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高中物理必修1教案-牛顿第一定律


§4.1 牛顿第一定律
一、 教学内容分析 1.内容与地位
《普通高中物理课标准》 共同必修模块 “物理 1” 中第一个和第二个二级主题 “运 动的描述”及“相互作用与运动规律”中有两个条目涉及本节内容。课标要求为: 1) ( 通过史实,初步了解近代实验科学产生的背景,认识实验对物理学发展的推动作用。 (2)理解牛顿运动定律,用牛顿运动定律解释生活中的有关问题。因此本节要求学 生了解亚里士多德关于力与运动的主要观点,了解伽利略的实验研究工作,认识伽利 略有关实验的科学思想和方法;认识惯性的内涵,在知识的应用中体现“加强课程内 容与生产、生活联系”的理念。 学生已初步了解牛顿第一定律和惯性的基本内容。如何以初中知识为生长点、 以教材内容为线索,借助演示实验,引导启发学生展开讨论,总结规律并得出结论, 学习科学家把经验事实和抽象思维结合起来的科学思维方式,教与学的全过程应渗透 科学方法教育与思维能力培养,体现新课程的三维教育目标。

2.教学目标
a) 体会伽利略和亚里士多德对运动和力的关系的不同观点和依据。 b) 认识伽利略理想实验的方法是科学研究的重要方法,它对物理学发展的重要 意义。 c) 理解牛顿第一定律的内容和含义。 d) 知道惯性,并会正确解释有关现象。 e) 养成大胆发表自己见解和乐于与他人交流的良好学习习惯。

3.重点、难点
探究力和运动的关系的过程,理解牛顿第一定律的意义及惯性概念的内涵是重 点,体现伽利略的科学思维方法是本节的教学难点 。

二、案例设计 (一) 引入新课
师:通过前一章的学习,我们知道了物体的运动形式是多种多样的,那么物体 为什么会有各种不同的运动形式呢?要讨论这个问题,必须进一步思考运动和力的关 系,在力学中研究运动和力的关系这一分科叫做动力学 。 有了动力学知识,我们就可以解决两大类问题:可以根据物体的运动情况, 确定物体的受力情况,也可以根据物体的受力情况确定物体的运动情况。这就 使得人类创造条件控制运动的梦想成为现实。例如,马路上的汽车可按人的意 愿往任何方向以一定的速度行驶,人造地球卫星可以发射到预定的轨道上运转 等等。 动力学的奠基人是牛顿,牛顿的三大运动定律是动力学的核心内容,也是学好 整个力学知识的关键。从本节课开始,我们将先学习牛顿第一定律 。 (二) 牛顿第一定律 师:一个静止的物体,要想使其运动起来,有哪些方法?

众生:推它、拉它、提它?? 师:生活中的这些经验使人们自觉不自觉地把运动和力联系在一起,那么 运动和 力 到底 有什 么关 系呢 ?演示在桌面上用弹簧秤 缓慢拉车(车轮朝上, 车面与桌面接 触) ,请学生观察小车受力与运动的关系并回答。

预测:学生会回答以下两种: ①当用力拉车时,小车就向前运动 ②停止力的作用,小车就停止运动。
师:早在 2000 多年前,古希腊哲学家亚里士多德就是根据经验指出:力是维持 运动的原因。在亚里士多德的物理学中,用手抛出的石块,当离开手后,它所划破的 前方的空气,奔绕到石块的后方,空气靠着这种迂回方式持续推动石块前进。不难看 出空气同时扮演着推动者和阻碍运动的教色,这种矛盾的按排,招来许多人的批评。 但有力物体才会运动的观点很符合生活中经验, 2000 多年一直被人们奉为经典。 下面利用前面学过的力学知识来分析下例现象,讨论力与运动的关系。 演示以下两种情况小车的运动(速度较快)

? 小车面与桌面接触,撤去拉力后小车停下来。 小车轮子与桌面接触,撤去拉力后小车停下来。
请学生认真观察,然后思考以下问题: 1) 小车是否马上停下? 2) 使小车停下来的原因是什么? 3) 小车滑行位移的大小有何不同? 4) 为什么滑行的距离不一样?

