑行距离的影响。 实验方法：控制变量法 ① 让小车从同一斜面、同一高度由静止释放； ② 小车到达水平面时的初速度相同； ③ 只改变水平面的粗糙程度（毛巾、棉布、木板）。 思考：为什么要从同一高度由静止释放？为的是使小车到达水平面时速度相同。 同一小车在毛巾、棉布、木板三种表面上分别滑行 探索新知——实验现象与科学推理 实验记录：小车在不同表面上的滑行情况 接触面 阻力大小 滑行距离 速度减小快慢 毛巾表面 大 短 快 棉布表面 较小 较远 较慢 木板表面 小 最远 最慢 实验现象：水平面越光滑，小车受到的阻力越小，滑行距离越远，速度减小得越慢。 科学推理：若水平面绝对光滑、小车受到的阻力为零，它将保持原来的速度，一直做匀速直线运动。 探索新知——实验考点归纳 S 控制初速度 M 实验方法与判断 A 受力与运动 R 实验结论 T 水平面作用 为什么让小车从斜面的同一高度由静止释放？控制小车到达水平面时的初速度相同（控制变量法）。若小车从斜面更高处释放，到达水平面时初速度更大，运动距离更远。 实验中运用了控制变量法+理想实验法（科学推理法）；通过小车运动的距离间接判断阻力大小：距离越短，阻力越大；距离越长，阻力越小。 小车在水平面上运动时受到重力、支持力、阻力（摩擦力）；小车最终停下来是因为受到阻力的作用，阻力改变了小车的运动状态。 该实验不能直接验证“物体不受力时做匀速直线运动”，因为无法创造完全无阻力的环境，只能通过推理得出结论。 在斜面底端铺设不同材料的水平面，是为了改变阻力大小，探究阻力对运动的影响。 探索新知——实验考点归纳 S 控制初速度 M 实验方法与判断 A 受力与运动 R 实验结论 T 水平面作用 为什么让小车从斜面的同一高度由静止释放？控制小车到达水平面时的初速度相同（控制变量法）。若小车从斜面更高处释放，到达水平面时初速度更大，运动距离更远。 实验中运用了控制变量法+理想实验法（科学推理法）；通过小车运动的距离间接判断阻力大小：距离越短，阻力越大；距离越长，阻力越小。 小车在水平面上运动时受到重力、支持力、阻力（摩擦力）；小车最终停下来是因为受到阻力的作用，阻力改变了小车的运动状态。 该实验不能直接验证“物体不受力时做匀速直线运动”，因为无法创造完全无阻力的环境，只能通过推理得出结论。 在斜面底端铺设不同材料的水平面，是为了改变阻力大小，探究阻力对运动的影响。 典例分析 例1 在"探究阻力对物体运动的影响"实验中，让同一小车从同一斜面的同一高度由静止滑下，分别在毛巾、棉布、木板表面上运动。下列说法正确的是（　　） 【解析】让小车从同一高度由静止释放，是为了使小车到达水平面时初速度相同，本实验采用控制变量法，只改变接触面的粗糙程度，故 A 错误、B 正确；木板表面最光滑，小车受到的阻力最小，滑行距离最远，C 错误；小车不受力时做匀速直线运动，是在实验事实基础上经过科学推理得出的，不能由实验直接验证，D 错误。 B A. 小车从不同高度释放，便于比较滑行距离 B. 实验中只改变水平面的粗糙程度，控制小车到达水平面时的初速度相同 C. 小车在木板表面受到的阻力最大，滑行距离最短 D. 由实验现象可直接得出：运动的物体不受力时将做匀速直线运动 典例分析 例2 在探究阻力对物体运动的影响时，关于实验现象与科学推理，下列说法正确的是（　　） A. 表面越粗糙，小车滑行的距离越远 B. 若运动物体受到的阻力为零，它将逐渐停下来 C. 小车速度减小的快慢与阻力大小无关 D. 实验中无法真正做到阻力为零，匀速直线运动是在实验基础上推理得出的规律 【解析】表面越粗糙，小车受到的阻力越大，滑行距离越近，A 错误；阻力为零时，物体将保持原来的速度做匀速直线运动，不会停下来，B 错误；阻力越大，小车速度减小得越快，C 错误；实际实验只能不断减小阻力、无法达到零阻力，因此匀速直线运动是在实验事实基础上经科学推理得出的，D 正确。 