牛顿运动第一定律教案

牛顿运动第一定律
教学目的：
1．知道亚里士多德、伽利略等对力和运动的关系的不同认识，了解伽利略的理想实验及其推理和结论，认识理想实验是科学研究的重要方法；
2．理解牛顿第一定律的内容和意义；
3．掌握惯性的概念，会应用惯性解释自然现象；
4．通过问题的分析和研究感悟科学研究的方法和规律。

重点难点：牛顿第一定律的理解和应用
教材处理：将教材第一节部分内容渗透到牛顿运动第一定律的教学过程中，并且在本章的教学过程中不断渗透其思想方法，通过不断深入的理性思维引导，提升感悟认识。

课型：规律建立课
教学方法：以讲授为主，调动学生观察与思维体验
手段：利用手边的钥匙做演示实验，多媒体辅助教学
教学过程
引入: 公共汽车急剎车, 一位男士踩到了一位女士, 女士很生气说:”瞧你这德性.”男士回答:”不是德性, 是惯性.”老师提问:”什么是惯性呢?”
教师演示实验，学生观察实验——引导学生体会、思考力与运动的关系：使一串钥匙：竖直上抛、使其摆动、使其圆周运动，
提出思考问题：为什么小球的运动过程不一样？
学生观察后绝大多数答案：小球受力情况不同。

教师变换条件，演示实验，学生观察实验——引导学生思考，感悟力不是决定具体运动形式唯一因素。

使同一串钥匙落体、上抛、平抛、斜抛
问题：小球受力情况是否相同？
答案：均只受重力
问题：为什么小球的运动过程不一样？
学生对比两次实验，深刻思考反思，有学生说到有惯性！
教师肯定，并且强调初始状态不同。

教师引出新课题：
运动学（kinematics）
——只研究物体怎样运用而不涉及运用与力的关系的理论；
动力学(dynamics)
——研究运动和力的关系的理论。

教师调动学生：
让我们走进牛顿的世界
“大自然和他的规律深藏在黑夜里
上帝说让牛顿出世吧
于是一切就都在光明之中”
——牛顿的墓志铭
第三章牛顿运动定律之牛顿第一定律
牛顿定律——整个动力学的基础
教师讲解：一个基本问题，几千年来，因为它太复杂而含混不
清，这就是运动问题。

探究问题：物体运动的原因究竟是什么？
人们的直觉经验：力是维持运动的原因
古希腊的哲学家亚里士多德（公元前384－322年）：
——“一切运动的物体必定受某物的驱动”，外力是物体产生并维
持运动的原因
古希腊的哲学家亚里士多德所著《物理学》一书中认为：机械运动有自然运动和机械运动，如马拉车行驶，奴隶曳船行驶，这些运动必须要劳动者，即运动必须有外力维持，否则就
归于静止。

他认为“一切运动的物体必定受某物的驱动”。

千百年来人们都相信亚里士多
德的说法：外力是物体产生并维持运动的原因。

强调亚里士多德分析与认识问题的方法：根据对现象的观察、直觉推理得到结论。

提出思考问题：你是否同意亚里士多德的观点：力是维持物体运动的原因，速度本身标志
着是否有力作用在物体上？
同学已经有足够的经验、知识、说“不”！
一、伽利略——理想实验的魅力
回顾问题：关于力，伽利略断言了什么？
伽利略认为将人们引入歧途的是摩擦力的存在。

提出假设请学生想象与思考，假如没有了摩擦会怎么样？
教师随手演示，仍然使一串钥匙摆动，观察其经历——几乎摆上初始高度。

或许就是这样的观察经验，使伽利略设想了理想实验。

斜面实验——课件模拟。

引导观察和思考，伽利略理想实验经验与推论：理想条件下，小球可以达到原来等高位置；倾角越小，会运动得更远；
假如水平，小球将永远运动。

设小球释放的高度不同，在水平面上的速度不同，但是没有使物体减速的原因，物体
会保持达到最低点的状态（速度）运动。

推论：力不是维持运动的原因（不是维持速度的原因），而是改变物体的运动状态（改变速度）的原因。

视频：沙弧球——在摩擦作用非常弱时，沙弧球运动距离被极大地放大了。

为伽利略——理想实验推论提供体验性支持。

视频：保龄球以强烈的势头冲向目标——多次重复，请学生寻找冲力？同时对前面协和号问题得到统一认识——运动不需要力维持
引导总结“伽利略与亚里士多德观点的分歧在什么地方”？
笛卡儿：除非物体受到外力的作用，物体将永远保持静止或运
动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只是保持在直线上运动。

