牛顿第一定律

《牛顿第一定律》课例分析

开江县甘棠中学：张贵敏【理论依据】

现代教育心理学研究成果显示，学习效果取决于学生学习的主动性。因此教师在教学过程中应引导学生质疑、调查、探究、实践、即动手又动脑，创设能使学生主动参与的学习情景，激发他们学习《科学》的积极性。运用探究式教学的目的是为了培养学生像科学家那样去思考问题、分析问题，使他们学会科学的思维方法和进行科学实验的本领。

【学情分析】

八年级学生的思维习惯是：直观形象思维能力较强，抽象的理性思维能力较弱，有一定的逻辑推理能力。因此“小车实验”是本节的关键内容，是学习牛顿第一定律的思维支撑点。

【教材分析】

这一章的知识属于动力学的知识，是研究力与运动之间的关系，只有懂得了动力学的知识才能根据物体所受的力确定物体的位置，速度变化的规律，才能够创造条件来控制物体的运动。牛顿三大运动定律作为动力学的核心内容，本节课的教学内容牛顿第一运动定律作为牛顿物理学的基石，首先对人类认识运动和力的关系作了历史的回顾，着重介绍了伽利略研究运动和力的关系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惯性的概念。为后续的学习打下好的基础。本节由“牛顿第一定律”和“惯性”两部分组成，是力的知识的深化（力的作用效果是使物体发生形变或改变运动状态），也是力的合成和力的平衡等内容学习的基础。其内容设置上有利于从以下三方面体现了新课程基本理念：(1)注重教学资源的优化组合，促进教学方式的多样化，(2)贯彻从生活走向科学，从科学走向社会，(3)注重科学探究，培养学生的科学素养。

【任务分析】

【教学目标】

认知目标：

1. 能叙述牛顿第一定律的内容，确认力并非维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。

2. 进一步理解“控制实验条件”的方法。

能力目标：

1．培养和提高实验设计与操作、现象描述、总结归纳等能力。

2．学习“归纳推理”这一科学方法

情感目标：

1．通过对牛顿第一定律得出过程的体验，感受科学成果往往是多人智慧的结晶。

2．培养实事求是的科学态度。

【教材重、难点】

重点：牛顿第一定律。

难点：牛顿第一定律的推理过程。

【教学原理】

启发教学原理，循序渐进原理，知智统一原理。

【教学方法】

讨论法探究法情境教学法。

【教具准备】

1．斜面、斜面小车、直尺、木板、毛巾、棉布、玻璃板、长方形木块、棋子。（每组一套）

2．教学课件。

【案例描述】

一、引入新课：探究力与运动的关系

学生实验(1)：将木块放在粗糙的水平桌面上，木块不动。用手轻推木块，木块移动，松手后木块马上静止不动。

设问：⑴木块为什么会运动⑵为什么会停下来？⑶你能得出什么结论？学生小组讨论交流。

学生猜想：⑴因为手的推力使木块移动了。⑵因为不用力了，所以木块不动了。

⑶推力是维持木块运动的原因。

（设计意图：运用实验激发学生求知欲，同时深化力的概念。）

学生实验(2)：将木块放在玻璃板上，用手推动木块后放手，木块仍能继续运动一段距离后停了下来。

师：从实验⑵可以看出木块不受推力作用时，仍运动了一段距离，可见同学们的猜想⑶是否正确？（让每组同学起来发表自己的意见）

学生归纳得出结论：力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因。

设问：推力和木块的运动有怎样的关系呢？学生小组讨论交流。

学生猜想：⑴推力使物体由静止变运动。⑵物体运动可能不需要力。

（设计意图：通过对比，知道没有外力作用，物体也可能运动，那么没有外力作用，物体将作怎样的运动呢？从而引出新课。）

二．讲授新课：探究牛顿第一定律

第一阶段：采用“矛盾冲突法”，借助于信息技术媒体优势尽力展示生活体验、亚里士多德观点与伽利略思想实验矛盾冲突，激发学生探究欲望，使学生有较高的热情支发现问题，为运用矛盾冲突法纠正错误认识，建立的正确认识作好铺垫。

