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3.4 牛顿第一定律（第1课时）（教学设计）
年级 七年级 授课时间
课题 3.4 牛顿第一定律（第1课时）
教学 目标 科学观念：了解牛顿第一定律的内容，确认力并不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因；了解亚里士多德与伽利略的思想冲突，知道伽利略的理想实验及其主要推理方法和结论； 科学思维：通过理性分析以及科学的推理从而获得规律，了解如何建立进行科学实验的基本思路； 探究实践：通过小实验，获得改变物体运动状态与受到外力之间的感性认识；提高实验设计、现象描述和总结归纳、推理的能力； 态度责任：初步认识科学推动技术进步，技术又促进科学发展的相互关系；树立勇于质疑、大胆推理的科学精神；提升合作、交流的能力，树立团队合作精神，共建良好的学习氛围。
教学 重难点 重点：通过对小车实验的分析比较得出牛顿第一定律； 难点：力不是维持物体运动的原因；伽利略的理想实验的推理过程；
学情 分析 本节内容选自浙教版七下第三章第4节，本节主要内容：通过实验活动获得牛顿第一定律的内容及进一步形成运动和力的关系，此前学习了机械运动和力的相关知识，本课再进一步研究运动和力的关系是将力和运动联系起来的一条纽带，同时牛顿第一定律是经典力学的三大定律之一，是整个力学的基础，也是进一步分析和处理运动和力学问题的基础。惯性及利用惯性知识解释相关的现象，这是在牛顿第一定律及力和运动关系基础上的深化和延伸。要求通过实验探究理解物体的惯性，学生已具备一定的实验动手和探究能力但缺乏对问题的深入思考和理性的思维过程，所以在接受牛顿第一定律这一抽象的概念具有一定的难度，故应鼓励学生多动手、动脑。 本节内容拟用2课时完成教学。第1课时主要内容是牛顿第一定律、力和运动的关系，第2课时主要内容是惯性。
教学 准备 课件、课本、活动器材等
教学过程
教师活动 学生活动
新 课 导 入 我们已经知道，力能改变物体的运动状态。但是，物体运动状态的改变是否一定是因为受到力的作用？力又是怎样改变物体运动状态的？面对这些复杂的问题，我们先思考一个更基本的问题：物体不受力的作用时，将做什么运动？ 回顾力的作用效果，力能改变物体的运动状态，思考物体不受力时，将做什么运动？
新 知 讲 授 一、牛顿第一定律 事实上，我们无法用实验显示物体不受力作用时的运动，因为自然界中并不存在完全不受力作用的环境。我们采用的方法是：先用实验探究不同阻力对物体运动的影响，然后再推测出物体不受力作用时将做什么运动。 1.活动：探究阻力对物体运动状态的影响 【实验步骤】 （1）在水平木板上分别铺上毛巾和棉布，如图甲和乙，让小车从斜面的顶端由静止开始滑下，观察小车在水平面上运动的距离，并将结果记录在下表中。 （2）水平木板上不铺任何材料，如图丙，重复上述实验。 水平面的材料小车受到的阻力（大、较大、小）小车运动的距离（大、较大、小）棉布大小丝绸较大较大木板小大
【实验现象】 小车在不同平面上的运动距离不同，随着水平面越来越光滑，小车运动的距离也越来越远。 【实验分析】 小车在不同水平面上受到的阻力大小不同。水平面越光滑，小车受到的阻力越小，其速度减小得越慢，运动距离越远。 （把无法直接测量的阻力对运动的影响转化为可直接比较的小车的运动距离，运用了转换法。） 【实验结论】 阻力改变了小车的运动状态。阻力越小，小车运动状态改变越慢，运动的距离越大。阻力越大，小车运动状态改变得越快，运动的距离越小。 【实验推理及猜想】 如果小车在水平面上运动时不受阻力的作用，那么它将以恒定不变的速度永远运动下去，即物体将做匀速直线运动。 【实验注意事项及问题】 （1）为什么每次实验时小车都要从斜面同一位置开始滑下？ 为了保证小车进入水平面时的速度相同。 （2）当小车在水平面上运动时，只改变水平面的粗糙程度，其他因素保持不变。（注意控制变量） （3）木板要尽量长一些，防止小车滑出木板影响实验。 2.两个观点 3.牛顿第一定律 牛顿总结了伽利略等人的研究成果，进一步得出：一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持匀速直线运动状态或静止状态。