4.1 牛顿第一定律— 【新教材】人教版(2019)高中物理必修第一册教案

4.1 牛顿第一定律
〖详细教材分析〗
牛顿第一定律和惯性的内容学生在初中都有所接触,内容大致是一样的。

本节课的学习主要是纠正一些片面的东西,在理想实验的基础上推导得出牛顿第一定律,更加的具有科学性。

牛顿所进行的不光是总结概括,更多的是创造性的对惯性和力的概念的提出,同时明确了运动和力的关系,及其之间相互转化等。

学习本节课内容要正确认识牛顿第一定律的实际意义。

〖教学目标与核心素养〗
物理观念:理解牛顿第一定律的内容,能够运用牛顿第一定律解释有关现象。

科学思维:用惯性概念解释有关实际问题。

会识别惯性系和非惯性系。

科学探究:体会伽利略研究运动和力关系的思想方法,了解理想实验的作用。

科学态度与责任:从通过牛顿第一定律的历史史实回顾,增进对科学的兴趣,培养学生的创造性思维品质和敢于质疑、坚持真理的献身精神。

〖教学重点与难点〗
重点:1、对牛顿第一定律和惯性的正确理解。

2、科学思想的建立过程。

难点:1、力和运动的关系。

2、惯性和质量的关系。

〖教学方法〗
实验探究、交流与合作、多媒体辅助教学。

〖教学准备〗
小车、小球、斜槽、多媒体课件。

〖教学过程〗
一、新课引入
前面学习的第一、二章研究的是物体的运动,称为运动学;第三章研究的是物体的受力,称为力学。

问题:运动和力之间有什么关系呢?
我们把研究运动与力的关系的分支叫做动力学。

动力学知识在生产和科学研究中很重要,设计各种机器,控制交通工具,研究天体运动等,都离不开动力学知识。

本节我们开心学习第一节牛顿第一定律。

二、新课教学
初中我们学习了牛顿第一定律的基本内容,你能说说它揭示了物体运动遵循怎样的规律吗?滑冰运动员如果不用力,他会慢慢停下来。

这是否与牛顿第一定律
矛盾呢?
通过多媒体课件动图展示:溜冰,加强代入感。

长期以来的的生活经验告诉我们力推物动,力撤物停。

通过多媒体课件动图展示:狗拉车和骑自行车。

观察发现要使一个物体运动,必须推它或着拉它;自行车要前进,也必须用力,不用力就会停下来。

基于这样的事实,古代亚里士多德认为:力是维持物体运动的原因。

直到近代伽利略才对此提出疑问。

伽利略认为推动物体和自行车等所有的运动,都会有摩擦力的存在,当撤去拉力以后,在摩擦力的阻碍下,物体才逐渐停下来,所以物体会停下来的根源是摩擦力。

为此它设计了一个实验,伽利略的理想斜面实验。

（一）理想实验的魅力
通过多媒体课件动图展示:理想斜面实验。

伽利略注意到,当一个球沿斜面向下滚动时,它的速度增大;向上滚动时,速度减小。

猜想:当球沿水平面滚动时,它的速度应该不增不减。

然而,实际情况却是,即使沿水平面滚动,球也会越滚越慢,最后停了下来。

伽利略认为这是摩擦作用的结果。

若没有摩擦,球将永远运动下去。

通过多媒体课件动图展示:理想斜面实验来验证猜想。

分别把斜面的角度逐渐减少,最后和水平面持平。

在不断的减少斜面角度的过程中,在没有摩擦力的作用下,小球将会到达同一高度,只是走过的路程越来越长。

由此可以推断,当斜面最终变为水平面时,小球要到达原有高度将永远运动下去。

为此伽利略得出结论:力不是维持物体运动的原因。

推翻了亚里士多德的结论。

我们知道,阻力不可能完全消除。

第二个斜面也不可能做得无限长,所以,伽利略的实验是一个“理想实验”。

虽然这个实验无法实现,但是,伽利略在实验基础上进一步推理的方法,帮助我们找到了解决运动和力的关系问题的方法。

问题:那么什么是理想实验呢?
理想实验:想象着把实际中存在、影响物体运动的摩擦力去掉,抓住事物的本质。

伽利略的理想实验就是把摩擦了阻力全部忽略,这是和质点一样的理想化状态。

伽利略同时代的法国科学家笛卡儿也研究了这个问题。

他认为,如果运动中的物体没有受到力的作用,它将继续以同一速度沿同一直线运动,既不会停下来,也不会偏离原来的方向。

他还认为,这应该成为一个原理,是人类整个自然观的基石。