说明:问题的提出可以是递进式的,也可以一次性地投影出来(若学生己训练有 素,最好采用后一神方式) ,通过观察演示并根据生活经验,以上几个问题并.不难回 答 预测:关于上述问题学生的回答可能有: 1) 撤去拉力后小车还要滑行一段距离才停下 2)车最后停下来的原因是摩擦力,第一种情况下摩擦力较大,第二种情况下摩擦 力较小 。 3)小车最后停下来的原因是摩擦力,但可能还跟速度大小有关 4)摩擦力小的,速度大的,滑行的距离远 5)……
师:总结大家的想法,你们认为影响小车滑行距离的因素至少有两个 ,因此,要 分别考虑是哪个因素对小车滑行距离产生影响,可以用控制变量的方法来研究,如控 制速度大小相同减小摩擦力,让摩擦力足够小,观察小车滑行的距离会怎样呢? 教师演示滑块在气垫导轨上的“匀速直线运动” (要介绍该装置是如何减少摩擦 力的) 师:由于滑块在气垫上滑行,故摩擦力很小,物体的速度几乎看不出有变化,我 们可以预测一下,如果摩擦力为零,物体在运动方向上不受力的作用,物体将会怎样 运动呢?你们认为运动与力的是怎样的关系?该如何来评价亚里士多德的观点?

预测:关于上述问题学生的回答可能有:

① 物体应保持匀速直线运动 ② 维持物体的运动不需要力 ③ 运动物体若受力,速度将发生变化 ④ 亚里士多德观点来自日常生活经验,没有经过科学的分析,忽略了摩擦力的作 用。 ⑤ ……
师: 17 世纪意大利物理学家伽利略,为了研究力与运动的关系设计了著名的斜 面实验。 (伽利略的理想实验如下图)教师介绍斜面实验。 把两个斜面对接起来,让小球沿一个斜面由静止滚下,小球在斜面间来回滚动, 最后停下来,停下来的原因是什么 生:摩擦力。 师:让小球沿一个 斜面由静 止滚下,小球将会滚上 另一个斜 面,如果没有摩擦,小 球将上升 到怎样的高度?? 生:原来的高度。 师:为什么?大家可以发表自己的见解。由于没有绝对不受力的物体,故物体 在运动方向上不受力物体将做匀速直线运动这个结论无法直接用实验验证。 生 1:小球原来在高处,滚到斜面底部即势能变成动能,再滚上另一斜面时,由 于没有摩擦,动能又变成原来的势能,所以高度相同。 生 2:我赞成,这就是我们初中学过的动能与势能的相互转化与守恒知识。 生 3:我觉得这个解释是后人作的,伽利略当时知道动能和势能的概念吗? 师: 是啊,关于能的概念是伽利略以后一个半世纪才由英国物理学家托马斯· 杨确立的。 大家有没有听说过伽利略发明计时装置---摆钟的故事? 伽利略到教堂做礼拜时,发现悬挂的“长明灯”在微风中左右晃动,他用自身的 脉博跳动测定了“长明灯”晃动快慢不变,从而发明了人类历史上第一台简易 计时器---摆钟。 演示:竖直平板上画有一些平行的水平线 ,板上挂一单摆使之左右摆动 ,可以发 现小球来回摆动不仅快慢不变,而且高度几乎相等。小球在两个对接光滑斜面上的滚 动,可以看成没有阻力的单摆,所以会上升到原来的高度。 (类比不仅是一种重要的研 究方法,而且是一种重要的学习方法) 减小第二个斜面的倾角,重新释放小球,记下小球滚上的位置,若没有摩擦,小 球也会上升到原来的高度,但要通过更长的路程。 实验说明,无论斜面倾角大小,只要轨道光滑,小球总要到达原来的高度,斜 面 倾角越小,要达到原高度走过的路程越长。 科学推理:伽利略进一步推理,继续减小第二个斜面的倾角使它最终成水平面,

小球就再达不到原来的高度,而要沿水平面以恒定的速度持续运动下去。 伽利略关于运动与力的观点 :只要除掉使物体加速或减速的外部原因,运动物体 必将严格地保持它一旦 获得的速度,而这种条件 仅在水平面上可以得到 ;沿水平面上 的运动是永恒的. 伽利略的“理想斜面实验”,从实验事实出发,应用科学推理的方法,得出了“运 动不需要力来维持” 的结论. 从而否定了维持 2000 多年的亚里士多德观点。 理想实 验方法在物理学研究中有着独特的作用和重要的意义。 通过分析两种观点的正误,强调伽利略对科学的贡献,但也不可全盘否认亚里 士多德的成就,应考虑其历史局限性,可适当补充他的生平及科学成就 ---他是古 希腊著名的科学家和哲学家,柏拉图夸他是雅典吕克昂“学院之灵”,恩格斯称他 是最博学的人,他的著作是古代的百科全书,大概有四百到一千部 ,他对物理学的 最大贡献是创造了这门学科的名称。 师:从前面分析我们看到由于没有绝对不受力的物体,故物体在运动方向上不 受力物体将做匀速直线运动这个结论无法直接用实验验证。但伽利略把经验事实和抽 象思维结合起来,这正是他工作卓越之处,他对动力学做出了重大贡献。法国科学家 笛卡尔进一步补充了伽利略的结论: 笛卡尔关于运动与力的观点 :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,既不会停下来,也不会改变原来的方向。 师:伽利略、笛卡尔对物体的运动做了准确的描述,为什么隔了一代以后才由牛 顿写成牛顿第一定律?

