牛頓第一定律(10)(20210116033638)

1、牛頓第一定律教學(xué)目標(biāo)1知識(shí)與技能體會(huì)伽利略的理想實(shí)驗(yàn)思想。理解牛頓第一定律的內(nèi)容及意義；理解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。理解慣性的概念，知道質(zhì)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(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的重要方法。3. 情感態(tài)度與價(jià)值觀通過運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系的歷史探究過程，使學(xué)生體會(huì)規(guī)律的形成都有一 個(gè)從感性到理性、從低級(jí)到高級(jí)的產(chǎn)生、發(fā)展和演變的過程。通過理想斜面的教學(xué)，體會(huì)理想實(shí)驗(yàn)的魅力。教學(xué)重點(diǎn)1教學(xué)重點(diǎn)：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(xué)難點(diǎn)：力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系；慣性和質(zhì)量的關(guān)系。教學(xué)過程（一）創(chuàng)設(shè)游戲，引入課題撕紙游戲猜一猜：1.

2、 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(huì)斷成幾 截？2. 現(xiàn)在把紙剪成三截，但未完全剪斷，如果迅速用力撕兩邊，紙會(huì)斷成幾 截？大家不要?jiǎng)邮?，先猜一猜?. 如果在中間的紙下面夾一個(gè)夾子，然后迅速撕兩邊，紙會(huì)斷成幾截？請大家想一想：為什么是這樣一個(gè)結(jié)果呢？怎樣解釋我們的游戲呢？其實(shí), 在我們的游戲中還涉及到一個(gè)古老的話題和運(yùn)動(dòng)：用力撕紙，紙條斷開運(yùn)動(dòng)起來。運(yùn)動(dòng)和力之間到底有什么關(guān)系呢 ？帶著這些問題，我們一起來體驗(yàn) 古人的探究過程，學(xué)習(xí)古人的探究方法，進(jìn)一步理解論述運(yùn)動(dòng)和力關(guān)系的牛 頓第一定律。（二）回顧歷史，探究定律1情景設(shè)問，經(jīng)驗(yàn)猜想在人類歷史的長河中，運(yùn)動(dòng)和力如影隨形，總

3、是和人們的生活、生產(chǎn)密 切相關(guān)。比如：馬拉車則車前進(jìn)，不再拉，前進(jìn)的車會(huì)停下來 ；人象推車則車 前進(jìn)，不再推，前進(jìn)的車會(huì)停下來；踢球，球沿草地向前滾動(dòng)，不再踢，滾動(dòng) 的球會(huì)慢慢停下來。思考：運(yùn)動(dòng)和力之間有什么關(guān)系呢？最早提出這個(gè)問題并給出經(jīng)驗(yàn)猜想的是古希臘學(xué)者亞里士多德。他根據(jù)生活生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)猜想：必須有力作用在物體上，物體才能運(yùn)動(dòng)；沒有力的作用，物體就要靜止在一個(gè)地方。運(yùn)動(dòng)需要力維持。他的觀點(diǎn)來自實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，還能用實(shí)際經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證，所以被人們廣泛接受， 并維持了近兩千年。設(shè)問：我們現(xiàn)在知道，他的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。那么他有貢獻(xiàn)嗎 ？亞里士多德的貢獻(xiàn)：開創(chuàng)了一個(gè)新的研究領(lǐng)域。首先質(zhì)疑并深入研究的是十六世紀(jì)的伽

4、利略。他觀察了球的滾動(dòng)。2.質(zhì)疑假設(shè)，科學(xué)猜想當(dāng)球沿斜面向下滾動(dòng)時(shí)，它的速度增大，而向上滾動(dòng)時(shí)，速度減小。他 由此猜想：當(dāng)球沿水平面滾動(dòng)時(shí)，它的速度應(yīng)該不增不減。實(shí)際觀察的結(jié)果 是：沿水平面滾動(dòng)的球越來越慢，最后停下來。 現(xiàn)象：沿水平面滾動(dòng)的球越來越慢，最后停下來。按照亞里士多德的觀點(diǎn)，球停下來是因?yàn)闆]有力的作用。伽利略恰恰從 這一現(xiàn)象出發(fā)，對亞里士多德的觀點(diǎn)提出質(zhì)疑。 質(zhì)疑：滾動(dòng)的球之所以停下來，真的是因?yàn)闆]有力的作用嗎？設(shè)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(shí)到摩擦力這種無形的力，伽利略是第一 個(gè)意識(shí)到摩擦力的人。他改變了水平面的粗糙程度，發(fā)現(xiàn)：水平面越光滑，球滾得越遠(yuǎn)。

