牛顿第一定律

　　物理学是一门与自然、生活、技术进步和社会发展有着最为广泛联系的科学。让学生封闭在既不联系自然，也不联系生产、生活，远离科学探究乐趣，甚至根本不可能存在的“思辩游戏”式的难题和怪题的牢笼之中，他们是不可能热爱物理课程的。所以要让学生在体验中获得物理规律，在物理史实中领略思维的力量和美。本节课的设计特点是注重物理规律的发现和发展，对科学家的创造性思维品质和敢于置疑、坚持真理的献身精神成为情感态度价值观教育的好素材。另外，实验的验证是本节课必需要的。适当介绍一些物理学史的知识，通过对大量实例的分析，让学生真正理解力不是维持物体速度的原因，而是改变物体速度的原因。先是介绍了人类对力和运动关系的发展历史，并着重讲述了伽俐略的理想实验及其重要的实验思想。然后引入了牛顿第一定律，引入了惯性概念，并由此分析出力不是维持物体速度的原因，而是改变物体速度的原因。

　　二、教材分析

　　牛顿第一定律是牛顿定律的基石，正是因为它破除了长达近两千年的亚里士多德的错误，改变了人类的自然观和世界观，才导致牛顿第二定律得出。与此同时，它本身还包含着力、惯性、和参考系这些极富成果的科学概念，成为物理学理论的支柱和基石。另外，伽利略的研究过程蕴涵了重要的科学方法，教学中要引导学生领会牛顿第一定律的含义，充分说明伽利略“理想实验”的实验基础和推理过程，展示了伽利略斜面理想实验的猜想依据、推断结果这一思维过程，通过教学让学生明确运动和力的关系，提升对力、惯性、质量等基本概念的理解。惯性是学生学习运动和力的基础，因其抽象难懂而成为难点。新课标中本节内容对学生有以下基本要求：1．了解亚里士多德对力和运动关系的论述及存在的错误。2．认识伽利略研究运动和力关系的思想方法，了解理想实验的作用。3．知道速度是描述物体运动状态的物理量。4．理解牛顿第一定律的内容，能够运用牛顿第一定律解释有关现象。5．知道惯性是物体的固有属性，知道质量是物体惯性大小的量度。6．运用惯性概念，解释有关实际问题。在发展要求中：1．了解运动学和动力学研究角度的差异。2．会识别惯性系与非惯性系。

　　三、学情分析

　　本节所述内容在初中课本上已涉及到，初中课本中用到的标题是惯性定律，所以学生已有一定的基础，关键是如何让学生加深对牛顿第一定律的理解。对力和运动的关系，从日常经验出发，人们往往会产生错误的认识，所以使学生建立起运动改变的原因在于物体间的相互作用力的观点，不是轻而易举的事情。在对惯性的学习中，这仍是学生难于理解的问题。许多学生把物体具有保持匀速直线运动和静止状态的性质与物体在这种状态下的特点混为一谈。

　　四、教学目标

　　1．知识、技能目标：

　　（1）理解牛顿第一定律的内容及意义。

　　（2）理解惯性，知道日常生活中由于惯性而产生的简单现象，会解释日常生活中的惯性现象。

　　2．能力、方法目标：培养学生严谨的逻辑推理能力；通过对大量实例的分析，培养学生归纳、综合能力。善于思考、善于总结，把物理与实际生活紧密结合。

　　3．情感、态度目标：让学生知道科学研究过程的艰难，领悟实验加推理的科学研究方法。

　　五、重点难点

　　本节的重点是伽利略理想实验，难点是对惯性的理解。

　　六、教学策略与手段

　　探究式教学，按物理史实为线索展示物理规律的形成。

　　七、课前准备

　　自制理想斜面实验器（用有很小凹槽的柔软铝塑板作为轨道）、气垫导轨。

　　八、教学过程

　　1．创设情景、新课引入

　　（1）引导学生看两张来自生活的图片（多媒体投影）：

　　①警察叫司机系安全带，为什么？

　　②亚洲飞人柯受良驾车飞越黄河，他凭什么有这种胆识去飞越气势磅礴的黄河呢？

　　（2）演示一个惯性现象的小实验：用棒敲打叠放的象棋子。

　　通过生活中的一些现象引起学生探求物理知识的兴趣，同时为惯性的学习打下伏笔。

　　2．历史回顾

　　首先让同学看一个实验：用手推车，车前进，停止用力，车停止。

　　设问：生活中还有哪些类似此类的现象？（由学生思考后回答）

　　学生答：可能有如静止的自行车用力踩脚踏板才开始运动，如没有对车继续用力，它最终会停下来。静止的秋千用力时，它会摆动起来。停止用力时，它会最终停下来，等等。

　　两种主要观点：

　　1．亚里士多德观点：力是维持物体运动的原因

　　（在得出亚里士多德的观点后）

　　设问：你认为这个观点有什么问题？（学生思考后回答）

　　学生也许有不同的观点，由于初中已学习过这部分知识，所以学生会得到此观点是错误的，但不少同学心中的疑虑还是存在的。

　　在学生提出的观点后指出：亚里士多德的观点一直维持和统治人们的思想近两千年，才到三百年前伽俐略才指出，力不是维持物体运动的原因，物体运动不需要力。指出亚里士多德在当时提出了很多观点，有时候提出问题比证明一个问题更难，所以说亚里士多德毫无疑问是伟大的。

　　2．伽俐略的观点：物体运动不需要力

　　说明：爱因斯坦增把一代一代科学家探索自然奥秘的努力，比作福尔摩斯侦探小说中破案过程，有时候明显可见的线索却把人们引向错误的判断。也就是说，光凭经验来做判断常常是靠不住的，在探索运动原因的“侦探小说”里，亚里士多德正是由于凭借生活中明显的线索引出了错误判断。

