资源简介

牛顿第一定律
一、教学内容分析
牛顿第一定律这节课是物理新教材必修1第四章第1节，这节课主要涉及到的物理知识为牛顿三大定律之一，主要内容有牛顿第一定律、惯性、质量是惯性量度等知识点。该定律所包含的意义深刻，在现实生产、生活中具有重要应用，特别是该定律的获得过程包含宝贵的科学方法和值得后人借鉴的科研精神。因此高中阶段重新再学该课，仍十分有必要。
二、学生学习情况分析
牛顿第一定律这节课主要涉及牛顿第一定律、惯性、质量是惯性量度等知识点。学生通过初中阶段学习对于伽利略理想斜面实验、牛顿第一定律、惯性等内容均已经熟悉，如果简单地重复初中的学习，甚至直接花十分钟时间回忆一下，学生们肯定觉得乏味，甚至认为物理课本编排得不负责任，初中都已经学过了，为何还花这么多篇幅。我们认为教材在此处再次设计牛顿第一定律，除了知识点之外更重要的是定律获得过程所包含的研究方法和物理学家们的科学精神。
三、设计思想
学生通过初中阶段学习对于伽利略理想斜面实验、牛顿第一定律、惯性等内容均已经熟悉，我们一直在思考，他们到了高中阶段再学这节课老师们该给学生什么呢？我们学校的教学习惯，喜欢带学生回到问题的最原始阶段，一起经历定律得到的过程，所以我们当时一致认为这个定律的获得过程所涉及到的一些方法是相当有代表性的，对于学生终生学习物理相当有用。另外质量是惯性大小的量度这个知识点是新的，我们的基本理念就是经过老师的引导，学生自己找到现象背后的规律。故此对于这节课就确定了两个重点：伽利略的研究方法和质量是惯性大小的量度。带着学生回到问题产生的原始过程，上课过程一起经历伽利略的研究过程，感悟其研究方法，上完这节课学生会觉得是自己发现了这个定律，自己找到众多惯性现象的共同衡量尺度-惯性；并且能体会科研的魅力与艰辛，培养敢于坚持真理、严谨认真的科学态度，产生获得知识的成就感，激发求知的欲望，有助于帮助学生自我再学习。
四、教学目标
1．理解牛顿第一定律内容；
2．理解惯性概念，惯性是物质的固有属性，由本身质量量度；
3．回顾亚里斯多德、伽利略、笛卡尔及牛顿等物理学家的科研过程，经历感受他们的研究方法；重点感悟伽利略的物理方法；
5．从物理学家们身上看出科研的魅力与艰辛；体会他们为探索真理而孜孜不倦，激发学生共鸣，产生求知欲望；
6．培养敢于坚持真理，严谨认真的科学态度和科学精神；
7．能不被一些表面现象迷糊，明白“眼见不一定为实”。
五、教学重点和难点
（一）教学重点：牛顿第一定律获得的过程所涉及到的物理学家特别是伽利略在其中的重要作用以及他经典的研究方法和值得后人借鉴的科研精神；牛顿第一定律内容、质量是惯性的量度等知识点。
（二）教学难点：质量是惯性量度的引导过程。
六、教学过程设计
（一）纸飞机引入与历史回顾
同学们，我们上课前先来折纸飞机，让纸飞机动起来需要做什么？
生：给纸飞机力的作用，才能让它起飞。
在纸飞机飞在空中，这个时候我没有给它外力，它还能够飞行一段时间，说明了什么呢？
生：说明没有力纸飞机仍然能够运动。【设计意图：从这里引出来力不是维持物体运动状态的原因，力是改变物体运动状态的原因。同时加强课堂学习的趣味性，让学生对力和运动有一个初步的认知。】
大家都熟悉亚里士多德和伽利略，你们对亚里士多德的印象如何？
生：他都是错的；鄙视他
我们来看看伽利略是如何评价亚里士多德？伽利略曾说过一句话，他说：“老实说，我赞成看亚里士多德的著作，并精心进行研究，我只是责备那些把自己完全沦为亚里士多德奴隶的人”从这句话可以看出伽利略对亚里士多德是如何评价呢？
生：赞成看他的著作
伽利略他很细心，注意观察。恰恰注意到了“那一段”，他认为如果力撤去物体停止运动，那么为什么有些现象会运动一段时间才停下来呢？他最早悟出了地球上的物体运动时，都不可避免要受到摩擦力和空气阻力作用。他认为物体之所以停下来是受了摩擦力的作用，物体停下来恰恰是因为力的作用，所以力不是用于维持运动，恰恰相反这里的摩擦力却是产生减速的原因。
