牛顿第一定律

发布者：彭世玉     所属单位：彭泽县二中     发布时间：2016-02-22    浏览数：0

2010年3月第三版高中物理必修1                         

                牛顿第一定律 

                                        彭泽二中  彭世玉  

【学情分析】

    学生已经学习了运动学知识和有关相互作用力的知识，但对运动与力的关系是第一次正式涉及，由于日常生活的经验，学生不容易理解运动与力的关系，而这问题的解决是整个力学的大厦基础。高一学生已经具备了一定分析推理逻辑思维能力，但是探究实验能力不强，自主学习能力不强，所以本节课要注意引导学生学习前人对运动与力的关系探究，学习科学研究的方法，正确理解运动与力的关系。

【教材分析】：

    主要包括教材地位与作用、教学目标、教学重点、教学难点。

    教材的地位与作用：这一章的知识是动力学的知识，是研究运动与力的关系，只有懂得动力学知识才能根据物体受力情况确定物体的位置和速度变化的规律，才能创造条件控制物体的运动。牛顿三大定律是动力学的核心内容，牛顿第一定律作为牛顿运动学的基石，首先对人类探究运动与力的关系作了历史的回顾，着重介绍了伽利略研究运动与力的思想方法及卓越贡献，而后讲述了牛顿第一定律的内容和物体的惯性概念，本节为后续牛顿运动定律的学习打下基础。

 【教学目标】：

    高中物理课程旨在进一步提高学生的科学素养，从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面培养学生，为了学生终身发展、应对现代社会和未来发展的挑战。结合本节的教学内容和学生的实情，我确定了以下三维目标：

（1）：教学三维目标

1：知识与技能 

①:借助伽利略的理想实验理解运动与力的关系，知道其主要推理过程及结论；

②:理解牛顿第一定律，并理解其意义；

③: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

①:培养学生在实验的基础上通过推理得到结论的方法；

②:通过伽利略的理想实验，使学生受到科学方法的教育；

③:通过对惯性现象的解释，培养学生灵活运用所学知识的能力 。

3：情感态度与价值观：通过人类对运动与力关系探究，了解人类认识事物本质的曲折，培养学生敢于坚持真理，不迷信权威的科学精神，对学生进行科学本质和科学态度的教育，让学生学习科学研究的过程和科学研究的方法。

 （2）教学重点：教学重点是牛顿第一定律及惯性。

 （3）教学难点: 因此如何让学生理解一切物体都具有惯性，以及质量是决定惯性大小量度是本节课的教学难点，对于教学难点，主要通过做实验来加以突破。

【教学策略与手段】:教师演示、引导、学生观察、讨论、交流学习成果。

【教具准备】：木板、小车、自制双斜面导轨、乒乓球、乒乓球拍、多媒体辅助教学课件等。

【主要教学过程】

【课题的引入】

【演示实验1】

师：一木板水平放在桌面，木板一端带定滑轮，木板上停放一小车，细绳一端系在小车上另一端系在钩码，细绳跨过定滑轮。老师放手小车能运动吗？

生：能

师：小车为什么会运动？

生：细绳对小车有拉力

师：我从同学们分析中注意到这个关键字“力”，小车的运动和力有什么关系呢？今天我们探究运动和力的关系，学习第一节牛顿第一定律。

（设计意图：直接调动学生探究的欲望和热情，更重要的是通过这种当今学生喜闻乐见的游戏单刀直入地引出力与运动的课题。）

【亚里士多德的观点】

师：让我们回到刚才的问题上，小车能从静止开始运动是由于细绳拉力的作用，如果没有拉力的作用，小车能从静止开始运动吗？

生：不能

师：比如桌面上的粉笔盒，咱不推它，它不动，我推它才动。观察这些现象似乎很容易得出这结论：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。早在两千多年前古希腊哲学家亚里士多德通过这些直接的经验得出这项结论。有的同学开始质疑，非要有力作用物体上物体才运动吗？下面我们从没有力作用时和有力作用时这两个方面来动手探究物体运动的情况是怎样的。

师： 第一种情况没有力作用时物体运动情况是如何的？我们再一次回到小车的问题上，小车是没有拉力就立即停下了吗？

生：不是

师：那为什么停下？

生：小车受到木板的摩擦阻力。

师：你能设想一下没有摩擦力物体运动会怎么样？

生：一直运动下去

师：你看到了吗？你能设计一个实验证明你的想法吗？

生：活动

【伽利略理想实验】

早在三百多年以前伽利略证明了同学们猜想，没有摩擦力物体一直运动下去，他是怎么做到的呢？下面可以参照课本68页理想实验的魅力相关内容动手实验。伽利略的研究过程包括这几个方面：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验、分析与论证。

  提出问题

   师：当小球沿斜面向下滚动，再沿斜面向上滚动时。伽利略观察到小球速度怎么变化？

   生：小球沿斜面向下滚动速度增加，小球沿斜面向上滚动速度减小。

  猜想与假设

   师：由有这样的观察，伽利略猜想如果水平面没有摩擦小球将怎样运动？

   生：伽利略猜想小球在水平面如果没有摩擦力，小球将一直运动下去。

   制定计划与设计实验：

    伽利略设计了双斜面装置，老师将伽利略的双斜面装置进行了改进，我来介绍一下，这个装置的左边轨道是固定的，轨道倾角不可调节，右边可以通过带有铰链木条改变轨道与平面的倾角，小球从一轨道静止滚下，小球将滚上另一轨道，如果改变另一轨道倾角，那么小球任然滚到同样高度，只是小球要运动更长的距离，那么继续减小另一轨道的倾角，球仍然达到同样的高度但是要走更远的距离，如将后一轨道放平了，球会滚到多远呢？

