2022年高一物理 第三章 牛顿运算定律 惯性系和非惯性系 第一课时 8

2022年高一物理 第三章 牛顿运算定律 惯性系和非惯性系 第一课时 8教学目标一、知识目标1.了解什么是惯性系，什么是非惯性系.2.知道什么是惯性力.二、能力目标培养学生的分析能力.三、德育目标使学生明确任何一种规律都是有一定的适用范围的.教学重点惯性系和非惯性系、惯性力.教学难点对惯性力的正确理解.教学方法讲授法、阅读归纳法.教学用具投影仪、自制投影片.课时安排1课时教学过程用投影片出示本节课学习目标1.了解什么是惯性系和非惯性系.2.了解什么是惯性力.学习目标完成过程一、导入新课教师请同学们回忆一下,在直线运动中,怎样去确定物体运动与否呢?学生任意选一参考系,看物体相对于参考系的位置是否发生了变化,若变化则是运动的；若没变,则是静止的.教师选择不同的参考系确定出物体的运动情况相同吗?学生可能相同,也可能不同.教师由此可见,在运动学中选择不同参考系时,物体的运动情况不相同,但仍可以确定其运动,故参考系是可以任意选取的.但在运用牛顿运动定律时,它所需的参考系却不能是任意的.本节我们一起来讨论这一问题.二、新课教学(一)惯性系与非惯性系教师用投影片出示题目在一升降机内,放一质量为m的物体,物体随升降机一起运动,试讨论:(1)当升降机对地静止时,物体对地和对升降机的运动及受力情况.(2)当升降机匀速运动时,物体对地和对升降机的运动及受力情况.(3)当升降机变速运动时,物体对地和对升降机的运动及受力情况.学生活动阅读题目,并进行讨论.教师在第一种情况下,物体对地做何运动?受哪些力的作用?学生物体对地是静止的,这时受重力和升降机地面支持力两个力的作用.教师受力情况和运动情况符合牛顿运动定律吗?学生根据牛顿第一定律知,物体做匀速直线运动或静止时,其所受合力应为零.在本题中,物体所受的重力和支持力是一对平衡力,故其合力为零,满足牛顿运动定律.教师物体对升降机做何运动,受力与运动的关系是否满足牛顿运动定律?学生此时,物体对升降机静止,重力和支持力平衡,也满足牛顿运动定律.教师在第二问中,物体对地做何运动?受哪些力的作用?其运动和力的关系是否满足牛顿运动定律?学生此时,物体对地做匀速直线运动,受重力和支持力两个力的作用.由于这两个力仍平衡,故满足牛顿第一定律.教师物体对升降机又是做何运动呢?它的受力与运动的关系是否还满足牛顿运动定律呢?学生物体对升降机来说是静止的,受力仍和前面一样受重力和支持力两个力的作用,且是一对平衡力,即其合力为零,所以仍满足牛顿第一定律.教师总结由上述分析可见:以相对于地面静止或做匀速直线运动的物体作为参考系时,牛顿运动定律是成立的.我们把牛顿运动定律成立的参考系叫惯性参考系,简称惯性系.下面接着讨论第三问所述情况.教师在第三问所述情况下物体对地做何运动?受哪些力的作用?学生物体相对于地面做变速直线运动,此时物体受重力和支持力的作用,但重力与支持力不再是平衡力.教师此时的受力与运动情况的关系满足牛顿运动定律吗?学生满足.由于重力与支持力不平衡,故要产生加速度,并且这一加速度就是物体做变速运动时的加速度,即:F支+G(=F合)=ma满足牛顿第二定律.教师那么物体对升降机又做何运动呢?学生物体随升降机一起运动,所以它的运动状态与升降机相同.故它相对于升降机是静止的.教师此时的受力与运动关系还符合牛顿运动定律吗?学生不符合.教师为什么呢?学生以升降机为参考系确定出物体的运动情况是静止的,若牛顿运动定律成立,则它所受的合力就应为零,而事实上并不为零.所以,此时牛顿运动定律就不再成立了.教师总结从上面讨论可知,牛顿运动定律并不是在任何情况下都成立的.当以相对于地面变速运动的物体作为参考系时,牛顿运动定律便不再成立.我们把牛顿运动定律不成立的参考系叫非惯性参考系,简称非惯性系.