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。

师：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。

这就是牛顿第一定律的内容，也是我们这节课的主要学习探究的内容。

师：我们应该如何评价四人在牛顿第一定律的发现过程中的所体现出来优点和缺点呢？生：（多人回答补充）亚里斯多德———只想用推理去解释物理现象，并没有从事这一领域的任何实验工作，所以他提出了错误的断言，阻碍了科学的发展。

伽利略———进行科学研究的特点：第一是重视理想实验，抓住事物的本质；第二是把自己熟悉的领域和实验研究透彻。

笛卡儿———高明的地方就是认识到惯性定律是解决力学问题的关键所在，是他最早把惯性定律作为原理加以确立，并视之为整个自然观的基础，这对后来牛顿的综合工作有深远影响。

牛顿———高度概括了前人的工作。

师：亚里斯多德是古代知识的集大成者，恩格斯称他是最博学的人。

他的著作是古代的百科全书，据说有四百到一干部，主要有《工具论》、《形而上学》、《物理学》、《伦理学》、《政治学》、《诗学》等。

他的思想对人类产生了深远的影响。

在物理学方面，亚里斯多德最重要的贡献是创造了这门学科的名称，“物理”一词的现代拉丁文“Ｐｈｙｓｉｃａ”，是他从希腊字φｖｏｉｓ（自然）一词推演而来的。

伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。

这个发现告诉我们，根据直接观察所得出的直觉的结论不是常常可靠的，因为它们有时会引到错误的线索上去。

伽利略奠定了近代实验物理学的基础，他的建立在科学的方法论基础之上的一系列科学活动，以及由此而获得的一系列发现、发明和创造，无疑地证明了他是一位伟大的实验科学家和伟大的思想家。

伽利略继承和发展了阿基米德的方法论———注重科学实践的唯物主义世界观，勇敢地向被奉为权威的亚里士多德的传统观念挑战———仅仅强调观念、注意主观思考和单纯的推理的唯心主义。

他把物理学与数学紧密结合起来，以准确的数学证明寻求物质运动的规律，用数学语言表达物理的定律。

他注重归纳法，也注重演绎法，并且数学证明达到了极其严谨和巧妙的境地。

笛卡儿补充和完善了伽利略的观点，但是他没有把其形成规律。

牛顿的杰出成就主要归功于他的勤奋。

牛顿极其珍惜时间，从不浪费一点儿，他认为“不花在研究上的时间都是损失”。

他常常通宵达旦地在实验室里工作。

牛顿的科学成就是无与伦比的，但是他自己却谦逊地说：“如果说我比笛卡儿看得远一点，那是因为我站在巨人的肩上。

”“我不知道，在世人眼里我是什么样的人；但是在我自己看来，我不过象是在海边玩耍的孩子，为不时拣到一块比较光滑的卵石、一只比较漂亮的贝壳而喜悦，而真理的大海在我面前，一点也没有被发现。

”这些质朴感人的话，一直成为科学界的至理名言。

教师回顾：有一个基本问题，几千年来都因为它太复杂而含糊不清，这就是运动的问题……设想有一个静止的物体，没有任何运动。

要改变这样一个物体的位置，必须使它受力，如推它，提它，或由其他的物体如马、蒸汽机作用于它。

我们的直觉认为运动是与推、提、拉等动作相连的，多次的经验使我们进一步深信，要使一个物体运动得愈快，必须用更大的力推它，结论好像是很自然的：对一个物体的作用愈强，它的速度就愈大。

一辆四匹马写的车比一辆两匹马驾的车运动得快一些。

这样，直觉告诉我们，速率主要是跟作用有关。

但是直觉错在哪里呢？说一辆四匹马驾的车比一辆两匹马驾的车走得快些难道还会有错吗？假如有人推着一辆小车在平路上行走，然后突然停止推那辆小车。

小车不会立刻静止，它还会继续运动一段很短的距离。

我们想：怎样才能增加这段距离呢？这有许多办法，例如在车轮上涂油，把路修得很平滑等。

车轮转动得愈容易、路愈平滑，车便可以继续运动得愈远。