D 知识点2 牛顿第一定律 探索新知——两种对立的观点 亚里士多德 古希腊哲学家 观点：力是维持物体运动的原因。 依据日常观察认为：物体受力才能运动，不受力就会静止下来。 VS 伽利略 意大利物理学家 质疑：物体的运动不需要力来维持。 物体运动后停下来，是因为受到了阻力；若没有阻力，物体将保持运动。 探索新知——伽利略理想斜面实验 理想斜面实验的推理过程： ① 小球从左侧斜面某一高度滚下，若斜面光滑、没有摩擦，将上升到右侧斜面相同的高度； ② 减小右侧斜面倾角，小球仍要到达同一高度，因而在斜面上运动得更远； ③ 若把右侧斜面放平，小球将永远运动下去。结论：力不是维持物体运动的原因。 探索新知——牛顿第一定律 牛顿第一定律 一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持匀速直线运动状态或静止状态。 牛顿 1. 定律揭示了物体不受外力时的运动规律，力不是维持物体运动的原因。 2. 原来运动的物体保持匀速直线运动状态，原来静止的物体保持静止状态。 3. 定律在实验基础上经科学推理概括得出，不能用实验直接验证。 探索新知——伽利略理想斜面实验 典例分析 例3 关于牛顿第一定律，下列说法中正确的是（　　） A. 牛顿第一定律是由实验直接得出的 B. 物体不受外力时，一定处于静止状态 C. 物体不受外力时，总保持原来的运动状态不变 D. 静止的物体不受外力时，会逐渐开始运动 【解析】牛顿第一定律是在实验基础上经过科学推理概括得出的，不能由实验直接验证，A 错误；物体不受外力时，原来静止的保持静止，原来运动的保持匀速直线运动，总保持原来的运动状态不变，故 B、D 错误，C 正确。 D 知识点3 惯性 惯性现象 探索新知——惯性 惯性现象 什么是惯性？ 牛顿第一定律告诉我们：不受外力时，物体会保持原来的运动状态不变。物体保持原来运动状态不变的这种性质，就叫做惯性。 下面通过硬币纸片实验，认识惯性这一物体固有的属性。 探索新知——惯性 惯性现象 惯性：一切物体都有保持原来运动状态不变的性质，这种性质叫做惯性。惯性是物体本身固有的一种属性。 1. 一切物体在任何情况下都有惯性，与是否受力、是否运动无关。 2. 质量是惯性大小的量度：质量越大，惯性越大。 3. 惯性不是力，不能说"受到惯性作用"，只能说"具有惯性"。 硬币纸片实验 把硬纸片放在玻璃杯口，纸片上放一枚硬币。用手指沿水平方向迅速弹出纸片，纸片飞出，硬币由于惯性保持原来的静止状态，落入杯中。 探索新知——生活中的惯性现象 情境模拟 小车实验 小车A上放置一个带轮的木块B。先使带轮的木块与小车一起向右运动，当小车A被档板C制动时，小车上的木块B的运动情况会发生什么变化？ 探索新知——生活中的惯性现象 ⑤所以物体…… ①明确研究对象 ②物体原来状态 ③某处发生的改变…… ④物体由于具有惯性 探索新知——生活中的惯性现象 跳远运动员助跑后，飞身一跃，靠自身的惯性，能在空中继续向前运动一段，以提高跳远成绩。 锤子的锤头松了，将手柄的下端撞击石头或树墩，手柄碰到石头或树墩会停止运动，而锤头由于惯性，会继续向下运动。这样，锤头就被套紧了 探索新知——生活中的惯性现象 当汽车刹车时，人的脚底由于摩擦而随之静止，人的上身由于惯性，会保持继续向前运动的状态，所以刹车或减速时，人会前倾。 那么下图中，汽车做什么运动？ 汽车加速 当汽车加速时，人的脚底由于摩擦而随之静止，人的上身由于惯性，仍保持原来慢速行驶的运动状态，所以加速时，人会后仰。 探索新知——生活中的惯性现象 惯性现象我们在生活中经常遇到。