资源简介

第1课时教学设计
课题 牛顿第一定律
课型 新授课
教学内容分析 牛顿第一定律揭示了运动和力的关系，通过节内容的学习，应该帮助学生在原有认知的基础上形成更为深刻的认识。从力和惯性作为科学概念的提出过程体会物理观念的形成过程，从对规律发现过程的学习体会理想实验加逻辑推理的科学思维方法。在本节的开始设置了引导学生思考的问题，然后依据牛顿第一定律的发现过程先后介绍了亚里士多德和伽利略在研究运动和力的关系问题上的观点，显示出研究方法在科学研究中的重要地位。在“理想实验的魅力”中，介绍了伽利略的理想实验，表达了理想实验和逻辑推理是物理学研究的基本方法。在上述内容的基础上，呈现了牛顿在伽利略和笛卡尔工作基础上提出的牛顿第一定律。在“惯性与质量”中，通过设置“思考与讨论”栏目、分析实例等方式让学生进一步理解惯性的概念及其量度，加深学生对质量这个物理慨念的认识。在“拓展学习”栏目中介绍了惯性参考系，为需要进一步学习物理的学生拓展了视野。
学习者分析 本节课的授课对象是高一学生。高一年级大部分学生积极性、主动性较强，学习热情高，有参与意识。这是在教学中发挥其主体作用的前提。在这之前学生已经学习了“运动和力”的基础知识，对定律又有着丰富的生活经验，故他们对定律的认识比较熟悉，大部分学生都能接受定律本身知识，但是在具体应用和认知上会有片面现象，所以迫切需要深入理解规律来弥补已有知识在处理相关问题时的缺陷，而且好奇心强是高中学生的心理特征之一，可以通过生动直观的物理实验调动学生的学习兴趣以为全面提高接受能力。 高中阶段的学习，应该在学生已有知识的基础上，发现其理解上存在的问题、深入对本定律的理解，这样才有利于激发他们进一步学习的兴趣，进而培养他们对学习物理知识的兴趣。并且这一时期的学生好奇善问，对于物理实验及媒体中所展示的各种现象具有浓厚的兴趣，会产生探究其本质的愿望。在生活和物理学习中学生已经接触到许多力,如重力、摩擦力、弹力等；知道了在生活中有很多力的存在,这为牛顿第一定律的学习提供了感性以及理性的认识。但是,学生不知道深层次力的分析,对于力与运动的关系没有一个系统的了解。这阶段的学生已经具有一定的抽象思维,教师可以通过引导学生进行自主探究,建立物体不受力将会怎么运动,掌握牛顿第一定律,在生产、生活和科学研究等方面的重要用途,使学生对牛顿第一定律认识由表面到本质,由片面到全面。
学习目标确定 物理学科核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习而内化的带有物理学科特性的品质，是学生在学习物理过程中逐步形成的知识积淀、思维品质、能力表现、科学思想以及科学的情感、态度和价值观的综合体现。这里学习目标确定将从高中物理学科核心素养包括以下几个方面进行学习。 通过阅读或者查阅资料等途径了解牛顿第一定律的发现过程， 体会人类认识事物本质的曲折过程，培养学生严谨的科学态度。 能准确叙述牛顿第一定律的内容，并能对该定律所揭示的运动和力的关系问题有较深刻。 了解伽利略关于运动和力的关系的认识，了解他的理想实验和相应的推理过程，领会实验加推理的科学研究方法，培养学生科学推理和想象能力。 能通过实例说明质量是物体惯性大小的量度。
学习重点难点 本节的教学重点与难点是深刻体会牛顿第一定律的内涵及其发现过程背后的思想方法。 加俐略理想实验中的逻辑思维提炼，理解力和运动的关系；理解牛顿第一定律，认识惯性与质量的关系。在得出牛顿第一定律之后，根据文字表述挖掘其隐含的物理意义（定律的内含和外延）是教学难点，突破这个难点可使学生在透彻理解物理定律时起到引导作用。纠正学生在生活中形成的直觉认识错误，力是改变物体运动状态的原因而不是维持物体运动的原因；惯性与质量的关系。
