牛顿第一定律

《牛顿第一定律》教学设计

一、教学内容分析

《牛顿第一定律》这节课在司南版高中物理第6章第1节，主要解决力与运动的关系，在牛顿三大定律占重要地位，包括牛顿第一定律、惯性及惯性大小量度等知识要点；更包涵了亚里士多德、伽利略、笛卡尔及牛顿等科学大师的智慧和科研方法。因此教师在引导学生学习知识的同时，还当带着学生回到原始问题，经历科学大师解决问题的过程，体会物理学奠基性的科研方法。

二、学情分析

学生通过初中的学习，对于牛顿第一定律的内容和惯性、惯性现象及惯性大小量度都有了解。但对于力和运动的研究过程中所隐含大师们的科学智慧、对于力和运动关系的真相及惯性的本性缺乏深刻的思考和理解，仅停留于一些惯性现象的认识。如何激发学生的兴趣，继续深入思考这些已学过的知识点，这是本节课的困难所在。

三、教学设计思路：

（1）人们长期的生活习惯和经验引发力和运动关系物理课题的产生。让学生面对原始问题，身临历史研究过程，参与力和运动关系的步步揭开过程，引导学生逐步逼近牛顿第一定律。在获得知识的同时，领悟方法，产生对科学大师们的敬畏之心。

（2）以生活中惯性现象的应用和防止，将所学知识迁移应用到学生的身边和真实的生活中，从物理走向社会。

四、教学目标：

1．知识与技能

（1）真正理解牛顿第一定律。

（2）惯性及惯性应用和防止。

2．过程与方法

（1）回顾亚里士多德、伽利略、笛卡尔及牛顿等物理学家的科研过程，经历牛顿第一定律获得的历史过程，领悟大师们特别是伽利略和牛顿研究物理问题的方法，并将这些方法用到未来的学习和工作中。

（2）能将课堂知识与生活实际联系起来，应用到生活中，解决实际问题。

3、情感态度价值观

（1）从物理学家们身上看出科研的魅力，体会他们为探索真理而孜孜不倦，不断思考，求得真相，激发学生敬畏之心；

（2）能不被一些表面现象迷糊，培养勤于思考，勤于实验、追求实事求是的科学态度和科学精神；

（3）体会惯性现象在生活中应用和防止，激发学习物理兴趣和动力。

五、教学重点、难点

教学重点：

（1）体会伽利略的科研方法；（2）理解牛顿第一定律的内涵；（3）惯性本质及应用。

教学难点：

（1）激发学生的兴趣，继续深入思考这些已学过的知识点。

（2）牛顿第一定律是逻辑的产物，故此无法用实验来得到，对学生来说很抽象，深刻理解有难度。

六、教学资源：原始问题、多媒体、演示实验。

七、教学流程简图（详细见附录）

教学环节及时间安

排

教师活动学生活动教学设计意图与教学资源安排力与运动关系历史

回顾15分钟问题串启发性引

导、演示实验

面对原始问题、观察

现象、身临其境参与

到大师们解决问题

的过程；

重点突出伽利略的方法：实验事实+逻

辑推理

资源：多媒体、演示实验

牛顿第一定律

5分钟问题串引导思考、回答

重点体会牛顿比前人看的远的地方

资源：多媒体

惯性应用及总结10分钟展示生活中实际

问题，引起学生注

意，激发学习兴趣

将知识迁移应用

迫使学生将所学知识迁移到生活中，

到自己的身边

资源：生活实例、新闻报道、视频资

源

八、教学过程

（一）演示引入+历史回顾【15分钟】

[演示生活现象，引入课题]今天这节课，我们来研究一个古老的话题：关于力和运动。用我们的眼睛看看科学大师们在这个问题研究上给我们留下的启发。

首先演示一个生活中常见的现象：一个静止的物体，想让它动，怎么办呢？生：用力推。撤去推力，观察到什么？生：物体停止。生活中类似现象很多，2000多年前伟大的哲学家亚里士多德凭借观察和直觉提出的观点是：有力才有运动，力撤去运动就停止。【Q1：他认为力在运动中起到何作用呢？】学生：“力是维持物体运动的原因”。生活经验有力地支持他的观点。大家都认为眼见为实，这个观点延续了很长的时间，直到伽利略。伽利略是怎么推翻的呢？]。