5、于是， 他推斷這是摩擦阻力作用的結(jié)果。結(jié)論：滾動(dòng)的球停下來，是摩擦阻力作用的結(jié)果 假設(shè)：若沒有摩擦阻力，沿水平面滾動(dòng)的球?qū)⒃鯓舆\(yùn)動(dòng)呢 ？ 猜想：若沒有摩擦阻力，球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾動(dòng)下去。過渡：伽利略設(shè)計(jì)了一個(gè)雙斜面實(shí)驗(yàn)。3實(shí)驗(yàn)探究，得出結(jié)論(1) 雙斜面實(shí)驗(yàn)左斜面固定，右斜面傾角可變。實(shí)驗(yàn)中我們設(shè)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(fù)一次。思考：1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(guān)系？2. 摩擦阻力的大小與釋放點(diǎn)到上升的最高點(diǎn)的高度差是什么關(guān)系？3. 如果沒有摩擦，小球會(huì)上升到多高的地方 ？ 減小右斜面傾角，

6、觀察小球沿斜面運(yùn)動(dòng)的最遠(yuǎn)距離怎樣變化。重復(fù)一 次。思考：1減小右斜面傾角，小球沿斜面運(yùn)動(dòng)的最遠(yuǎn)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(dòng)的最遠(yuǎn)距離怎樣變化？小球?qū)⑸仙蕉喔叩牡胤剑?將右斜面放平，釋放小球，觀察小球的運(yùn)動(dòng)。思考：1. 如果水平木板足夠長，小球會(huì)停下來嗎？2. 如果沒有摩擦，水平木板足夠長，小球?qū)L到哪里去呢？實(shí)驗(yàn)事實(shí)邏輯推理(無摩擦，右斜面足夠長)右斜面固定摩擦越小，球滾得越高球?qū)L上原來的高度減小右傾角球沿斜面滾得越遠(yuǎn)球沿斜面滾得越遠(yuǎn)，一直滾到原來的高度放平右斜面球滾得最遠(yuǎn)球?qū)⒁恢睗L動(dòng)下去過渡：現(xiàn)在通過動(dòng)畫來模擬沒有摩擦阻力時(shí)小球的運(yùn)動(dòng)。我們?yōu)閯?dòng)畫配 了一段話

7、劇。(2) 動(dòng)畫模擬(老師扮演伽利略，學(xué)生扮演小球。)伽利略：小球先生(小姐)，如果沒有摩擦，你會(huì)爬上什么高度呢？小球：我會(huì)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(huì)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(xù)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(huì)為了自己的夢想而前行嗎？小球：路漫漫其修遠(yuǎn)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。過渡：伽利略的雙斜面實(shí)驗(yàn)是一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)。(3)理想實(shí)驗(yàn)的魅力：實(shí)驗(yàn)(事實(shí))+邏輯推理通過可靠

8、的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，加上合理的邏輯推理，得出規(guī)律的一種方法。理想實(shí)驗(yàn)的魅力：實(shí)驗(yàn)不能實(shí)現(xiàn)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(píng)價(jià)的：伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng) 用的科學(xué)的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué) 的真正開端。這個(gè)評(píng)價(jià)實(shí)事求是，從亞里士多德到伽利略，經(jīng)歷了 2000多年, 物理學(xué)徘徊不前；從伽利略到愛因斯坦，只經(jīng)歷 300多年，物理學(xué)的大廈初步 建立，大師輩出。這都得益于伽利略首創(chuàng)的實(shí)驗(yàn)研究方法。過渡：通過雙斜面理想實(shí)驗(yàn)，伽利略得出了結(jié)論。(3)伽利略：若沒有摩擦阻力，沿水平面滾動(dòng)的球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾動(dòng)下去。運(yùn)動(dòng) 不需要力維持?；仡櫋⑺伎迹?靜止的車、足球?yàn)槭裁催\(yùn)

