8年级物理下册 第7章 第七节 牛顿第一定律教案 (新版)北师大版(1)

《牛顿第一定律》

教学目标：

知识与技能

1、知道伽利略的理想实验及其主要推理过程和推论，知道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及意义。

3、理解惯性的概念，会正确解释惯性现象。

过程与方法

1、体验伽利略理想实验的推理过程，理解理想实验是科学研究的重要方法。

2、通过实验加深对牛顿第一定律的理解。

3、观察生活中的惯性现象。

情感、态度与价值观

通过亚里士多德和伽利略对力和运动关系的不同认识，通过对笛卡儿的推论和牛顿第一定律的比较分析，了解人类认识事物本质的曲折性。感悟科学是人类进步的不竭动力。

教学重点：

对牛顿第一定律和惯性的正确理解；科学思想的建立过程。

教学难点：

实验探究、交流与合作、多媒体辅助教学。

教学过程：

新课导入：

力和运动有关系吗？（情景创设，引入新课）

大屏幕播放视频：有趣的太空生活。

航天员在太空舱中游走穿梭，就像鱼儿在水中游泳一样；

航天员用吸管把水挤到空中，然后去喝空中漂浮的大水珠；

航天员洗刷时，随手去拿飘在空中的牙刷、牙膏、剃须刀等；

航天员互传桔子、苹果，然后去吃飘过来的水果。

观看后请学生尝试在教室内再现以上的某个情景。

学生尝试后得出结论：教室内无法再现。

【思考与讨论】

太空舱中的情景在教室内为何无法重现？

太空是一个几乎不受力的环境，在这样的环境中，一切物体都可以随拿随放，而在地球上，一切物体都受重力，把物体拿到空中静止释放后，物体并不能静止在原处，而是要落下来。

得出结论：力和运动是有关系的。以此引出课题：第五章研究力和运动的关系

新课展示

一、力和运动有什么关系呢？

1、亚里士多德

【阅读与思考】

结合课本的内容，组织学生思考、讨论并引导学生得出下列问题的答案。

（1）古希腊哲学家亚里士多德的观点是什么，他凭什么得出观点的？

力是维持物体运动的原因；观察和直觉。

（2）造成亚里士多德得出错误观点的原因是什么？

由于地面环境中重力和摩擦力的干扰。

【过渡引导】一边解说引导，一边用小车演示

其实，最先悟出这一原因的是17世纪意大利的物理学家伽利略。他观察到，在推力作用下运动的小车，撤去推力后，小车并不是立刻停止，而是运动了一段时间才停下来的。撤去推力，小车仍可以运动，这就说明：“力是维持运动的原因”这一观点，并不是力和运动的真正关系。为了找出力和运动的真正关系，伽利略巧妙的设计了一个实验，这个实验把他深邃的思想和超人的睿智体现的淋漓尽致，那么，这到底是一个什么样的实验呢？

2、伽利略的实验

（1）实验过程

（动画展示：层层设问，步步深入，让学生经历伽利略的思考过程，体验理想实验的科学研究方法）

装置介绍：两个对接的粗糙斜面，中间用圆弧相连。

师：让小球从一个斜面的某一个高度静止释放，小球的运动情况如何？试描述出来。

生：小球滚上另一个斜面，到不了原来的高度就返回了，然后在两个斜面间往返运动，高度越来越低，最终停在斜面的低端。

师：小球为什么达不到原来的高度，而且最终又停下来呢？

生：受到摩擦阻力的作用。

师：设想斜面光滑，没有摩擦，小球的运动情况如何呢？

生：小球将达到跟原来同样的高度，然后在两个斜面间往返运动，永不停息。

师：如果减小第二个斜面的倾斜度，小球的运动情况如何？和前一次有什么异同呢?

