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牛顿第一定律
2019人教版 必修一 第四章第一节
【教学背景分析】
牛顿第一定律是牛顿物理学的基石，是力学的第一原理。牛顿第一定律揭示了运动和力的关系：力不是维持物体速度的原因，而是改变物体速度（运动状态）的原因。在初中阶段的学习中，学生虽然除了“惯性与质量”这一问题没有专门学习外，关于本节其他的知识都有了大致的了解。他们知道亚里士多德的观点是错的，知道伽利略做了理想实验就得出了牛顿第一定律，练得最多的是通过惯性程式化的解答相关的实际问题。
高中阶段的学习，首先应该在已有认识的基础上，纠正一些片面、不恰当的认识，进一步深化和提高对相关问题的认识，领悟理想实验在物理学发展中的重要地位和作用，逐步建立起力和运动关系的正确认识。
【设计思想】
（1）通过演示实验，让学生讨论交流，对学生初中所学的知识和方法进行诊断，要求学生用物理的语言来进行分析和表达。基于事实证据和科学推理提出自己的见解。
（2）理想实验作为一种科学的思维方法。通过展示伽利略斜面理想实验的猜想依据、设计思路、推断结果这一思维过程，使学生领悟理想实验在物理学发展中的重要地位和作用。
（3）通过惯性定律的教学，强调它在科学中的地位与作用，引导学生了解科学的发现和发展。科学的发现都有其深刻的社会背景和科学背景，同时，科学家自身的创造性思维品质和敢于质疑、坚持真理的献身精神也是本节课科学态度与责任教育的良好契机。
（4）通过层层设问，不断追问，逐步深入。从现象到本质。着力培养学生的科学思维能力。
【教学重点】
（1）领悟理想实验在物理学发展中的重要地位和作用
（2）正确理解惯性和力的观念，纠正一些片面、不恰当的认识。
（3）理解牛顿第一定律，理解并建构惯性的概念。体会牛顿第一定律的基石作用。
【教学难点】
生活现象使人们对力和运动的关系形成了一些不正确的认识，通过教学要让学生们克服传统观念，形成正确的认识。
【理论依据】
最近发展区理论 课程标准
【教学过程和流程】
本节课共分为7个环节：
环节一：亚里士多德及其研究方法
生活中有很多司空见惯的现象，同学们有仔细观察过吗？比如用力推小车，小车就动，不推，小车就会停下来。 用力拉小车，小车就动，不拉，小车也会停下来。 再比如用力踢足球，足球就动，不踢，足球也会停下来。用力蹬自行车，自行车就会运动，不蹬，自行车运动一会也会停下来。
通过对这些现象的观察，直觉告诉我们运动和相互作用之间有着紧密的联系。对静止的物体推或拉，物体就动；停止推拉的作用，原来运动的物体便归于静止。早在公元前四世纪，古希腊的亚里士多德就通过观察总结出这样的结论。亚里士多德是古希腊文化的集大成者，他对很多领域都进行了研究并提出了自己的见解。因此恩格斯称之为最博学的人。他观察了大量物体的运动，把地球上的运动分为自然运动和受迫运动。其中关于受迫运动的观点就是物体的运动要靠推、拉等外界作用来维持。
这种观点同学们通过初中的学习知道是不正确的。但亚里士多德关于物理学的思想深刻的塑造了中世纪的学术思想，其影响力延伸到了文艺复兴时期。同学们都知道文艺复兴时期文学艺术方面取得了很多成就，其实它也是一次前所未有的科学振兴。对亚里士多德的观点提出质疑的代表人物是意大利物理学家伽利略。
环节二：伽利略的理想斜面实验
伽利略提出运动的物体之所以停下来，不是不受力，正好相反，是因为受到摩擦力或者空气、水等流体的阻力的影响。伽利略第一个发现摩擦力找到了解决问题的突破口。据此，伽利略提出猜想，水平面运动的物体如果不受摩擦等阻力的作用，将一直运动下去。
为了更好的论证自己的观点，伽利略设计了斜面实验。让一个球沿斜面滚下，在重力的作用球的速度将增大，球冲上斜坡时，在重力作用下它会慢下来。这样在水平面上运动的物体，将不加速也不减速，因为水平面是下坡和上坡的中间情形。