伽利略的精心研究表现在：观察认真。细微，微小变化的现象也观察到了。[ppt展示伽利略一半的结论]
至此，伽利略已经找到，导致物体运动停止的原因是由于摩擦力的原因，但他没有停留在这里，而是继续想象，如果没有摩擦力，那么物体会怎么运动呢？
生：静止或匀速直线运动
【学情分析：很多高一的学生因为初中的学习很看不起亚里士多德，有些甚至是不加思索地鄙视。设计意图：借着伽利略对亚里斯多德的评价与学生对亚里士多德评价的冲突引出本节课要讨论的范围；通过简单的演示实验引出本节课要讨论的确切问题，开始了伽利略的精心非凡的研究过程。澄清了学生对亚里士多德的误会，引导他们如何正确对待前人及其研究结论】
这个结论我们已经学过，但当年他是如何得到这个结论的呢？
生：斜面，对接斜面
我们一起来回顾一下，大家初中学过的加利略理想实验—对接斜面，我们一起回味一下，伽利略是怎样推理的？【让学生翻书找寻理想斜面实验的步骤，请同学起来回答这个实验如何利用】
1.让一个小球从一个斜面的顶端滚下，紧接着又滚上另一个对接的斜面，同一个斜面，打磨得越光滑，小球上升的高度越接近原来；故设想如果没有摩擦力，这个小球将达到跟原来同样的高度；f＝0的试验他并没有条件做，依据事实基础，进行了合理的外推。
2. 如果减小对接斜面的倾角，小球仍会达到同一高度，通过的路程呢？（需要经过更长的路程；）
3 .同理，如果再减小对接斜面的倾斜度，小球经过的路程就会越来越长。
4 .如果把对接斜面变成水平面，小球无法达到原来的高度，只能以原速度一直运动下去（无加速也无减速原因）（3-4利用合理外推思想）。
师：伽利略利用这个斜面实验成功地得到力不是维持物体运动的原因，推翻了亚里士多德的错误结论。这个结论已经被人们接受了2000多年，直到伽利略提出疑问，并推翻。我们知道伽利略这个实验是个理想实验，并非真实的实验（因为在地球上不能达到完全没有摩擦的条件），这是伽利略用自己的大脑想象出来的，[语气加强，转话锋]“任何想象离不开现实，均是基于现实的，绝不能凭空想象”，那么大家知道伽利略当时依据的是什么现实呢？
生：……
【伽利略设计的实验虽是想象中的，但却是建立在可靠的事实的基础上。把研究的事物理想化，就可以更加突出事物的主要特征，化繁为简，易于认识其规律。理想实验是一种重要的物理方法，以事实为依据，将实验和逻辑推理统一，达到思维超越当时科学技术。伽利略的这一自然科学新方法，有力地促进物理学的发展，他因此被誉为是“经典物理学的奠基人”。】就是现在，理想化模型对科学研究仍然具有重要的意义。
师：之后，与伽利略同时代法国科学家笛卡尔，把伽利略的结论推广到没有重力、没有摩擦力、没有空气阻力的更理想的情况，进一步补充和完善了伽利略的观点，指出：如果没有其他原因，运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，即不会停下来，也不会偏离原来的方向。（ppt展示笛卡尔图片及其结论）
【学情分析：学生早已熟悉伽利略的理想斜面，但对于力与运动关系的研究过程不清楚；设计意图：借着研究历史的重演，带着学生与科学家进行对话，重点体验伽利略的研究过程的精彩之处，引导学生感悟其研究方法。此时教师的引导十分重要，做不好的话，就变成很无味的陈述，需要灵巧地引导学生自己回到历史，亲自参与了整个过程的研究。】
（二）牛顿第一定律学习
师：依据伽利略和笛卡尔的研究结果，大家能用自己的语言概括一下2位科学家的结论吗？
师：伽利略和笛卡尔等人的正确结论在隔了一代人之后，由牛顿用简洁而准确的语言总结出该定律，（ppt展示牛顿第一定律）
师: 一切物体总保持匀速直线运动或静止，直到外力迫使它改变运动状态为止。