进行实验：

【学生演示实验2】——小球从固定轨道的同一位置静止释放，第一次沿布面滚下，第二次沿轨道滚下，第三次沿轨道滚下但另一轨道的倾角减小，再次滚下再次改变右边轨道的倾角，画出小球在右边轨道运动的轨迹。

分析论证：这个实验做下来结论是：小球没有上升到同样的高度，应引导学生分析为什么会出现这样的问题？是伽利略理想斜面实验有问题还是我们的实验有问题？学生应该想到我们实验存在摩擦力，应该在哪里做伽利略的理想斜面实验呢？可以引导学生思考，

师：我们可以得出什么结论？

生：没有摩擦力小球将到达原来的高度？

师：如果轨道水平呢？

生：小球将一直运动下去。

近似验证伽利略的观点

用细绳悬挂小球从等高线由静止释放，观察小球运动的情况。

师：回顾一下伽利略研究的过程

生：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验、分析与论证，

师：以可靠的实验为基础，经过合理的推理，最后得出正确结论是由伽利略总结提出。称誉为理想实验，理想实验没办法完成，但由此结论毋庸置疑的，

（设计意图：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验、分析与论证，对学生进行科学方法教育——实验是检验真理的唯一标准。）

【笛卡尔补充】

师：与伽利略同时代的法国科学家笛卡尔补充和完善伽利略的观点，他认为：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不会停下来也不会也不偏离原来的方向。他做了哪些补充和总结呢？

生：讨论

师：物体没有受到力的作用，以同一速度沿同一直线运动，既不会停下来也不会也不偏离原来的方向，这是什么样的运动？

生：匀速直线运动

师：还有什么可能性

生：静止状态

师：我们把它记下：“没有力的作用时：匀速直线运动状态或静止状态。”

【牛顿第一定律的教学】

【演示实验3】

师：我们再来研究第二个问题，如果物体受到力运动状况又是如何的？下面通过一个游戏来进一步的探知，我这里有一个乒乓球拍和一个乒乓球，要求球拍水平，乒乓球球放在球拍上不掉下来，大家观察兵乓球运动，并思考和分析。

师：大家观察老师启动时，乒乓球的运动相对球拍向哪个方向运动？

生：相对球拍向后运动。

师：有什么办法不让它掉地？

生：手给球一个力

师：静止到运动这叫什么改变？

生：运动状态的改变

师：我立即停止运动时，大家看到了乒乓球相对球拍向哪个方向运动？

生：乒乓球相对球拍向前运动

师：怎么做可以乒乓球不掉？这样做的目的是什么呢？

生：球拍向后倾斜，给球一个弹力

师：运动到静止这叫什么改变？

生：运动状态的改变。  

师：力和运动是什么样的关系？哪位同学告诉我？

生：力可以改变物体的运动状态。

师：同学们总结的很好，差点就成为我们的新的牛顿，成为牛顿还比较困难，笛卡尔研究运动和力的关系他都没提出，谁提出的呢？

生：牛顿

    (设计意图：通过观察乒乓球运动，知道力是改变物体运动状态的原因。）

 牛顿在伽利略、笛卡尔等人的基础上总结并提出一条基本的规律。

 牛顿第一定律：一切物体总保持静止或匀速运动状态，除非作用它上的力迫使它改变这种状态。

   师：你们是怎么理解牛顿第一定律的？

     一切物体在没有外力作用时，总保持匀速直线运动状态或静止状态，

    （力不是使物体运动的原因）。

     外力的作用是迫使它改变这种运动状态。

        （力是改变物体运动状态的原因）

     一切物体都有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质。

        （一切物体都有惯性）

再次提醒学生：

        I：牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实分析的产物，不可能用实验直接验证；

        II：物体运动和力的关系：力是改变物体运动状态的原因；

        III：如何理解物体运动状态的改变: 运动状态用速度描述，速度大小和方向的改变都是运动状态的改变；

师：牛顿第一定律与笛卡尔和伽利略的观点有什么发展？

生：讨论

【惯性的教学】

【演示实验4】

师：老师用水瓶压一张纸，快速抽出纸瓶会一起运动吗？

生：学生观察

师：为什么水瓶没一起运动呢？

生：因为惯性

    物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，我们把这个性质叫做惯性。所以牛顿第一定律又叫惯性定律。

师：你利用身边的一张纸或一本书体验惯性;

生：活动

师：在日常生活中哪些是利用物体的惯性？哪些是防止惯性带来的破坏？

生：活动

【演示实验5】

师：我这里有两个外观看起来完全相同的塑料小桶，我需要一位男同学来体验下物体具有惯性。

生：活动

师：为什么看起来相同的塑料小桶而这个运动起来这么困难呢？可能是什么原因？你体验一下，看有什么区别？

生：吹不动的质量大

师：也就说物体的质量是惯性大小的量度。

师：你们对固有惯性的理解是如何理解的？

生   I：与状态、速度、受力均无关；

     II：惯性表现为物体改变运动状态的难易程度，物体惯性越大运动状态越难改变；

     III：物体都有抵抗运动状态变化的本领。

师：通过这节课的学习同学们可以小结一下你们学到哪些知识？掌握什么方法？自己小结一下。

生：理想实验、牛顿第一定律、惯性

【课后作业】

师：最后给大家课后探究的，亚里士多德关于力和运动的关系，他的观点我们现在知道是错误的，但是他为什么能统治人类两千多年呢？这个问题有很深厚的历史背景和人文背景，上网到百度和歌谷搜索引擎搜素一下，完成这个课后探究。

【板书设计】

一：伽利略的研究

    提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验、分析与论证                                                    

二：牛顿第一定律

一切物体总保持静止或匀速运动状态，除非作用它上的力迫使它改变这种状态。

三：惯性

质量是惯性大小的量度