科學探究：牛頓第一定律教學設計 滬科版八年級物理全一冊

7.1科學探究：牛頓第一定律教學設計---滬科版八年級物理全一冊一、教學目標：認知與技能：(1)了解伽利略的理想實驗，了解物理學上理想實驗的實質(zhì)。(2)體會亞里士多德與伽利略的思想沖突。(3)經(jīng)歷實驗過程，學會用分析與論證的方法探究出牛頓第一定律，并會用自己的語言予以表述。(4)在生活中認識慣性，了解利用慣性及防止慣性危害的方法并初步應用于生產(chǎn)和生活實踐。過程與方法：(1)培養(yǎng)和提高實驗設計與操作、現(xiàn)象描述、總結(jié)歸納等能力。(2)學習“歸納推理”這一科學方法情感,態(tài)度,價值觀(1)通過對牛頓第一定律得出過程的體驗，感受科學成果往往是多人智慧的結(jié)晶。(2)培養(yǎng)實事求是的科學態(tài)度。二、教學重點、難點分析：1、學生探究并學會用自己的語言表述牛頓第一定律。2、慣性和慣性定律的區(qū)別。3、探究實驗的設計與數(shù)據(jù)的處理（難點）導入新課師：初二上學期我們學習了運動和力，那么，物體的運動與物體的受力有什么關系呢？帶著這個問題，今天我們重走歷史，看看歷史上，科學家們對“力與運動”的描述。先來看一段視頻。視頻導入通過媒體播放一組生活情境動畫：如關閉發(fā)動機的列車、踢出去的足球、自行車比賽中沖過終點的自行車、滑雪比賽中到達終點后的運動員等一系列運動的物體最終要停下來的動畫。師：運動的物體為什么會停下來呢？體驗推動桌上的小車，使小車運動起來，停止用力看看小車是否還會運動。交流自行車、列車等運動的物體，停止施加動力后為什么最終會停下來？學生1：運動物體不受動力后會停止運動。學生2：運動物體受到了阻力的作用，阻力使物體停止了運動。設計意圖：從學生熟悉的生活及自然現(xiàn)象人手，引入新課，分析過程中，要注意引導學生主動思考問題，提出問題。師：物體停止運動是因為沒有了動力的維持還是因為阻力的影響呢？亞里士多德和伽利略都對物體的運動與受力關系進行了研究，讓我們來看看他們對“力與運動”的觀點。師：首先是公元前300多年前的亞里士多德發(fā)表了言論。展示閱讀資料一：亞里士多德關于“力與運動”的描述閱讀卡1——亞里士多德談“力與運動”亞里士多德在西方科學和思想體系中的地位類似于孔子在東方儒學界中的地位，他一生貢獻極多。他主要是通過對事物的觀察而直接得出結(jié)論，關于“力與運動的關系”，他認為：物體只有在外力推動下才運動，外力停止，運動也就停止。他還說了，運動總是一個推著一個，按此無限地追溯上去，就“必然存在第一推動者”。圖1亞里士多德談“力與運動”師：亞里士多德有關“力與運動”的觀點是怎樣的？生：物體只有在外力推動下才能運動，外力停止，運動也就停止。師：2000年后，伽利略對“力與運動的關系”也做出了研究。展示閱讀資料二：伽利略談“力與運動”閱讀卡2——伽利略談“力與運動”在伽利略的意識里，他認為“直覺，有時并不可靠”。伽利略把科學實驗和數(shù)學方法相結(jié)合用于動力學研究。1638年，他發(fā)表著作《關于力和運動兩種新學科的對話》，在其中，他提出，物體的運動不需要力來維持，運動物體沒有力也可以繼續(xù)以該速度一直運動下去。圖2伽利略談“力與運動”師：閱讀資料中伽利略關于“力與運動關系”的觀點又是怎樣的呢？生：物體的運動不需要力來維持，運動的物體沒有力也可以繼續(xù)以該速度一直運動下去。師：該觀點完全否定了亞里士多德“物體的運動需要力來維持”的說法。對同一種現(xiàn)象，亞里士多德和伽利略給出了截然不同的解釋。到底哪個說法正確？談談你的看法？生1:我支持亞里士多德，沒有動力物體最終會靜止。