惯性现象既可以被人们利用，又能造成危害。 惯性在日常生活、工农业生产、科学技术领域有着广泛的应用 （a）未系安全带 （b）系上安全带 典例分析 例4 公共汽车突然刹车时，车上的乘客会向前倾倒，这是因为（　　） A. 乘客受到向前的推力 B. 乘客的身体受到惯性的作用向前运动 C. 乘客的脚随汽车减速停止，身体上部由于惯性继续保持向前运动 D. 刹车时汽车对乘客有向前的作用力 【解析】刹车时汽车减速，乘客的脚随车减速停止；身体上部由于惯性要保持原来的向前运动状态，于是向前倾倒。惯性不是力，不能说"受到惯性作用"，也不存在向前的推力或作用力，故 A、B、D 错误，C 正确。 C 课堂小结 课堂小结 牛顿第一定律 一、阻力对物体运动的影响 斜面小车：同一高度释放，初速度相同 毛巾→棉布→木板，阻力越小滑行越远 科学推理：不受阻力将做匀速直线运动 二、牛顿第一定律 不受外力总保持匀速直线运动或静止 实验加科学推理概括得出 力不是维持物体运动的原因 三、惯性 惯性现象　保持原运动状态不变；质量量度；利用与防止 课堂练习 课堂练习 当堂检测 1. 汽车上除了有安全带以外，还有一种安全装置“头枕”，对人起保护作 用。如图所示，“头枕”主要是防止以下哪种情况对人体造成伤害？请选择正确的选项并说明理由。 A. 紧急刹车 B. 前方碰撞 C. 后方追尾 D. 左右转弯 【解析】物体具有惯性。当汽车被后方追尾时，车身突然向前加速，人的躯干随车身向前运动，头部由于惯性保持原来较慢的运动状态，会向后仰，头枕可以托住头部，防止颈椎受伤。紧急刹车、前方碰撞时人向前冲，依靠安全带、安全气囊防护；左右转弯时人向侧面倾斜，头枕不起主要保护作用。 课堂练习 当堂检测 2. 在下列关于惯性的说法中，选择正确的选项并说明理由。 A. 人走路时没有惯性，被绊倒时有惯性 B. 百米赛跑到终点时不能立刻停下是由于惯性，停下后惯性消失 C. 高速行驶的货车不容易停下来，说明速度越大惯性越大 D. 物体的惯性与物体的运动状态及受力情况无关 【解析】惯性是物体本身的一种属性，一切物体在任何情况下都有惯性；惯性大小只由物体的质量决定，和速度、运动状态、受力情况无关。 课堂练习 当堂检测 3. 行驶中的汽车刹车时，不会立即停止运动，这是为什么？汽车的速度 越来越小，最后会停下来，这又是为什么？ 刹车时汽车不会立即停止，是因为汽车具有惯性；汽车最后停下来，是因为受到阻力（摩擦力）的作用。 【解析】惯性是物体保持原来运动状态不变的性质，刹车后汽车由于惯性，要保持原来的运动状态继续向前运动，所以不会立刻停下；力是改变物体运动状态的原因，汽车在水平方向受到地面的摩擦力，摩擦力改变了汽车的运动状态，使它的速度逐渐减小，最终停下。 课堂练习 当堂检测 4. 在一列匀速直线行驶的列车上，乘客竖直向上抛出一个苹果，手在抛出位置能否接到落回的苹果？请说明理由。 能接到 【解析】苹果原来和列车一起做匀速直线运动；苹果竖直向上抛出后，由于惯性，苹果在水平方向上仍然保持和列车相同的速度向前运动，水平方向苹果与乘客相对静止，所以苹果会落回抛出位置，手可以接到。 课堂练习 当堂检测 汽车向西行驶 【解析】水滴离开汽车后，由于惯性，在水平方向保持和汽车相同的运动速度继续向前运动；水滴落到地面时，水滴向前飞溅的方向就是车的运动方向，图中水滴印迹朝西散开，所以汽车向西行驶。 5. 在一条东西方向的平直公路上，一辆沿公路行驶的汽车上有水滴落在路面上，路面上部分水滴的印迹如图所示。请根据水滴印迹的特点指出该车行驶的方向，并说明理由。（图中虚线为汽车的行驶路线） 课堂练习 当堂检测 6. 溜冰时，只需在冰面上向后轻轻蹬一下，就会滑行很远。 由此假设：如果冰面没有摩擦力的话，情形将会怎样？