生：小球依然达到同一高度，但经过的路程会更长，用的时间也更长。

师：推想：如果持续减小第二个斜面的倾斜度，小球的运动情况如何呢？

生：小球仍会达到同一高度，只是走的路程越来越长，所需的时间越来越长，

师：当第二个斜面变成水平面时，小球的运动情况如何呢？

生：小球将沿着光滑的水平面一直运动下去，永不返回。

师生总结：小球在水平方向上不受力，仍可以运动，这就说明：运动并不需要力来维持。

伽利略由此得出结论：力不是维持运动的原因。

【过渡引导】

伽利略实验的整个过程，都是在假设斜面光滑没有摩擦的前提下进行的，而绝对光滑的斜面是不存在的，所以说伽利略的实验是一个理想实验。那么什么是理想实验呢？

（2）理想实验

在学生稍加讨论后，给出理想实验的概念。

理想实验是在思想中塑造的一种理想过程。它是以科学实验为基础，以科学事实为根据，突出主要因素，排除次要因素，运用逻辑推理，揭示物理世界的内在联系，发现物理规律。这是科学研究的重要方法。

举例说明：理想实验并不神秘。在我们下棋时，每走一步之前，总会先在脑海里布局一个假象的战场，我如何走，对手如何应付，我该怎样走，对手才无路可走。棋技越高，设想的布局方案也就越多，越深入，越全面。在这个过程，我们就在进行着理想实验。

（3）实验设计

根据伽利略的实验和你对理想实验的理解，设计一个实验，说明力不是维持物体运动的原因。

器材：毛巾、棉布、木板、劈型斜面、小车

要求：同桌讨论实验方案，说明实验步骤。

在学生讨论完后，请两个同学展示讨论的结果，边做实验边解说。（试验中要体现理想实验的思想，并合理推出结论）

（4）实验验证

播放视频：

（请同学们要特别注意观察物体被推出后的运动状态。）

两位航天员传背包；两位男航天员传送一位女航天员。

太空可以看做是一个几乎不受力的环境，在这样的环境中，具有初速的物体一直运动。这就直接验证了伽利略的结论。

【过渡引导】

在伽利略实验的基础上，法国科学家笛卡尔，对力和运动的关系做了进一步的推论。英国科学家牛顿做了进一步的补充、完善和总结，提出了牛顿第一定律。

二、牛顿第一定律

1、笛卡尔的推论

一个不受外界任何影响的运动着的物体，将保持原来的运动，一个静止的不受外界影响的物体，将保持静止。

2、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，直到外力迫使它改变运动状态为止。

【思考与讨论】

（1）笛卡尔的推论中，外界影响指什么呢？

外力的作用。

（2）比较、分析、讨论牛顿第一定律比笛卡尔的推论有哪些地方更完善了？

体现在以下四点：

①一个—→一切：体现出普遍性、共性;

②将保持—→总保持：体现出物体的固有性、特性;

③只研究了物体不受力的情况—→还研究了受外力的情况:说明了外力的作用;

④表述上，牛顿第一定律比笛卡尔的推论更明确，更简洁。

（3）通过（2）的分析，总结牛顿第一定律的意义。

①说明了物体不受力时的状态：匀速直线运动状态或静止状态。

②说明了力的作用：力是改变物体的运动状态的原因。

③揭示了一切物体都具有的一种固有属性——惯性，因此，牛顿第一定律又叫做惯性定律。

【过渡引导】

那么什么是惯性呢？（根据牛顿第一定律得出惯性的定义。）

三、惯性

1、定义：物体保持匀速直线运动状态或静止状态的特性。

2、说明：

①一切物体都有惯性，惯性是物体的固有属性。

(为更好的理解“一切”和“固有”，设计以下两个问题和一个视频)

问题：地球上的物体有惯性，太空中的物体有惯性吗？

问题：人行走时有惯性，静止时有惯性吗？

播放视频：有关生活中惯性的例子，请学生解释。

【思考与讨论】

惯性是物体的固有属性，那么惯性有大小吗？（结合视频思考、讨论、分析该问题。）播放视频：

一弹簧弹开静止的质量不同的小车，两车运动的距离不同；

卡车和自行车同时刹车，停止的难以程度不同。

师生总结：质量不同的物体，保持原有运动状态的本领是不同的，质量越大，保持原有运动状态的本领越大，就说物体的惯性越大；相反，惯性越小。可见，物体的惯性是有大小的，并且质量是物体惯性大小的唯一量度。

