課題牛頓第一定律

1、課題：牛頓第一定律科目： 物理學(xué)段： 高一人教版物理（必修1）第四章第一節(jié)石家莊市第十九中學(xué) 張亞茹一、教材分析牛頓第一定律因正確回答了“力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系”問(wèn)題，破除了長(zhǎng)達(dá)近兩千年的亞里士多德的錯(cuò)誤，成為動(dòng)力學(xué)的基石、力學(xué)的第一原理，初高中教材都有所涉及。牛頓第一定律不僅明確了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，更包含著力、慣性、慣性參考系這些極富成果的科學(xué)概念，不能簡(jiǎn)單理解為牛頓第二定律的特殊情況，因此具有不可替代的獨(dú)立性。另外，伽利略基于可靠的斜面實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，抓住主要因素，忽略次要因素的合理推理過(guò)程，展示了理想實(shí)驗(yàn)的魅力，結(jié)束了亞里士多德年代僅憑經(jīng)驗(yàn)即做判斷的歷史，開(kāi)創(chuàng)了實(shí)驗(yàn)研究的先河。同時(shí)，

2、牛頓第一定律建立的過(guò)程，是一代代科學(xué)家不迷信權(quán)威、敢于質(zhì)疑、探索真理的艱辛過(guò)程，蘊(yùn)含著豐富的情感態(tài)度價(jià)值觀教育素材，這些都應(yīng)該成為本節(jié)課教學(xué)的著力點(diǎn)。因此高中教學(xué)不能成為初中教學(xué)的簡(jiǎn)單重復(fù)。二、教學(xué)目標(biāo) 1知識(shí)、技能目標(biāo)  （1）理解牛頓第一定律的內(nèi)容及意義；  （2）了解牛頓第一定律建立的歷史過(guò)程，通過(guò)伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)體會(huì)理想試驗(yàn)的魅力；（3）理解慣性的概念及其量度。  2能力、方法目標(biāo)：（1）通過(guò)辯論賽，體會(huì)歸謬法，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评砟芰?；?）借助伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行物理思想方法教育抓住主要因素，忽略次要因素；  3情感、態(tài)度目標(biāo)：了解

3、人類認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的曲折性，正確看待亞里士多德，體會(huì)物理學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)的內(nèi)在含義，領(lǐng)悟科學(xué)研究方法的價(jià)值。三、學(xué)情分析學(xué)生雖然在初中接觸過(guò)牛頓第一定律，但多年的教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生在頭腦中建立正確的力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的過(guò)程，并非一帆風(fēng)順，常常暴露出與亞里士多德相似的觀點(diǎn)，且根深蒂固，這種狀況甚至在某些學(xué)生身上持續(xù)到高三畢業(yè)：牛頓第一定律的內(nèi)容爛熟于心，但處理具體問(wèn)題時(shí)，一些直覺(jué)的錯(cuò)誤觀點(diǎn)仍不時(shí)冒出來(lái)支配他的思路，存在著嚴(yán)重的“口是心非”的虛假接受問(wèn)題。四、教學(xué)策略選擇與設(shè)計(jì)問(wèn)題導(dǎo)學(xué)+實(shí)驗(yàn)探究學(xué)生頭腦中的前概念源于生活經(jīng)驗(yàn)的直覺(jué)。因此，教師不能把學(xué)生當(dāng)作一張白紙，企圖直接將“真理”寫(xiě)上去。本節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)

4、的關(guān)鍵是：基于學(xué)生原有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)學(xué)生普遍存在的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，展開(kāi)辯論，讓學(xué)生充分暴露錯(cuò)誤直覺(jué)，利用辯論中觀點(diǎn)的矛盾引發(fā)認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的參與熱情。對(duì)待教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)的處理，通過(guò)設(shè)置一系列問(wèn)題開(kāi)啟學(xué)生思維，并借助實(shí)驗(yàn)、觀察和推理，正本溯源。通過(guò)問(wèn)題解決，促使學(xué)生理性思考、領(lǐng)悟知識(shí)，逐步引導(dǎo)學(xué)生將誤概念轉(zhuǎn)化為正確的科學(xué)概念，同時(shí)進(jìn)行科學(xué)思想方法的提煉和熏陶。五、教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系、伽利略理想實(shí)驗(yàn)、慣性概念教學(xué)難點(diǎn)：質(zhì)量是慣性大小的唯一量度及慣性的不同表現(xiàn)六、教學(xué)過(guò)程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖（一） 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境演示1、用力推動(dòng)靜止在水平桌面上的小車(chē)， 撤去推力，