巩固训练1._叫惯性系；_物体可以认为是惯性系.2._叫非惯性系；_物体是非惯性系.参考答案：1.牛顿运动定律成立的参考系；地面、以及相对于地面静止或匀速运动的2.牛顿运动定律不成立的参考系；相对于地面做变速运动的教师总结从上面学习可知:牛顿运动定律在非惯性系中是不成立的,所以我们要养成尽量不以非惯性系为参考系的习惯,以减少在应用牛顿运动定律时出错的机会.但在应用牛顿运动定律时,是否就一定不能以非惯性系作为参考系了呢?下面我们接着来讨论这一问题.(二)惯性力教师在前面的第三问中,我们如何修改条件就可使牛顿运动定律成立了呢?学生要使牛顿运动定律成立,则合力就应为零,而实际物体的受力又不为零,所以要想使牛顿运动定律成立,必须增加一假设的力,使物体满足合力为零的条件.教师是否加一任意力都行呢?如不是,那么应加一个什么样的力呢?学生并不是加一任意力都行.根据题中条件物体此时实际做加速运动,故应满足牛顿第二定律.由牛顿第二定律得:F合=F支+G=ma而以升降机为参考系时要求物体受力，满足：F合=F支+G+F=0结合两式可知，要使式成立，则：F=-ma即需增加一大小等于ma、方向和参考系加速度反向的力,这样牛顿运动定律便成立.教师这个力是真实存在的吗?学生不是真实存在的.教师为什么呢?学生因为它是人为假设的.教师那它和“真实的”力有何区别呢?学生根据“力是物体相互作用”知:只要有力,则一定有施力物和受力物,而这个力找不到施力物.教师总结从上述分析可知,当我们以非惯性系作为参考系应用牛顿运动定律时,须增加一假设的力F,且大小等于物体质量与参考系运动加速度的乘积,方向与加速度相反,这样牛顿运动定律才能成立.我们把这一假设的力叫惯性力.巩固训练1.在前面例题中,若升降机以加速度a加速下降时,试以升降机为参考系,求物体对升降机地板的压力.2.如图所示,小车的支架上通过细绳悬挂有质量为m的小球,当小车从静止开始以加速度a向右做匀加速运动时,小球将怎样运动?利用本节课内容作出解释.参考答案：1.mg-ma,方向向下.取向下为正.解因为以升降机为参考系时,物体静止.所以F合=mg-FN-ma=0即:FN=m(g-a)根据牛顿第三定律知:支持力FN与物体对地板压力为一对相互作用力,所以:F=-FN=-m(g-a)负号表示与支持力方向相反,即向下.2.以小车作为参考系,小车做变速运动,小车从静止开始以加速度a向右做匀加速运动时(此时设向右为正),小球除了受到真实的力重力G和绳子的拉力F外,还受到方向向左的惯性力F,因此小球向左偏离,当偏离竖直方向为某一角度时,F和G的合力与惯性力大小相等、方向相反,小球相对于车厢静止.教师总结当我们引入惯性力后,就可以使一些问题得以解决.例如研究大气和海水流动这类大范围的运动,要考虑地球自转的影响,这时地面参考系不能认为是惯性系,而是非惯性系.由于人们生活在地球上,用地面作参考系比较习惯,故只能引入惯性力去解决这类问题.但我们在高中阶段对这部分内容不作要求,同学们只要简单了解一下就可以了.三、小结本节课我们主要学习了1.牛顿运动定律成立的参考系，叫惯性系.2.牛顿运动定律不成立的参考系，叫非惯性系.3.为了在非惯性系中研究问题的方便，引入了一种形式上假想的力，叫惯性力.它没有施力物体.四、作业1.阅读本节课文，并查找资料，了解广义相对论的知识.2.思考题：“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”，请同学们分析一下，“小小竹排江中游”是选择什么作为参考系？这个参考系是惯性参考系还是非惯性参考系？“巍巍青山两岸走”是选择什么作为参考系？它是惯性系还是非惯性系？参考答案：“小小竹排江中游”是以河岸景物为参考系，属于惯性系；“巍巍青山两岸走”是以竹排为参考系，若竹排匀速运动则是惯性系.若竹排变速运动则是非惯性系.五、板书设计