1、4.1牛頓第一定律教學設計一、三維目標1知識與技能體會伽利略的理想實驗思想。理解牛頓第一定律的內容及意義；理解力和運動的關系。理解慣性的概念，知道質量是慣性大小的量度。2過程與方法通過回顧歷史探究過程理解牛頓第一定律的形成過程。理解理想實驗是科學研究的重要方法。3情感態度與價值觀通過運動和力的關系的歷史探究過程，使學生體會規律的形成都有一個從感性到理性、從低級到高級的產生、發展和演變的過程。通過理想斜面的教學，體會理想實驗的魅力。二、教材分析牛頓運動定律是整個力學體系的基石，而牛頓第一定律又是這個“基石”中的“基石”，它定性地揭示了力和運動的關系，提出慣性的概念，為定量研究力和運動的關系拉開了

2、序幕。高中教材與初中相比，主要有四方面的不同。一是定律內容深淺不同：初中教材敘述為“一切物體在沒有受到外力作用的時候，總是保持靜止狀態或勻速直線運動狀態”；高中教材敘述為“一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，直到有外力迫使它改變這種狀態為止”。高中教材中的表述具有更為豐富的內涵，它強調了力是改變物體運動狀態的原因，突出了第一定律的獨立性和重要意義，也為學習牛頓第二定律做了一定的鋪墊。二是慣性的認識層次不同：初中強調一切物體都有慣性，高中側重慣性與質量的關系。三是實驗的設計、探究及思維深度不同：初中為斜面小車實驗；高中為伽利略理想實驗，突出了理想實驗這種科學方法的價值所在。四是情感、態度、

3、價值觀的體現不同：初中對牛頓第一定律建立的歷史一語帶過，高中教材回顧了歷史，讓學生體會一個規律的獲得是一代又一代人努力的結果，能夠激發學生追求科學，勇于創新的情感。三、學情分析經過初中的學習，學生初步知道了牛頓第一定律的內容和慣性的概念，但是缺乏對牛頓第一定律建立歷史的了解，對內容也是一知半解。學生對于“質量是慣性唯一的量度”更是缺乏認識，憑借自己的生活經驗，認為速度也是慣性的量度。教師要在課堂上充分引導，配合實驗、結合生活事例來澄清概念。教學實踐表明，學生在頭腦中建立正確的力和運動關系的過程，并非一帆風順，常常形成與亞里士多德相似的觀點，且根深蒂固。處理具體的實際問題時，一些直覺的錯誤觀點不

4、時冒出來，存在著嚴重的"口是心非"問題。四、教學重難點1教學重點：通過回顧歷史探究過程理解牛頓第一定律；慣性的理解。2教學難點：力和運動的關系；慣性和質量的關系。五、教學活動設計（一）創設游戲，引入課題撕紙游戲猜一猜：1一張紙已剪成兩截，但未完全剪斷，如果迅速用力撕兩邊，紙會斷成幾截？2現在把紙剪成三截，但未完全剪斷，如果迅速用力撕兩邊，紙會斷成幾截？大家不要動手，先猜一猜。3如果在中間的紙下面夾一個夾子，然后迅速撕兩邊，紙會斷成幾截？請大家想一想：為什么是這樣一個結果呢？怎樣解釋我們的游戲呢？其實，在我們的游戲中還涉及到一個古老的話題力和運動：用力撕紙，紙條斷開運動起來。

5、運動和力之間到底有什么關系呢？帶著這些問題，我們一起來體驗古人的探究過程，學習古人的探究方法，進一步理解論述運動和力關系的牛頓第一定律。（二）回顧歷史，探究定律1情景設問，經驗猜想在人類歷史的長河中，運動和力如影隨形，總是和人們的生活、生產密切相關。比如：馬拉車則車前進，不再拉，前進的車會停下來；人象推車則車前進，不再推，前進的車會停下來；踢球，球沿草地向前滾動，不再踢，滾動的球會慢慢停下來。思考：運動和力之間有什么關系呢？最早提出這個問題并給出經驗猜想的是古希臘學者亞里士多德。他根據生活生產經驗猜想：必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體就要靜止在一個地方。運動需要力維持。他