5、小車(chē)就停止。由此判斷并闡述力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。任務(wù)：力和運(yùn)動(dòng)到底是什么關(guān)系？以“在水平路面上推車(chē)”為例開(kāi)展辯論賽正方：亞里士多德派反方：伽利略派提出以下問(wèn)題：1、 用力推車(chē)，小車(chē)就一定運(yùn)動(dòng)嗎？2、 撤去推力，小車(chē)會(huì)立刻停止嗎？師：愛(ài)因斯坦曾把一代代科學(xué)家探索自然奧秘的努力，比做福爾摩斯偵探小說(shuō)中警員破案的過(guò)程。有時(shí)候，明顯可見(jiàn)的“線索”卻把人們引導(dǎo)到錯(cuò)誤的判斷上去。3、 撤去推力，小車(chē)不受力了嗎？4、 撤去推力，小車(chē)?yán)^續(xù)運(yùn)動(dòng)的原因是什么？小車(chē)不能持續(xù)運(yùn)動(dòng)的原因又是什么？5、 撤去推力，如果沒(méi)有摩擦阻力，小車(chē)將怎樣運(yùn)動(dòng)？師：摩擦阻力的存在正是隱藏在現(xiàn)象背后的“暗線”，這條線索引導(dǎo)伽利略創(chuàng)造了有效的“

6、偵查”方法，揭示了現(xiàn)象本質(zhì)，成為物理學(xué)中的“福爾摩斯”。觀點(diǎn)一：有力車(chē)就運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有力車(chē)就停止，力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因（亞里士多德觀點(diǎn)）觀點(diǎn)二：停止用力，車(chē)?yán)^續(xù)運(yùn)動(dòng)一段距離，并沒(méi)有立即停下來(lái)，所以運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持（伽利略觀點(diǎn)）學(xué)生展開(kāi)辯論3min（雙方各持己見(jiàn)，僵持不下的原因往往是：極力論證自己的觀點(diǎn)，而較少考慮將對(duì)方“歸謬”）學(xué)生：不一定，說(shuō)明力不一定是維持小車(chē)運(yùn)動(dòng)的原因。生：仍然受摩擦阻力生：慣性；存在阻力生：小車(chē)將永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。從學(xué)生司空見(jiàn)慣的生活現(xiàn)象提出問(wèn)題，暴露他們的直覺(jué)經(jīng)驗(yàn)：有力物體才運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有力物體將靜止，說(shuō)明要維持物體的運(yùn)動(dòng)離不開(kāi)力的作用。 利用學(xué)生辯論中觀點(diǎn)的矛盾引發(fā)認(rèn)知沖突

7、，意在有效根除錯(cuò)誤直覺(jué)。層層遞進(jìn)的問(wèn)題鏈，可以引導(dǎo)學(xué)生理解辯論的有效方法是：歸謬法在“推車(chē)”案例中，除了“推力”這條“明線”，還有一條“暗線”摩擦阻力，挖掘這條線索出來(lái)成為后續(xù)進(jìn)一步推理的前提。（二） 理想試驗(yàn)的魅力演示2：斜面實(shí)驗(yàn)裝置介紹：兩個(gè)對(duì)接的粗糙斜面，中間用圓弧軌道相連。觀察現(xiàn)象，回答下列問(wèn)題：1、讓小球從一個(gè)斜面的某一個(gè)高度靜止釋放，小球的運(yùn)動(dòng)情況如何？2、小球?yàn)槭裁催_(dá)不到原來(lái)的高度，而且最終又停下來(lái)呢？3、設(shè)想斜面光滑，沒(méi)有摩擦，小球的運(yùn)動(dòng)情況如何呢？4、如果減小第二個(gè)斜面的傾角，小球的運(yùn)動(dòng)情況如何？和前一次有什么異同呢?5、當(dāng)?shù)诙€(gè)斜面變成水平面時(shí)，小球的運(yùn)動(dòng)情況如何呢？6、小

8、球的運(yùn)動(dòng)需要力維持嗎？這個(gè)結(jié)論可靠嗎？師：雖然物體不受阻力的條件無(wú)法實(shí)現(xiàn)，但隨著科技的進(jìn)步可以將摩擦力減小到很小，接近理想情況。演示3：氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)近似驗(yàn)證裝置：裝有兩個(gè)光電門(mén)的水平氣墊導(dǎo)軌現(xiàn)象：滑塊在水平氣墊導(dǎo)軌上的速度基本不變師：伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)：可靠的事實(shí)+合理推理=正確結(jié)論問(wèn)題7、伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)與前面所學(xué)伽利略研究落體運(yùn)動(dòng)所采用的方法有什么相同之處？師:現(xiàn)實(shí)中的阻力總不能被排除掉，正是隱藏在現(xiàn)象背后的“暗線”摩擦力或空氣、水等介質(zhì)阻力，干擾了人們的判斷，這也正是伽利略為探求力的真正效果而設(shè)計(jì)“沒(méi)有阻力”的理想實(shí)驗(yàn)的原因。生：小球滾上另一個(gè)斜面，到不了原來(lái)的高度就返回了，然后在兩

