《牛頓第一定律》教案

一、教學目標

知識與技能：理解牛頓第一定律的內容及意義;理解力和運動的關係。

過程與方法：理解理想實驗是科學研究的重要方法。

情感態度價值觀：通過理想斜面的教學，體會理想實驗的魅力。

二、教學重難點

教學重點：通過回顧歷史探究過程理解牛頓第一定律;慣性的理解。

教學難點：力和運動的關係;慣性和質量的關係。

三、教學方法

討論法、啟發法、講解法

四、教學過程

(一)匯入新課

撕紙遊戲

猜一猜：

1.一張紙已剪成兩截，但未完全剪斷，如果迅速用力撕兩邊，紙會斷成幾截?

2.現在把紙剪成三截，但未完全剪斷，如果迅速用力撕兩邊，紙會斷成幾截?

大家不要動手，先猜一猜。

3.如果在中間的紙下面夾一個夾子，然後迅速撕兩邊，紙會斷成幾截?

請大家想一想：為什麼是這樣一個結果呢?怎樣解釋我們的遊戲呢?其實，在我們的遊戲中還涉及到一個古老的話題──力和運動：用力撕紙，紙條斷開運動起來。運動和力之間到底有什麼關係呢?帶著這些問題，我們一起來體驗古人的探究過程，學習古人的探究方法，進一步理解論述運動和力關係的牛頓第一定律。

(二)新課教學

1.情景設問，經驗猜想

在人類歷史的長河中，運動和力如影隨形，總是和人們的生活、生產密切相關。比如：馬拉車則車前進，不再拉，前進的車會停下來;人象推車則車前進，不再推，前進的車會停下來;踢球，球沿草地向前滾動，不再踢，滾動的球會慢慢停下來。

思考：運動和力之間有什麼關係呢?

最早提出這個問題並給出經驗猜想的是古希臘學者亞里士多德。

他根據生活生產經驗猜想：必須有力作用在物體上，物體才能運動;沒有力的作用，物體就要靜止在一個地方。運動需要力維持。

他的觀點來自實際經驗，還能用實際經驗驗證，所以被人們廣泛接受，並維持了近兩千年。

設問：我們現在知道，他的觀點是錯誤的。那麼他有貢獻嗎?

亞里士多德的貢獻：開創了一個新的研究領域。

首先質疑並深入研究的是十六世紀的伽利略。他觀察了球的滾動。

2.質疑假設，科學猜想

當球沿斜面向下滾動時，它的速度增大，而向上滾動時，速度減小。他由此猜想：當球沿水平面滾動時，它的速度應該不增不減。實際觀察的結果是：沿水平面滾動的球越來越慢，最後停下來。

①現象：沿水平面滾動的球越來越慢，最後停下來。

按照亞里士多德的觀點，球停下來是因為沒有力的作用。伽利略恰恰從這一現象出發，對亞里士多德的觀點提出質疑。

②質疑：滾動的球之所以停下來，真的是因為沒有力的作用嗎?

設問：球停下來的原因是什麼呢?

在伽利略之前，人們還沒有意識到摩擦力這種無形的力，伽利略是第一個意識到摩擦力的人。

他改變了水平面的粗糙程度，發現：水平面越光滑，球滾得越遠。於是，他推斷這是摩擦阻力作用的結果。

結論：滾動的球停下來，是摩擦阻力作用的結果。

③假設：若沒有摩擦阻力，沿水平面滾動的球將怎樣運動呢?

④猜想：若沒有摩擦阻力，球將永遠滾動下去。

過渡：伽利略設計了一個雙斜面實驗。

3.實驗探究，得出結論

(1)雙斜面實驗

左斜面固定，右斜面傾角可變。實驗中我們設定小球始終從左斜面定位卡處由靜止釋放。

①固定右斜面，改變小球所受的摩擦，觀察小球上升的最大高度怎樣變化。重複一次。

思考：

1.小球所受摩擦阻力的大小與小球上升的最大高度之間有什麼關係?

2.摩擦阻力的大小與釋放點到上升的最高點的高度差是什麼關係?

3.如果沒有摩擦，小球會上升到多高的地方?

②減小右斜面傾角，觀察小球沿斜面運動的最遠距離怎樣變化。重複一次。

思考：

1.減小右斜面傾角，小球沿斜面運動的最遠距離如何變化?

2.如果沒有摩擦，減小右斜面傾角，沿斜面滾動的最遠距離怎樣變化?小球將上升到多高的地方?

