資源簡介

牛頓第一定律
一、教學內容分析
牛頓第一定律這節課是物理新教材必修1第四章第1節，這節課主要涉及到的物理知識為牛頓三大定律之一，主要內容有牛頓第一定律、慣性、質量是慣性量度等知識點。該定律所包含的意義深刻，在現實生產、生活中具有重要應用，特別是該定律的獲得過程包含寶貴的科學方法和值得后人借鑒的科研精神。因此高中階段重新再學該課，仍十分有必要。
二、學生學習情況分析
牛頓第一定律這節課主要涉及牛頓第一定律、慣性、質量是慣性量度等知識點。學生通過初中階段學習對于伽利略理想斜面實驗、牛頓第一定律、慣性等內容均已經熟悉，如果簡單地重復初中的學習，甚至直接花十分鐘時間回憶一下，學生們肯定覺得乏味，甚至認為物理課本編排得不負責任，初中都已經學過了，為何還花這么多篇幅。我們認為教材在此處再次設計牛頓第一定律，除了知識點之外更重要的是定律獲得過程所包含的研究方法和物理學家們的科學精神。
三、設計思想
學生通過初中階段學習對于伽利略理想斜面實驗、牛頓第一定律、慣性等內容均已經熟悉，我們一直在思考，他們到了高中階段再學這節課老師們該給學生什么呢？我們學校的教學習慣，喜歡帶學生回到問題的最原始階段，一起經歷定律得到的過程，所以我們當時一致認為這個定律的獲得過程所涉及到的一些方法是相當有代表性的，對于學生終生學習物理相當有用。另外質量是慣性大小的量度這個知識點是新的，我們的基本理念就是經過老師的引導，學生自己找到現象背后的規律。故此對于這節課就確定了兩個重點：伽利略的研究方法和質量是慣性大小的量度。帶著學生回到問題產生的原始過程，上課過程一起經歷伽利略的研究過程，感悟其研究方法，上完這節課學生會覺得是自己發現了這個定律，自己找到眾多慣性現象的共同衡量尺度-慣性；并且能體會科研的魅力與艱辛，培養敢于堅持真理、嚴謹認真的科學態度，產生獲得知識的成就感，激發求知的欲望，有助于幫助學生自我再學習。
四、教學目標
1．理解牛頓第一定律內容；
2．理解慣性概念，慣性是物質的固有屬性，由本身質量量度；
3．回顧亞里斯多德、伽利略、笛卡爾及牛頓等物理學家的科研過程，經歷感受他們的研究方法；重點感悟伽利略的物理方法；
5．從物理學家們身上看出科研的魅力與艱辛；體會他們為探索真理而孜孜不倦，激發學生共鳴，產生求知欲望；
6．培養敢于堅持真理，嚴謹認真的科學態度和科學精神；
7．能不被一些表面現象迷糊，明白“眼見不一定為實”。
五、教學重點和難點
（一）教學重點：牛頓第一定律獲得的過程所涉及到的物理學家特別是伽利略在其中的重要作用以及他經典的研究方法和值得后人借鑒的科研精神；牛頓第一定律內容、質量是慣性的量度等知識點。
（二）教學難點：質量是慣性量度的引導過程。
六、教學過程設計
（一）紙飛機引入與歷史回顧
同學們，我們上課前先來折紙飛機，讓紙飛機動起來需要做什么？
生：給紙飛機力的作用，才能讓它起飛。
在紙飛機飛在空中，這個時候我沒有給它外力，它還能夠飛行一段時間，說明了什么呢？
生：說明沒有力紙飛機仍然能夠運動?！驹O計意圖：從這里引出來力不是維持物體運動狀態的原因，力是改變物體運動狀態的原因。同時加強課堂學習的趣味性，讓學生對力和運動有一個初步的認知?！?br/>大家都熟悉亞里士多德和伽利略，你們對亞里士多德的印象如何？
生：他都是錯的；鄙視他
我們來看看伽利略是如何評價亞里士多德？伽利略曾說過一句話，他說：“老實說，我贊成看亞里士多德的著作，并精心進行研究，我只是責備那些把自己完全淪為亞里士多德奴隸的人”從這句話可以看出伽利略對亞里士多德是如何評價呢？
生：贊成看他的著作
伽利略他很細心，注意觀察。恰恰注意到了“那一段”，他認為如果力撤去物體停止運動，那么為什么有些現象會運動一段時間才停下來呢？他最早悟出了地球上的物體運動時，都不可避免要受到摩擦力和空氣阻力作用。他認為物體之所以停下來是受了摩擦力的作用，物體停下來恰恰是因為力的作用，所以力不是用于維持運動，恰恰相反這里的摩擦力卻是產生減速的原因。