9、個(gè)斜面間往返運(yùn)動(dòng)，高度越來(lái)越低，最終停在斜面的最低點(diǎn)。生：受到摩擦阻力作用生：小球?qū)⑦_(dá)到跟原來(lái)同樣的高度，然后在兩個(gè)斜面間往返運(yùn)動(dòng)，永不停息。生：小球依然達(dá)到同一高度，但經(jīng)過(guò)的路程會(huì)更長(zhǎng)，用的時(shí)間也更長(zhǎng)。生：小球?qū)⒀刂饣乃矫嬉恢边\(yùn)動(dòng)下去。生：小球的運(yùn)動(dòng)并不需要力來(lái)維持，力不是維持運(yùn)動(dòng)的原因。結(jié)論“應(yīng)該”可靠（將信將疑）生：兩次研究均抓住了主要因素、忽略了次要因素摩擦阻力。思維總是從問(wèn)題開(kāi)始的。一系列問(wèn)題的設(shè)置隱含著理想實(shí)驗(yàn)思路和方法。學(xué)生將信將疑的態(tài)度折射出“眼見(jiàn)為實(shí)”的觀點(diǎn)，說(shuō)明學(xué)生初步具備了物理學(xué)的“實(shí)驗(yàn)觀”。問(wèn)題6意在讓學(xué)生深刻體會(huì)“理想試驗(yàn)”的魅力。同時(shí)，將物理方法教育顯性化，有

10、助于學(xué)生今后的遷移運(yùn)用。不失時(shí)機(jī)地進(jìn)行方法教育：懂得忽略什么，有時(shí)與懂得重視什么同等重要。理想實(shí)驗(yàn)的核心是將實(shí)驗(yàn)和邏輯推理和諧地結(jié)合起來(lái)，發(fā)展了人類的科學(xué)思維方式和科學(xué)研究方法。（三） 牛頓第一定律內(nèi)容：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)。 設(shè)疑：為什么稱之為牛頓第一定律？閱讀課本，回答下列問(wèn)題：1、笛卡爾的推論與伽利略的結(jié)論有什么不同？2、牛頓第一定律比笛卡爾的推論有哪些地方更完善了？師：伽利略的慣性運(yùn)動(dòng)指的是“圓周運(yùn)動(dòng)”，笛卡爾的慣性運(yùn)動(dòng)指的是“勻速直線運(yùn)動(dòng)”。 3、牛頓第一定律表達(dá)了幾層含義？4、定律中涉及的運(yùn)動(dòng)或靜止，所選擇的參考系是什么？

11、 （四） 慣性物體具有保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)（或者物體具有的抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”）探究：慣性大小與哪些因素有關(guān)？ 速度？加速度？受力？質(zhì)量？器材：相同質(zhì)量的小車(chē)、砝碼一盒、彈簧一段 問(wèn)題：為什么跳遠(yuǎn)比賽時(shí)，助跑運(yùn)動(dòng)員能跳得更遠(yuǎn)？乒乓球鐵球追問(wèn)：若物體的速度為零，慣性大小怎樣？演示4：觀察：將相同體積的鐵球和乒乓球從兩個(gè)相向的塑料卡槽不同高度滾下，相撞后現(xiàn)象怎樣？交流：通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，你學(xué)到了哪些科學(xué)方法？對(duì)牛頓第一定律有哪些更深刻的認(rèn)識(shí)？你怎樣看待亞里士多德、伽利略、笛卡爾、牛頓等人的貢獻(xiàn)？ 閱讀課本：69頁(yè)第3、4段生：（1）一個(gè)一切： 體現(xiàn)出普遍性、共性;（2）將保持

12、總保持：體現(xiàn)出物體的固有性、特性;（3）只研究了物體不受力的情況還研究了受外力的情況：說(shuō)明了外力的作用生：（1）一切物體都有慣性；（2）明確力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系的同時(shí)，確定了力的概念閱讀課本70頁(yè)“科學(xué)漫步”。生：牛頓第一定律只在慣性參考系中成立小組合作，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程（壓縮彈簧將不同質(zhì)量的小車(chē)彈開(kāi)，相同外力作用下加速度不同。根源：質(zhì)量不同）結(jié)論：慣性大小與質(zhì)量有關(guān)生：速度大，慣性大生：慣性為零？（不對(duì)呀，靜止的物體也有慣性）現(xiàn)象：乒乓球達(dá)到水平桌面的速度大，但因質(zhì)量遠(yuǎn)小于鐵球，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)更易改變。慣性大小只與質(zhì)量有關(guān)。學(xué)生交流，總結(jié)發(fā)言。先給出牛頓第一定律后設(shè)疑，并提出問(wèn)題1，意在強(qiáng)調(diào)說(shuō)明伽利略“圓慣性”的錯(cuò)誤及笛卡爾的貢獻(xiàn)，突顯研究過(guò)程的艱辛。 問(wèn)題2的設(shè)置意在突出牛頓在前人基礎(chǔ)上進(jìn)一步推廣、綜合等開(kāi)創(chuàng)性工作的意義。問(wèn)題3和4意在挖掘定律的深刻含義，不能停留在初中的水平。牛頓第一定律成立的條件大多從受力的角度回答，而運(yùn)動(dòng)學(xué)條件慣性參考系往往被忽視。老師將錯(cuò)就錯(cuò)，再一次引導(dǎo)學(xué)生用“歸謬法”否定了自己的結(jié)論。最后交流討論設(shè)置意在引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合時(shí)代背景看待亞里士多德