牛頓第一定律教學(xué)設(shè)計(jì)

1、牛頓第一定律戶縣第四中學(xué) 費(fèi)小龍一、三維目標(biāo)1.知識與技能知道伽利略的理想實(shí)驗(yàn)及其主要推理過程和推論，知道理想實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的重要方法理解牛頓第一定律的內(nèi)容及意義理解慣性的概念，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，了解力和運(yùn)動的關(guān)系理解理想實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的重要方法。3.情感態(tài)度與價(jià)值觀通過伽利略和亞里士多德對力和運(yùn)動關(guān)系的不同認(rèn)識，了解人類認(rèn)識事物本質(zhì)的曲折性通過理想斜面的教學(xué)，體會理想實(shí)驗(yàn)。二、教材分析牛頓運(yùn)動定律是整個(gè)力學(xué)體系的基石，而牛頓第一定律又是這個(gè)“基石”中的“基石”，它定性地揭示了力和運(yùn)動的關(guān)系，提出慣性的概念，為定量研究力和運(yùn)

2、動的關(guān)系拉開了序幕。高中教材與初中相比，主要有四方面的不同。一是定律內(nèi)容深淺不同：初中教材敘述為“一切物體在沒有受到外力作用的時(shí)候，總是保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)”；高中教材敘述為“一切物體總保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止”。高中教材中的表述具有更為豐富的內(nèi)涵，它強(qiáng)調(diào)了力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因，突出了第一定律的獨(dú)立性和重要意義，也為學(xué)習(xí)牛頓第二定律做了一定的鋪墊。二是慣性的認(rèn)識層次不同：初中強(qiáng)調(diào)一切物體都有慣性，高中側(cè)重慣性與質(zhì)量的關(guān)系。三是實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、探究及思維深度不同：初中為斜面小車實(shí)驗(yàn)；高中為伽利略理想實(shí)驗(yàn)，突出了理想實(shí)驗(yàn)這種科學(xué)方法的價(jià)值所在。四

3、是情感、態(tài)度、價(jià)值觀的體現(xiàn)不同：初中對牛頓第一定律建立的歷史一語帶過，高中教材回顧了歷史，讓學(xué)生體會一個(gè)規(guī)律的獲得是一代又一代人努力的結(jié)果，能夠激發(fā)學(xué)生追求科學(xué)，勇于創(chuàng)新的情感。三、學(xué)情分析經(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(rèn)識，憑借自己的生活經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)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(shí)驗(yàn)、結(jié)合生活事例來澄清概念。教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生在頭腦中建立正確的力和運(yùn)動關(guān)系的過程，并非一帆風(fēng)順，常常形成與亞里士多德相似的觀點(diǎn)，且根深蒂固。處理具體的實(shí)際問題時(shí)，一些直

4、覺的錯(cuò)誤觀點(diǎn)不時(shí)冒出來，存在著嚴(yán)重的"口是心非"問題。四、教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：1.對牛頓第一運(yùn)動定律和慣性的正確理解 2科學(xué)思想的建立過程教學(xué)難點(diǎn)：力和運(yùn)動的關(guān)系；慣性和質(zhì)量的關(guān)系。五、教學(xué)過程（一）創(chuàng)設(shè)情景，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(gè)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(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)古老的話題力和運(yùn)動：用力撕

5、紙，紙條斷開運(yùn)動起來。運(yùn)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(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(jìn)，不再拉，前進(jìn)的車會停下來；人象推車則車前進(jìn)，不再推，前進(jìn)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(yùn)動和力之間有什么關(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；沒有力的作用，物體就要靜止在一個(gè)

6、地方。運(yùn)動需要力維持。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。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)的伽利略。他觀察了球的滾動。2質(zhì)疑假設(shè)，科學(xué)猜想當(dāng)球沿斜面向下滾動時(shí)，它的速度增大，而向上滾動時(shí)，速度減小。他由此猜想：當(dāng)球沿水平面滾動時(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(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

7、動的球之所以停下來，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，人們還沒有意識到摩擦力這種無形的力，伽利略是第一個(gè)意識到摩擦力的人。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)。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\(yùn)動呢？猜想：若沒有摩擦阻力，球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾動下去。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

8、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，小球會上升到多高的地方？減小右斜面傾角，觀察小球沿斜面運(yùn)動的最遠(yuǎn)距離怎樣變化。重復(fù)一次。將右斜面放平，釋放小球，觀察小球的運(yùn)動。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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動下去思考：1.減小右斜面傾角，小球沿斜面運(yùn)動的最遠(yuǎn)距離如何變化？2.如果沒有摩擦，減小右斜面傾角，

9、沿斜面滾動的最遠(yuǎn)距離怎樣變化？小球?qū)⑸仙蕉喔叩牡胤?？?）動畫模擬伽利略：小球先生（小姐），如果沒有摩擦，你會爬上什么高度呢？小球：我會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，你還會為了自己的夢想而前行嗎？小球：會一直運(yùn)動下去。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)：實(shí)驗(yàn)（事實(shí)）+邏輯推理，通過可靠的實(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。

10、這種方法非常了不起！愛因斯坦是這樣評價(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，沿水平面滾動的球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾動下去。運(yùn)動不需要力維持?；仡?、思考：靜止的車、足球?yàn)槭裁催\(yùn)動起來？運(yùn)動的車、足球?yàn)槭裁磿Ｏ聛?？力和運(yùn)動之間有什么關(guān)系？力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。設(shè)問：運(yùn)動狀態(tài)是用什么物理量

11、描述？車由靜止變?yōu)檫\(yùn)動，受到了推、拉力；由運(yùn)動變?yōu)殪o止，受到了摩擦阻力。足球由靜止變?yōu)檫\(yùn)動，受到了腳的力；由運(yùn)動變?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)動狀態(tài)，永遠(yuǎn)不會使自己沿曲線運(yùn)動，而只保持在直線上運(yùn)動。這應(yīng)成為一個(gè)原理，它是人類整個(gè)自然觀的基礎(chǔ)。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)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作

12、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)動和力的關(guān)系是怎樣的？1.運(yùn)動和力的關(guān)系：力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。物體不受力，保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)；運(yùn)動狀態(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)

13、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(yùn)動的物體有慣性嗎？ 當(dāng)物體做變速運(yùn)動時(shí)，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(shí)間。比如汽車緊急剎車時(shí)不會立即停下來，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)動狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”。物體慣性大，“本領(lǐng)”大，運(yùn)動狀態(tài)難改變；物體慣性小，“本領(lǐng)”小，運(yùn)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(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

14、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(jìn)一步從慣性的角度認(rèn)識了質(zhì)量；以后還要從物體間的引力認(rèn)識質(zhì)量。過渡：現(xiàn)在，就可以解釋撕紙游戲了。（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，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.人們想象外星人持有慣性消除器，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檔案記載中的疑點(diǎn)。希望大家在