“牛顿第一定律”教材分析与教学设计

“牛顿第一定律”的教材分析与教学设计

摘要：人教版原有的书本知识顺序：先上牛顿第一定律，再上二力平衡的知识，打破这个顺序，先上二力平衡知识，再上牛顿第一定律，从教学实践上看，学生更易接受这样的顺序安排。在实验基础上结合运用图象法、数学极限法、受力分析法、等效法，逻辑推理得出牛顿第一定律。

关键词：平衡力、阻力、速度、静止状态、匀速直线运动状态。

一、教材分析

牛顿第一定律是初中学习的重点也是学习难点，它是通过实验对比分析推理得出的理想状态下物体不受力和运动之间的关系，与它紧密相连的是惯性及应用惯性解释简单惯性现象。

二、教学目的、重点、难点

1、教学目的

（1）学会应用实验方法来研究物理问题。

（2）探究阻力对物体运动的影响，具有初步的观察能力、逻辑推理能力和科学想象能力。

（3）运用数学图象法、极限法和二力平衡知识过渡到研究物体在不受力时的运动状态。

2、教学重点

在实验基础上结合数学图象法、极限法、等效法推理牛顿第一定律。

3、教学难点

牛顿第一定律实验设计

三、教学用具：小车（1辆）、长木板（两块）、毛巾（1张）、玻璃（1块）。

四、教学处理

先学习二力平衡知识后再学习理想状态下物体不受力时的牛顿第一定律。

五、教学过程

演示实验：出示一辆小车，用手推小车运动，停止用力后，车向前运动一段距离后停下。

提出问题：小车在运动过程中不受到推力的作用只受到阻力的作用，难道物体的运动需要力来维持吗？

启发：前面我们学习过二力平衡知识，物体受平衡力作用时保持平衡状态即保持匀速直线运动状态或静止状态，而当物体受大小不等，方向相反且作用在一条直线时两力作用时，物体将会怎么运动呢？

（1）电线下吊着的一物体原来处于静止状态，电线突然断了，物体在重力作用下显然会下落，改变了运动状态而不能保持静止状态。

（2）如图a所示，一竖直下落的物体受到重力和阻力作用，重力方向与物体运动方向一致，而阻力方向与物体运动方向相反。由于重力作用效果大于阻力作用效果，致使这个物体运动越来越快。（3）如图b所示，一竖直上抛的物体受到重力和阻力作用，重

力方向、阻力方向都与物体运动方向相反，在两个力的作用下致使这个物体运动越来越慢。

总结：物体在非平衡力的作用下不能保持平衡状态。只有物体在平衡力作用下会保持平衡状态。

问：运动的物体在受阻力作用下将会这样运动呢？运动的物体在不受力作用下将会处于什么状态呢？前面一个问题我们通过实验来验证，后面一个问题我们可以在实验基础上来推理，下面设计实验。

a、实验设计思想

当小车以不同的初速度在相同的平面上运动时，运动路程长短不同，为了比较小车在不同的平面上受阻力后运动路程的长短，必顺控制小车的初速度，让小车在不同的平面上开始运动的初速度相同。探究小车在阻力越大时运动路程是越长，还是阻力越小时运动路程越长呢？

鼓励学生大胆猜想结果，让学生看本节的“探究”部份内容。

b.设计实验

让小车从同一斜面同一高度处滑下以获得到达斜面底端相同的速度，接着让小车以这样相同的速度在毛巾、木板、玻璃粗糙程度不同的平面上运动，并比较小车在不同的平面上运动路程的长短。提问：做此实验注意什么问题？

答：保持斜面倾斜度不变，每次小车都从同一斜面同一位置处滑下。

c、进行实验

将一长木板倾斜后作为斜面，将另一长板与斜面底端相接作为平面。在适当高度处作下记号，让小车从这一记号处滑下，并记下小车在铺着毛巾的平面上停下的位置，改用木板和玻璃重复以上的实验。

d、实验结果

小车在毛巾表面上受到阻力最大，运动距离最短；小车在木板表面受到的阻力较大，运动距离较长；小车在玻璃表面上受到的阻力最小，运动距离最长。

e、实验分析

（1）从上面实验可看出，小车受阻力越小，它的速度减小得越慢，运动时间越长，运动路程也越长，能否用图象来表示小车在不同粗糙程度表面上运动速度与时间的关系呢？

先看这个问题，物体做加速、减速、匀速运动时速度随时间变化图象各是哪一个？

(a)图是减速运动，（b）是加速运动，（c）匀速运动。故选（a）图象来表示运动速度与时间变化关系。

画出小车在毛巾、木板、玻璃平面运动时速度随时间变化的图象推理：继续换用比玻璃更光滑的平面，所得到的图象倾斜度越来越小，当平面无限光滑时，图象将与横坐标平行，得到与（c）图相同的图像，即物体作匀速运动。

运动小车不受任何阻力时，等效于运动的物体受平衡二力的作

用，据二力平衡知识可知物体将保持匀速直线运动状态，物体的运动方向和运动快慢保持不变。当物体静止不受力作用时也等效于受平衡二力的作用，物体将保持原来的静止状态。

最后师生共同总结牛顿第一定律：一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。

介绍伽利略、笛卡儿的运动思想，物体不受阻力作用时，运动快慢不变作匀速运动。可见物体的运动不需要力来维持，力只是使物体的运动状态发生改变的原因。

对牛顿第一定律的说明：此定律适用于一切物体。

（1）定律前提条件：物体没有受到力的作用或在某一方向上不受力的作用，还可以推广到物体受平衡力的作用，或在某一方向上受到平衡力的作用。

（2）结论：原来静止的物体将保持静止状态，原来运动的物体将保持匀速直线运动状态，或在不受力的方向上将保持原来的相对静止状态或匀速直线运动状态，受平衡力或在某一方向上受平衡力作用亦如此。

f、巩固练习：

（1）重为50n物体在光滑水平面上保持匀速直线运动状态，作用在这个物体上水平拉力是n。

（2）一本重为80n的书静止在桌面上，如果书所有受到的力突然全部消失，书将处于

状态。