5.学习评价设计 例：伽利略对“运动和力的关系”和“自由落体运动”的研究，开创了科学实验和逻辑推理相结合的重要科学研究方法。图1、图2分别表示这两项研究中实验和逻辑推理的过程，对这两项研究，下列说法正确的是(　　) A.图1中完全没有摩擦阻力的斜面是实际存在的，实验可实际完成 B.图1的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持 C.图2通过对自由落体运动的研究，合理外推得出小球在斜面上做匀变速运动 D.图2中先在倾角较小的斜面上进行实验，可“冲淡”重力，使时间测量更容易 训练：伽利略的斜面实验证明了(　　) A.使物体运动必须有力的作用，没有力的作用，物体将静止 B.使物体静止必须有力的作用，没有力的作用，物体将运动 C.物体不受外力作用时，一定处于静止状态 D.物体的运动不需要力来维持
6.学习活动设计 教师活动学生活动环节一：创设情境—初识运动和力教师活动1 基于初中知识水平，以生活中的常见现象为素材创设情境，通过设问引起学生的关注和思考。同时，明确本节课的探究主题，学生对于探究问题的猜想将直接为后续的探究学习作好铺垫。教学中，教师先设问，如果用手推动小车，你会看到什么现象，手松开后又会看到什么现象？然后教师演示实验——推动静止在地面上的轮椅小车。学生发现用力推动小车，小车运动了起来;手松开后，小车继续运动一段距离后停了下来。此时引导学生猜想小车从静止到运动、从运动到静止的原因，引入对运动与力的关系研究。通过分析将研究问题拆分成两部分：一是运动的物体为什么会停下来；二是静止的物体为什么会运动起来。实验探究—运动的物体为什么会停下来？给出亚里士多德的错误观点，引导学生通过“弹射小车实验”验证“摩擦力让小车停下来”的观点，引导学生发现轨道表面的粗糙程度影响小车的滑行距离，进而思考不受力的小车将会怎样，以此来辩驳这一观点，科学推理水到渠成。教学中，让学生用“弹射小车实验”验证“小车停下来是因为受到接触表面的摩擦力”的猜想，更换不同粗糙程度的轨道表面重复试验，学生发现小车最终都能够停下来。此时教师设问，在不同粗糙程度的轨道表面上，小车受到的摩擦力一样吗，滑行的距离一样吗，有什么规律？于是，学生开始关注和思考摩擦力的大小对小车滑行距离的影响。教师帮助学生坐在小车上体验“弹射小车实验”，并引导学生注意对变量的控制。学生比较后得出结论：在相同条件下，小车受到的摩擦力越大，滑行距离越小。教师引导学生在实验基础上，经过科学推理得到结论：不受力的物体可以处于匀速直线运动状态。进一步研究为什么亚里士多德的错误观念可以延续两千多年？ 亚里士多德的错误观点能延续的原因：
爱因斯坦在《物理学的进化》一书中指出:“有一个基本问题，几千年来都因为它太复杂而含糊不清，这就是运动的问题。设想有一个静止的物体，没有任何运动。要改变这样一个物体的位置，必须使它受力，如推它，提它，或由其他的物体如马、蒸汽机作用于它。我们的直觉认为运动是与推、提、拉等动作相连的。多次的经验使我们进一步深信，要使一个物体运动得愈快，必须用更大的力推它。结论好像是很自然的:对一个物体的作用愈强，它的速度就愈大。一辆四匹马驾的车比一辆两匹马驾的车运动得快一些。这样，直觉告诉我们，速率主要是跟作用有关。
但是直觉错在哪里呢 说一-辆四匹马驾的车比一辆两匹马驾的车走得快些难道还会有错吗
伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。这个发现告诉我们，根据直接观察所得出的直觉的结论并不总是可靠的，因为它们有时会引到错误的线索上去。”学生活动1 学生在真实问题情境中开展学习活动； 围绕完成学习任务开展系列活动与教的环节对应，学生分析任务（根据亚里士多德的观点来设计实验）-设计方案-发现问题-提出错误的原因，分享交流中学习并有实际收获。 力是维持物体运动的原因。 1.桌子上铺毛巾，小车放在毛巾上，推它就懂，不推就停； 2.将毛巾换成玻璃板，或直接用桌面，把小车推一下，它运动一段时间才停下来。 举例 通过观察对比实验，分析实验，总结实验：接触面越光滑，小球滚动的距离越远。 讨论、交流，大胆猜想 运动的物体若不受力，物体将匀速运动下去。 学生回答问题： 讨论、交流、回答 不受力时，物体保持匀速直线运动状态或静止状态；受力时，力迫使它改变运动状态。 不能，因为不受力作用的物体是不存在的。 鸡蛋由于要保持原来的运动状态 举例说明：汽车启动、刹车；人站在匀速行驶的车厢内竖直向上跳起，仍落回原地；铁锹扬沙。 讨论交流： 运动状态的变化的难以程度与质量有关？ 当堂回顾 动手实践活动意图说明： 此情景源于学生的生活，又可激发学生的学习兴趣，从而顺利进入新课的教学中。以物理学史为背景，开展实验，让学生自己探究，逐层分析，科学探索。培养学生分析观察能力、物理思维能力和科学研究的态度。让学生自己通过实验阅读课本寻找问题，了解物理发展史，同时引出牛顿第一定律。环节二：理想实验的魅力（逻辑推理的方法）教师活动2 利用“伽利略理想实验斜面演示器”进行实验
学生观察小球在斜面上向下滚动和向上滚动。
在小球滚动的斜面上铺上粗糙的布料，让小球从左端斜面上与某一条水平线相交的位置沿斜面由静止开始滚下，标记小球在右端斜面上升最大高度的位置;撤掉斜面上的布料(让小球在相对光滑的斜面上运动)，使小球仍然从左端斜面的同一位置沿斜面由静止开始滚下，再次标记小球在右端斜面上升最大高度的位置;观察并记录小球在向下滚动和向上滚动的过程中速度的变化。学生探究小球在倾角不同的平面上滚动上升。
使小球从左端斜面上相同的高度处沿斜面由静止开始滚下，通过减小右端斜面与水平面的夹角，分别标记小球在右端斜面上移动的最大距离对应的位置。根据观察到的实验现象，
教师展示气垫导轨，演示物体在水平气垫导轨上的运动。让学生观察和体验:在摩擦力很小的水平气垫轨道上，运动物体接近做匀速直线运动。
教师引导学生总结，并表达出以下结论:
①若要改变物体的运动状态(即改变物体的速度，包括改变物体速度的大小或方向)，必须给物体施加作用力。
②若物体不受力，物体保持匀速直线运动状态或者静止状态。学生活动2 通过观察对比上述实验，分析二者实验，总结实验： 学生思考和讨论以下问题:
①小球在斜面上受到的摩擦力减小，它在右端斜面上升的最大高度会怎样变化
②如果小球在斜面上受到的摩擦力为0，按照逻辑推理，小球在右端斜面。上升的最大高度，与小球在左端斜面开始的高度有何关系
③基于“小球在斜面上向上滚动时速度减小，向下滚动时速 学生探讨以下问题:
①继续减小右端斜面与水平面的夹角，小球在右端斜面上移动的最大距离有何变化趋势 你是如何理解这个结论的
②如果右端斜面与水平面的夹角为0，且小球在运动中受到的摩擦力也为0，按照逻辑推理，小球在右端斜面上移动的最大距离将会怎样变化 你是如何理解这个结论的 讨论交流： 运动状态的变化的难以程度与质量有关？活动意图说明 为了引出伽利略的理想实验充分发挥学生的想象空间，发散思维记录数据并比较，感受伽利略理论的正确性。为了进一步加深对牛顿第一定律的理解，培养学生理解问题的能力。让学生带着疑问、好奇心学习惯性。列举生活中与惯性相关的物理现象并加以解释，将知识学以致用，从而使之真正地建构物理知识，达到巩固提高的目的。