牛頓第一定律

1、學(xué)科物理牛頓第一定律任職單位年級單元標(biāo)題活動設(shè)計（一）創(chuàng)設(shè)游戲，引入課題撕紙游戲猜一猜：1. 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，紙會斷成幾截？大家不要動手，先猜一猜。3 .如果在中間的紙下面夾一個夾子，然后迅速撕兩邊，紙會斷成幾截？請大家想一想：為什么是這樣一個結(jié)果呢？怎樣解釋我們的游戲呢？其實，在我們的游戲中還涉及到一個古老的話題力和運動：用力撕紙，紙條斷開運動起來。運動和力之間到底有什么關(guān)系呢？帶著這些問題，我們一起來體驗古人的探究過程，學(xué)習(xí)古人的探究方法，進一步理解論述運動和力關(guān)系的牛頓第一定律。（

2、二）回顧歷史，探究定律4 .情景設(shè)問，經(jīng)驗猜想在人類歷史的長河中，運動和力如影隨形，總是和人們的生活、生產(chǎn)密切相關(guān)。比如：馬拉車則車前進，不再拉，前進的車會停下來；人象推車則車前進，不再推，前進的車會停下來；踢球，球沿草地向前滾動，不再踢，滾動的球會慢慢停下來。思考：運動和力之間有什么關(guān)系呢？最早提出這個問題并給出經(jīng)驗猜想的是古希臘學(xué)者亞里士多德。他根據(jù)生活生產(chǎn)經(jīng)驗猜想：必須有力作用在物體上，物體才能運動；沒有力的作用，物體就要靜止在一個地方。運動需要力維持。他的觀點來自實際經(jīng)驗，還能用實際經(jīng)驗驗證，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，他的觀點是錯誤的。那么他有貢獻嗎？亞

3、里士多德的貢獻：開創(chuàng)了一個新的研究領(lǐng)域。首先質(zhì)疑并深入研究的是十六世紀的伽利略。他觀察了球的滾動。5 .質(zhì)疑假設(shè)，科學(xué)猜想當(dāng)球沿斜面向下滾動時，它的速度增大，而向上滾動時，速度減小。他由此猜想：當(dāng)球沿水平面滾動時，它的速度應(yīng)該不增不減。實際觀察的結(jié)果是：沿水平面滾動的球越來越慢，最后停下來?，F(xiàn)象：沿水平面滾動的球越來越慢，最后停下來。按照亞里士多德的觀點，球停下來是因為沒有力的作用。伽利略恰恰從這一現(xiàn)象出發(fā)，對亞里士多德的觀點提出質(zhì)疑。質(zhì)疑：滾動的球之所以停下來，真的是因為沒有力的作用嗎？設(shè)問：球停下來的原因是什么呢？在伽利略之前，人們還沒有意識到摩擦力這種無形的力，伽利略是第一個意識到摩擦力

4、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。于是，他推斷這是摩擦阻力作用的結(jié)果。結(jié)論：滾動的球停下來，是摩擦阻力作用的結(jié)果。假設(shè)：若沒有摩擦阻力，沿水平面滾動的球?qū)⒃鯓舆\動呢？猜想：若沒有摩擦阻力，球?qū)⒂肋h滾動下去。過渡：伽利略設(shè)計了一個雙斜面實驗。6 .實驗探究，得出結(jié)論(1)雙斜面實驗左斜面固定，右斜面傾角可變。實驗中我們設(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到上升的最高點的高度差是什么關(guān)系？3.如果沒

5、有摩擦，小球會上升到多高的地方？減小右斜面傾角，觀察小球沿斜面運動的最遠距離怎樣變化。重復(fù)一次。思考：1 .減小右斜面傾角，小球沿斜面運動的最遠距離如何變化？2 .如果沒有摩擦，減小右斜面傾角，沿斜面滾動的最遠距離怎樣變化？小球?qū)⑸仙蕉喔叩牡胤?？將右斜面放平，釋放小球，觀察小球的運動。思考：1 .如果水平木板足夠長，小球會停下來嗎？2 .如果沒有摩擦，水平木板足夠長，小球?qū)L到哪里去呢？實驗事實邏輯推理（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球沿斜面滾得越遠，一直滾到原來的高度放平右斜面球滾得最遠球?qū)⒁恢睗L動下去過渡：伽利略的雙斜面實

6、驗是一個理想實驗（3）理想實驗的魅力：實驗（事實）+邏輯推理通過可靠的實驗事實，加上合理的邏輯推理，得出規(guī)律的一種方法。理想實驗的魅力：實驗不能實現(xiàn)的地方，思維向前一步。這種方法非常了不起！愛因斯坦是這樣評價的：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。這個評價實事求是，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)的實驗研究方法。過渡：通過雙斜面理想實驗，伽利略得出了結(jié)論。(3)伽利略：若沒有摩擦阻力，沿水平面滾動的球?qū)⒂肋h滾動下去。

7、運動不需要力維持。回顧、思考：靜止的車、足球為什么運動起來？運動的車、足球為什么會停下來？力和運動之間有什么關(guān)系？力是改變物體運動狀態(tài)的原因。設(shè)問：運動狀態(tài)是用什么物理量描述？車由靜止變?yōu)檫\動，受到了推、拉力；由運動變?yōu)殪o止，受到了摩擦阻力。足球由靜止變?yōu)檫\動，受到了腳的力；由運動變?yōu)殪o止，受到了草地的摩擦阻力。過渡：與伽利略同時代的法國科學(xué)家笛卡爾對他的觀點進行了補充。4.補充完善，形成定律(1)笛卡爾的補充：除非物體受到力的作用，物體將永遠保持其靜止或運動狀態(tài)，永遠不會使自己沿曲線運動，而只保持在直線上運動。這應(yīng)成為一個原理，它是人類整個自然觀的基礎(chǔ)。笛卡爾補充了物體不受力時保持靜止?fàn)顟B(tài)或