我们重演一下刚才的实验，仔细观察一次，手撤去，大家观察到什么？（演示时手停在撤去的位置）生：物体没有立即停止，运动一段才停止。【Q2：“物体没有立即停止”说明什么？】生：力撤去物体还会运动。师：这段运动并没有力在维持，亚里士多德派学说是错的，力撤去，物体并没有立即停止。【Q3：伽利略关注什么原因导致物体最终停下来呢？】生：摩擦力。师：伽利略的观点跟同学们是一致的，他领悟到水平面运动的物体之所以停下来是摩擦的缘故，不是没有力的作用，恰恰是摩擦的作用。所以力不是维持运动，是改变运动状态。这是2000多年来的最大的突破。【板书并ppt展示伽利略的观点】伽利略进一步观察到一些现象，我们来模拟一下（flash模拟同样小车以相同速度分别在毛巾、棉布、木板、玻璃上运动）。现象包含什么规律呢？平面越光滑，小车将运动越远。【Q4：如果我们观察到此现象，接下去会怎么想象呢？】生：若摩擦力为零，物体则会一直运动下去。师：老师欣赏大家的想象力，这种想象力正是伽利略提供的。[ppt展示伽利略的完整结论]

为了向世人证明他的观点，他还假想了一个思想实验。

（1）将两个光滑斜面对接，让一个小球从一个斜面的顶端静止释放，紧接着又滚上另一个对接的斜面等高处；

（2）如果减小对接斜面的倾角，小球仍会达到同一高度，但通过的路程呢？（需要经过更长的路程；）

（3）同理如果再减小对接斜面的倾斜度，小球经过的路程就会越来越长。倾斜角越小，经过的路程越长，[接下去你有何突破性推理？]若倾斜角为零，则路程为无穷远，为了达到无限长，小球将一直运动下去。[插板书提炼伽利略的研究方法]

伽利略利用这个斜面实验成功地证明力不是维持物体运动的原因，没有力的作用物体将一直运动下去。[ppt展示伽利略的结论+理想实验方法]

师：我们知道伽利略并没有做个这个实验，这只是个假想的实验。【Q5：任何想象都不能凭空产生，这个思想实验灵感来源何处？/这个想象的实验主要依据什么现实呢？】

师：伽利略17岁那年，当时他还在医学院读书时，他观察到风吹进教堂，导致教堂中的吊灯摆动，他回去对单摆进行系列研究，其中一个著名的装置：针和单摆实验（演示）。用细线系一摆球，一端固定，将摆球拉向一边，由静止释放小球，摆球来回摆动，。他通过这个实验获得多个结论。今天我们关注其中一个结论，那就是摆球运动到右边时，能达到等高度的位置吗？我们用水平尺子标记其高度。

演示：摆球拉到左边，与尺子同高度的地方，静止释放小球，小球运动到右边等高的地方吗？

接着，伽利略在悬挂小球悬点的正下方，固定一根针，当球往右边摆动时，碰到针，他还会摆到相同的高度吗？当时伽利略用一根针多次改变小球的悬点，重复实验。在当时的测量条件下，伽利略得到的结论是：忽略空气阻力，摆球能上升到原来的高度。（演示过程与学生共同得出结论）。

我们重现一下刚才的运动[按照演示顺序播放flash]

【Q6：除了ABCD四点等高度这个结论外，大家比较这三次运动，还看出什么规律？】生：针的位置越高，摆球运动轨迹越长，运动越远【Q7：这个实验给你什么启发？】（ppt从上而下展示斜面试验示意图与摆球轨迹的比较）他将这个现象与斜面运动联系在一起。伽利略指出，对于斜面会得出同样的结论。任何有意义的想象来源于长期可靠而有意义的积累。[教师板书]【Q8：大家觉得伽利略凭什么推翻亚的观点呢？】生：观察—--实验积累---逻辑推理。师：我们佩服他的想象力，基于事实，经过思维抽象，将研究事物理想化。[ppt提炼理想实验方法]

[对第一段总结]理想实验是一种重要的物理方法，把研究的事物理想化，就可以更加突出事物的主要特征，化繁为简，易于认识规律，达到思维超越当时科学技术。伽利略的这一自然科学新方法，有力地促进物理学的发展，爱因斯坦说：“伽利略的发现以及他所用的科学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”就是现在，理想化模型对科学研究仍然具有重要的意义。

之后，与伽利略同时代法国科学家笛卡尔完善他的观点，把伽利略的结论推广到没有重力、没有摩擦力、没有空气阻力的更理想的情况，进一步补充和完善了伽利略的观点，指出：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，即不会停下来，也不会偏离原来的方向。用通俗的语言就是：如果没有力，物体将做匀速直线运动。（ppt展示笛卡尔图片及其结论）

（二）牛顿第一定律【10分钟】

师：隔了一代人之后，由牛顿在前人基础上提出牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动或静止，直到外力迫使它改变运动状态为止。

【Q9：关于力和运动的关系，牛顿与前人的相同之处？】

（1）指出力是改变运动状态的原因；[板书力：改变运动状态（继承前人）]