经过几代人的努力,最后牛顿在前人的基础上,详细归纳总结出了伟大的牛顿第一定律。

（二）牛顿第一定律
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。

匀速直线运动状态或静止状态正好是共点力平衡条件,说明牛顿第一定律的应用前提是物体受力平衡或者不受力。

牛顿定律揭示了力与运动的关系,物体要保持原来的状态,是因为力的作用才发生改变,所以说力是改变物体运动状态的原因。

问题:什么是状态呢?
我们可以说状态就是速度,速度变化就是状态就变化。

因为一个物体由静止变为运动或、由运动变为静止,这是速度大小的改变,我们说物体的状态变化了,如果物体的速度方向改变也是如此。

所以牛顿定律还可以,说力是改变物体速度的原因。

由于速度的改变我们可以用加速度来描述,所以也可以说力是产生加速度的原因。

思考:牛顿第一定律可不可以用实验来验证?
不受力的物体不存在或者光滑的物体也不存在。

牛顿第一定律所描述的物体的状态是一种理想化状态。

所以不能用实验来验证。

问题:那么牛顿第一定律还有现实意义吗?
当物体受力但所受外力的合力为零时可以看作物体不受力。

或者说合力为零与不受外力是等效的。

这样的条件我们是可以实现的,所以牛一还是可以应用在实际生产生活中的。

比如四力平衡。

（三）惯性与质量
由牛一定律还可以看出物体总有保持保持匀速直线运动状态或静止状态的这
样的性质,我们把这个性质叫作惯性。

①惯性是物体的固有属性,不是力的作用。

不是外界强加给它的,是物体固有
的。

②一切物体都具有惯性,通过多媒体课件动图展示:各种物体的惯性。

观察知
道,所有的物体都会具有属性,像车上抛一个物体会不会回到手上呢,如果是匀速
行驶的就得,至于为什么,要到下学期运动的合成与分解才能够说得通。

还有汽车加速和减速,我们看图知道要系安全带了吧。

教学设计说明:进行安全教育。

思考与讨论:从牛顿第一定律得知,物体都要保持它们原有的匀速直线运动状态或静止状态。

可以说,它们都具有抵抗运动状态变化的“能力”,即都具有惯性。

那么,怎样描述惯性的大小呢?
展示图片:我们在改变物体运动状态时,会体验到物体惯性大小的不同。

例如,以相同的方式抛掷质量不同的两个石块,
让它们获得同样的速度,需要的力就不同。

质量大的石块需要的力大。

再比如,让摆动的大沙袋停下来就比让摆动的小球停下来费力得多。

结论:惯性只与质量有关,质量越大惯性越大,质量越小惯性越小。

思考:1、运动的物体有惯性,静止的物体没有惯性?错,惯性与物体的
运动状态无关。

2、运动速度大的物体惯性就大呢?错,决定惯性的唯一量度就是质
量。

3、惯性是一种特殊的力吗?不是,惯性是物体本身固有的一种属性,而力是物体之间的相互作用。

总的来说:惯性是一切物体的固有属性,与物体是否受到外力、物体是否运
动均没有关系,质量才是惯性大小的唯一量度。

拓展学习:性参考系（阅读）。

〖板书设计〗
4.1牛顿第一定律
一、理想实验
二、牛顿第一定律
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。

三、惯性与质量
惯性:物体总有保持原来匀速直线运动或静止状态的性质。

①惯性是物体的固有属性,不是力的作用.
②一切物体都具有惯性.
〖教学反思〗
1、本课程的概念比较多,又具有很强的逻辑推力,所以在讲授本节课的内容上要主要把握时间。

注重科学的探索过程,组织学习进行一定的思考讨论,从他们熟悉的生活场景入手。

理想实验又是一个理想状态模型,注意和前面的质点、匀速运动、自由落体等相互照应。

2、本节课的科学精神是比较容易忽略的,科学研究都是经历了否定之否定的过程。

学习物理学史,加强物理兴趣的培养,在本节课中也有所体现。

只是在惯性的理解上,可能学生还会存在一定的认识不足,无法理解惯性它很像力,但又不是力这样的东西。

在课上注意多举例子来加强学习。