1、牛顿第一定律教案 开课班级：高一（5）班 授课人：章书文 一、三维目标 1知识与技能 体会伽利略的理想实验思想。 理解牛顿第一定律的内容及意义；理解力和运动的关系。 理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度。 2过程与方法 通过回顾历史探究过程理解牛顿第一定律的形成过程。 理解理想实验是科学研究的重要方法。 3情感态度与价值观 通过运动和力的关系的历史探究过程，使学生体会规律的形成都有一个从感性到理 性、从低级到高级的产生、发展和演变的过程。 通过理想斜面的教学，体会理想实验的魅力。 二、教材分析 牛顿运动定律是整个力学体系的基石，而牛顿第一定律又是这个“基石”中的“基石” ，它定性地揭示了力
2、和运动的关系，提出惯性的概念，为定量研究力和运动的关系拉开了 序幕。 高中教材与初中相比，主要有四方面的不同。 一是定律内容深浅不同：初中教材叙述为“一切物体在没有受到外力作用的时候，总 是保持静止状态或匀速直线运动状态”；高中教材叙述为“一切物体总保持匀速直线运动 状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止”。高中教材中的表述具有更为丰 富的内涵，它强调了力是改变物体运动状态的原因，突出了第一定律的独立性和重要意义， 也为学习牛顿第二定律做了一定的铺垫。 二是惯性的认识层次不同：初中强调一切物体都有惯性，高中侧重惯性与质量的关系。 三是实验的设计、探究及思维深度不同：初中为斜面小车实验
3、；高中为伽利略理想实 验，突出了理想实验这种科学方法的价值所在。 四是情感、态度、价值观的体现不同：初中对牛顿第一定律建立的历史一语带过，高 中教材回顾了历史，让学生体会一个规律的获得是一代又一代人努力的结果，能够激发学 生追求科学，勇于创新的情感。 三、学情分析 经过初中的学习，学生初步知道了牛顿第一定律的内容和惯性的概念，但是缺乏对牛 顿第一定律建立历史的了解，对内容也是一知半解。 学生对于“质量是惯性唯一的量度”更是缺乏认识，凭借自己的生活经验，认为速度 也是惯性的量度。教师要在课堂上充分引导，配合实验、结合生活事例来澄清概念。 教学实践表明，学生在头脑中建立正确的力和运动关系的过程，并
4、非一帆风顺，常常 形成与亚里士多德相似的观点，且根深蒂固。处理具体的实际问题时，一些直觉的错误观 点不时冒出来，存在着严重的“口是心非“问题。 四、教学重难点 1教学重点：通过回顾历史探究过程理解牛顿第一定律；惯性的理解。 2教学难点：力和运动的关系；惯性和质量的关系。 五、教学活动设计 （一）创设游戏，引入课题 吹书游戏 将物理书翻开一页，用手拿处书，让一这一页纸竖直下垂，用嘴对这一页纸吹气并观 察现象；然后将刚才下垂的一页纸捏在手上，让物理书的剩余部分自由下垂，象开始那样 对下垂部分吹气。比较这两种情况，哪一种更容易吹动？ 请大家想一想：为什么是这样一个结果呢？怎样解释我们的游戏呢？其实，
5、在我们的 游戏中还涉及到一个古老的话题力和运动：用力吹气，书的下垂部分会运动起来。运 动和力之间到底有什么关系呢？带着这些问题，我们一起来体验古人的探究过程，学习古 人的探究方法，进一步理解论述运动和力关系的牛顿第一定律。 （二）回顾历史，探究定律 1情景设问，经验猜想 演示实验 1： 将小车由斜面的某一高度下滑，小车在水平上运动一段距离后停下 然后再举生活实例：马拉车则车前进，不再拉，前进的车会停下来；人象推车则车前 进，不再推，前进的车会停下来；踢球，球沿草地向前滚动，不再踢，滚动的球会慢慢停 下来。 思考：生活实例告诉我们运动和力之间有什么关系呢？ 最早提出这个问题并给出经验猜想的是古希
6、腊学者亚里士多德。 他根据生活生产经验猜想：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用， 物体就要静止在一个地方。运动需要力维持。 他的观点来自实际经验，还能用实际经验验证，所以被人们广泛接受，并维持了近两 千年。 设问：我们现在知道，他的观点是错误的。物体会停止运动不是因为没有力来维持， 而是受到了摩擦阻力的作用。那么他有贡献吗？ 亚里士多德的贡献：开创了一个新的研究领域。 首 先 质 疑 并 深 入 研 究 的 是 十 六 世 纪 的 伽 利 略 。 2 质 疑 假 设 ， 科 学 猜 想 演 示 实 验 2： 在 实 验 1 的 基 础 上 ， 让 小 车 每 次 都 从 斜 面
