牛顿第一定律教学设计

课题：《牛顿第一定律》 示范中学 赵江华 一、教学目标 1．知识与技能 ⑴体会伽利略的理想实验思想。 ⑵理解牛顿第一定律的内容及意义；理解力和运动的关系。 ⑶理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度。 2．过程与方法 ⑴通过回顾历史探究过程理解牛顿第一定律的形成过程。 ⑵理解理想实验是科学研究的重要方法。 3．情感态度与价值观 ⑴通过运动和力的关系的历史探究过程，使学生体会规律的形成都有一个从感性到理性、从低级到高级的产生、发展和演变的过程。 ⑵通过理想斜面的教学，体会理想实验的魅力。 二、教学重点：通过回顾历史探究过程理解牛顿第一定律；惯性的理解。 三、教学难点：力和运动的关系；惯性和质量的关系。 四：教学过程： （一）背景介绍：第一章学习运动学，第二章学习力学，这节课开始学习第三章，动力学的开端，牛顿第一定律。 （二）创设游戏，引入课题 1.提问学生们课前讨论结果 2.让学生来演示卡片抽鸡蛋的实验 怎样解释我们的游戏呢？其实，在我们的游戏中还涉及到一个古老的话题─力和运动。它们之间到底有什么关系呢？带着这些问题，我们一起来体验古人的探究过程，学习古人的探究方法，进一步理解论述运动和力关系的牛顿第一定律。 （三）回顾历史，探究定律 1．亚里士多德的观点(前384-前322年，柏拉图的学生，亚历山大的老师) 演示实验1：手推粉笔盒，粉笔盒运动，不推的话，它就停止运动。 然后再举生活实例：马拉车则车前进，不再拉，前进的车会停下来；人推车则车前进，不再推，前进的车会停下来；踢球，球沿草地向前滚动，不再踢，滚动的球会慢慢停下来。 思考：生活实例告诉我们运动和力之间有什么关系呢？ 最早提出这个问题并给出经验猜想的是古希腊学者亚里士多德。 他根据生活生产经验猜想：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在一个地方。运动需要力维持。 他的观点来自实际经验，还能用实际经验验证，所以被人们广泛接受，并维持了近两千年。 设问：我们现在知道，他的观点是错误的。物体会停止运动不是因为没有力来维持，而是受到了摩擦阻力的作用。那么他有贡献吗？ 亚里士多德的贡献：开创了一个新的研究领域。 首先质疑并深入研究的是十六世纪的伽利略。 2．伽利略的观点（1564-1642年） （1）提出质疑 PPT演示实验1 提问：①小车为什么每次在水平面上滑行都会停下来？（因为受到摩擦阻力） ②为什么在木板上滑行得较远，在玻璃上能滑行得更远？ （因为在玻璃表面摩擦阻力更小） 结论：如果小车在水平面不受阻力，将在水平面一直运动下去，永远不会停止。 （2）科学猜想 都是摩擦力惹的祸，如果没有摩擦力会怎样？ （伽利略之前，人们还没有意识到摩擦力这种无形的力，伽利略是第一个意识到摩擦力的人。） 过渡：伽利略设计了一个双斜面实验。 （3）双斜面实验 双斜面实验 左斜面固定，右斜面倾角可变。实验中我们设定小球始终从左斜面定位卡处由静止释放。 思考： ①小球所受摩擦阻力的大小与小球上升的最大高度之间有什么关系？ ③如果没有摩擦，小球会上升到多高的地方？ 减小右斜面倾角，观察小球沿斜面运动的最远距离怎样变化。重复一次。 思考： 1．减小右斜面倾角，小球沿斜面运动的最远距离如何变化？ 2．如果没有摩擦，减小右斜面倾角，沿斜面滚动的最远距离怎样变化？小球将上升到多高的地方？ 将右斜面放平，释放小球，观察小球的运动。 思考： 1．如果水平木板足够长，小球会停下来吗？ 2．如果没有摩擦，水平木板足够长，小球将滚到哪里去呢？ 实验事实 逻辑推理（无摩擦，右斜面足够长） 右斜面固定 摩擦越小,球滚得越高 球将滚上原来的高度 减小右倾角 球沿斜面滚得越远 球沿斜面滚得越远，一直滚到原来的高度 放平右斜面 球滚得最远 球将一直滚动下去 PPT演示2 过渡：伽利略的双斜面实验是一个理想实验。 （4）理想实验的魅力： 实验（事实）+逻辑推理 通过可靠的实验事实，加上科学的思维方法，得出规律。 理想实验的魅力：实验不能实现的地方，思维向前一步。 这种方法非常了不起！爱因斯坦是这样评价的：伽利略的发现以及他所应用的科学的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。这个评价实事求是，从亚里士多德到伽利略，经历了2000多年，物理学徘徊不前；从伽利略到爱因斯坦， 只经历300多年，物理学的大厦初步建立，大师辈出。这都得益于伽利略首创的实验研究方法。 例1．伽利略的理想斜面实验说明 ( ) A．可以不必具体做实验，只通过抽象分析就能得出 结论 B．亚里士多德的运动和力的关系是错误的 C．力是维持物体运动的原因 D．力不是维持物体运动的原因 过渡：通过双斜面理想实验，伽利略得出了结论：若没有摩擦阻力，沿水平面滚动的球将永远滚动下去。运动不需要力维持。 回顾、思考： ①静止的车、足球为什么运动起来？ ②运动的车、足球为什么会停下来？ ③力和运动之间有什么关系？ 力是改变物体运动状态的原因。 提问：运动状态的改变是用什么物理量描述？答：速度的大小方向。