师：我们用通俗的话来说就是，如果物体所受外力为0，那么原来静止的保持静止；原来运动的，从此一直匀速，外力进来；另一方面，外力加进来后，就改变了原来的运动状态（速度的大小或方向被改变）。这里说明了牛顿第一定律总结出力不是维持物体运动状态的原因，力是改变物体运动状态的原因。那么想要让物体的运动状态改变，一个力就能行吗？这个力是什么力呢？
生：一个力不行，这个力其实是合力。比如移动桌子需要的不仅仅是推力，而是有一个与运动方向相同的合力，因为移动桌子要克服摩檫力做功。
师问：牛顿的结论是否比前人更深刻、更丰富呢？我们一起来看一下后半句指出力是改变运动状态的原因，这是重述前人的结论，同时也指出了物体不受力时的运动规律，补充说明一下，完全不受力的物体在地球上存在吗？所以不受力指的是所受合外力为0。因此牛顿第一定律不能用实验去证明。
师：回过来，前半句：一切物体总保持静止或匀速直线运动状态，指出了一个一切物体都具有的性质——惯性（ppt展示惯性，老师解释惯性）：惯性：是物体抵制运动状态改变的固有倾向，就是不想改变原来的状态，故与人的惰性是非常类似的。英文名称inertia，解释为惯性或惰性。也就是说，若原来静止的，就不想动；原来若以某一个速度运动，就趋于保持者一速度运动。
师：仔细分析前后两句话，点出了两个概念，“力和惯性”
师：这两个概念是什么关系呢？
生：…….
师：惯性： 使物体保持原来运动状态的能力
力：一参与就要改变运动状态。二者是对立的，但又统一在牛顿第一定律里面，对立统一关系。
（三）惯性
我们完整来看一下惯性。老师解释惯性：英文名称inertia，解释为惯性或惰性。惯性：是物体抵制运动状态改变的固有倾向。
师：一切物体都有惯性，
师：惯性既然是物体的固有属性，就与物体运动状态以及受力情况无关，无论何时何地均有惯性。质量大，惯性大（惰性）；质量是惯性大小的量度。
师问：你觉得惯性和速度有没有关系？是不是惯性大的物体速度就大？惯性小的物体速度就小？
学生回答：不对的。
举例子打乒乓球，乒乓球质量很小但速度快，一下子以10m/s打过来可以很短的时间内改变乒乓球的速度方向为-10m/s。而如果一个1吨的铁球向你10m/s砸过来，你能够很快的改变铁球的运动状态吗？
生：不能。反应了惯性只跟质量有关，与速度是没有关系的。【通过乒乓球和铁球的对比，让学生能够明显的感受到惯性与速度无关，只跟物体的质量有关。】
趣味设计实验：用一个小铁球和一个挂线的小桶，设计出惯性只和质量有关的实验，让学生思考回答
老师先让学生用嘴一下子就可以把小桶吹起来，然后到讲台下再做一系列操作，让学生再吹这个小桶，发现小桶吹不起来了，就保持在原位置静止不动。请学生思考原因回答问题。
是因为后面小桶不动由于小桶中放入了铁球，增大了小桶的质量，从而让小桶的惯性变大，保持物体原有运动状态的本领变强，因此再次吹动小桶，它惯性变大运动状态不容易发生改变。【通过趣味实验让学生对惯性有了更多的思考，把学习的知识放到生活中，学以致用。同时增加的课堂的活跃性和趣味性，对知识的理解让学生学会总结并高兴的加入课堂学习，不断地去专研。】
（四）惯性的应用与防止
首先请学生讲一些印象深刻的经历。下面给大家播放一段刹车模拟录像，大家看的同时思考影片中包含了哪些物理现象？刹车时存在哪些安全隐患？并提出你的意见来防止这些隐患。
学生观看，并提问。（师边引导，边播放相应的ppt）安全带：当汽车急剧减速时，前座安全带将人紧紧限制在座位上，不至于前额受伤头靠：避免撞车时的鞭打效应（颈部来回剧烈运动）气囊：车辆发生，人会前倾；气囊在碰撞时充气，以缓解对人的冲击力
（五）课堂小结
今天这节课，我们花了很多时间跟大家一起回忆牛顿第一定律研究的历史，读历史目的是使人明智，从中看到经验，我们共同经历了伽利略的观察—实际实验---理想实验—合理外推的研究方法；牛顿第一定律的内容及其意义，惯性（惰性）、质量是惯性的量度、惯性的应用及其防止。
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