6、的觀點來自實際經驗，還能用實際經驗驗證，所以被人們廣泛接受，并維持了近兩千年。設問：我們現在知道，他的觀點是錯誤的。那么他有貢獻嗎？亞里士多德的貢獻：開創了一個新的研究領域。首先質疑并深入研究的是十六世紀的伽利略。他觀察了球的滾動。2質疑假設，科學猜想當球沿斜面向下滾動時，它的速度增大，而向上滾動時，速度減小。他由此猜想：當球沿水平面滾動時，它的速度應該不增不減。實際觀察的結果是：沿水平面滾動的球越來越慢，最后停下來。現象：沿水平面滾動的球越來越慢，最后停下來。按照亞里士多德的觀點，球停下來是因為沒有力的作用。伽利略恰恰從這一現象出發，對亞里士多德的觀點提出質疑。質疑：滾動的球之所以停下來，真

7、的是因為沒有力的作用嗎？設問：球停下來的原因是什么呢？在伽利略之前，人們還沒有意識到摩擦力這種無形的力，伽利略是第一個意識到摩擦力的人。他改變了水平面的粗糙程度，發現：水平面越光滑，球滾得越遠。于是，他推斷這是摩擦阻力作用的結果。結論：滾動的球停下來，是摩擦阻力作用的結果。假設：若沒有摩擦阻力，沿水平面滾動的球將怎樣運動呢？猜想：若沒有摩擦阻力，球將永遠滾動下去。過渡：伽利略設計了一個雙斜面實驗。3實驗探究，得出結論（1）雙斜面實驗左斜面固定，右斜面傾角可變。實驗中我們設定小球始終從左斜面定位卡處由靜止釋放。固定右斜面，改變小球所受的摩擦，觀察小球上升的最大高度怎樣變化。重復一次。思考:1 .

8、小球所受摩擦阻力的大小與小球上升的最大高度之間有什么關系？2 .摩擦阻力的大小與釋放點到上升的最高點的高度差是什么關系？3 .如果沒有摩擦，小球會上升到多高的地方？減小右斜面傾角，觀察小球沿斜面運動的最遠距離怎樣變化。重復一次。思考：1 .減小右斜面傾角，小球沿斜面運動的最遠距離如何變化？2 .如果沒有摩擦，減小右斜面傾角，沿斜面滾動的最遠距離怎樣變化？小球將上升到多高的地方？將右斜面放平，釋放小球，觀察小球的運動。思考：1 .如果水平木板足夠長，小球會停下來嗎？2 .如果沒有摩擦，水平木板足夠長，小球將滾到哪里去呢？實驗事實邏輯推理（無摩擦，右斜面足夠長）右斜面固止摩擦越小，球滾得越高球將滾

9、上原來的高度減小右傾球沿斜面滾得越遠球沿斜面滾得越遠，一角直滾到原來的高度放平右斜面球滾得最遠球將一直滾動下去過渡：現在通過動畫來模擬沒有摩擦阻力時小球的運動。我們為動畫配了一段話劇。（2）動畫模擬（老師扮演伽利略，學生扮演小球。）伽利略：小球先生（小姐），如果沒有摩擦，你會爬上什么高度呢？小球：我會搭乘夢想的階梯一步一步往上爬，直到爬上原來的高度。伽利略；如果我減小右斜面的傾角，你還會爬到原來的高度嗎？小球：夢想有多高，我就可以爬多高，只是我要走的路程更長了。伽利略：如果我繼續減小右斜面的傾角呢？小球：我心依舊，只是又多了一段山水之程。伽利略：如果我把右斜面放平，你還會為了自己的夢想而前行嗎

10、？小球：路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索。既然選擇了高度，留給世界的便只能是背影播放周杰倫的蝸牛節選：我要一步一步往上爬/在最高點乘著葉片往前飛/小小的天留過的淚和汗/總有一天我有屬于我的天希望同學們像小球一樣懷著夢想，沿著人生的軌道一步一步往前行！總有一天，你有屬于你的天！過渡：伽利略的雙斜面實驗是一個理想實驗。（3）理想實驗的魅力：實驗（事實）+邏輯推理通過可靠的實驗事實，加上合理的邏輯推理，得出規律的一種方法。理想實驗的魅力：實驗不能實現的地方，思維向前一步。這種方法非常了不起！愛因斯坦是這樣評價的：伽利略的發現以及他所應用的科學的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的

