1、牛顿第一定律学案编制人：柏会【学习目标】1、能大致叙述发现牛顿第一定律的历史过程，并能作出初步评述2、能清楚地描述伽利略关于力与运动的思想概念，以及对应设计出的理想实验和相应的推理结论3、能准确地表述牛顿第一定律，并能对定律有较为深入地理解，体会定律深刻的思想性和认识问题的本质性4、能举例说明物体的质量是其惯性大小的量度【学习重难点】重点：对牛顿第一定律和惯性的正确理解难点：力和运动的关系、惯性和质量的关系 【自主学习】1、温故知新（1）运动状态用哪个物理量表示？（2）运动状态发生了改变是指哪个物理量发生了变化？（2）判断下面几种情况物体的运动状态改变吗？A、物块在光滑的水平面上做匀速直线运动
2、B、物体静止在水平面上C、踢出去的足球在水平地面上向前滚动，最后停下来2、新知导学（1）历史上人类对运动与力的关系的认识 A、亚里士多德的观点是 B、伽利略的观点是 通过阅读课本了解伽利略的理想实验，你能叙述出理想实验的过程吗？叙述给同位听听！C、笛卡尔的观点是 （2）牛顿第一定律 A、牛顿第一定律的内容是： B、惯性是指 C、物体的惯性大小由 决定【学习过程】一、小实验：用力推动放在桌上的课本二、探究阻力对物体运动的影响 实验次数 表面材料 阻力大小 滑行距离1 毛巾2 棉布推理想象 光滑表面结论：电池受到的阻力越小，其运动的距离 。设想若水平面绝对光滑，电池将 。三、伽利略的理想斜面实验同
3、学们分组讨论回答一下问题1、为什么伽利略的实验称为理想实验？2、理想斜面实验过程中中哪些是事实，哪些是逻辑推理？3、你认为伽利略理想斜面实验的魅力在哪里？结论：四、牛顿第一定律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
4、面滚动的球将永远滚动下去。运动不需要力维持。回顾、思考：静止的车、足球为什么运动起来？运动的车、足球为什么会停下来？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
5、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
6、 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：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
7、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。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？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
8、。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，1952126 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 4000km15000km 的时速靠近、经过、远离它。在目击描述中，不明
9、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
10、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！课外探究：有人说刘谦的螺丝魔术颠覆了牛顿第一定律：不给螺帽力的作用，螺帽也能运动起来。你怎么看？请在百度中搜索“刘谦螺丝魔术揭秘”，弄清刘谦螺丝魔术的原理。牛顿第一定律的教学设计谈自主探究教学模式的应用宁波四中教师 林碧霞新课标明确提出“倡导探究性学习”，“在教学中，教师应该让学生亲历思考和探究的过程，领悟科学探究的方法。”自主探究教学是一种课堂教学模式，在课堂上要求教师充分发挥学生的主体作用，形成师生之间、学生之间的多向反馈结构，在教师的启发下，学生积极主动地解决问题。自主探究教学通过激发学
11、生的内驱力，调动学生的积极性和主动性，把学习变成学生内在的需求，从根本上促进学生认知、能力、个性的发展，乃至完美人格的形成。但在实际的教学过程中，如何让学生的主体性、主动性、创造性得到充分发挥，如何让自主教学探究模式很好的得到实施，是教学过程设计的难点。在教学过程的设计时笔者认为应把握以下三个原则：1学生已知的内容可以通过自主探究方式让学生独自完成教学要求；2学生未知的但经老师启发引导后能理解的也可通过自主探究让学生独自完成教学要求；3学生未知的经老师提示后理解也困难的才是需要通过老师主导来完成的。自主探究性教学模式，就是要让学生成为教学活动的主人，成为学习和发展的主人。自主探究教学模式的实施
12、关键在于教师设计教学过程时要充分了解哪些是学生已知的知识点，哪些是未知的知识点，哪些是能启发后掌握的，哪些是学生自己无法理解的，然后寻找探究点再针对性地设计问题设计具体探究过程。下面以牛顿第一定律的教学为例来看自主探究教学模式的具体应用。一、教材分析这节教材首先对人类认识“运动和力”的关系作了历史的回顾，介绍了四位科学家研究运动和力的关系的思想方法及卓越贡献。然后讲述牛顿第一定律的内容和物体惯性的概念。这是初、高中知识相衔接的一节课程。学生已经了解了牛顿第一定律的基本内容，所以在教学设计上应以教材中有关“力是运动的原因还是改变运动的原因”这一问题认识的发展历史为线索，以科学思想、科学方法教育与