大小改变，运动状态改变，方向改变，运动状态改变。 车由静止变为运动，受到了推、拉力；由运动变为静止，受到了摩擦阻力。足球由静止变为运动，受到了脚的力；由运动变为静止，受到了草地的摩擦阻力。 过渡：与伽利略同时代的法国科学家笛卡尔对他的观点进行了补充。 3.笛卡尔的补充（1596-1690年） 笛卡尔的补充：除非物体受到力的作用，物体将永远保持其静止或运动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动。这应成为一个原理，它是人类整个自然观的基础。 笛卡尔补充了物体不受力时保持静止状态或匀速直线运动状态。 过渡： 1642年，伽利略逝世，1643年牛顿在英国诞生。牛顿是人类历史上最伟大的科学家之一。主要贡献有发明了微积分，发现了万有引力定律和经典力学，设计并制造了第一架反射式望远镜等等。 4.牛顿的总结完善（1643-1727年） 牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中提出了三条运动定律。牛顿把伽利略、笛卡尔的正确结论总结成为牛顿第一定律，它是牛顿物理学的基石。（思考为什么它叫做牛顿第一定律而不是伽利略，笛卡尔定律呢？给学生们讲述做总结的好处，平时学习也是如此，多做总结，把老师讲授的知识变为自己的。） 过渡：现在我们来理解牛顿第一定律。 （四）牛顿第一定律 1.内容：一切物体总保持匀速直线运动或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。 思考：牛顿第一定律中论述的运动和力的关系是怎样的？运动和力的关系：力是改变物体运动状态的原因。 为什么说牛顿第一定律是最完善的？ 2.理解：（1）物体不受力时，保持匀速直线运动状态或静止状态；物体受力时，力迫使运动状态发生改变。 思考牛顿第一定律表明什么？ （2）揭示了物体的一个重要属性 —— 惯 性。故牛顿第一定律又叫惯性定律。 惯性：物体具有的保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质。 解释引入时候的动画刹车问题 PPT演示3 课内讨论 有人设想，乘坐气球飘在高空，由于地球自转，一昼夜就能环游世界，这个设想可行吗？调动学生思维。 3.适用范围：惯性参考系，以静止或匀速直线运动的物体做的参考系叫做惯性参考系。（一般以地面，相对于地面静止不动或匀速的物体做参考系，可以用牛顿第一定律） 思考：物体不受力时“总保持匀速直线运动状态或静止状态”，这能不能通过实验验证呢？不能。由于不受力作用的物体是不存在的。但是有合外力为零的情况。例如匀速行驶的汽车，要改变运动状态，合外力必将改变。静止在桌面上的粉笔盒，如果没有外力作用，他将一直静止。还有生活中许多阻力很小的现象也可以帮助我们理解牛顿第一定律，如图中阻力很小的现象：冰壶。 4.注意：没有外力作用在物体上是一种理想状态，生活中物体所受外力的合力为零的现象可以等同物体不受外力作用。 5.物理意义：准确描述了力与运动的关系——力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因。（进一步理解：是改变速度的原因，也就是产生加速度的原因） 【例2】关于牛顿第一定律，下述中正确的是（ ） A.由于宇宙没有不受力的物体，因此牛顿第一定律只是理想的定律并不具有实际意义 B.牛顿第一定律揭示了一切物体都具有惯性 C.牛顿第一定律说明力是改变物体惯性的原因 D.牛顿第一定律告诉我们力是改变物体运动状态的原因 五、惯性 1.定义：物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质。 思考：牛顿第一定律说一切物体总保持匀速直线运动或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。而它又揭示了惯性，那是不是说一切物体都具有惯性呢？ 2. 惯性是物体的固有性质,一切物体都具有惯性。（惯性与物体的运动状态，受力情况及所处环境等其他因素都无关。） 设问：一切物体都有惯性吗？看牛顿第一定律的表述。 运动的物体的惯性表现为总想保持这个速度做匀速直线运动，而静止的物体的惯性表现为总想保持静止状态不动。 解释引入小实验，抽出纸条粉笔倒与不倒的原因：人和物体都具有惯性，改变它的运动状态需要力，而要产生明显的变化需要时间，很快的抽出来时时间很短，则状态改变不明显，所以粉笔没有倒下。抽的慢了的话时间长，改变明显，则会倒。另一种解释：由于粉笔下半部分受到力的作用要改变状态，而上半部分要保持原来的状态，所以倒了。 看思考与讨论，物体抵抗运动状态变化的本领，即惯性的大小与什么有关呢？比如：打乒乓球时，球被拍子轻轻一挡就弹回去了，说明乒乓球的运动状态容易改变，保持原来运动状态的本领小，也就是惯性小。追问：如果此时飞过来的是一个铅球，你能用球拍挡回去吗？（很难挡回去，其实根本就不敢挡）为什么？ 因为铅球的运动状态很难改变，惯性大。还有课前的演示实验，如果改成抽一个装满粉笔的粉笔盒，粉笔盒会倒吗？不会，因为比较重。