第二阶段：实验探究。以动画展示斜面小车实验过程，给学生以启示，引导学生发现实验的技术关键，让学生自主、合作利用身边的物品设计自己的实验方案，动手实验探究，教师起组织者、帮助者的作用，尽量让学生自己分析、交流、推论并表述出牛顿第一定律内容。

设问：1、静止在老师手中的书，如果不受力了，会怎么样？2、图中正在做曲线运动的过山车，如果突然一切外力全部消失，它会怎么样呢？

猜想：⑴静止。⑵运动速度越来越慢。⑶……⑷……

师：无论哪种猜想正确，必须找到充足的根据，说服对方。我们最好从哪里找根据？

生（齐答）：实验！

一）牛顿第一定律的实验探究

1、提出问题

师：同学们一定有这种体验：在平地上骑自行车的时候，即使不踩踏板，车也会前进一段距离，但因为没有继续用力，它最终还是要停下来。日常生活中这种现象很多，比如自由摆动的秋千会停下来。你们见过这类现象吗？谁来说一说？生：随风摆动的风铃最终会停下来，在地上滚动的小球最终会停下来……

师：同学们面前有很多物体，请大家随便玩，仔细观察你看到的现象，看看谁提的问题多。（让学生动手玩面前的教具，提出问题）生：小车为何会停下来？是谁阻碍了小车的运动？怎样才能让小车不停下来？等等。

（设计意图：学生提出问题是顺利探究的开始，不管学生提出什么样的问题，教师都不要否定。将问题分为三类：第一类直接让学生说出答案，第二类让学生上网或查资料解决，第三类作为本节课探究的课题）

师：这节课我们就来探究“运动的物体为什么会停下来”。

2、学生猜想回答

师：请同学们猜想问题的答案，并说出你的理由。

（设计意图：猜想时说理由，是为了防止学生猜想的随意性，锻炼学生分析问题的能力。）

生：运动要靠力来维持，比如说推桌子，用力推，桌子前进，不用力推，桌子就停止了运动，所以说运动要靠力来维护等等。（让每组同学起来发表自己的意见）

师：我认为运动不需要力来维持。比如说一个小球在地上滚一会就停止了运动，而用同

样大的力让这个小球在冰面上滚，过好长时间小球才能停下来。如果有一个平面的摩擦力为零，小球就会永远运动下去，所以运动不需要力来维护。同学们，谁愿意支持我的猜想？

（设计意图：由于生活中的错觉，学生的猜想一般是“运动要靠力来维持”。此时，教师作为一名“好学生”，提出自己的见解，一是为了调节气氛，激发学生学习的兴趣；二是为引出“牛顿第一定律”做铺垫。）

3、制定计划与设计实验。

设问：利用给你的实验器材怎样才能验证你的猜想是否正确？你需要控制哪些实验条件？请同学们分组讨论实验的目的、器材、步骤，写出实验方案。

学生思考、讨论：⑴实验的目的、器材、步骤，需要控制的实验条件，评选出最合理的实验方案。

学生在汇报方案时，有很多地方不一样，对此，教师应尊重学生的意见。有的组的方案不太合理，如先让小车在毛巾面上滑过，再在桌面上滑过，最后在棉布上滑过，对于这些不太合理的地方，让学生自己对比，取长补短。在这个过程中，学生很可能产生争论，这是学生思维火花的碰撞，教师要提供给学生辩论的舞台，让学生真正成为学习的主人。

（设计意图：对于这一环节，教师要特别重视，因为这一过程需要学生分析、想象、设计、创造，这是发展学生能力的关键环节，要给学生充分考虑的时间。）

生：选用的器材是木板、木块、小车、刻度尺、毛巾、棉布、桌面，步骤是先让小车从斜面上自由滑下，用刻度尺量出小车在桌面上通过的距离；再让小车从斜面上同一高度自由滑下，用刻度尺量出小车在棉布上通过的距离；最后让小车从斜面上同一高度自由滑下，用刻度尺量出小车在毛巾面上通过的距离。