生2：我支持伽利略，物體之所以會靜止是受到了摩擦阻力的作用。師：既然同學們認為是阻力使物體停了下來，那么我們就來做個探究，探究運動著的物體，如果受到的阻力由大變小，物體運動的路程會有怎樣的變化？實驗探究：阻力對物體運動的影響。讓學生先閱讀實驗報告單師：先完整地看一遍實驗內(nèi)容。小組討論1.怎樣使物體在水平面上初始運動（速度）相同？讓小車自斜面頂端從靜止開始滑下2.物體在水平面上運動時，怎樣改變物體所受摩擦阻力的大??？在水平桌面上鋪上粗糙程度不同的物體（毛巾、棉布、木板等）分組實驗：觀察和記錄數(shù)據(jù)。讓學生展示實驗的結(jié)果和結(jié)論。由實驗分析可知：小車受到的阻力越小，小車運動的路程越遠師：我們再來看看伽利略的觀點“運動的物體沒有力也可以繼續(xù)以該速度一直運動下去”。他為什么得出這樣的結(jié)論呢？下面，我們就一起來看看，當年伽利略是怎樣探究的？閱讀卡3——伽利略的探究過程伽利略很善于觀察自然規(guī)律，伽利略在研究物體在斜面上的運動時，發(fā)現(xiàn)：當球從一個斜面上滑下來又滾上第二個斜面時，球所達到的高度與原來的高度幾乎相等。而且，伽利略推想：高度上的這點微小差別是由于摩擦而產(chǎn)生的，如果能將摩擦完全消除的話，高度將恰好相等。然后，他又進行了推想：在完全沒有摩擦的情況下，不管第二個斜面的傾斜角多么小，即使放平了，小球也“想”運動到原來的高度，于是只好永遠運動下去了。伽利略還觀察到：當一個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。他又推想了，當球沿著水平面滾動時，它的速度應該不增不減。通過觀察及推想，伽利略就意識到運動的物體，沒有力也可以繼續(xù)以某速度一直運動下去。播放視頻：冰壺運動由于冰壺運動過程阻力很小，能以幾乎不變的速度前進。師：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?；氐教骄繉嶒?，引導學生推理：假如小車不受摩擦力，會怎樣運動？生：如果小車不受力，速度不會減慢，小車將永遠運動下去。師：伽利略就通過理想斜面實驗，證實了自己的觀點。但在歷史上，關于亞里士多德和伽利略的爭論，并沒有如此輕易地就分出了勝負。這是由亞里士多德的地位和當時的宗教信仰決定的。讓我們來看看，亞里士多德在當時的地位和科學成就。展示閱讀資料四：亞里士多德的地位，科學成就，當時的宗教信仰閱讀卡5-亞里士多德的科學成就亞里士多德，是古希臘著名的科學家和哲學家。公元前384年誕生于愛琴海北岸的斯特基拉城。他是希臘古典文化的集大成者，恩格斯稱他是最博學的人。他的著作是古代的百科全書，據(jù)說有四百到一千部，主要有《工具論》《物理學》《天論》等。亞里士多德認為存在“第一推動者”，中古世紀的基督教說“第一推動者”就是上帝，所以，亞里士多德的學說和基督教教義結(jié)合，這樣的結(jié)合讓亞里士多德的學說成為西方的權(quán)威學說。被譽為西方的圣人。師：在我們今天看來是非常簡單的道理，它被發(fā)現(xiàn)的過程往往是非常艱難的?？茖W家如果沒有堅強的意志和信念，沒有足夠的事實和理論依據(jù)，就不可能最終收獲成功的碩果。同時，同學們不要迷信權(quán)威要相信科學。有人說相信科學也是一種迷信，其實那是根本不懂科學?？茖W不是結(jié)論，科學是一個方法系統(tǒng)，是一個發(fā)現(xiàn)知識的框架。這個框架要求用證據(jù)說話。只要有新的證據(jù)出來，能推翻以前的結(jié)論，科學家允許你改變他的信念。師：但伽利略的這個結(jié)論也不夠完善。