9、動(dòng)起來？ 運(yùn)動(dòng)的車、足球?yàn)槭裁磿?huì)停下來？ 力和運(yùn)動(dòng)之間有什么關(guān)系？力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。設(shè)問：運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是用什么物理量描述？車由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)，受到了推、拉力；由運(yùn)動(dòng)變?yōu)殪o止，受到了摩擦阻力。 足球由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)，受到了腳的力；由運(yùn)動(dòng)變?yōu)殪o止，受到了草地的摩擦阻 力。過渡：與伽利略同時(shí)代的法國科學(xué)家笛卡爾對他的觀點(diǎn)進(jìn)行了補(bǔ)充。4. 補(bǔ)充完善，形成定律(1) 笛卡爾的補(bǔ)充：除非物體受到力的作用，物體將永遠(yuǎn)保持其靜止或運(yùn) 動(dòng)狀態(tài)，永遠(yuǎn)不會(huì)使自己沿曲線運(yùn)動(dòng)，而只保持在直線上運(yùn)動(dòng)。這應(yīng)成為一 個(gè)原理，它是人類整個(gè)自然觀的基礎(chǔ)。笛卡爾補(bǔ)充了物體不受力時(shí)保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。過渡：1642年，

10、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(xué)家之一。主要貢獻(xiàn)有發(fā)明了微積分，發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律 和經(jīng)典力學(xué)，設(shè)計(jì)并制造了第一架反射式望遠(yuǎn)鏡等等。牛頓在1687年出版的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理一書中提出了三條運(yùn)動(dòng)定 律。牛頓把伽利略、笛卡爾的正確結(jié)論總結(jié)成為牛頓第一定律，它是牛頓物 理學(xué)的基石。(2) 牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非 作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。過渡：現(xiàn)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(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系是怎樣的 ？1. 運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系：力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。物體不受力，保持勻速直線運(yùn)動(dòng)

11、狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài) ；運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化，物體一 定受到力的作用。思考：物體不受力時(shí) 總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài) ”，這能不能 通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(xiàn)象可以幫 助我們理解牛頓第一定律。2. 阻力很小的現(xiàn)象：冰壺從視頻可以看出，冰壺在一段時(shí)間內(nèi)速度的大小和方向幾乎不變，直到 碰上另一個(gè)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)。設(shè)問：一切物體都有慣性。做變速運(yùn)動(dòng)的物體有慣性嗎 ？當(dāng)物體做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于慣性，物體會(huì)抵抗速度的改變，從而使速度 的改變需要一段時(shí)間。比如汽車緊急剎車時(shí)不會(huì)立即停下來，

12、而是繼續(xù)向前 滑行一段距離。 一切物體有慣性，有抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的本領(lǐng)”物體慣性大， 本領(lǐng)”大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)難改變；物體慣性小， 本領(lǐng)”小，運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)易改變。思考并猜想：物體的慣性大小和什么因素有關(guān) ？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(xiàn)象？這個(gè)現(xiàn)象能說明慣性和質(zhì)量的關(guān)系嗎？ 慣性與質(zhì)量：質(zhì)量是慣性大小的量度。質(zhì)量只有大小，沒有方向，是標(biāo)量。在國際單位制中，質(zhì)量的單位是千 克，單位符號(hào)為kg。在初中質(zhì)量定義為物體所含物質(zhì)的多少；現(xiàn)在進(jìn)一步從慣性的角度認(rèn)識(shí)了 質(zhì)量;以后還要從物體間的引力認(rèn)識(shí)質(zhì)量。過渡：現(xiàn)在，就可以解釋撕紙游戲了。

13、（四）再設(shè)情景，規(guī)律應(yīng)用1. 思考：怎樣解釋撕紙游戲？有夾子，增大了中部的質(zhì)量，增大了慣性。當(dāng)迅速撕開兩邊時(shí)，中部仍 保持靜止?fàn)顟B(tài)，所以撕成三截。無夾子，中間紙條慣性很小，靜止?fàn)顟B(tài)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(shí)，我們還能用它判斷是非。2美國空軍UFO檔案記載，1952.12.6黎明前，一架B29轟炸機(jī)在墨西哥 灣上空訓(xùn)練時(shí)，一個(gè)很大的不明飛行物以 4000km15000km的時(shí)速靠近、經(jīng) 過、遠(yuǎn)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驟然停止時(shí)，外星人飛行員的命運(yùn) 是怎樣的？2. 人們想象外星人