⑵设计实验记录表格，并相互评价，推荐最合理的表格供全班使用。

师：下面请三个组的代表到黑板上画出你们的设计表格。师生共同讨论选出最合理的，如表1。

表1

实验次数

表面材料

表面粗糙程度

磨擦力大小

滑行距离

1

毛巾

2

棉布

3

玻璃

（说明：学生设计完表格后，为增强设计的目的性、准确性，教师要引导学生总结出制表的原则，即

需要分析哪些数据，则画出哪些数据的栏目。学生所设计的表格，并非完全相同，教师要让学生充分展示，让学生自己评判，最后达到自我完善。）

播放斜面小车实验的课件，提供研究范例。

讨论：此实验过程中，为什么小车每次都从同一高度滑下来？三次实验中水平面上有什么不同，为什么？小车在水平面上运动的距离远近说明了什么。

4、学生分组进行实验探究

师：请同学们根据自己的设计进行实验，仔细观察实验中的现象，看看你们的猜想是否正确。教师巡视并作实验指导：本实验分析与论证过程，着重在于比较数据，找出现象中变化的趋势，再从中发现规律。视情况引导学生讨论。

（说明：教师要完全放手让学生操作，给学生一个宽松的空间，不做统一指导，只在巡视时给个别小组以提示。在记录数据时要求学生必须实事求是，这样做有利于培养学生严谨的科学态度。为了方便分析数据，让每组学生将得到的数据写到黑板上。）

5、学生分析与论证，得出结论

教师投影展示学生的实验记录，播放斜面小车实验，启发学生间交流与探讨，引导学生正确地口头表述。师：请同学们说一说实验现象和表上记录，由此可得到什么结论？小组交流，提交结论，评选出完整合理的结论：

结论：平面越光滑，小车运动时受到的阻力越小，通过的距离越大，运动时间越长，速度减少得越慢。（出示投影片）

(设计意图：培养学生透过现象看本质的能力)

猜想：(1)如果运动的物体不受力，它将___________。 (2) 如果静止的物体在光滑的平面上，不受力，它将___________。

师：我们发现，阻力越小，小车运动得越远，那么请小组合作完成上面的猜想并填表

2。

表2（投影）

实验次数

表面材料

表面粗糙程度

磨擦力大小

滑行距离

推理想象

光滑表面

设问：根据上述结论，你能推出什么结果？

学生讨论、总结：运动的物体在没有受到外力作用的时候，总是保持匀速直线运动状态，静止的物体在没有受到外力作用的时候，总保持静止状态。

（设计意图：培养学生推理能力——深化对“小车实验”的认识）

设问：现在你知道了物体不受外力作用时的运动规律吗？学生推理并理解记忆。

师归纳总结：(1)点明上述表述其实就是牛顿第一定律所反映的内容。展示牛顿第一定律内容，并议论定律中“一切”“不受外力”“或”和“总保持”的含义。 (2) 对定律的理解：任何物体，如果不受外力的作用，原来静止的，将永远保持静止；原来运动的将永远保持匀速直线运动。（3）“牛顿第一定律”表达的是物体不受外力时的运动规律。（4）牛顿第一定律采用的方法是实验加推测。