他认为这应该作为一个原理加以确立，并且使人类整个自然观
的基础。

二、牛顿第一定律（Newton first law of motion）
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
引导对第一定律的深刻析、讨论：
如何理解“一切物体”？
不论物态如何、不论状态如何、不论什么位置——一反几千年束缚人们思想概念的教会观点——天上与地面的物体遵从不同的规律。

“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”
——肯定了力的真正作用——改变物体的运动状态，而不是维持物体的运动状态。

强调：物体运动状态变化的特征表现是什么？
“位置”和“速度”是描述物体运动状态的物理量，物体运动状态的变化主要表现为速度的变化
“总保持匀速直线运动状态或静止状态”强调物体具有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质——惯性
惯性（inertia）：物体保持匀速直线运动状态或静止状态性质
物体本身的本能。

自然界是非常“懒惰”的，本性——希望保持运动状态不变，保持运动状态不变是物
体与生据来的一种本能。

问题思考：企图保持不变，是不是不能变化？
否！
物体具有保持原来运动状态不变的本领——惯性——本能；歧途不变，能不能不变取决于是否有力迫使其改变。

问题深入：所有物体均具有惯性，是否所有物体保持原来状态不变的本领相同？
不同的物体保持原来运动状态不变的本领不同，而迫使不同的物体改变状态需要复出的努力是不同的——惯性大小不同，是什么使得惯性大小不同？
深入分析与思考：研究物体的惯性大小与什么有关？
学生提出速度、重力、密度、光滑等因素。

教师引导，理性思维研究分析：
关于速度，引导逆向思辨
——可否认为我现在速度为零，惯性为零？
——可否认为我乘坐动车组飞奔着惯性增加？可否认为我对面乘客惯性为零？
学生深层次思考讨论。

统一认识：惯性既然是物体本身的属性就应该与外界条件、外界作用是否有、大小、速度大小没有关系。

速度具有相对性，相对于不同参照系，速度不同，而物体本身的属性应该与参照系的选择无关。

光滑——光滑是否没有惯性？
强调摩擦的作用。

重力——是否在太空中、卫星上没有惯性，能否以意念改变物体状态？
视频——失重，强化理解。

密度——是物质的特性之一，惯性是否与密度相关？
——比较冰和石头？
一冰山足可以撞坏太坦尼克号！
质量是物体惯性大小的量度——可以抽杀乒乓球、羽毛球，不可以抽杀铅球、保令球，撼树容易，撼山难。

这样的事例，使学生心灵感悟得到强化。

进一步：太坦尼克号已经发现了冰山，为什么躲闪不开？
协和号为什么难于改变运动状态？
质量大，运动状态难于改变。

三、惯性与质量
质量是物体惯性大小的量度
质量 (mass) m——标量单位：千克符号 kg
四、解释生活现象，问题讨论：
1、最便宜的旅行方式。

有人设想，乘坐气球飘在高空，由于地球自转，一昼夜就能环游世界，这个设想可行吗？
答：因为地球上一切物体，（包括地球周围的大气）都随着地球一起运动，气球升空后，由于惯性，它仍保持原来随地球自转的速度，当忽略其他与地球有相对运动的作用而产生
的影响时，升空的气球与它下方的地面处于相对静止状态，不可能相对地球绕行一周。

这就可以解释为什么地球自西向东转动，我们竖直上抛的物体还会落到原来的地方？而不是落在原位置的西边？
现实类比：观察视频——汽车上抛球：
在快速行进的汽车上，竖直抛出的物体会落回手里。

引申，思维体验：如地球突然停止转动，可能会发生什么问题？
2、既然任何物体都具有惯性，所以任何物体的运动状态都不能变化？
3、物体运动状态变化了，是不是就没有惯性了？
注意：力改变的是状态而不是改变了惯性
总结：
牛顿第一定律——惯性定律——牛顿物理学的基石
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。

