【精品】高一物理第三章牛顿运动定律八、惯性系和非惯性系(第一课时)人教大纲版第一册

1、八、 惯性系和非惯性系从容说课本节课讲述惯性系和非惯性系，对学生的要求不易过深，学生了解这部分知识就可以了前面学过参考系的概念，但确定力和运动的牛顿运动定律却不是对任何参考系都成立的这就产生了惯性系和非惯性系的区别本节课的教学目标定位如下：1 了解什么是惯性系，什么是非惯性系2 知道什么是惯性力本节课的教学重点为：惯性系和非惯性系，惯性力本节课的教学难点为：对惯性力的正确理解本节课采用讲授法和阅读归纳法使学生明确牛顿运动定律成立的参考系，叫惯性参考系牛顿定律不成立的参考系， 叫非惯性系。 研究地面上物体的运动， 地面通常可认为是惯性系 . 相对于地面静止或匀速直线运动的参考系也是惯性系，研究行

2、星的公转时，太阳可认为是惯性系 .本节课的教学程序安排如下：回忆有关参考系的问题，导入新课投影思考题，探究得到什么是惯性系和非惯性系类比拓展讲解什么是惯性力课堂讨论拓展本节知识.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

3、 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?用心爱心专心1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

4、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

5、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

6、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

7、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用心爱心专心2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

8、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

9、, 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 =支 + =FG 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： =-maF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

10、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 , 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F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

11、 ?利用本节课内用心爱心专心3容作出解释 . 参考答案 1. mg- ma, 方向向下 .解取向下为正. 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

12、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