8、勻速直線運動狀態(tài)。過渡：1642年，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)計并制造了第一架反射式望遠鏡等等。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動定律。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動狀態(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動和力的關(guān)系是怎樣的1 .運動和力的關(guān)系：力是改變物體運動狀態(tài)的原因。物體不受力

9、，保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)；運動狀態(tài)變化，物體一定受到力的作用。思考：物體不受力時“總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)”，這能不能通過實驗驗證呢？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，冰壺在一段時間內(nèi)速度的大小和方向幾乎不變，直到碰上另一個冰壺。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動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)。設(shè)問：一切物體都有慣性。做變速運動的物體有慣性嗎？當(dāng)物體做變速運動時，由于慣性，物體會抵抗速度的改變，從而使速度的改變需要一段時間。比如汽車緊急剎車時不會立即停下來，

10、而是繼續(xù)向前滑行一段距離。一切物體有慣性，有抵抗運動狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”。物體慣性大，“本領(lǐng)”大，運動狀態(tài)難改變；物體慣性小，“本領(lǐng)”小，運動狀態(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)在進一步從慣性的角度認識了質(zhì)量；以后還要從物體間的引力認識質(zhì)量。過渡：現(xiàn)在，就可以解釋撕紙游戲了。（四）再設(shè)情

11、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，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，我們還能用它判斷是非。2 .美國空軍UFO當(dāng)案記載，1952.12.6黎明前，一架B29轟炸機在墨西哥灣上空訓(xùn)練時，一個很大的不明飛行物以4000km-15000km的時速靠近、經(jīng)過、遠離它。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，外星人飛行員的命運是怎樣的？3 .人們想象外星人持有慣性消除器

12、，用來消除自身的慣性，以便應(yīng)對速度的迅速變化，你怎么看？我們利用慣性的知識發(fā)現(xiàn)了UFO當(dāng)案記載中的疑點。希望大家在遇到問題時利用所學(xué)知識，冷靜分析。（五）課堂總結(jié)，課外探究1.了解了運動和力關(guān)系的探究過程。在探究過程中，亞里士多德是開拓者。伽利略首創(chuàng)了理想實驗方法；笛卡爾補充了伽利略的觀點；牛頓提出了慣性、力、慣性參考系的概念。2,體會了理想實驗的魅力：實驗（事實）+邏輯推理3 .深入理解了牛頓第一定律，知道了質(zhì)量是慣性大小的量度。4 .后來愛因斯坦等科學(xué)家又進一步發(fā)展了牛頓第一定律。沒有哪一個定律是終極真理，物理學(xué)的大廈永不封頂，還等待你們?yōu)樗泶u加瓦！課外探究：有人說劉謙的螺絲魔術(shù)顛覆了牛

13、頓第一定律：不給螺帽力的作用，螺帽也能運動起來。你怎么看？請在百度中搜索“劉謙螺絲魔術(shù)揭秘”，弄清劉謙螺絲魔術(shù)的原理。學(xué)后反思今天這節(jié)課，我的收獲有:【評價設(shè)計】經(jīng)過初中的學(xué)習(xí)，學(xué)生初步知道了牛頓第一定律的內(nèi)容和慣性的概念,但是缺乏對牛頓第一定律建立歷史的了解，對內(nèi)容也是一知半解。學(xué)生對于“質(zhì)量是慣性唯一的量度”更是缺乏認識，憑借自己的生活經(jīng)驗，認為速度也是慣性的量度。教師要在課堂上充分引導(dǎo)，配合實驗、結(jié)合生活事例來澄清概念。所以本節(jié)主要通過學(xué)生實驗很好地突破了抽象這個教學(xué)難點。并且從技能、內(nèi)容、協(xié)作、表達、總結(jié)等多方面、多角度評價作品、評價學(xué)生。而且通過實驗，很好的培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、合作能

14、力、總結(jié)能力、知識遷移能力?！举Y源列表】實驗室的：紙片。雙斜面實驗。網(wǎng)絡(luò)上的：圖片多媒體投影儀Whenyouareoldandgreyandfullofsleep,Andnoddingbythefire,takedownthisbook,Andslowlyread,anddreamofthesoftlookYoureyeshadonce,andoftheirshadowsdeep;Howmanylovedyourmomentsofgladgrace,Andlovedyourbeautywithlovefalseortrue,Butonemanlovedthepilgrimsoulinyou,A

15、ndlovedthesorrowsofyourchangingface;Andbendingdownbesidetheglowingbars,Murmur,alittlesadly,howlovefledAndpaceduponthemountainsoverheadAndhidhisfaceamidacrowdofstars.ThefurthestdistanceintheworldIsnotbetweenlifeanddeathButwhenIstandinfrontofyouYetyoudon'tknowthatIloveyou.ThefurthestdistanceintheworldIsnotwhenIstandinfrontofyouYetyoucan'tseemyloveButwhenundoubtedlyknowingthelovefrombothYetcannotbetogether.Thefurthestdistanceintheworld