牛顿第一定律实验设计

牛顿第一定律

一、教学目标

(一) 知识与技能

1. 知道伽利略的理想实验及其主要推理过程和推论，知道理想实验是科学研究的重要方法

2. 知道物体的运动不需要力来维持。理解牛顿第一定律的内容及意义。

3. 理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度，了解利用惯性及防止惯性的方法，会用惯性解释一些现象

(二) 过程与方法

1.通过斜面小车实验,培养学生的观察能力和科学的思维方法(分析、概括、推理)。

2. 通过生活中的惯性现象，使学生加深对惯性（牛顿第一定律）的理解和应用。

(三) 情感态度与价值观

1. 通过伽利略和亚里士多德对力和运动关系的不同认识，了解人类认识事物本质的曲折性。

2.感受实验在物理学研究中的重要性。

二、教学重难点

重点：牛顿第一定律和惯性

难点：伽利略理想实验的推理过程和牛顿第一定律

三、教学用具

斜面、小车、毛巾、棉布、平板、惯性演示器

四、教学过程

（一）创设情景，引入新课

（1）坐在车上，当车一开，人会向后倒，为什么？

（2）大城市警察查看司机是否系了安全带，为什么？

通过这些现象引起学生探求物理知识的兴趣，同时为惯性的学习打下伏笔。

（二）历史回顾，新课教学

1.实验引出：亚里士多德的观点（批驳）和伽利略观点（赞同）【演示1】在桌面上推动木块（或板擦）从静止开始慢慢向前运动，撤掉推力,木块立即停止。

【设问】生活中还有哪些类似的现象？

学生思考后回答：关闭发动机车子停止运动、荡秋千……【分析】这些现象从表面上看,“必须有力作用在物体上,才能使物体继续运动,没有力的作用,物体就要停下来.”即：板擦的运动需要推力去维持。（一部分学生会认为物体受力则动，不受力则静止；也有一部分同学对此产生疑问）

①亚里士多德的观点:力是维持物体运动的原因

古希腊哲学家亚里士多德就根据这些现象总结出“物体的运动需要力去维持”。这种观点在历史上曾被沿用两千多年,但沿用两千年是否就一定正确呢？直到三百年前，人们才开始对这个观点是否正确提出疑问，并由伽利略和牛顿几位科学家对力和运动的关系提出了科学的论断。

【演示2】在桌面上推动木块（或板擦）从静止使之向前运动，用

力推出,木块向前运动一段距离后停止。

分析：推力撤掉，还要向前运动，与亚里士多德的观点不符。

分析：木块:静止——运动——静止。

②伽利略观点:：物体的运动不需要力维持（运动的物体停下来是由于受到摩擦力），力是改变运动状态的原因。

伽利略通过斜面小车实验和对实验进行理想推论，反驳亚里士多德观点。下面介绍该实验……（教师在黑板上画图并讲解）

讲授：

1.毛巾、棉布、木板三种不同材料，表面粗糙程度不同（毛巾最

粗糙，棉布次之，木板较平滑），对小车阻力大小不同（毛巾阻力最

大，木板最小）。

2.阻力大小通过小车在该表明上运动距离长短比较。

3.同一辆小车从同一高度下滑，保证到达斜面底端速度相同（控制变量法）。

2.斜面小车实验：探究阻力对物体运动的影响

【实验步骤】：

①将实验器材取出，并按要求将斜面和水平木板接在一起，调整斜面高度h（同一高度）。

②在水平木板上面铺上毛巾或纸板，保证平面平整，纸板长度和宽度足够小车运行。

③将小车放到指定高度（最好以斜面最高处为下落点），然后让小车自由滑下斜面，并记录小车在毛巾或纸板水平面上通过的距离。

④记录下小车在毛巾上滑过的距离S1,并填写在相应数据栏内。

⑤将毛巾或纸板取下，在水平木板上铺上棉布，然后将小车放到

同一高度，让小车自由滑下斜面。

⑥记录下小车在木板上滑过的距离S3,并填写在相应数据栏内。

⑦将棉布取下，使平面为水平木板面，将小车放到同一高度，让小车自由滑下斜面。

⑧记录下下车在木板上滑过的距离S2,并填写在相应数据栏内。【实验现象总结】：

[师]观察上述实验现象，比较小车的距离，有什么不同之处？

[生]小车在毛巾上运动的最短，在棉布上运动得较长，在木板上运动的最长。

[师]小车为什么会停下来，为什么在木板上运动的最长。

[生]因为小车受到阻力，木板阻力最小，所以小车运动得最远。

[师]从上述实验可以发现如果平面阻力越小，小车运动得越远。假如阻力为零，那么小车将怎样运动？

[生]不会停止，一直运动下去。

[师]伽利略正是在上面实验基础上，通过理论推论，证明物体停下来，是因为受到阻力作用。假如阻力消失，物体将一直运动下去。即物体的运动不需要力来维持。从而否定亚里士多德的观点。

3.牛顿第一定律

[师]英国物理学家牛顿在伽利略的基础上，进一步概括力和运动的关系，归纳得到牛顿第一定律。

牛顿第一定律内容：

一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止或匀速直线运动状态。

解析:

1.适用范围：一切物体

2.成立条件：没有受到力（理想状态或合力为零）

3.“总”：没有例外

4.“或”：两者居一

5.状态：静止或匀速直线运动

4.惯性

【举例】坐车时，汽车突然刹车人向前倾；车向右转弯时，人向左边偏。锤头松了，将锤头和锤柄一起向下敲（锤头在上）。

…………（这就是惯性）

教师板书惯性定律并用惯性解释上述现象。

【演示3】提醒学生注意观察，并思考会出现的现象。

1.从仪器盒中，取出惯性实验演示器，并将仪器放在水平桌面上。

2.将小木片放在凹槽上面，然后将圆球放在木片上方并对准凹槽。

3.用手指把弹簧片往后面拨一定程度，在松开手指使弹簧片打击木片，观察现象。