惯性系和非惯性系
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第八节
惯性系和非惯性系
教案
●本节教材分析
前面学过参考系的概
念，
在描写物体的运动时，
可为研究问题的方便而任意选取．<
/p>
例如：
路旁的树，
对地面上的观察者来说
，
树是静止的；
但对于坐在正在行驶的汽车里的观察者来
说，树是运动的．对同一物体的运动，所选参考系不同，物体的运动情况也不同．但是确定
力和运动的牛顿运动定律却不是对任何参考系都成立的．
牛顿运动定律成立的参考系，
叫做惯性系．
地面
及相对于地面做匀速直线运动的物体都
是惯性参考系．
在相对于地面做变速运动的物体，牛顿运动定律不再成立，这样的参考系称为非惯性
系．可是，有时要在非惯性系中处理问题．为了解决这类问题，引入了在形式上“假象的”
力——“惯性力”
，可以使牛顿运动定律在非惯性系中成立，这样就可以
在非惯性系中方便
地处理问题了．
惯
性系和非惯性系的概念较难理解，
对学生的要求不易过深，
不易
深挖，
学生了解这部
分知识就可以了．
●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
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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．
< br>(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．
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［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．
< br>
［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<
/p>
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
?
< br>［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］
< br>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．
< br>当以相对
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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<
/p>
．
______
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：
< br>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．
<
/p>
(
二
)
惯性力<
/p>
［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
①
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
②
结合①②两式可知，要使②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
?
< br>［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，
< br>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，
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