牛顿第一定律

牛顿第一定律Ⅰ

山东省邹平县第一中学王善锋

教材依据

人民教育出版社高中物理必修一第四章第一节

教学流程

悬疑→提出问题→自学阅读→分角色辩论→教师点拨→总结→应用

教学目标

一、知识与技能

1.理解牛顿第一定律，能运用牛顿第一定律分析解决问题。

2.了解什么是惯性，知道惯性的决定因素。

二、过程与方法

1.培养学生分析、表达和概括能力。

2.让学生体验牛顿第一定律的形成过程。

3.培养学生透过现象抓住事物的本质的能力。

4.让学生体会经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，把可靠的事实和理论思维结合起来的科学方法。

三、情感态度与价值观

1.体验规律探索过程的曲折性。

2.培养学生实事求是的科学态度和科学精神。

教学重点

体验牛顿第一定律的形成过程，会用牛顿第一定律解决问题

教学难点

力是物体运动状态改变的原因

教学方法

角色体验探索教学法

教学器材

椅子、气垫导轨、滑块、小车、木块、伽利略理想实验演示器、鸡蛋、塑料板、玻璃杯（有水）

教学环境

电脑、投影机、屏幕、飞机投弹动画、客车急拐弯录象

教学实录

一、引入新课

上课铃响后，教师手里拖着一把椅子，走走停停，进了教室。（学生很惊讶，老师平时很注意学生学习环境的保护，今天怎么不注意自己的行为？教学设计起到了提高学生注意，引起学生兴奋的效果。）

教师：同学们！根据刚才老师进教室这一过程，对某一现象进行描述，并提出一些与物理相关的问题。

学生：（讨论，并积极回答）（１）椅子与地面间有摩擦，产生噪音，摩擦力和噪音的产生条件？（２）为什么拖椅子比搬椅子省“劲”？（３）椅子拖就走，不拖不走，说明椅子的运动需要力的作用来维持。

教师：对“椅子拖就走，不拖不走”，这位同学的解释正确吗？这种现象应该怎么解释？

学生：（刚才那为同学坚持自己的观点，引起大多数同学的反对）

二、进行新课

教师：我们现在争论的焦点是“力是否是维持物体运动的原因？”

学生：（一片反对声）

教师：人们能正确认识力是否是维持物体运动的原因，经历了千年的时间。下面同学们阅读课本第７２页至第７３页第５段，注意在此过程中，有哪些人作出了较大的贡献？他们的观点是什么？哪些论据支持他们的观点？论据的优点和缺点存在哪里？

学生：（阅读）

教师：哪些人作出了较大贡献？

学生：（共答）亚里士多德、伽利略、笛卡儿、牛顿作出较大的贡献。

教师：下面我们准备演一个历史剧，同学们以四人为一组，分别饰演亚里士多德、伽利略、笛卡儿、牛顿四个历史人物，让他们进行一场面对面的辩论，让我们来听一听谁的观点是正确的！各小组开始准备工作，呆一会儿，我们选一个小组上台辩论。

（学生积极准备）

教师：我宣布辩论规则：亚里士多德、伽利略、笛卡儿、牛顿四人按先后顺序出场，出场时先进行自我介绍。开始！（一个小组已经跑上讲台）

（以下为辩论内容，其中“亚”、“伽”、“笛”和“牛”分别代表饰演亚里士多德、伽利略、笛卡儿和牛顿四位同学，四人各有一位同学为其做记录，其他同学补充，教师做点评。）

亚：我是古代希腊著名哲学、政治思想家。我的观点是：力是维持物体运动的原因。论据就是生活中很多物体都是推就动，不推不动。论据的优点是来源于生活经验，缺点是没有透过现象抓住本质。