加深理解培养其科学素养，陪养其理论联系实际、科学探究的能力。环节三：教师的活动3 创设情景设疑：一个玻璃杯内盛半杯盐水，上面盖一块塑料板，板上放一只鸡蛋，用小棒猛击塑料板，塑料板离杯飞出，鸡蛋却问问地落入杯中，你知道鸡蛋为什么没有随塑料板飞出吗？ 1.惯性：物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质。 载重货车启动时，由静止到高速运动得需要很长一段时；百米冲刺到终点后，体重大的运动员很难停下来。 2.对惯性的理解： 普遍性：一切物体； 无关性：与受力、运动都无关，只与质量有关； 唯一性：质量是惯性大小的唯一量度，且质量越大惯性越大； 3.惯性不是力 4.惯性与惯性定律：惯性没有条件限制，而惯性定律是物体不受外力作用时物体运动所遵循的一条规律。惯性是物理学中的一个重要概念，教师在教学过程中，应该了解到学生对这个概念可能出现的错误认识，这些错误认识可能包括:
①认为做匀速直线运动的物体才有惯性，做变速运动的物体没有惯性;
②认为物体在静止时有惯性，一旦速度改变了就没有惯性;
③认为惯性是一种力，认为物体保持原来运动状态是因为受到惯性力的作用;
④认为物体的速度越大，惯性就越大。学生的活动3 学生根据情景阅读课本可以得到：物体这种保持原来运动状态不变的性质叫惯性。 惯性参考系在教科书中是以“拓展学习”的形式出现的，因此教师可以针对学有余力的学生进行指导学习。指导时，应注意以下两点:
第一，惯性参考系是最常用的参考系，判断-个参考系是不是惯性参考系，最基本的判据就是牛顿运动定律是否成立。根据伽利略相对性原理，和一个惯性参考系保持相对静止或匀速直线运动状态的参考系也是惯性参考系。
第二，在解决实际问题中总是根据需要选取近似的惯性参考系。比如，在研究地面上物体小范围内的运动时，地球是- 个很好的惯性参考系。在研究太阳系中天体的运动时，太阳是一个很好的惯性参考系。活动意图说明教师可以在教学过程中针对学生可能出现的错误，引导学生结合实际生活中的例子来理解惯性这个概念。让学生理解运动状态的改变所包含的不同情况:速度大小的改变、速度方向的改变、大小和方向同时改变。以此来让学生理解惯性与物体是否受力无关、与物体的速度大小无关。教师还可以通过实例让学生明白，惯性在不同的状态下表现出来的形式不同，但都是抵抗运动状态改变的“能力”。当物体不受外力时，惯性表现为保持原来的运动状态不变;当物体受到外力作用时，惯性表现为改变物体运动状态的难易程度，即物体的惯性越大，它的运动状态越难改变。惯性的大小取决于物体的质量。教师可以通过列举生活实例，帮助学生理解:相同状态下不同质最的物体运动状态改变的难易程度不同，质量大的难改变。在引导学生对质量慨念理解的同时进行科学本质的教育，即人们对科学概念的认识是一步步深人的。
7.板书设计 4.1牛顿第一定律 1、理想实验的魅力 2、牛顿物理的基石——惯性定律 一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态，这就是牛顿第一定律。 3、惯性与质量 物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质就惯性。 （1）惯性是物体的固有属性，即一切物体在任何状态下都有惯性。 （2）质量是物体惯性大小的唯一量度。
8.作业与拓展学习设计 总结：本节课所学内容 布置作业：研究课题——比较惯性大小与质量的关系
9.教学反思与改进

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