预测:学生议论纷纷,但没有统一认识
师:可惜的是因为他们没有指明原因是什么,而英国物理学家牛顿在前人研究的 基础上,通过自己进一步的探讨,科学全面地阐明了运动和力的关系,提出了牛顿第 一定律。 学生看书,理解牛顿第一定律的含义。

生 1:定律说明了物体不受外力时的运动状态是匀速直线运动(本来是运动的物体) 或静止(本来静止的物体) 。(所以说力不是维持物体运动状态的原因) 生 2:定律指出了一切物体都具有保持原来运动状态的性质 。(即一切物体都有惯
性)

生 3:定律指出了外力是改变运动状态的原因 。
师:这也是科学史上首次给力一个科学的定义,是对力的概念的扩展。 (三) 惯性 指示学生阅读课文理解并归纳物体的惯性的内涵。

说明:培养学生自学能力,是高中物理新课程的墓本理念之一 预测:学生结合初中知识不难总结出以下几个要 点(老师协助表述上的规范和严 密) ① 惯性就是使原来运动的物体(不管原来是匀速、是加速还是减速)匀速运 动,使原来静止的物体保持静止。 惯性是一切物体固有的属性。(宇宙万物中任何物体都有,没有惯性的物



体是不存生的)



质量是物体惯性大小的量度(物体惯性大小与物体的运动速度、物体的密 度、形状、体积等均无关),物体质量趑大,惯性就越大。只要物体的质量

不变,其惯性就不变,所以“克服惯性” “惯性增大” “惯性减小” 、 、 都是错误的。 ④ 惯性的大小表示物体运动状态改变的难易程度。 物体 惯性越大,
物体的运动状态就越难改变。
巩固应用:精选例题以巩固对牛顿第一定律(即惯性定律)与惯性的理解 投影: 解释下列现象 1.惯性与惯性定律的区别与联系。 2.当小车突然停止时,木块向前倾倒。 3.运动的汽车突然刹车时,汽车总要向前滑行一段后才停下。 4.人从行驶的车上跳下来后容易( A.向汽车行驶的方向跌倒 C.向汽车的右侧跌倒 ) B. 向汽车行驶的反方向跌倒 D. 向汽车的左侧跌倒

师:(小结)惯性是一切物体的固有属性,有些情况下物体的惯性对我们有利,如 锺头松动时,我们可以将锺柄往地上一磕,锺头会安得更牢,有些情况下物体的惯性 对我们有害,如刹车时,车不能立即停下,故行驶中车速不能太大,而且要保持一定 的车距。

三、案例评析
本节课教学设计从新课程的具体目标要求出发,注重知识的形成过程,教学过 程设计力求巧妙地引导学生主动、积极地参与到教学活动中来----发现问题、分析问 题、解决问题。主要特点如下: 根据教材特点,抓住人类历史上关于运动和力的关系研究的不同观点,以“史 实”为线索让学生感受物理学研究的历程,这样既“教”给学生科学的规律, “教” 给学生科学的研究方法,同时又充分利用教材的教育功能,渗透辩证唯物主义教育, 培养学生的科学精神和创新意思识,树立正确的科学的价值观。 本节教学重点是围绕力是维持物体运动的原因还是改变物体运动的原因的主 题,让学生感受人类认识这个问题所经历的漫长的过程,认识到要克服平时那种仅根 据日常经验就对问题作出结论的不良习惯。通过简单实验,提出层层递进的问题,让 学生充分思考讨论,澄清错误认识,切实体现关注学生学习的情感体验的课程理念。

四、教学资源链接 1. 在 Google 中分别输入亚里士多德、伽利略、笛卡尔、牛顿



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