第一节牛顿第一定律

第七章力与运动
第一节科学探究：牛顿第一定律（1课时）
教学目标
1．体会亚里士多德与伽利略的思想冲突，通过动手实验，用分析与论证的方法探究出牛顿第一定律，并学会用自己的语言表达牛顿第一定律的内容。

从对牛顿第一定律的探究过程中发展学生的观察能力、分析能力、归纳论证的能力和表述信息的能力。

2．认识伽利略的理想实验方法，了解物理上理想实验的实质。

3．通过大量的事实认识惯性，并了解利用惯性和防止惯性的方法；知道惯性与惯性定律的区别和联系；能够将惯性知识应用到生产、生活实验当中，强化STS教育。

教学重点与难点
重点：通过对实验探究的参与，强化学生分析与论证的能力，加深对牛顿第一定律的理解。

正确理解惯性的概念。

难点：转变学生的经验概念——力是产生物体运动的原因为力是改变物体运动状态的原因。

利用惯性知识解释一些日常生活、生产的现象。

教学方法实验探究法：观察法、分析论证法。

教学用具斜面、木板、棉布、玻璃板、毛巾、滑块、刻度尺、鸡蛋、光滑的硬纸片、装有水的玻璃杯、化纤桌布、小车、木块、锤子等。

教学过程
一、探究：牛顿第一定律
1．常见的日常生活现象引入（PPT）
(1)给静止的木箱施加一水平方向的推力，木箱沿着水平方向运动,撤去推力后，木箱停了下来;
(2)用铁锤敲击钉子，钉子向下运动陷入木板。

停止敲击，钉子就不再下陷;
(3)踢出去的足球，虽然会继续“飞行”，但它总是会停下来的;
(4)关闭了发动机的火车，虽然继续运动，但是最后它也将停下来。

师：以上这些现象有什么共同特征?
（生：物体受到力的作用，就发生运动．不受力的作用，就停止运动。

物体的运动需要力的作用，不受力的作用就不会动。

）
师：你们能否再举一些事例说明你们的观点?（学生举例）
早在2000年以前，亚里士多德针对类似情况就提出了这样的观点：要维持物体作匀速运动，就必须给物体施加一恒定的力。

他认为不受力而一直运动的物体是不存在的。

伽利略却对这种观点提出了质疑，他通过理想实验说明了：运动物体如果不受其他物体的作用，其运动会是匀速的，而且将永远运动下去。

课件动画演示伽利略的理想实验，如课本P126图7—3。

配文：伽利略通过斜面实验发现，当小球从左侧斜面的一定高度滚下时，无论右侧斜面的坡度如何，它都会沿斜面上升到与下落点几乎等高的地方。

假如右侧斜面变成水平放置，小球将为了达到那个永远无法达到的高度而一直滚动下去。

师：伽利略是在分析大量事实的基础上进行合乎逻辑的科学推理，不是凭空想像。

伽利略的理想实验驳斥了亚里士多德的关于力是维持物体运动状态的原因的学说。

当时法国科学家笛卡儿进一步的结论是“物体不受到任何外力作用的时候，不仅速度大小不变，而且运动方向不变，将沿原来的方向匀速运动下去。

2．实验探究：力和运动的关系
我们认为一个物体不受其他物体的作用，即物体不受到力的作用。

在实际情况中是不存在的，所以我们设想让滑块从相同的斜面顶端滑下，以相同的速度开始运动，逐渐减小平
面的粗糙程度，测量滑块的运动距离，并推论当平面没有摩擦力时滑块的运动状况。

实验步骤：1．让滑块从斜面顶端滑下，滑到铺有毛巾的平面上，记录滑块运动的距离，如图(a)。

2．让滑块从斜面顶端滑下，滑到铺有棉布的平面上，记录滑块运动的距离，如图(b)。

3．让滑块从斜面顶端滑下，滑到玻璃的平面上，记录滑块运动的距离，如图(c)。

4．比较滑块在毛巾、棉布、玻璃板平面上的运动距离，并将比较的结果填在下表中。

学生进行分组实验，教师巡视，了解情况。

最后分析论证，得出结论。

生：分析实验数据记录表中内容可知：平面越光滑，滑块受到的摩擦力越小，滑块前进的距离就越远。

师：如果平面足够光滑(完全没有摩擦阻力)，滑块的运动情况又会怎样?请你用自己的语言描述一下。

生：如果平面足够光滑，摩擦阻力为零，滑块就会一直运动下去。

运动物体如果没有受到其他物体的作用，会保持匀速直线运动。

师：如果静止的物体在没有收到其他物体的作用的时候，会发生运动；还是保持静止状态? 。

生：静止的物体在没有受到其他物体的作用的时候，保持静止状态。

师：同学们的讨论互相补充，互相完善，那么你们所发现的规律就是牛顿第一定律，你们认为牛顿第一定律应怎样表述更准确、全面?
生：一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持匀速直线运动状态或静止状态，这就是牛顿第一定律。