这就是牛顿第一定律。 牛顿第一定律是在大量实验事实的基础上，通过推理概括出来的。这种以可靠的实验事实为基础，通过推理得出结论的研究方法是科学研究的重要方法。（实验推理法） 加深理解： （1）“没有受到外力作用” 包含两种情况： ①不受到任何力的作用，这是一种理想情况； ②物体受力，但所受的力相互抵消，即合力为0，相当于物体不受力。 如 所受的力相互抵消，相当于物体不受力。 （2）“或”指一个物体只能处于一种状态，到底处于哪种状态，由原来的状态决定，若物体原来是静止的，则保持静止；若物体原来是运动的，则保持匀速直线运动。 （3）牛顿第一定律是推理得到的，不可能用实验来直接验证。 二、力和运动的关系 1. 力是维持物体运动的原因 2．力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因 斜面绝对光滑，一旦物体具有某一速度，如果不受力就将一直运动下去。即物体运动不需要力来维持。 3.笛卡尔观点 4.观点演变 因为物体在不受力作用时总保持匀速直线运动或静止状态，所以，要改变物体的速度大小和运动方向，必须对物体施加力的作用。由此可见，牛顿第一定律为我们深刻地揭示了力和运动之间的关系，即力不是维持运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。 思考与讨论 1．如图甲，小球竖直下落的运动中，为什么速度越来越大？ 竖直下落的小球，只受竖直向下的重力的作用，受到的外力的合力不为零，且合力的方向与小球运动的方向相同，所以小球做加速运动，速度越来越大。 2．如图乙，小球竖直向上抛出的运动中，为什么速度越来越小？ 小球竖直向上抛出的运动中，只受竖直向下的重力的作用，由于合力的方向与小球运动的方向相反，所以小球做减速运动，速度越来越小。 3．如图丙，小球沿斜向上方向抛出的运动中，为什么运动方向会发生变化？ 小球斜向上方向抛出的运动中，只受重力的作用，由于小球的运动方向与重力的方向成一定角度，所以小球的运动方向会发生变化。 由以上活动可知： 若物体运动的方向与受到的合力的方向相同，则物体加速运动； 若物体运动的方向与受到的合力的方向相反，物体减速运动； 若物体运动方向与合力的方向成一定角度，物体运动方向逐渐改变，即进行曲线运动，最终运动方向与合力方向相同。 综上，力是改变物体运动状态的原因。 新知阅读：关于力和运动关系的一个假想的实验 在爱因斯坦（Albert Einstein）、英费尔德（L.Infeld）合著的《物理学的进化》一书中，有这样一个用来说明力和运动关系的假想的实验：假如有人推着一辆小车在平路上行走，然后突然停止推那辆小车，小车不会立刻停止运动，它还会继续运动一段很短的距离。怎样才能增加这段距离呢？这可以有许多办法。例如，在车轮上涂油或把路修得更平滑等。车轮转动得越容易、路越平滑，车便可以继续运动得越远。但是归根到底，在车轮上涂油和把路修平等都只有一种作用：减小外部的影响，即车轮内及车轮与路之间的摩擦力减小了……假想路是绝对平滑的，而车轮也毫无摩擦，那么就没有什么会阻碍小车运动，而它就会永远运动下去。 进行活动，观察并分析现象得出结论，进行推理猜想。 总结实验注意事项及问题。 了解两个观点，知道牛顿第一定律是在这些观点基础上得出的。 加深理解牛顿第一定律内容。 了解力和运动关系的观点演变，知道各个科学家及其对应观点。 思考力和运动的关系，能推出运动轨迹。
课 堂 练 习 典例1“后裔射日”是大家熟悉的我国上古时期的神话故事。后裔将箭射出去后，假设箭突然不受任何力的作用，那么它会（ ） A.落回地面 B.绕地球转动 C.停在空中 D.飞向太阳 【答案】D 【解析】将箭射出去后，假设箭突然不受任何力的作用，根据牛顿第一定律，箭将保持原来的运动状态，飞向太阳。故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 典例2 投篮时，篮球运动轨迹如图，若该篮球运动到最高点时一切外力消失（ ） A.保持空中静止 B.匀速向下运动 C.匀速斜下运动 D.