7、的 同 一 高 度 处 下 滑 ， 分 别 滑 上 毛 巾 表 面 ， 木 板 表 面 和 玻 璃 表 面 ， 观 察 比 较 小 车 运 动 的 情 况 。 提 问 ： （ 1） 小 车 为 什 么 每 次 在 水 平 面 上 滑 行 都 会 停 下 来 ？ （ 因 为 受 到 摩 擦 阻 力 ） （ 2） 为 什 么 在 木 板 上 滑 行 得 较 远 ， 在 玻 璃 上 能 滑 行 得 更 远 ？ （ 因 为 在 玻 璃 表 面 摩 擦 阻 力 更 小 ） 结 论 ： 如 果 小 车 在 水 平 面 不 受 阻 力 ， 将 在 水 平 面 一 直 运 动 下 去 ， 永 远 不 会 停
8、止 。 在 伽 利 略 之 前 ， 人 们 还 没 有 意 识 到 摩 擦 力 这 种 无 形 的 力 ， 伽 利 略 是 第 一 个 意 识 到 摩 擦 力 的 人 。 过渡：伽利略设计了一个双斜面实验。 3实验探究，得出结论 （1）双斜面实验 左斜面固定，右斜面倾角可变。实验中我们设定小球始终从左斜面定位卡处由静止释 放。 固定右斜面，改变小球所受的摩擦，观察小球上升的最大高度怎样变化。重复一次。 思考： 1小球所受摩擦阻力的大小与小球上升的最大高度之间有什么关系？ 2摩擦阻力的大小与释放点到上升的最高点的高度差是什么关系？ 3如果没有摩擦，小球会上升到多高的地方？ 减小右斜面倾角，观察小
9、球沿斜面运动的最远距离怎样变化。重复一次。 思考： 1减小右斜面倾角，小球沿斜面运动的最远距离如何变化？ 2如果没有摩擦，减小右斜面倾角，沿斜面滚动的最远距离怎样变化？小球将上升到 多高的地方？ 将右斜面放平，释放小球，观察小球的运动。 思考： 1如果水平木板足够长，小球会停下来吗？ 2如果没有摩擦，水平木板足够长，小球将滚到哪里去呢？ 实验事实 逻辑推理（无摩擦，右斜 面足够长） 右斜面固定 摩擦越小,球滚得越高 球将滚上原来的高度 减小右倾角 球沿斜面滚得越远 球沿斜面滚得越远，一直 滚到原来的高度 放平右斜面 球滚得最远 球将一直滚动下去 过渡：现在通过动画来模拟没有摩擦阻力时小球的运动
10、。我们为动画配了一段话剧。 （2）动画模拟 过渡：伽利略的双斜面实验是一个理想实验。 （3）理想实验的魅力： 实验（事实）+逻辑推理 通过可靠的实验事实，加上合理的逻辑推理，得出规律的一种方法。 理想实验的魅力：实验不能实现的地方，思维向前一步。 这种方法非常了不起！爱因斯坦是这样评价的：伽利略的发现以及他所应用的科学的 推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。这个评价实 事求是，从亚里士多德到伽利略，经历了 2000 多年，物理学徘徊不前；从伽利略到爱因斯 坦，只经历 300 多年，物理学的大厦初步建立，大师辈出。这都得益于伽利略首创的实验 研究方法。 过渡：通过
11、双斜面理想实验，伽利略得出了结论。 （ 4） 伽 利 略 ： 若没有摩擦阻力，沿水平面滚动的球将永远滚动下去。运动不需要力 维持。 回顾、思考： 静止的车、足球为什么运动起来？ 运动的车、足球为什么会停下来？ 力和运动之间有什么关系？ 力是改变物体运动状态的原因。 设问：运动状态是用什么物理量描述？ 车由静止变为运动，受到了推、拉力；由运动变为静止，受到了摩擦阻力。足球由静 止变为运动，受到了脚的力；由运动变为静止，受到了草地的摩擦阻力。 过渡：与伽利略同时代的法国科学家笛卡尔对他的观点进行了补充。 4补充完善，形成定律 （1）笛卡尔的补充：除非物体受到力的作用，物体将永远保持其静止或运动状态
12、，永 远不会使自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动。这应成为一个原理，它是人类整个自 然观的基础。 笛卡尔补充了物体不受力时保持静止状态或匀速直线运动状态。 过渡： 1642 年，伽利略逝世，1643 年牛顿在英国诞生。牛顿是人类历史上最伟大的 科学家之一。主要贡献有发明了微积分，发现了万有引力定律和经典力学，设计并制造了 第一架反射式望远镜等等。 牛顿在 1687 年出版的自然哲学的数学原理一书中提出了三条运动定律。牛顿把伽 利略、笛卡尔的正确结论总结成为牛顿第一定律，它是牛顿物理学的基石。 （2）牛顿第一定律：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 面的力迫使它改变这种状