（此时，很多同学只是觉得亚里士多德的论据存在问题，但并不清楚问题出在哪里？）

师：亚里士多德经过２千３百多年后终于认识到了自己以前的观点有问题（学生笑！），但是，问题在哪里呢？继续往下看。

伽：我是十六世纪意大利的一位物理学家、天文学。家、数学家，近代实验科学的创始人。

总之，我是一位卓越科学家。我的观点是：物体的运动不需要力来维持，力是改变物体速度的原因。我可以通过一个理想实验来说明，让一小球沿斜面由静止滚下，它将向另一斜面滚上，若无摩擦，小球将上升到原来的高度（如图１）。我们根据这种运动趋势进行分析推理：若减小第二个斜面的倾角，小球在这一斜面上要达到原来的高度就要通过更多的距离（如图２）；若继续减小倾角，最终使其成为一个水平面，则小球永远不能达到原来的高度，必将沿水平面以恒定的速度运动下去（如图３）。

（他刚说完，亚里士多德就发难了！）

亚：伽利略！请解释：一般物体推就动，不推不动。

伽：首先，亚里士多德的说法有问题，物体推并不一定动，静止的物体受到的推力大于最大静摩擦力时，物体才会由静止变为运动（下面同学附和）。这样，物体能否运动实际是看推力比最大静摩擦力多出部分，也就是看物体所受合外力。只要物体所受合外力不为０，物体就可以由静止变为运动（掌声）。

师：很精彩！伽利略指出了只有合外力不为０时，物体才会有静止变为运动。而物体的速度反映了物体的运动状态，也就是说合外力改变了物体的运动状态。

亚：伽利略！你的理想实验中提到的没有摩擦力的情况实际是不存在的，那你的理想实验实际上只是一种空想呢？（很尖锐）

伽：我们研究问题常常要抓住事物的主要矛盾，而忽略其次要矛盾。本实验忽略了摩擦，使得实验理想化了，但由于这种方法抓住了事物的主要予盾，摒弃的只是次要因素，故其结果仍不失它的真实性和科学性。事实胜于雄辩，我们可以通过实验来验证我的理想化的正确性。（该同学组织全班同学做同一个物体从同一个斜面上滑下，在不同的水平面上滑行的距离不同，几种水平面分别是桌面、纸面和衣服表面－－－当时，天气较冷，很多同学有外套。）经过实验，我们可以看出，在越光滑的表面上，物体滑行的越远。由此，我们是否可以得到：如果水平面光滑的话，物体应该滑到无穷远，即一直运动下去呢！（掌声）

师：这一个实验可以近似演示，如果我们尽量减小摩擦阻力的作用，物体应该能够滑出很远。（和伽利略一起演示）滑块静止在气垫导轨上，用手轻轻一推，滑块就可以滑出很远。

师：我们研究问题常常要抓住事物的主要矛盾，而忽略其次要矛盾。其实这种方法的理论依据就是遵循化繁为简的原则。本实验忽略了摩擦，这虽然与客观事实相违背，使得实验理想化了，但由于这种方法抓住了事物的主要因素，摒弃的只是次要因素，故其结果仍不失它的真实性和科学性。这种思维方法在物理学中是经常用到的。例如引入“质点”的概念，在研究物体的平动等问题时，就可以忽略物体的大小、形状等次要因素，从而给问题的研究和解决带来极大的方便。这种“理想化”的思维方法是一种常用的科学研究方法。伽利略的研究开创了为后人所普遍使用的，从实验出发又用实验验证理论结果的治学方法。

亚：伽利略！你在你的理想实验中，提到了小球可以上升到原来的高度，小球为什么一定能上升到原来的高度呢？

伽：这一点可以用我们都知道的能量守恒来理解。（下面同学都表示默许）

师：亚里士多德还有问题吗？（亚里士多德们都表示没有）

笛：我是法国数学家、科学家和哲学家，是西方近代资产阶级哲学奠基人之一。我的观点是：一个运动的物体，没有其他物体的作用，它的运动方向将不会改变。

师：笛卡儿弥补了伽利略的不足。他明确地指出，除非物体受到外力的作用，物体的运动状态不会改变。

伽：你的说法中的“外力”是什么意思？

笛：这里是指合外力。

牛：我是英国著名的物理学家、数学家和天文学家。我的观点是：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。