请以此为题，写一篇小论文。 课后作业 探究新知 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“自我评价与作业” 自主安排 配套同步分层作业 谢谢聆听 谢谢聆听 物体不受外力，便保持原有运动状态，这是自然赋予万物的惯性；人亦如此，守住初心与方向，方能在纷扰中行稳致远。从斜面小车到牛顿定律，我们读懂了力与运动的规律，更读懂了科学求真与坚守的力量。愿同学们以理性为帆、以实验为桨，在探索真理的航程上永不停息。 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 假如冰面没有摩擦力——由溜冰现象引发的力学思考 在日常生活中，溜冰者只需在冰面向后轻轻一蹬，便能向前滑行很远的距离，这一常见现象背后，隐藏着运动与力的核心物理规律。现实中的冰面尽管光滑，但仍存在微小的摩擦力，正是摩擦力的存在持续改变着物体的运动状态。我们可以借助科学推理的方法，设想一片完全没有摩擦力的理想冰面，推演物体在其上的运动情形，进而深化对惯性、牛顿第一定律的理解。 一、现实溜冰过程中摩擦力的双重作用 摩擦力并非只会阻碍运动，在溜冰的完整过程中，它承担着动力与阻力两种角色。 当人向后蹬冰启动时，脚相对于冰面有向后运动的趋势，冰面对冰刀产生向前的静摩擦力，这个力是人向前运动的动力，使人从静止获得初速度。而当人停止蹬冰、向前自由滑行时，冰面对冰刀的滑动摩擦力会阻碍两者的相对运动，持续消耗人的动能，使滑行速度逐渐减小，最终让人停下。 冰面越光滑，滑动摩擦力越小，人滑行的距离就越远，这与“阻力对物体运动的影响”实验中，小车在毛巾、棉布、木板表面滑行距离依次变长的规律完全吻合：阻力越小，物体速度减小得越慢，运动距离越长。 二、无摩擦冰面上的运动情景推演 依据实验事实进行科学推理，当接触面的阻力减小到零时，物体的运动状态将不再自发改变。若冰面完全不存在摩擦力，溜冰的过程会发生本质变化： 1. 无法自主启动与转向 人静止站在无摩擦冰面上时，水平方向不受任何力的作用。无论怎样向后蹬冰，脚与冰面之间都无法产生静摩擦力，人也就无法获得向前的动力，只能始终保持静止状态，无法自主开始滑行。同理，运动过程中也没有摩擦力提供转向所需的力，人一旦运动起来，只能沿直线前进，无法自主改变运动方向。 2. 获得初速度后将保持匀速直线运动 如果人通过外力推动获得了一个初速度，由于冰面没有摩擦力，水平方向上不受任何阻力作用。根据牛顿第一定律，物体具有保持原来运动状态不变的惯性，因此人会以恒定的速度沿直线永远滑行下去，既不会减速，也不会自动停下，只有撞上障碍物或受到其他外力时，运动状态才会发生改变。 3. 无法自主减速停下 在无摩擦冰面上，不存在阻碍相对运动的摩擦力，人无法通过摩擦“刹车”减速。想要停止运动，只能借助外力，例如抓住固定栏杆、与其他物体碰撞，否则将一直保持匀速直线运动状态。 三、理想模型的物理价值 “完全无摩擦的冰面”是一种物理学理想模型，在现实中并不存在，但这种“基于实验、合理推理、逼近本质”的研究方法，是物理学的核心方法之一。伽利略的斜面理想实验、牛顿第一定律的总结，都沿用了这一思路。 它让我们透过纷繁的现象看到本质：力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因；维持物体运动状态不变的，是物体本身固有的属性——惯性。 综上，假如冰面没有摩擦力，溜冰将不再是我们熟悉的样子：人们无法自主起步、转弯和停下，一旦运动便会保持匀速直线运动永恒滑行。这一理想情景不仅帮我们更清晰地认识了摩擦力的作用与惯性的本质，也体现了物理学理想实验法的独特价值——从真实现象出发，一步步剥离次要因素，最终触及物理规律的核心。 1 $