匀速向右运动 【答案】D 【解析】篮球运动到最高点时，水平方向速度不为0，若外力消失篮球将保持原有的状态，即水平匀速向右直线运动。 故选D。 典例3 牛顿第一定律揭示了力和运动的关系，由此判断下列说法正确的是（ ） A.物体受到外力的作用运动状态一定会改变 B.物体处于静止状态不一定是受到平衡力的作用 C.牛顿第一定律是通过实验得出的力学基本定律之一 D.加速、减速的物体运动状态一定是改变了，但匀速转动的物体运动状态没有改变 【答案】B 【解析】A.物体受到外力的作用时，其运动状态不一定会改变，例如物体受到平衡力的作用时，其运动状态不变，故A错误； B.物体处于静止状态可能是受到平衡力的作用，也可能不受力的作用，故B正确； C.牛顿第一定律指出：一切物体在不受力时，总保持静止状态或匀速直线运动状态；现实生活中的物体都受到力的作用，绝对不受力的物体不存在，所以牛顿第一定律不是通过实验得出的，而是在实验的基础上概括推理得出的，故C错误； D.匀速转动的物体，其运动方向时刻发生变化，其运动状态时刻改变，故D错误。 故选B。 典例4小明同学为模仿伽利路斜面实验“探究阻力对物体运动的影响”(如图甲)。让同一辆小车分别滑到铺有毛巾、棉布和未铺任何材料的木板观察并记录小车水平滑行的距离。(不计空气阻力) （1）在实验过程中，该同学让小车从斜面的同一位置静止释放，这一操作的目的是为了控制小车到达水平面时的 相等； （2）小明根据图甲实验绘制出小车速度--时间关系图，并推测绘制出小车在光滑水平面上运动的图像，如图乙所示；其中可表示水平面光滑的是 ；（填图中的序号） （3）图丙是各科学家先后对“运动和力”关系的不同观点，下列说法正确的是（ ）（可多选）。 A.亚里士多德认为运动物体在不受力时会停止运动 B.伽利略提出力是维持物体运动状态的原因 C.相对牛顿的观点，笛卡尔观点未涉及静止物体 D.“牛顿第一定律”是牛顿通过实验得出的结论 E.科学观点的形成是一个不断完善、修正的过程 【答案】（1）速度（2）①（3）AE 【解析】（1）实验中运用控制变量法，探究阳力对物体运动的影响时，应控制小车的速度相同，所以让小车从斜面的同一位置由静止释放，为了小车到达水平面时的初速度相同。 （2）由图甲可得，小车的速度相同，水平面越光滑，小车运动的越远，所以可以推理，小车在绝对光滑水平面上运动时，速度不再减小，保持原来的速度一直运动下去，故①符合题意。 （3）A.亚里士多德认为力是维持物体运动状态的原因，运动物体不受力时会停止运动，故A正确； B.伽利略提出力不是维持物体运动状态的原因，物体不受力时，将保持原来的速度一直运动下去，故B错误； C.笛卡尔认为任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止，故C错误； D.“牛顿第一定律”是牛顿通过大量实验和合理的推理得出的结论，故D错误； E.每一个科学观点被提出时，都是不完整的，科学观点的形成是一个不断完善、修正的过程，故E正确。故选AE。
课 堂 小 结 1.牛顿第一定律 （1）内容：一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持匀速直线运动状态或静止状态。这就是牛顿第一定律。 （2）牛顿第一定律是在大量实验事实的基础上，通过推理概括出来的。这种以可靠的实验事实为基础，通过推理得出结论的研究方法是科学研究的重要方法，这种方法叫实验推理法。 （3）注意没有外力作用可以是不受力的情况或受到的力相互抵消，合力为0，相当于不受力。力的方向相同，则合力等于各个力之和，力的方向相反，合力等于各个力作减。 2.力和运动的关系 （1）亚里士多德认为：力是维持物体运动状态的原因； （2）伽利略的理想实验（小车阻力实验）：推理结论：力不是维持物体运动的原因，力是改变物体运动状态的原因。实验方法：理想实验法； （3）阻力对物体运动的影响：让同一小车从同一斜面的同一高度自由滑下（控制变量法），使小车滑到斜面底端时有相同的速度；阻力的大小用小车在木板上滑动的距离的长短来体现（转换法）。
板 书 设 计
作 业 设 计
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