②质量是物体惯性大小的唯一量度。

练习：1kg的铁块、1kg的木块、1kg的棉花，谁的惯性最大？

师生总结

学生总结：（这节课我学到了什么？）

教师总结：通过亚里士多德和伽利略对力和运动关系的不同认识，通过对笛卡尔的推论和牛顿第一定律的比较分析，我们知道了，人类对事物或规律的认识，并不是一蹴而就，一步到位的，而是经历着一个步步深入。逐步完善的曲折的过程。

《牛顿第一定律》

教学目标：

1、知识与技能

（1）体会伽利略的理想实验思想。

（2）理解牛顿第一定律的内容及意义；理解力和运动的关系。

（3）理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度。

2、过程与方法

（1）通过回顾历史探究过程理解牛顿第一定律的形成过程。

（2）理解理想实验是科学研究的重要方法。

3、情感态度与价值观

（1）通过运动和力的关系的历史探究过程，使学生体会规律的形成都有一个从感性到理性、从低级到高级的产生、发展和演变的过程。

（2）通过理想斜面的教学，体会理想实验的魅力。

教学重难点：

教学重点：通过回顾历史探究过程理解牛顿第一定律；惯性的理解。

教学难点：力和运动的关系；惯性和质量的关系。

教学活动设计：

（一）创设游戏，引入课题

撕纸游戏

猜一猜：

1、一张纸已剪成两截，但未完全剪断，如果迅速用力撕两边，纸会断成几截？

2、现在把纸剪成三截，但未完全剪断，如果迅速用力撕两边，纸会断成几截？

大家不要动手，先猜一猜。

3、如果在中间的纸下面夹一个夹子，然后迅速撕两边，纸会断成几截？

请大家想一想：为什么是这样一个结果呢？怎样解释我们的游戏呢？其实，在我们的游戏中还涉及到一个古老的话题——力和运动：用力撕纸，纸条断开运动起来。运动和力之间到底有什么关系呢？带着这些问题，我们一起来体验古人的探究过程，学习古人的探究方法，进一步理解论述运动和力关系的牛顿第一定律。

（二）回顾历史，探究定律

1、情景设问，经验猜想

在人类历史的长河中，运动和力如影随形，总是和人们的生活、生产密切相关。比如：马拉车则车前进，不再拉，前进的车会停下来；人象推车则车前进，不再推，前进的车会停下来；踢球，球沿草地向前滚动，不再踢，滚动的球会慢慢停下来。

思考：运动和力之间有什么关系呢？

最早提出这个问题并给出经验猜想的是古希腊学者亚里士多德。

他根据生活生产经验猜想：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在一个地方。运动需要力维持。

他的观点来自实际经验，还能用实际经验验证，所以被人们广泛接受，并维持了近两千年。

设问:我们现在知道，他的观点是错误的。那么他有贡献吗？

亚里士多德的贡献：开创了一个新的研究领域。

首先质疑并深入研究的是十六世纪的伽利略。他观察了球的滚动。

2、质疑假设，科学猜想

当球沿斜面向下滚动时，它的速度增大，而向上滚动时，速度减小。他由此猜想：当球沿水平面滚动时，它的速度应该不增不减。实际观察的结果是：沿水平面滚动的球越来越慢，最后停下来。