伽利略的精心研究表現在：觀察認真。細微，微小變化的現象也觀察到了。[ppt展示伽利略一半的結論]
至此，伽利略已經找到，導致物體運動停止的原因是由于摩擦力的原因，但他沒有停留在這里，而是繼續想象，如果沒有摩擦力，那么物體會怎么運動呢？
生：靜止或勻速直線運動
【學情分析：很多高一的學生因為初中的學習很看不起亞里士多德，有些甚至是不加思索地鄙視。設計意圖：借著伽利略對亞里斯多德的評價與學生對亞里士多德評價的沖突引出本節課要討論的范圍；通過簡單的演示實驗引出本節課要討論的確切問題，開始了伽利略的精心非凡的研究過程。澄清了學生對亞里士多德的誤會，引導他們如何正確對待前人及其研究結論】
這個結論我們已經學過，但當年他是如何得到這個結論的呢？
生：斜面，對接斜面
我們一起來回顧一下，大家初中學過的加利略理想實驗—對接斜面，我們一起回味一下，伽利略是怎樣推理的？【讓學生翻書找尋理想斜面實驗的步驟，請同學起來回答這個實驗如何利用】
1.讓一個小球從一個斜面的頂端滾下，緊接著又滾上另一個對接的斜面，同一個斜面，打磨得越光滑，小球上升的高度越接近原來；故設想如果沒有摩擦力，這個小球將達到跟原來同樣的高度；f＝0的試驗他并沒有條件做，依據事實基礎，進行了合理的外推。
2. 如果減小對接斜面的傾角，小球仍會達到同一高度，通過的路程呢？（需要經過更長的路程；）
3 .同理，如果再減小對接斜面的傾斜度，小球經過的路程就會越來越長。
4 .如果把對接斜面變成水平面，小球無法達到原來的高度，只能以原速度一直運動下去（無加速也無減速原因）（3-4利用合理外推思想）。
師：伽利略利用這個斜面實驗成功地得到力不是維持物體運動的原因，推翻了亞里士多德的錯誤結論。這個結論已經被人們接受了2000多年，直到伽利略提出疑問，并推翻。我們知道伽利略這個實驗是個理想實驗，并非真實的實驗（因為在地球上不能達到完全沒有摩擦的條件），這是伽利略用自己的大腦想象出來的，[語氣加強，轉話鋒]“任何想象離不開現實，均是基于現實的，絕不能憑空想象”，那么大家知道伽利略當時依據的是什么現實呢？
生：……
【伽利略設計的實驗雖是想象中的，但卻是建立在可靠的事實的基礎上。把研究的事物理想化，就可以更加突出事物的主要特征，化繁為簡，易于認識其規律。理想實驗是一種重要的物理方法，以事實為依據，將實驗和邏輯推理統一，達到思維超越當時科學技術。伽利略的這一自然科學新方法，有力地促進物理學的發展，他因此被譽為是“經典物理學的奠基人”?！烤褪乾F在，理想化模型對科學研究仍然具有重要的意義。
師：之后，與伽利略同時代法國科學家笛卡爾，把伽利略的結論推廣到沒有重力、沒有摩擦力、沒有空氣阻力的更理想的情況，進一步補充和完善了伽利略的觀點，指出：如果沒有其他原因，運動的物體將繼續以同一速度沿著一條直線運動，即不會停下來，也不會偏離原來的方向。（ppt展示笛卡爾圖片及其結論）
【學情分析：學生早已熟悉伽利略的理想斜面，但對于力與運動關系的研究過程不清楚；設計意圖：借著研究歷史的重演，帶著學生與科學家進行對話，重點體驗伽利略的研究過程的精彩之處，引導學生感悟其研究方法。此時教師的引導十分重要，做不好的話，就變成很無味的陳述，需要靈巧地引導學生自己回到歷史，親自參與了整個過程的研究?！?br/>（二）牛頓第一定律學習
師：依據伽利略和笛卡爾的研究結果，大家能用自己的語言概括一下2位科學家的結論嗎？
師：伽利略和笛卡爾等人的正確結論在隔了一代人之后，由牛頓用簡潔而準確的語言總結出該定律，（ppt展示牛頓第一定律）
師: 一切物體總保持勻速直線運動或靜止，直到外力迫使它改變運動狀態為止。