11、真正開端。這個評價實事求是，從亞里士多德到伽利略，經歷了2000多年，物理學徘徊不前；從伽利略到愛因斯坦，只經歷300多年，物理學的大廈初步建立，大師輩出。這都得益于伽利略首創的實驗研究方法。過渡：通過雙斜面理想實驗，伽利略得出了結論。（3）伽利略：若沒有摩擦阻力，沿水平面滾動的球將永遠滾動下去。運動不需要力維持。回顧、思考:靜止的車、足球為什么運動起來？運動的車、足球為什么會停下來？力和運動之間有什么關系？力是改變物體運動狀態的原因。設問：運動狀態是用什么物理量描述？車由靜止變為運動，受到了推、拉力；由運動變為靜止，受到了摩擦阻力。足球由靜止變為運動，受到了腳的力；由運動變為靜止，受到了草地

12、的摩擦阻力。過渡：與伽利略同時代的法國科學家笛卡爾對他的觀點進行了補充。4補充完善，形成定律（1）笛卡爾的補充：除非物體受到力的作用，物體將永遠保持其靜止或運動狀態，永遠不會使自己沿曲線運動，而只保持在直線上運動。這應成為一個原理，它是人類整個自然觀的基礎。笛卡爾補充了物體不受力時保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。過渡：1642年，伽利略逝世，1643年牛頓在英國誕生。牛頓是人類歷史上最偉大的科學家之一。主要貢獻有發明了微積分，發現了萬有引力定律和經典力學，設計并制造了第一架反射式望遠鏡等等。牛頓在1687年出版的自然哲學的數學原理一書中提出了三條運動定律。牛頓把伽利略、笛卡爾的正確結論總結成為

13、牛頓第一定律，它是牛頓物理學的基石。（2）牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態。過渡：現在我們來理解定律。（三）理解定律，了解慣性思考：牛頓第一定律中論述的運動和力的關系是怎樣的？1運動和力的關系：力是改變物體運動狀態的原因。物體不受力，保持勻速直線運動狀態或靜止狀態；運動狀態變化，物體一定受到力的作用。思考：物體不受力時“總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態”，這能不能通過實驗驗證呢？不能。由于不受力作用的物體是不存在的。許多阻力很小的現象可以幫助我們理解牛頓第一定律。2阻力很小的現象：冰壺從視頻可以看出，冰壺在一段時間內速度的大小和方向

14、幾乎不變，直到碰上另一個冰壺。思考：定律中還論述了什么呢？3慣性：概念：物體保持原來的勻速直線運動狀態或靜止狀態的性質。設問：一切物體都有慣性。做變速運動的物體有慣性嗎？當物體做變速運動時，由于慣性，物體會抵抗速度的改變，從而使速度的改變需要一段時間。比如汽車緊急剎車時不會立即停下來，而是繼續向前滑行一段距離。一切物體有慣性，有抵抗運動狀態變化的“本領”。物體慣性大，“本領”大，運動狀態難改變；物體慣性小，“本領”小，運動狀態易改變。思考并猜想：物體的慣性大小和什么因素有關？游戲：用嘴吹書提起書，用最大力氣吹垂下的封面；用手提起封面，用最大力氣吹垂下的書。思考：你觀察到了什么現象？這個現象能說

15、明慣性和質量的關系嗎？慣性與質量：質量是慣性大小的量度。質量只有大小，沒有方向，是標量。在國際單位制中，質量的單位是千克，單位符號為kg。在初中質量定義為物體所含物質的多少；現在進一步從慣性的角度認識了質量；以后還要從物體間的引力認識質量。過渡：現在，就可以解釋撕紙游戲了。（四）再設情景，規律應用1思考：怎樣解釋撕紙游戲？有夾子，增大了中部的質量，增大了慣性。當迅速撕開兩邊時，中部仍保持靜止狀態，所以撕成三截。無夾子，中間紙條慣性很小，靜止狀態易改變。由于撕開紙條的力左右有差異，所以撕成兩截。過渡：了解了慣性的知識，我們還能用它判斷是非。2.美國空軍UFO當案記載，1952.12.6黎明前，一架B29轟炸機在墨西哥灣上空訓練時，一個很大的不明飛行物以4000km-15000km的時速靠近、經過、遠離它。在目擊描述中，不明飛行物能迅速增減速度，甚至還能驟然停止。思考：1.如果沒有特別的裝置，UFO聚然停止時，外星人飛行員的命運是怎樣的？2人們想象外星人持有慣性消除器，用來消除自身的慣性，以便應對速度的迅速變化，你怎么看？我們利用慣性的知識發現了UFO當案記載中的疑點。希望大家在遇到問題時利用所學知識，冷靜分析。（五）課堂總結，課外探究1了解了運動和力關系的探究過程。在探