课题 名称

伽利略理想实验与牛顿第一定律（参考教材：粤教版必修一第四章第一节）

教学内容

课标要求

理解牛顿运动定律，用牛顿运动定律解释生活中的有关问题。

教材地位

牛顿第一定律第一次系统阐述运动、力、惯性等概念间的关系，是经典物理学的支柱性理论。在理论建立过程中使用控制变量法、理想实验等研究方法，呈现了物理学的思维之美，是物理过程与方法训练的优秀素材；伽利略与牛顿等科学家敢于质疑、坚持真理的精神，又是情感态度与价值观教育的典型案例。本节内容是承上启下的重要一课。

教材特点

（1）强调对实验结果的逻辑延伸；

（2）注重理论在实际生活中的运用。

教学重点

    牛顿第一定律与惯性概念的运用。

学生情况

知识基础

    学生在初中已经接触过牛顿第一定律，对相关内容有一定的认识。

心理特点

但由于他们对身边的生活现象只是从生活经验得出直觉结论，缺乏理性的思考，认识力和运动的关系还比较片面，在高中学习了运动和力的相关内容之后，有进一步讨论它们之间关系的诉求。

认知困难

    牛顿第一定律是无法用实验直接验证的，只能在实验的基础上，进行逻辑推导，学生可能会在理解上有一定的困难。

教学目标

知识与  技能

（1）理解和运用牛顿第一定律,形成经典物理运动观；

（2）理解惯性概念，能够用其解释自然现象和解决实际问题，革新物理观念。

过程与  方法

（1）培养实验探究能力，特别是基于实验信息的推理总结能力。

    培养学生设计实验探究方案和获取证据的能力，强调实验设计中控制变量的思想。训练分析论证能力，使其会使用各种方法和手段分析、处理实验信息，描述和解释实验结果，培养使用科学证据的意识的能力，强调对实验结果的推理总结、逻辑延伸。

（2）感悟伽利略理想实验的思维之美，建立批评思维。

    强调基于逻辑思维证据，对研究的问题进行描述、解释和预测；通过对物理现象从定性和定量两个方面进行科学推理、找出规律、形成结论；能够基于已有证据，大胆质疑，追求科技创新，培养科学思维。

情感态度与价值观

（1）以物理学史为主线，让学生亲身经历物理规律的发现过程，能够正确认识科学的本质；使学生具有学习和研究物理的好奇心和求知欲；

（2）感受伽利略与牛顿的大师魅力，指引正确的价值观。理解科学·技术·社会·环境的关系，端正社会态度，明确社会责任。

教学策略

教授方法

实验法、体验法

学习方法

自主式学习、合作式学习、探究式学习

教学设计思路

导入新课──现实生活中（亚里士多德）对运动的认识──伽利略的质疑与理想实验──牛顿第一定律──对牛顿第一定律的理解和运用

教学环节设计

教学环节与内容

教师活动

学生活动

设计意图

【教师讲解与设问】

引入问题：

在我们生活中有各种各样的运动，轨迹是直线的、曲线的，速度有变大的、变小的。这些形式多样的运动，成为我们多彩世界的重要组成部分。

解释问题：

其实，复杂的运动也是很多简单运动叠加的。重物下落，在轨道束缚下运动，就形成如过山车上下翻转的运动；小鸟扇动翅膀，空气流动，受到各种气候、地理因素影响，甚至可能形成有破坏力巨大的台风。