师：牛顿第一定律是牛顿概括了伽利略等人的研究成果，总结出来的规律，是力学中最基本最重要的规律之一，它说明了物体的运动不需要力来维持，力只是改变物体的运动状态，从而纠正了人们对力与运动的错误认识。

3．正确理解牛顿第一定律
牛顿第一定律告诉我们，一切物体在没有受到外力作用时，原来静止状态的总要保持静止，原来处于运动状态的总要按当时的速度(大小和方向)保持匀速直线运动状态不变。

也就是说：“静者恒静，动者恒动。

”
世界上一切物体都受到力的作用，不受力的物体是没有的，我们不能通过做实验直接得出这一规律。

为此，伽利略设计了理想实验，在实验的基础上运用科学的推理、总结，最后由牛顿等科学家得出牛顿第一定律，这种方法是物理学研究中的一种重要方法。

牛顿第一定律阐明了物体的运动和力之间的关系：物体不受外力作用时，它总保持静止状态或匀速直线运动状态。

可见，力不是产生或维持物体运动的原因；物体受到外力作用时，就不能保持静止状态或匀速直线运动状态，其运动状态就要发生改变，因此力是改变物
体运动状态的原因。

牛顿第一定律揭示了自然界一条最基本、最重要的规律，它改变了过去那种认为“有力则运动，无力则静止；力大运动得快，力小运动得慢”的长期占领人们思想的错误观念，是人类科学史上最重要的飞跃之一。

牛顿第一定律所描述的不受外力作用是一种理想状态，通常我们看到处于匀速直线运动状态或静止状态的物体，都是物体受到相互平衡的力作用的结果。

二、惯性
1．惯性实验
请同学们猜猜看以下的实验现象：
(1)如图1所示，拨动左边的金属片，它
能将右边的硬纸片弹走，硬纸片上的砝码是跟
着飞出去?还是落在正下方的棒上？图1
(2)如图2，小车上竖着放一木块，突然拉动小车时，木块是向前倒，还是向后倒
运动着的小车突然停下来，小车上的木块是向前倒，还是向后倒?
图2
学生讨论：如图1，拨动左边的金属片，它能将右边的硬纸片弹走硬纸片上的砝码不会跟着飞出去，而是落在正下方的棒上，这是因为硬纸片是光滑的，砝码在水平方面没有受到力的作用，根据牛顿第一定律可知砝码在水平方向保持原来的静止状态，所以落在正下方的棒上。

学生讨论：如图2，小车上竖直放着一木块，突然拉动小车时，木块是向后倒，运动着的小车突然停下来，小车上的木块是向前倒。

根据牛顿第一定律，当物体没有受到外力作用时，将保持原来的匀速直线运动状态和静止状态，所以静止小车突然运动，木块要保持原来的静止状态。

向后倒，而运动小车突然停止运动，木块要保持原来的运动状态，向前倒。

师：以上两个现象的共同特点是什么?
生：当物体没有收到外力作用的时候，原来运动的要保持原来的运动状态，原来静止的要保持原来的静止状态。

师：一切物体都有保持静止状态或匀速直线运动状态的性质。

我们把物体保持运动状态不变的性质叫做惯性。

师：生活中，生产劳动中哪些地方利用惯性?哪些地方预防止惯性，请举例说明。

生：斧子用木头时，斧子的手柄松了，用手柄的下端撞击石头或树墩，斧头由于其惯性会继续向下运动，这样斧头就被套紧了。

生：为了防止汽车紧急刹车时乘员由于惯性而被撞伤，驾驶员和前排的乘客必须使用安全带!
生：体育课跳远时，为了跳得更远，需要助跑，跑得越快，跳得越远，这也是利用惯性。