　　设问：现在假设你是伽俐略，你会寻找怎样的“侦察”方法去推翻这维持两千年的“错案”。引起亚里士多德错误观点的“罪魁祸首”是什么呢？

　　（组织学生进行相互讨论思考：然后叫几组学生代表发言）

　　给学生充分展示自己思维过程的机会，让他们自己去探求物理规律的真伪，让每一个学生都能够深刻体会力和运动之间的关系。

　　结论：引起亚里士多德错误观点的“罪魁祸首”是：摩擦力（说明自行车停下，停下不是没有受外力，而是受了摩擦力才停的，如没有摩擦力，会永远运动下去不停，看来物体运动是不需力的）。

　　介绍伽俐略创造的“侦察”方法：理想斜面

　　这个想法是如何产生的呢？伽俐略注意到，当一个小球沿斜面下滚时速度会增加，小球沿斜面上滚时时速度会减小，他由此猜想，当小球沿水平面滚动时，它的速度应该不增不减，实际上他发现，球越来越慢，最后停下来，伽俐略认为：这是由于摩擦阻力的缘故，他推理：若没有摩擦力，球将永远滚下去，为了说明他的思想，他设计理想斜面实验。

　　（1）实验演示理想斜面实验整个过程（说明：主要是为了理解伽俐略的思想）

　　（2）再用视频动画演示理想斜面实验

　　通过对理想斜面实验的演示，说明物理研究中抓住主要因素，忽略次要因素的必要性，同时也展示了物理研究思想的美妙和逻辑的力量。（由于现实生活中不可能有绝对光滑的斜面，所以这个实验是个“理想实验”。）

　　尽管现实生活中没有绝对光滑的平面。但可以创造比较光滑的平面去证明伽俐略的想法：

　　实验：气垫导轨上物体近匀速的运动

　　视频观看：目前的一项体育项目——冰壶球运动，由于球运动过程阻力很小，能以几乎不变的速度前进。

　　最后总结（投影）：

　　①伽俐略理想实验对科学研究的意义。

　　②介绍伽俐略其人其事，通过对伽俐略其人其事的了解，强调指出，在我们今天看来是非常简单的道理。在它发现的最初往往是非常艰难的，如果没有坚强的意志和信念，没有足够的事实和理论依据去支持你，许多人可能会放弃，但伽俐略没有放弃。

　　让学生意识到：一个规律的发现并不是一帆风顺的，不是一开始的认识就是对的，而是需要人类不断探索才能形成的，并明白科学研究过程的艰难和科学家为此所付出的努力和心血。

　　至此，我们已经对力和物体运动之间的关系有了一个正确的认识。

　　3．与伽俐略同时代的法国科学家笛卡儿，补充和完善了伽俐略观点，他认为：如果没有其他原因，运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。他支持了伽利略力不是物体的运动的观点，并且还强调没有力作用时物体的运动情况。他还认为，这应该要作为一个原理加以确立，并且是人类整个自然界的基础。

　　强调笛卡儿对伽俐略观点的提升与补充，指出两者之间的差异。

　　3．定律的学习、理解

　　在伽俐略和笛卡儿的正确结论隔了一代人后，由牛顿总结成整个牛顿力学的一条基本定律。

　　牛顿第一定律（惯性定律）：一切物体总保持匀速直线运动状态或静上状态，直到有力迫使它改变这种状态——物理学的基石。

　　投影介绍牛顿——“经典力学之父”的成就，指出牛顿第一定律是牛顿力学系统中的基础。

　　对定律的理解指出：

　　①物体运动不需要力。(不受力时，运动会一直运动下来，静止的一直静止)

　　②力是改变物体运动状态的原因。

　　思考与讨论：从牛顿第一定律我们得知，物体都要保持它们原来的匀速直线运动或静止的状态，或者说，它们都具有抵抗运动状态变化的“本领”。但是这种“本领”的大小是不一样的。

　　物体抵抗运动状态变化的“本领”，与什么因素有关？请大家通过实例进行分析。

　　由学生分组讨论，收集各组的实例和观点，老师对此进行总结并对错误的认识进行引导和纠正。指出：把物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫惯性。在此基础上，再提以下设问：

　　设问一：是不是说只有匀速直线运动或静止的物体才有惯性呢？变速的物体有没有惯性？

　　设问二：液体、气体有没有惯性？

　　(留一定的时间给学生自由思考)

　　现象：观看装水的气球破后，水还要维持原来的状态

　　由现象得出：惯性是物体固有的属性，与物体的运动状态无关，物体的质量是物体惯性的量度。

　　通过下面的问题来巩固和理解牛顿第一定律（由学生分析并回答）

　　问题：被踢出的冰块，在摩擦力可以忽略的冰面上匀速滑动，冰块受不受向前的作用力？

　　4．定律的应用

　　通过视频展示：铁锹扬沙（设问：为什么沙可以被扬出？由学生回答）

　　实验演示车运动碰到障碍物后停止，车上物体反倒（要求解析车停后，车上物体反倒的原因）

　　提问：你能举出生活中还有哪些与惯性有关的现象？

　　在学生举出一些惯性的实例后，看两段视频材料：

　　人在车上抛球，最后落回地面（可结合此理解为什么地球在自转，人起跳后还能落回原地）

　　汽车实验厂里的汽车启动和刹车的过程，以及为什么要系安全带的必要性（呼应新课引入“司机为什么要系安全带”）

　　最后，在爱因斯坦的一句话中结束这节课：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。（强调这节课中理想实验的科学思想方法的重要性。）