③將右斜面放平，釋放小球，觀察小球的運動。

思考：

1.如果水平木板足夠長，小球會停下來嗎?

2.如果沒有摩擦，水平木板足夠長，小球將滾到哪裡去呢?

過渡：伽利略的雙斜面實驗是一個理想實驗。

(2)理想實驗的魅力：

實驗(事實)+邏輯推理

通過可靠的實驗事實，加上合理的邏輯推理，得出規律的一種方法。

理想實驗的魅力：實驗不能實現的地方，思維向前一步。

這種方法非常了不起!愛因斯坦是這樣評價的：伽利略的發現以及他所應用的科學的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標誌著物理學的真正開端。這個評價實事求是，從亞里士多德到伽利略，經歷了2000多年，物理學徘徊不前;從伽利略到愛因斯坦，只經歷300多年，物理學的大廈初步建立，大師輩出。這都得益於伽利略首創的實驗研究方法。

過渡：通過雙斜面理想實驗，伽利略得出了結論。

(3)伽利略：若沒有摩擦阻力，沿水平面滾動的球將永遠滾動下去。運動不需要力維持。

回顧、思考：

①靜止的車、足球為什麼運動起來?

②運動的車、足球為什麼會停下來?

③力和運動之間有什麼關係?

力是改變物體運動狀態的原因。

設問：運動狀態是用什麼物理量描述?

車由靜止變為運動，受到了推、拉力;由運動變為靜止，受到了摩擦阻力。足球由靜止變為運動，受到了腳的力;由運動變為靜止，受到了草地的摩擦阻力。

過渡：與伽利略同時代的法國科學家笛卡爾對他的觀點進行了補充。

4.補充完善，形成定律

(1)笛卡爾的補充：除非物體受到力的作用，物體將永遠保持其靜止或運動狀態，永遠不會使自己沿曲線運動，而只保持在直線上運動。這應成為一個原理，它是人類整個自然觀的基礎。

笛卡爾補充了物體不受力時保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。

過渡： 1642年，伽利略逝世，1643年牛頓在英國誕生。牛頓是人類歷史上最偉大的科學家之一。主要貢獻有發明了微積分，發現了萬有引力定律和經典力學，設計並製造了第一架反射式望遠鏡等等。

牛頓在1687年出版的《自然哲學的數學原理》一書中提出了三條運動定律。牛頓把伽利略、笛卡爾的正確結論總結成為牛頓第一定律，它是牛頓物理學的基石。

(2)牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態。

過渡：現在我們來理解定律。

(三)鞏固提高

思考：牛頓第一定律中論述的運動和力的關係是怎樣的?

1.運動和力的關係：力是改變物體運動狀態的原因。

2.阻力很小的現象：冰壺

從視訊可以看出，冰壺在一段時間內速度的大小和方向幾乎不變，直到碰上另一個冰壺。

思考：定律中還論述了什麼呢?

3.慣性：

①概念：物體保持原來的勻速直線運動狀態或靜止狀態的性質。

設問：一切物體都有慣性。做變速運動的物體有慣性嗎?

當物體做變速運動時，由於慣性，物體會抵抗速度的改變，從而使速度的改變需要一段時間。比如汽車緊急剎車時不會立即停下來，而是繼續向前滑行一段距離。

②一切物體有慣性，有抵抗運動狀態變化的“本領”。

物體慣性大，“本領”大，運動狀態難改變;物體慣性小，“本領”小，運動狀態易改變。

思考並猜想：物體的慣性大小和什麼因素有關?

(四)小結作業

1.瞭解了運動和力關係的探究過程。

在探究過程中，亞里士多德是開拓者。伽利略首創了理想實驗方法;笛卡爾補充了伽利略的觀點;牛頓提出了慣性、力、慣性參考系的概念。

2.體會了理想實驗的魅力：實驗(事實)+邏輯推理

3. 深入理解了牛頓第一定律，知道了質量是慣性大小的量度。

4.後來愛因斯坦等科學家又進一步發展了牛頓第一定律。沒有哪一個定律是終極真理，物理學的大廈永不封頂，還等待你們為它添磚加瓦!

課外探究：有人說劉謙的螺絲魔術顛覆了牛頓第一定律：不給螺帽力的作用，螺帽也能運動起來。你怎麼看?請在百度中搜索“劉謙螺絲魔術揭祕”，弄清劉謙螺絲魔術的原理。

五、板書設計

牛頓第一定律

一、歷史回顧

二、第一定律探究實驗

三、慣性定律

六、教學反思