生：体育课跳高、跳木马时，也要助跑，利用惯性，越过横竿和木马。

生：乘公共汽车时，乘客必须抓住一个固定物，以防车突然启动或突然紧急刹车向后或向前倾倒而受伤。

这是预防惯性。

生：我骑自行车快到目的地时，就不用力踩了，利用惯性让车滑到目的地。

生：百米赛跑时，到达终点不能突然停止；否则由于惯性会向前摔倒，而是要再向前跑几步。

生：体育课上推铅球、打篮球中的传球等都是利用惯性。

生：平时我们拍打身上的灰尘，抖落雨伞上的雨滴也都是利用了物体的惯性。

师：同学们很积极发言，举了这么多利用和预防惯性的例子，课后请大家再认
真观察、查资料、了解在生活、生产劳动中哪些地方利用和预防惯性。

师：对于以上的惯性现象；你能加以解释吗?
2．惯性现象的解释
三步法：
（1）明确研究对象，它原来处在怎样的运动状态；
（2）观察哪个物体（或物体的哪个部分）受到外力的作用后突然改变了运动状态，并指明其运动状态的变化情况；
（3）分析研究对象由于惯性怎样保持原来的运动状态，从而出现题目给出的现象。

学生解释：
(1)锤子的柄松了，为什么只要用手柄的下端撞击坚硬的物体或地面，锤头就可以紧紧套在柄上?
(2)烧锅炉的工人师傅，用铲子加煤时，只将铲子送到锅炉口，煤能飞进炉膛吗?
(3)在盛半杯水的玻璃杯口上放一光滑的硬纸片，再在纸片上放一个生鸡蛋，用手把硬纸片突然弹出去，鸡蛋会怎样?为什么？
3．正确理解惯性的概念。

惯性即物体保持原来的状态不变的一种性质，正确理解惯性，要注意以下四点：
(1)一切物体在任何情况下都具有惯性。

惯性是物体的一种属性。

无论是固体、液体，还是气体都具有惯性，也无论物体处于什么状态，一切物体都具有惯性。

(2)决定物体惯性大小的是质量。

物质惯性大小与其质量大小有关：物体的质量越大，其运动状态越难以改变，我们就说它的惯性越大；物体的质量越小，其运动状态越容易改变，我们就说它的惯性越小。

例如，用同样大小的力，抛出体积相同的铅球和皮球，虽然皮球获得较大的速度，而铅球获得的速度小。

即皮球的运动状态容易改变，我们就说，它的惯性小；而铅球的运动状态不易改变，则说明铅球的惯性大。

物理学中就用质量这一物理量来量度物体惯性的大小，即质量是物体惯性大小的量度。

(3)惯性和牛顿第一定律的区别和联系：惯性是物体本身具有的一种性质：牛顿第一定律是物体的运动规律。

由于牛顿第一定律揭示了一切物体都具有惯性，指出物体在不受外力作用或受到平衡力作用时能保持匀速直线运动状态或静止状态的原因是物体具有惯性，因此牛顿第一定律又叫惯性定律。

(4)惯性和力的实质不同。

惯性和力是两个本质上完全不同的概念，力是物体间的相互作用，惯性是物体的属性，它与外界因素无关，把惯性说成“惯力”，或者说“物体受到惯性的作用”、“克服物体的惯性”等说法，显然是错误的。

四、小结
1、根据板书知识梳理
2、强调物理学的研究方法：(1)伽利略的理想实验；(2)牛顿第一定律：经验事实+推理；
3、牛顿第一定律阐明了物体的运动和力之间的关系；揭示了一切物体都具有保持静止状态或匀速直线运动状态的性质。

也就是说，物体具有惯性。

4、正确理解惯性的概念：一切物体在任何情况下都具有惯性；决定物体惯性大小的是质量。

5、惯性和牛顿第一定律的区别和联系
五、布置作业：
1、阅读课文
2、课本习题P130 1、2、3 和课时训练
板书设计
第七章力和运动
第一节科学探究：牛顿第一定律
一、牛顿第一定律
1．内容：一切物体在没有受到外力作用的时候。

总保持匀速直线运动状态或静止状态。

2．牛顿第一定律的重要性。

二、惯性
1．我们把物体保持运动状态不变的性质叫做惯性。

2．惯性的利用和预防。

3．惯性是物体本身固有的一种属性，大小决定于物体质量大小。

三、惯性与牛顿第一定律的区别和联系。

教学反思。