13、思维能力培养为主要目标。教学的侧重点应放在理解人类认识“运动和力”的关系研究、思考、推理过程，学习科学研究中常用的理想实验方法。在牛顿第一定律内容的学习上，注重知识的理解及与生活实际的联系。为发挥学生学习的自主性，思维的积极性，本课采取学生自主探究模式组织教学。二、教学过程设计引入新课：运动的起因是什么（一）学生阅读历史的回顾并找出四位科学家关于力和运动的观点这块内容中有些知识点学生是已知的，也有未知的，但学生都看得懂，所以就由学生来完成，同学们相互补充，教师只起到归纳总结的作用。1亚里士多德：力是维持物体运动的原因。现象：在平路上人推车，车才能运动，人停止用力，车子就要停下来。2伽利略：水平
14、面上物体所以会停下来，是因为摩擦的作用，如果没有摩擦，水平面上物体一旦具有某一速度物体将保持这一速度运动下去。笛卡儿：如果没有其它原因，运动物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，即不会停下来，也不会偏离原来的方向。牛顿：一切物体总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。（二）问：以上四位科学家每一位都把人类的认识向前推进了一步，试分析每人推进的一步体现在哪里？你认为谁的贡献最大？教师通过设计这样一个问题，指明学生要探究的内容与方向，具体由学生们合作完成，教师只起到总结归纳的作用。a）亚里士多德的贡献：通过直觉的观察提出问题为科学家的研究确立了课题。b）伽利略的贡
15、献：（1）伽利略发现了不易直觉的摩擦力，改变了亚里士多德根据直接经验得出的直觉结论提出运动不需力维持；（2）思维代替直觉认识宇宙。c）笛卡儿的贡献：（1）明确匀速直线运动；（2）指出速度改变是有原因的。d）牛顿的贡献：（1）推广到一切物体；（2）提出静止；（3）明确力的作用。关于谁的贡献大，学生众说纷纭，没有一个确切的定论，教师也无需给出一个正确的结论。但是通过对物理学历史发展过程的考察，对四位科学家贡献的探究，它将有助于学生了解物理学家认识和发现物理定理、定律的基本方法。从而“以史为鉴”，培养他们以物理学家认识世界本来面目的方式去认识世界。在一定意义上，通过对规律认识的历史的还原，对学生进行
16、科学思想和科学方法论的教育是培养学生科学素养的有效途径。这是设计此问题的关键所在，也是本节课的亮点所在。在该块教学内容中学生未知的是关于伽利略的理想实验，教师要采取的教学方法是采用设计一系列问题，引导学生学会自己分析问题自己解决问题，具体可如下操作。提问：伽利略用什么方法证明物体运动不需要力来维持呢？演示说明：设置一个向下的斜面，再圆滑地连一个向上的斜面。然后拿一个小球放在斜面某点上，由静止运动下来，它将冲上另一斜面。教师设疑：它能“冲”到哪里，它能回到原来高度吗？如果光滑，结果怎样？教师通过一系列问题引发学生的思考。通过实验发现，它升不到原来的那个水平高度，这是因为摩擦较大。若换一个摩擦较小
17、的斜面，可以看出，它就较接近那个水平高度。若摩擦越小，就越接近。这是实验事实。科学推理：依据这可靠的实验事实为基础，然后沿着摩擦力越来越小的发展趋势，去科学推理假如摩擦非常非常的小、以至于没有摩擦，那小球将非常非常接近以至于达到原来水平高度。这是一种理想的实验情景，即小球沿着光滑的斜面总能上升到原来的高度。教师指出“假设”两个字用得很好，它对物理结论进行合理的外推，其结论的得出符合逻辑。减小第二个斜面的倾角，倾角越小，小球为达到原来的高度所通过的路程就越长；倾角越小，通过的路程就越长。然后，我们再去科学推理，假如它最终成为水平面，那小球所通过的路程也就无限长，只能沿着水平面继续运动下去。教师总
18、结：“理想实验”虽然也叫实验，但它不等同于科学实验。真实的实验是一种实践活动，而“理想实验”则是一种思维活动，是由人们在抽象思维中设想出来而实际上无法做到的“实验”。并指出理想实验是以真实的科学实践为基础，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，对实际过程做出了更深入的抽象分析。理想实验是以正确的逻辑法则为依据的。它是自然科学理论研究中的重要方法。（三）演示气垫导轨实验气垫导轨实验是学生未知的实验，所以采用的方法是由师生共同操作完成，教师介绍实验装置及装置的特点，由学生来推动气垫导轨上的物体，观察它的运动，进一步地帮助学生加深理解物体不受外力作用时将做匀速直线运动。（四）让学生们仔细阅读牛顿第一定律的内容，并思考定律包含的几层含义在进行牛顿第一定律的教学时，不能只满足于学生能复述牛顿第一定律的内容，还应帮助学生理解牛顿第一定律所包含的几层意思。定律的理解是未知的，但可以在教师的启发下，通过学生们相互讨论、自主探究、教师补充共同完成下面的三层含义。1描述了物体不受外力作用时的运动规律牛顿第一定律描述了物体不受外力作用，或者所受的合外力为零时，物体将保持原来的运动状态匀速直线运动状态或静止状态。2阐明了力的科学定义力是物体间的相互作用，它是改变物体运动状态，即产生加速度的原因，而不是产生和维持物体运动的原因。