你們覺得不完善在哪里呢？師：伽利略只說了運動的物體，那靜止的物體呢？他也只說了物體是勻速運動，那物體的運動軌跡是直線，還是曲線呢？師：與伽利略同時代的法國科學家笛卡爾，他發(fā)現(xiàn)其中的不完善，就進行了補充。展示閱讀資料六——笛卡爾的觀點。閱讀卡6——笛卡兒談“力與運動”笛卡兒(1596-1650)是偉大的法國哲學家，數(shù)學家，物理學家和生理學家，其拉丁文名字為RenatusjCartesius，出生于都蘭省拉艾地方的一個貴族家庭。他經(jīng)過研究明確指出：物體不受到力的作用時，物體永遠不會使自己沿曲線運動，而只保持在直線上運動。師：笛卡爾做出了怎樣的補充？生：除非物體受到力的作用，物體將永遠保持在直線上運動。閱讀卡5-亞里士多德的科學成就亞里士多德，是古希臘著名的科學家和哲學家。公元前384年誕生于愛琴海北岸的斯特基拉城。他是希臘古典文化的集大成者，恩格斯稱他是最博學的人。他的著作是古代的百科全書，據(jù)說有四百到一千部，主要有《工具論》《物理學》《天論》等。亞里士多德認為存在“第一推動者”，中古世紀的基督教說“第一推動者”就是上帝，所以，亞里士多德的學說和基督教教義結(jié)合，這樣的結(jié)合讓亞里士多德的學說成為西方的權(quán)威學說。被譽為西方的圣人。閱讀卡6——笛卡兒談“力與運動”笛卡兒(1596-1650)是偉大的法國哲學家，數(shù)學家，物理學家和生理學家，其拉丁文名字為RenatusjCartesius，出生于都蘭省拉艾地方的一個貴族家庭。他經(jīng)過研究明確指出：物體不受到力的作用時，物體永遠不會使自己沿曲線運動，而只保持在直線上運動。師：現(xiàn)在，伽利略、笛卡兒的正確觀點都擺在了世人的面前。在隔了一代人之后，牛頓將對“力與運動關系”的探究，在前兩位的基礎上更進了一步，提出“靜止的物體在不受外力時將保持靜止狀態(tài)’’，并將所有的結(jié)論總結(jié)成了一條基本定律——牛頓第一定律。說明：(1)牛頓第一定律說明了物體的運動不需要靠力來維持。物體運動之所以會停下來，是由于物體受到了力的作用。(2)對牛頓第一定律中“總保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)”這句話的含義，我們可以理解為：物體不受力時，原來靜止的物體將永遠保持靜止狀態(tài)；原來運動的物體將永遠做勻速直線運動，速度的大小和方向都不改變。強調(diào)：牛頓第一定律是通過分析事實，再進一步概括、推理得出的，不是直接的實驗結(jié)論，但其中符合邏輯的科學推理是非常重要的。今天，作為一個中國人我感到非常自豪，因為如今我們國家可以代表人類登上太空，在太空中完成牛頓第一定律的驗證。三、慣性活動：讓學生談一下乘坐公交車過程中，當公交車啟動或剎車時身體的感受。觀察下列現(xiàn)象，想一想，這些現(xiàn)象說明了什么？汽車啟動時人的身體會向后傾。雞蛋慣性實驗。汽車緊急剎車，車上的人會向前傾。平衡車落球?qū)嶒?。事實表明：原來靜止的物體，具有保持靜止的性質(zhì)；原來運動的物體，具有保持原有速度做均速直線運動的性質(zhì)。師：慣性是物質(zhì)的一個基本屬性，無論固體、液體、氣體都具有慣性，慣性無論好壞，但是卻在生活中的確給我們帶來了厲害。如：利用慣性騎自行車時蹬幾下后，可以讓它自行前行一段距離以節(jié)省體力。同時，由于慣性，汽車剎車后不能立即停下而造成追尾事故。討論：說說你知道哪些慣性現(xiàn)象，人們?nèi)绾卫脩T性或是防止慣性帶來的危害的？總結(jié)歸納：(1)利用慣性：跳遠運動員的助跑；