师：[这是继承前人的成果]牛顿自己也称：如果我看得比别人更远些，那是因为我站在巨人的肩膀上。【Q10：牛顿比前人看的更远，体现在哪呢？】生：……师：将牛顿和笛卡尔的结论放在一起比较，问：他们叙述顺序有何不同？倒叙有什么深刻的物理意义？将牛顿和笛卡尔的结论放在一起比较，引导学生发现叙述的前后顺序有何不同，笛卡尔强调当没有其他原因，将保持原来速度一直运动下去，他认为保持运动状态是有条件的，而牛顿则认为保持是无条件的，一切物体与生俱来的本能。

（2）第一次明确、完整指出一切物体都有的属性--惯性。（故此牛一又称惯性定律）

[板书：惯性：保持原来运动状态；]牛顿认为保持是无条件的，内在的；而改变是需要受力为条件，不能自动改变，不能口头说改变就改变。二者是内在和外因，是对立的，但又统一在牛一里面。牛顿更进一步揭示力和运动的本质。牛顿将前人的研究，统一起来思考，从中找到一个适合一切物体的规律，正如他对万有引力定律的研究涉及的也是一切物体，他善于从不同现象中找到共同的规律。牛一是逻辑的产物，不是从实验获得的结论，有人问牛顿如何发现定律，他回答：靠不停地思考。）

[对着ppt，总结力和运动的关系，大师们为我们留下了什么] [亚里士多德凭借观察和直觉得到他的观点，伽利略凭借实验和逻辑推理推翻了他的观点，牛顿凭借不停地思考得到惯性定律，更深刻揭示力和运动的关系。【Q11：大家觉得大师们留下了什么？】学生：要观察、要实验和逻辑推理还要不停思考。

[对着板书]这些大师们都是西方的学者，其实中国早在亚里士多德之前的春秋战国时期的著作《考工记》有“马力既竭，輈犹能取也”的描述。意思是说，在马拉车时，马不走了，即马对车不施力了，车子还可以前进一小段路。这是关于惯性现象最早的阐述；比同时代的世界的思想超出近2000年。我们的心中除了惊讶和自豪于老祖宗的智慧外，不禁反问：既然我们的祖宗最早观察并准确记录了惯性现象，但惯性定律却不是我们提出的，为什么呢？教师：对照大师们留下的启发，我们反思自己，也许是缺少了实验、推理和不断地思考；仅凭直觉是不够的，还需要实验事实和严密的逻辑推理，加上不停地思考，方能发现现象背后的真相，这也是同学们学习物理的重要途径和方法。

转折：带着这些启发，接下来我们继续来学习惯性。

（三）惯性及应用

1 惯性：保持静止或者匀速直线运动的状态的性质，是物体的固有的本能的内在的天然属性。英文名称inertia，解释为惯性或惰性。

牛一虽是逻辑的产物，但是事实可以证明一切物体都有惯性。

【Q12：你经历过惯性现象吗？】；【Q13：惯性有利还是有弊呢？】下面我们一起来看几个视频，关注几个生活现象：

2013年某省新出炉交通规则：驾驶机动车在高速公路和城市内的快速路上不系安全带将被记3分，同时罚款100元；副驾不系安全带被记1分，罚款50

元。师：网友称这是史上最严厉的教规，教管部门为何如此严厉呢？全体学生：安全。

（1）播放刹车模拟录像，紧急刹车时，车内人由于惯性仍保持向前，砸碎车玻璃。刹车时存在哪些安全隐患？并提出你的意见来防止这些隐患。理智提醒：副驾也当系带安全带。

安全带：当汽车急剧减速时，前座安全带给人提供外力，帮助改变运动状态；将人紧紧限制在座位上，不至于前额受伤。师：教管部门如此严厉，为了人的安全，体现以人为本。同学们今天放学回家，坐在副驾上第一件事情就该系安全带。

（2）2012年9月25日中国自己的航空母舰辽宁号面世，歼15于2012年11月25日第一次从辽宁号上成功起飞和成功急降。各大网站、报纸具有报道：航母甲板长度仅机场的1/10，拦阻索钩住飞机尾钩，在短时间内速度从300千米每小时减为0，当舰载机在钩住阻拦索的瞬间，飞行员经历红视。红视时感觉佩戴一副红色眼睛，周围世界一片红色，产生原因是眼部充血。【Q14：大家思考分析下，是什么原因导致眼部充血呢？】由于惯性，血液加速向飞行员头部涌去，飞行员眼前会出现“红视”现象，并使头部形成高血压，这对飞行员的颈椎、腰椎和脊柱都会产生影响，急降对飞行员身体素质提出了极高的要求。故此飞行员需要预先通过身体关的选拔，其中有一项是红视适应。演示：红视产生的可能原因。

（四）总结：

人类在探索自然过程中，发现了规律，我们当尊重规律并应用规律。

作业1：关于惯性的其他应用，请同学们自行查阅资料，以惯性应用、惯性制导等为关键词。

作业2：假设某时刻地球停止自转，请想象接下来会发生什么事情呢？