意义：正确揭示了力和运动的关系；
定义了惯性概念：物体总保持匀速直线运动状态或静止状态性质。

关于“对力学所需的基本概念、基本假定、对物质运动的基本观点都作了界定”的问题，鉴于学生的理解能力有限，暂不说明。

注意：惯性不是力！
问题拓展：物体存在惯性是一件好事还是坏事？
设想，假如物体没有惯性世界会是什么样的？
惯性的利用和预防，课件撞车安全带视频，学生对惯性的感悟与体验再次得到强化，同时强化了安全意识。

认识拓展，问题：不受力作用的物体是不存在的，所以牛顿运动第一定律不能经过实验检验，那么惯性定律为什么还被认为是一客观规律？
引导认识：
1、不存在反例
2、近似条件——彗星运动
视频：沙弧球运动、气垫导轨实验
3、以其为理论依据得到的推论可以经过实践
检验
4、建立在实际观察和理性思维上
教师展开：人类对于惯性的认识从亚里士多德到伽利略一直至牛顿，经历了2000多年无数个有名无名的科学家的探索才逐渐趋向完美，而其中对伽利略的用理想实验的思想方
法给人以深刻的启迪。

“一代代科学家探索自然界奥秘的努力，就像是读福尔摩斯一类的侦探小说。

在好的侦探故事中，一些最明显的线索往往将读者引导到错误的猜疑上去，凭直
觉的推理方法是靠不住的”。

——《物理学的进化》爱因斯坦、英费尔德
爱因斯坦对伽利略的贡献给予高度评价：“伽利略的发现以及他所应用的科学推理方法是
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”。

这个发现告送我们，
根据直接观察所得出的直觉的结论，并不总是可靠的，因为它们有时会引到错误的线索上取。

——《物理学的进化》爱因斯坦、英费尔德
我国远在春秋战国的“墨经”上已有惯性的论述。

在春秋战国末期的《考工论车舟人篇》中更有明确的记载：“劝登马力，马力既竟竭，犹能一取也。

”意思是说：马拉车的时候，马虽然对车不再施力了，但车还能继续前进一段路，这显然是讲述一种惯性现象。

这段历史对每个学习物理并愿通向成功之路者是最好的借鉴。

伽利略的科学研究方法：可靠事实+理论思维→理想实验
课后思考问题：第一定律建立的科学方法到底是什么？(在本章的教学中，不断的渗透科学方法教育)；
设计实验，证明气体和液体有惯性(第二讲，可以请学生展示他们的设计)；
亚里士多德到底是一个什么样的人？
如果你想了解有关亚里士多德和伽利略的更多内容可以到http://61.184.119.196:8012/gzpt/xkjx/g1wl/g1wl08/unit01/kzzl.htm查找
再本章结束时，要求学生写从亚里士多德到伽利略到牛顿的感想体会。

作为本章测评的一部分。

本课的设计思想是我多年所坚持的，经过多年的实践，并且不断完善，近年来引入了多媒体，提高了课程的体验与感染力。

多年来，本课有学校内外，本学科及其他不同学科的很多老师听课，给以高度认同。

可以通过以下一组问题的判断，知识巩固并且检测教学效果
问题判断：
1、一切物体都具有惯性，直到有外力迫使其改变状态为止
错（力改变的是状态而不是改变了惯性）
2、运动越快的物体一定受到更大的力作用，力越大，物体的速度一定越大
错
3、由于任何物体都具有惯性，所以任何物体的运动状态都不会无故改变
对
4、不受外力作用时，物体的运动状态保持不变，是因为物体具有惯性
对
5、受力作用时，物体的运动状态变化，说明受力作用后物体不再具有惯性了
错
6、受力作用时物体的运动状态变化，要持续改变状态必须持续施加力，这是因为物体的
惯性在起作用
对
7、在水平面上运动的物体，撤消动力后，最终会停止运动，这是因为物体不受作用力了错
8、作用在物体上的力消失后物体的速度将会逐渐减小
错
9、力是改变物体运动状态的原因，物体的速度方向总与力的方向一致
错
10、只有静止和匀速运动的物体才具有惯性
错
11、如果不受重力（不考虑空气阻力），向上抛出的物体将会向上做匀速运动
对
12、力是产生加速度和速度的原因
错
13、跑得快的物体不容易停下来，是因为跑得快的物体惯性大
错
14、受重力大的物体，惯性大，物体在月球上受重力减小，其惯性减小
错
15、在宇宙中不受重力的物体，没有惯性
错
16、在卫星里的物体处于完全失重状态，这时物体的惯性消失
错。