①现象：沿水平面滚动的球越来越慢，最后停下来。

按照亚里士多德的观点，球停下来是因为没有力的作用。伽利略恰恰从这一现象出发，对亚里士多德的观点提出质疑。

②质疑：滚动的球之所以停下来，真的是因为没有力的作用吗？

设问：球停下来的原因是什么呢？

在伽利略之前，人们还没有意识到摩擦力这种无形的力，伽利略是第一个意识到摩擦力的人。

他改变了水平面的粗糙程度，发现：水平面越光滑，球滚得越远。于是，他推断这是摩擦阻力作用的结果。

结论：滚动的球停下来，是摩擦阻力作用的结果。

③假设：若没有摩擦阻力，沿水平面滚动的球将怎样运动呢？

④猜想：若没有摩擦阻力，球将永远滚动下去。

过渡：伽利略设计了一个双斜面实验。

3、实验探究，得出结论

（1）双斜面实验

左斜面固定，右斜面倾角可变。实验中我们设定小球始终从左斜面定位卡处由静止释放。

①固定右斜面，改变小球所受的摩擦，观察小球上升的最大高度怎样变化。重复一次。

思考：

1、小球所受摩擦阻力的大小与小球上升的最大高度之间有什么关系？

2、摩擦阻力的大小与释放点到上升的最高点的高度差是什么关系？

3、如果没有摩擦，小球会上升到多高的地方？

②减小右斜面倾角，观察小球沿斜面运动的最远距离怎样变化。重复一次。

思考：

1、减小右斜面倾角，小球沿斜面运动的最远距离如何变化？

2、如果没有摩擦，减小右斜面倾角，沿斜面滚动的最远距离怎样变化？小球将上升到多高的地方？

③将右斜面放平，释放小球，观察小球的运动。

思考：

1、如果水平木板足够长，小球会停下来吗？

2、如果没有摩擦，水平木板足够长，小球将滚到哪里去呢？

过渡：现在通过动画来模拟没有摩擦阻力时小球的运动。我们为动画配了一段话剧。

（2）动画模拟

（老师扮演伽利略，学生扮演小球。）

伽利略：小球先生（小姐），如果没有摩擦，你会爬上什么高度呢？

小球：我会搭乘梦想的阶梯一步一步往上爬，直到爬上原来的高度。

伽利略：如果我减小右斜面的倾角，你还会爬到原来的高度吗？

小球：梦想有多高，我就可以爬多高，只是我要走的路程更长了。

伽利略：如果我继续减小右斜面的倾角呢？

小球：我心依旧，只是又多了一段山水之程。

伽利略：如果我把右斜面放平，你还会为了自己的梦想而前行吗？

小球：路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。既然选择了高度，留给世界的便只能是背影。

播放周杰伦的《蜗牛》节选：我要一步一步往上爬/在最高点乘着叶片往前飞 /小小的天留过的泪和汗/总有一天我有属于我的天

希望同学们像小球一样怀着梦想，沿着人生的轨道一步一步往前行！总有一天，你有属于你的天！

过渡：伽利略的双斜面实验是一个理想实验。

（3）理想实验的魅力：

实验（事实）+逻辑推理

通过可靠的实验事实，加上合理的逻辑推理，得出规律的一种方法。

理想实验的魅力：实验不能实现的地方，思维向前一步。

这种方法非常了不起！爱因斯坦是这样评价的：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。这个评价实事求是，从亚里士多德到伽利略，经历了2000多年，物理学徘徊不前；从伽利略到爱因斯坦，只经历300多年，物理学的大厦初步建立，大师辈出。这都得益于伽利略首创的实验研究方法。

过渡：通过双斜面理想实验，伽利略得出了结论。

（3）伽利略：若没有摩擦阻力，沿水平面滚动的球将永远滚动下去。运动不需要力维持。

回顾、思考：

①静止的车、足球为什么运动起来？

②运动的车、足球为什么会停下来？

③力和运动之间有什么关系？

力是改变物体运动状态的原因。

设问：运动状态是用什么物理量描述？

车由静止变为运动，受到了推、拉力；由运动变为静止，受到了摩擦阻力。足球由静止变为运动，受到了脚的力；由运动变为静止，受到了草地的摩擦阻力。

过渡：与伽利略同时代的法国科学家笛卡尔对他的观点进行了补充。

4、补充完善，形成定律

（1）笛卡尔的补充：除非物体受到力的作用，物体将永远保持其静止或运动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动。这应成为一个原理，它是人类整个自然观的基础。