【投影展示】

视频：重物下落、过山车上下翻转、小鸟扇动翅膀飞行、台风云图

设问：

运动形式多样，那么是什么原因形成这么多复杂多样的运动呢？（暂时不回答）

小结：

所以，研究运动，我们可以从简入繁、从小到大，从讨论最简单的运动开始。

思考与讨论：运动与力相关

（1）吸引学生注意力，将学生引入对力和运动的思考中；

（2）为从复杂的运动过渡到最简单的运动做铺垫，讨论最简单运动与力的关系。

教学环节与内容

教师活动

学生活动

设计意图

【教师讲解与设问】

引入问题：

基于上面的认识，很多前辈物理学家已经为理清运动和力的关系做出了很多努力，得到很多的成果。

下面，我们就沿着大师们的足迹，去一步步探究隐藏在重重迷雾中的真相。

【投影展示】

人推小车, 小车运动，不推车就静止。

提问：

①为什么出现上面情况？力是维持运动的原因？

②有没有其他例子反驳？

小结：

同学们对这些问题的思考很有可取之处，我想当初科学家们也是有过。

亚里士多德由直观经验得到：力是维持运动的原因。

上面的观点一种延续了2000多年，直到伽利略提出质疑。

学生1：不是。人推小车, 小车运动；不推车，车会继续运动一段距离，在摩擦力作用下慢慢静止静止，不是因为不受力而静止。

学生2：射出的子弹在飞行过程中不受运动方向的力，但没有停下来。

    运动不需要力维持，学生对此有一定认识，但是，这种认识的缘由并不清晰。引出伽利略理想实验。

教学环节与内容

教师活动

学生活动

设计意图

【演示实验与逻辑推导】

完成两组演示实验：

板书：一、伽利略理想实验

演示实验1：

    装置如图（a）,轨道面分别为沙纸、木板、玻璃板，三次实验小球从A侧同一高度滑下。

    可以得到什么结论？

    如果轨道面绝对光滑呢？

学生：B侧越光滑，小球可到位置越高。

如果轨道面绝对光滑，小球可到达释放点等高位置。

（1）学生只是通过初中的学习，较感性地认为运动不需要力维持。这里通过控制变量设计实验，再经过两次理想实验，通过分析、处理实验信息，可以更加清晰合理地推导结论，更加符合认知规律。

（2）两种理解方式，一简一难，一感性一理性。从从定性和定量两个方面进行科学推理、找出规律、形成结论，更容易被学生理解和认同。

演示实验2：

使轨道面为玻璃板，减小B侧倾斜程度，如图（a）、（b）、（c）。

可以得到什么结论？

如果轨道面光滑，B侧平放呢？可得什么结论？

1.引导学生理解：小球为到达释放点等高位置不断往前运动。

2.教师推导理解：轨道面光滑，木块最终到达释放点等高位置，高度为，在B侧运动距离,满足关系。平放时，，，可推出,所以木块一直运动。

小球一直运动，速度不能增大，也不能减小，肯定是匀速直线运动。

学生：倾斜程度越小，小球在B侧运动距离越远。

    学生总结：在轨道面光滑时，小球一直做匀速直线运动

教学环节与内容

教师活动

学生活动

设计意图

【演示实验与教师讲解】

引出牛顿第一定律：

伽利略为我们揭示了最简单的运动与力的关系，即运动不需要力来维持。牛顿在总结伽利略和笛卡尔的理论后提出了一条更加概况性的基本规律，即牛顿第一定律。

演示实验：

一个女同学来吹被吊起的乒乓球，很容易被吹动；（悄悄换一个装有小铁球的乒乓球）一个男同学不能吹动被吊起的乒乓球。

板书：

二、牛顿第一定律

一切物体总保持静止或匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。

提问：

为什么女同学可以吹动乒乓球？

为什么男同学可以吹动乒乓球？

学生讨论之后，再说明换了一个装有铁球的乒乓球。

学生1：因为吹出的气体给乒乓球一个力，让乒乓球运动状态改变。

学生2：吹出的气体不容易让质量很大的物体运动。

牛顿第一定律包含的三层意思：

①物体不受外力时的运动状态是匀速直线运动或静止(所以说力不是维持物体运动的原因)；②一切物体都有保持其静止或匀速直线运动状不变的性质，可将这种性质称为惯性；③力会迫使这个物体改变其静止或匀速直线运动的状态，即力是使物体产生加速度的原因。

伽利略理想实验已经对第一层意思做了理论推导。第三层意思可以在牛顿第二定律的实验验证中强化，这里可先弱化处理。

所以，第二层意思需要强化，指出惯性概念，再用篮球、铅球例子强化理解，革新学生物理观念。

引出惯性：

上面的例子说明物体有保持静止的性质，这种性质有强有弱，我们定义惯性来描述这种能力性质。

提问：

我们可以去接飞过来的篮球，为什么不愿意接飞来的铅球？

学生：质量大，惯性大。改变运动状态越难。

【教师讲解】

    一切物体都具有惯性，惯性总是力图保持物体的运动状态不改变，但力图保持与能否保持不同，力能够改变运动状态。

解答引入新课时的问题：

    物体的惯性和外力作用间具有对立统一的关系，它们共同作用，形成了宏观世界形形色色的各种复杂运动。

    总结本次课的主要内容，回答引入新课时的问题，首尾呼应。