13、态。 过渡：现在我们来理解定律。 （三）理解定律，了解惯性 思 考 ： 牛 顿 第 一 定 律 中 论 述 的 运 动 和 力 的 关 系 是 怎 样 的 ？ 1运动和力的关系：力是改变物体运动状态的原因。 物体不受力，保持匀速直线运动状态或静止状态；运动状态变化，物体一定受到力的 作用。 思考：物体不受力时“总保持匀速直线运动状态或静止状态”，这能不能通过实验验 证呢？ 不能。由于不受力作用的物体是不存在的。许多阻力很小的现象可以帮助我们理解牛 顿第一定律。 2阻力很小的现象：冰 壶 从 视 频 可 以 看 出 ， 冰 壶 在 一 段 时 间 内 速 度 的 大 小 和 方 向 几 乎 不
14、变 ， 直 到 碰 上 另 一 个 冰 壶 。 结 论 ： 没 有 外 力 作 用 在 物 体 上 是 一 种 理 想 状 态 ， 生 活 中 物 体 所 受 外 力 的 合 力 为 零 的 现 象 可 以 等 同 物 体 不 受 外 力 作 用 。 思考：定律中还论述了什么呢？ 3惯性： 概念：物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质。 设问：一切物体都有惯性。做变速运动的物体有惯性吗？ 当物体做变速运动时，由于惯性，物体会抵抗速度的改变，从而使速度的改变需要一 段时间。比如汽车紧急刹车时不会立即停下来，而是继续向前滑行一段距离。 运动的物体的惯性表现为总想保持这个速度做匀速直线运动，
15、而静止的物体的惯性表 现为总想保持静止状态不动 生活小笑话：在公共汽车上，由于汽车刹车，一男士站立不稳，向前撞到一女士，男 士连忙向女士解释：“对不起，这是惯性”，该女士听后大怒，：“你这个流氓，原来你 一惯都是这样的”，男士听后百口难辩，很无奈。请你帮这位男士从物理学角度更详细地 解释一下。 应用惯性解释生活现象：（1）用铁铲向车厢内送沙子的现象（2）司机和前排的乘客 为什么要系安全带？ 一切物体有惯性，有抵抗运动状态变化的“本领”。 物体惯性大，“本领”大，运动状态难改变；物体惯性小，“本领”小，运动状态易 改变。 比如：打乒乓球时，球被拍子轻轻一挡就弹回去了，说明乒乓球的运动状态容易改变
16、， 保持原来运动状态的本领小，也就是惯性小。追问：如果此时飞过来的是一个铅球，你能 用球拍挡回去吗？（很难挡回去，其实根本就不敢挡）为什么？ 因为铅球的运动状态很难改变，惯性大。 归纳：你能由这些生活实例得出，惯性的大小与什么有关？（质量） 过渡：战斗机在进入战斗状态时要抛掉副油箱，解释原因。 惯性与质量：质量是惯性大小的唯一量度。 质量越大，物体的惯性越大；质量越小，物体的惯性越小。 过渡：请解释课前吹书的游戏。 （四）课堂练习 思考并回答：在日常生活中，人在跑步时绊到石头会向前扑，而在慢走时，踩到西 瓜皮会向后倒，这是什么原因？ 1、1、高空中水平匀速飞行的轰炸机，每隔相同的时间投下一颗炸
17、弹，不计空气阻力， 那么这些炸弹的运动轨迹是：（ ） A、在空中的排列情况是一条抛物线 B、在空中的排列情况是一条竖直线 C、在空中的排列情况是一条水平线 D、落地点是不等间距的 2.下列关于惯性的说法中,正确的是 A.物体只有在静止时才具有惯性 B.物体运动速度越大,其惯性也越大 C.太空中的物体没有惯性 D.不论物体运动与否,受力与否 , 物体都具有惯性 说明：惯性是物体的固有属性，不论物体处于什么状态，都具有惯性。惯性的大小只 由物体的质量决定。 3.如图所示，一个劈形物体 A，各面均光滑，放在固定的斜面上，上表面水平，在上 表面放一光滑小球 B，劈形物体从静止开始释放，则小球在碰到斜面
18、前的运动轨迹是 A 沿斜面向下的直线 B 竖直向下的直线 C 无规则曲线 D 抛物线 A B （五）课堂总结，课外探究 1了解了运动和力关系的探究过程。 在探究过程中，亚里士多德是开拓者。伽利略首创了理想实验方法；笛卡尔补充了伽 利略的观点；牛顿提出了惯性、力、惯性参考系的概念。 2体会了理想实验的魅力：实验（事实）+逻辑推理 3 深入理解了牛顿第一定律，知道了质量是惯性大小的量度。 4后来爱因斯坦等科学家又进一步发展了牛顿第一定律。没有哪一个定律是终极真理， 物理学的大厦永不封顶，还等待你们为它添砖加瓦！ 课外探究：有人说刘谦的螺丝魔术颠覆了牛顿第一定律：不给螺帽力的作用，螺帽也 能运动起来。你怎么看？请在百度中搜索“刘谦螺丝魔术揭秘”，弄清刘谦螺丝魔术的原 理。