笛卡尔补充了物体不受力时保持静止状态或匀速直线运动状态。

过渡： 1642年，伽利略逝世，1643年牛顿在英国诞生。牛顿是人类历史上最伟大的科学家之一。主要贡献有发明了微积分，发现了万有引力定律和经典力学，设计并制造了第一架反射式望远镜等等。

牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中提出了三条运动定律。牛顿把伽利略、笛卡尔的正确结论总结成为牛顿第一定律，它是牛顿物理学的基石。

（2）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。

过渡：现在我们来理解定律。

（三）理解定律，了解惯性

思考：牛顿第一定律中论述的运动和力的关系是怎样的？

1、运动和力的关系：力是改变物体运动状态的原因。

物体不受力，保持匀速直线运动状态或静止状态；运动状态变化，物体一定受到力的作用。

思考：物体不受力时“总保持匀速直线运动状态或静止状态”，这能不能通过实验验证呢？

不能。由于不受力作用的物体是不存在的。许多阻力很小的现象可以帮助我们理解牛顿第一定律。

2、阻力很小的现象：冰壶

从视频可以看出，冰壶在一段时间内速度的大小和方向几乎不变，直到碰上另一个冰壶。

思考：定律中还论述了什么呢？

3、惯性：

①概念：物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质。

设问：一切物体都有惯性。做变速运动的物体有惯性吗？

当物体做变速运动时，由于惯性，物体会抵抗速度的改变，从而使速度的改变需要一段时间。比如汽车紧急刹车时不会立即停下来，而是继续向前滑行一段距离。

②一切物体有惯性，有抵抗运动状态变化的“本领”。

物体惯性大，“本领”大，运动状态难改变；物体惯性小，“本领”小，运动状态易改变。

思考并猜想：物体的惯性大小和什么因素有关？

游戏：用嘴吹书

提起书，用最大力气吹垂下的封面；用手提起封面，用最大力气吹垂下的书。

思考：你观察到了什么现象？这个现象能说明惯性和质量的关系吗？

③惯性与质量：质量是惯性大小的量度。

质量只有大小，没有方向，是标量。在国际单位制中，质量的单位是千克，单位符号为kg。

在初中质量定义为物体所含物质的多少；现在进一步从惯性的角度认识了质量；以后还要从物体间的引力认识质量。

过渡：现在，就可以解释撕纸游戏了。

（四）再设情景，规律应用

1、思考：怎样解释撕纸游戏？

有夹子，增大了中部的质量，增大了惯性。当迅速撕开两边时，中部仍保持静止状态，所以撕成三截。无夹子，中间纸条惯性很小，静止状态易改变。由于撕开纸条的力左右有差异，所以撕成两截。

过渡：了解了惯性的知识，我们还能用它判断是非。

2、美国空军UFO档案记载，1952、12、6黎明前，一架B29轰炸机在墨西哥湾上空训练时，一个很大的不明飞行物以4000km～15000km的时速靠近、经过、远离它。在目击描述中，不明飞行物能迅速增减速度，甚至还能骤然停止。

思考：1、如果没有特别的装置，UFO骤然停止时，外星人飞行员的命运是怎样的？

2、人们想象外星人持有惯性消除器，用来消除自身的惯性，以便应对速度的迅速变化，你怎么看？

我们利用惯性的知识发现了UFO档案记载中的疑点。希望大家在遇到问题时利用所学知识，冷静分析。

（五）课堂总结，课外探究

1、了解了运动和力关系的探究过程。

在探究过程中，亚里士多德是开拓者。伽利略首创了理想实验方法；笛卡尔补充了伽利略的观点；牛顿提出了惯性、力、惯性参考系的概念。

2、体会了理想实验的魅力:实验（事实）+逻辑推理

3、深入理解了牛顿第一定律，知道了质量是惯性大小的量度。

4、后来爱因斯坦等科学家又进一步发展了牛顿第一定律。没有哪一个定律是终极真理，物理学的大厦永不封顶，还等待你们为它添砖加瓦！