为了是思路更明晰，我们一起来重温一下伽利略的理想斜面实验，认真领悟伽利略的研究方法。两个斜面平滑的连接起来 小球可以在上面运动。
伽利略采取了很有特色的令人赞赏的一步：如果没有摩擦，小球将达到和释放等高的位置。这个可是在实验的基础上的推理。
在这个推理等高的基础上进一步实验，减小对接斜面的倾斜角，再次实验
如果没有摩擦阻力、流体阻力的影响，水平面上运动的物体会一直运动下去！
环节三 亚里士多德与伽利略的对比 理想实验的意义
这从根本上与亚里士多德理论相矛盾。后者认为需要持续的推或拉才能维持受迫运动。我们不妨再回顾一下亚里士多德和伽利略在研究方法的不同。亚里士多德的研究方法为：观察+思辨。而伽利略的研究方法为实验+推理。两者研究方法不同，认识层次不同，获得的结果也不同。
“理想实验”是在真实的科学实验事实的基础上，突出主要因素，忽略次要因素，通过抽象思维来深刻揭示自然规律的科学研究的重要方法。
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。 -----爱因斯坦
环节四 笛卡尔的贡献
与伽利略同时代的法国著名哲学家、物理学家、数学家笛卡尔也对运动和力的关系进行了研究。他进一步指出：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向。
对比笛卡尔和伽利略的观点，同学们分析一下两者的共同点和不同点。其一，伽利略观点中的一直运动下去，而笛卡尔进一步明确了匀速直线运动下去。其二，伽利略观点中的水平面在笛卡尔的观点中并没有提及，而只是说直线，沿任意方向的直线，拓宽了人们的视野。
环节五 牛顿第一定律及其解读
当然，对力与运动关系作出准确回答的是英国物理学家牛顿。牛顿在总结前人成果的基础上，通过自己的研究，写就了物理学哲学著作《自然哲学之数学原理》，该书为经典力学规定了一套基本概念，提出了力学三定律，从而使经典力学成为一个完整的理论体系。该书的第一条定律写道：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态。后人把该定律称之为牛顿第一定律。
牛顿第一定律虽只有短短三十几个字，但历经两千年，饱含了数代科学家的智慧和心血。牛顿站在巨人们的肩膀上，站得更高，看得更远。请同学们认真阅读，仔细揣摩，牛顿做了哪些创新和突破呢？下面我们再一起来梳理一下牛顿的创新和突破。
我想是观念上的突破、概念的建立、体系的完备。
环节六 惯性的理解及实验设计
接下来我们再一起分析一下牛顿第一定律中涉及的两个概念。惯性和力
力是力是改变物体运动状态的原因。也可以说力是物体速度变化的原因。力是使物体产生加速度的原因。
惯性就是物体保持原有运动状态的属性。也可以说是物体具有抵抗运动状态改变的本领。运动状态改变越难，惯性越大，反之则越小。那如何使物体的运动状态改变？又如何比较物体运动状态改变的难易程度呢？
分组实验：
下面同学们可以通过设计实验来比较高尔夫球和金属球的惯性大小。通过实验，可以看出金属球的惯性大，而金属球质量大。可以用质量来衡量物体的惯性大小。
环节七 提出新的问题
铁球和高尔夫球惯性不同，质量（m）不同，所受重力（mg）也不同。但同时释放做自由落体运动时，加速度都为重力加速度 g。
对此有什么猜想？又将如何论证你的猜想？
【板书设计】
牛顿第一定律
一、研究历程
二、牛顿第一定律
一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。
亚里士多德
伽利略
笛卡尔
牛顿
观察 思辨
理想实验
补充 完善
概念 观念
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