讨论：为什么牛顿第一定律不能用实验进行验证？为什么又是正确的？

师总结：牛顿第一定律是通过分析事实，再进一步概括、推理得出的。我们周围的物体，都要受到这

个力或那个力的作用，因此不可能用实验来直接验证这一定律。但是，从定律得出的一切推论，都经受住了实践的检验，因此，该定律已成为大家公认的力学基本定律之一。

6．评估交流

师：同学们做完实验后，要进行评估，请小组先讨论，再选一个同学说一说实验中出现的错误，是怎么克服的；也可说一说自己的实验在哪个地方设计得比较精彩。

（设计意图：对于接受能力快的同学来说，交流给他们提供了一个展示自己的舞台，让他体验到成功的喜悦。对于接受能力慢的同学来说，则可借此机会向别人请教，最终获得探究的成功。“交流”它贯穿于整个探究活动中，教学时，教师可组织学生以小组为单位进行交流，也可全班交流。）师：同学们已经同意我的观点，即运动不需力来维持，那么为什么我们骑自行车要不断用力蹬？学生讨论回答。

三．知识拓展

简单介绍意大利科学家伽利略的实验结论和英国科学家牛顿的研究成果，介绍少年牛顿故事。并指导阅读：伽利略、笛卡儿、牛顿对上述问题的研究、思考。学生阅读、讨论。

（设计意图：价值观教育：科学成果往往是众多科学家智慧和辛勤劳动的结晶。让学生尤其是暂差生能树立起学习的信心。）

四、做游戏，提问题

师：同学们用直尺打一摞棋子中底部的棋子，或快速抽掉钢笔帽下面的纸条，观察现象，并提出问题。（设计意图：这一环节是为下一节惯性做准备）

五、练一练（课件展示）教师巡视，注意学生的反馈情况

1．得出牛顿第一定律的方法是（）

A纯实验方法 B纯推理方法 C实验加推理的方法 D数学推导法

2．下列说法错误的是（）

A物体不受外力作用时，总保持匀速直线运动。B力是改变物体运动状态的原因。

C受到外力作用的物体运动状态可能不变。 D 力是维持物体运动的原因。

3．竖直上抛一个物体到达最高点时，如果突然失去一切外力作用，它的运动状态将是_________。六、课堂总结

设问：通过这节课的学习，你有什么收获？什么给你留下了最深刻的印象？

学生交流回答：牛顿第一定律内容；实验推理过程，适用条件；力是改变物体运动状态的原因等。（设计意图：深化概念，加深对第一定律的理解）

七、布置作业

1．预习下节课内容，利用所学知识解释游戏中发现的问题。

2．设想一下，如果有一天，地球上的物体都不受外力，我们的世界会变成怎样？写一篇科幻作文，描述一下这场灾难的具体场景。

【教学反思】

“物体不受外力作用时，它的运动状态如何？”对这一问题的探究，学生的思维习惯往往去找实际不受外力的物体：如太空中的物体等，很难提出实验加推理的方法。我在教学中，直接提出实验加推理的方法。课后仔细思考发现这种处理并不好，不符合学生认知规律，应启发学生思考：自然界中不受不受外力的物体不存在，我们能否使物体几乎不受外力作用？能否使物体尽可能少受外力？如何将少受外力作用的物体运动状态与不受外力作用的物体运动状态联系起来？然后得出实验加推理的方法。使学生明白“不受外力作用”是一种理想状况，我们只能无限接近而不能得到理想状况。这是一种新的思维方式，为我们解决问题提供了一种新方法。

【板书设计】

牛顿第一定律

一、科学探究

1. 探究目标：物体运动状态的改变与受到外力的关系

2. 实验思路：利用小车在水平面上作直线运动进行探究

3. 本实验人为地控制了实验条件：

相同条件：作直线运动(相同的方向)，同一小车同一斜面同一高度静止放手(相同的速度大小)不同条件：外力大小(采用控制小车运动表面的粗糙程度)

《“牛顿第一定律”探究》实验表1

实验次数

表面材料

表面粗糙程度

磨擦力大小

滑行距离

1

毛巾

2

棉布

3

玻璃

表2

实验次数

表面材料

表面粗糙程度

磨擦力大小

滑行距离

推理想象

光滑表面

二、牛顿第一定律

一切物体在没有受到外力作用的时候，总是保持匀速直线运动状态或静止状态。

三、练习

（课件展示）