師：我們用通俗的話來說就是，如果物體所受外力為0，那么原來靜止的保持靜止；原來運動的，從此一直勻速，外力進來；另一方面，外力加進來后，就改變了原來的運動狀態（速度的大小或方向被改變）。這里說明了牛頓第一定律總結出力不是維持物體運動狀態的原因，力是改變物體運動狀態的原因。那么想要讓物體的運動狀態改變，一個力就能行嗎？這個力是什么力呢？
生：一個力不行，這個力其實是合力。比如移動桌子需要的不僅僅是推力，而是有一個與運動方向相同的合力，因為移動桌子要克服摩檫力做功。
師問：牛頓的結論是否比前人更深刻、更豐富呢？我們一起來看一下后半句指出力是改變運動狀態的原因，這是重述前人的結論，同時也指出了物體不受力時的運動規律，補充說明一下，完全不受力的物體在地球上存在嗎？所以不受力指的是所受合外力為0。因此牛頓第一定律不能用實驗去證明。
師：回過來，前半句：一切物體總保持靜止或勻速直線運動狀態，指出了一個一切物體都具有的性質——慣性（ppt展示慣性，老師解釋慣性）：慣性：是物體抵制運動狀態改變的固有傾向，就是不想改變原來的狀態，故與人的惰性是非常類似的。英文名稱inertia，解釋為慣性或惰性。也就是說，若原來靜止的，就不想動；原來若以某一個速度運動，就趨于保持者一速度運動。
師：仔細分析前后兩句話，點出了兩個概念，“力和慣性”
師：這兩個概念是什么關系呢？
生：…….
師：慣性： 使物體保持原來運動狀態的能力
力：一參與就要改變運動狀態。二者是對立的，但又統一在牛頓第一定律里面，對立統一關系。
（三）慣性
我們完整來看一下慣性。老師解釋慣性：英文名稱inertia，解釋為慣性或惰性。慣性：是物體抵制運動狀態改變的固有傾向。
師：一切物體都有慣性，
師：慣性既然是物體的固有屬性，就與物體運動狀態以及受力情況無關，無論何時何地均有慣性。質量大，慣性大（惰性）；質量是慣性大小的量度。
師問：你覺得慣性和速度有沒有關系？是不是慣性大的物體速度就大？慣性小的物體速度就??？
學生回答：不對的。
舉例子打乒乓球，乒乓球質量很小但速度快，一下子以10m/s打過來可以很短的時間內改變乒乓球的速度方向為-10m/s。而如果一個1噸的鐵球向你10m/s砸過來，你能夠很快的改變鐵球的運動狀態嗎？
生：不能。反應了慣性只跟質量有關，與速度是沒有關系的?！就ㄟ^乒乓球和鐵球的對比，讓學生能夠明顯的感受到慣性與速度無關，只跟物體的質量有關。】
趣味設計實驗：用一個小鐵球和一個掛線的小桶，設計出慣性只和質量有關的實驗，讓學生思考回答
老師先讓學生用嘴一下子就可以把小桶吹起來，然后到講臺下再做一系列操作，讓學生再吹這個小桶，發現小桶吹不起來了，就保持在原位置靜止不動。請學生思考原因回答問題。
是因為后面小桶不動由于小桶中放入了鐵球，增大了小桶的質量，從而讓小桶的慣性變大，保持物體原有運動狀態的本領變強，因此再次吹動小桶，它慣性變大運動狀態不容易發生改變。【通過趣味實驗讓學生對慣性有了更多的思考，把學習的知識放到生活中，學以致用。同時增加的課堂的活躍性和趣味性，對知識的理解讓學生學會總結并高興的加入課堂學習，不斷地去專研?！?br/>（四）慣性的應用與防止
首先請學生講一些印象深刻的經歷。下面給大家播放一段剎車模擬錄像，大家看的同時思考影片中包含了哪些物理現象？剎車時存在哪些安全隱患？并提出你的意見來防止這些隱患。
學生觀看，并提問。（師邊引導，邊播放相應的ppt）安全帶：當汽車急劇減速時，前座安全帶將人緊緊限制在座位上，不至于前額受傷頭靠：避免撞車時的鞭打效應（頸部來回劇烈運動）氣囊：車輛發生，人會前傾；氣囊在碰撞時充氣，以緩解對人的沖擊力
（五）課堂小結
今天這節課，我們花了很多時間跟大家一起回憶牛頓第一定律研究的歷史，讀歷史目的是使人明智，從中看到經驗，我們共同經歷了伽利略的觀察—實際實驗---理想實驗—合理外推的研究方法；牛頓第一定律的內容及其意義，慣性（惰性）、質量是慣性的量度、慣性的應用及其防止。
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