牛顿第一定律教案.doc

牛顿第一定律教案
一、教学目标
(一)知识与技能
1. 理解牛顿第一定律
2. 知道惯性的概念，并能用惯性解释一些现象
(二)过程与方法
1. 了解人类探索力和运动关系的过程
2. 在用伽利略斜面实验研究力和运动关系的过程中，学习理想实验这种科学研究方法。
(三)情感、态度与价值观
在探索过程中，学习科学家的创造性思维品质和敢于质疑、坚持真理的献身精神。
二、教学重点与难点
1. 教学重点：牛顿第一定律
2. 教学难点:力和运动关系的得出
三、教学过程
导入新课
一个定律从人类开始有这个意识到最后形成，是一个漫长的、要经过许多人不断思考、不断完善、不断提高的过程。牛顿第一定律的建立与发展过程也不例外，今天这堂课让我们重踏科学家的历史之路来探索牛顿第一定律的建立过程，从而来体会科学家探索未知世界的科学方法和科学精神。（板书课题——牛顿第一定律）
问题1：有人认为“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。因此，力是维持物体运动的原因。”这正确吗？
你有以下三项选择：
1．如果你认为上述结论是错误的，请你用事实或推理驳斥之。
2．如果你认为上述结论是正确的，请你为其作辩护。
3．如果你承认物体的运动不需要力来维持，而对有些现象又想不通，请你提出这些现象，让大家一起来解决。
让学生思考后，师表态：是正确的。并通过演示：在桌面上演示，用力推动一辆轮子朝上的小车，小车就运动且维持运动，撤去推力，小车马上停止运动。故意支持错误观点来引发学生进行讨论与争辩。（引导学生通过列举事实——只要将车轮子朝下推动或汽车、自行车“趟车”或设计实验——斜面小车（学生设计、教师演示）来进行判断出正确的观点：运动的物体之所以停止运动是由于受到摩擦阻力的缘故或如果没有摩擦，物体将永远运动下去。（上述观点是错误的。）
问题2：上述错误的观点是谁首先提出来的呢？（亚里士多德）
介绍亚里士多德：（PPT显示）
问题3:今天的我们能轻而易举证明是错误的观点，而历史上的伟人为什么会犯错误，并能延续两千多年呢？（犯错原因：当时还不知道有摩擦力的存在，人们对事物的研究还局限在通过对事物的观察而直接得出结论（光凭经验来做判断），缺少思辨的过程，不需要去证明。
他对物理学的贡献又体现在哪里呢？
（贡献：不怕做不到，就怕想不到；第一个想到了力与运动之间存在关系。）
问题4：在历史上第一个推翻亚里士多德关于力与运动关系的观点的人是谁呢？（伽利略）介绍伽利略：(PPT显示：)
问题5：伽利略是为了要推翻亚里士多德关于力与运动关系的观点而提出著名的斜面理想实验的吗？（否）
伽利略为什么会想到设计斜面理想实验的。
伽利略对小球在斜面上的运动的研究：
演示将小球从一个斜面滚下又滚上另一个斜面，引导学生观察：
追问1：小球上升的高度怎样？追问2：滚下时速度如何变？滚上时速度如何变?
思考:如在水平面上运动时速度将如何变？但实际观察到的情况是怎样的？造成这种情况的原因是什么？
推断：如果没有摩擦小球上升的高度将如何？（升高到与下落点同高）小球在水平面上将如何运动？（速度不变，永远运动下去）
质疑：力是维持物体运动的原因。（即物体的运动不需要力来维持）
但当时人们只公认前者（成为实验事实），但不公认后者；为了说服人们信服他的观点，伽利略设计了理想斜面实验。
介绍理想斜面实验设计过程：（斜面倾角越小，小球通过的距离越远，当小球运动到无穷远处时，倾角趋向于0→水平面，小球永远运动下去）课件演示伽利略理想实验；
问题6：伽利略理想实验的基础是什么？[可靠的事实：当球从一个斜面上滑下来而滚上第二个斜面时，球在第二个斜面上所达到的高度与从第一个斜面上开始滑下来时的高度几乎相等]
问题7：当时的理想实验能成为今天的真实实验吗？[不能。因为今天我们仍然不能消除一切阻力，也不能把水平木板做得无限长。]
问题8:伽利略的理想实验的意义何在？[将可靠的事实和理想化的科学方法相结合，能更深刻地反映科学规律。]
问题9：伽利略的理想实验研究所得的结论是什么？[结论：摩擦是影响物体运动的原因，没有摩擦物体将在水平面上永远运动；物体的运动不需要力来维持。]
问题10：伽利略的贡献表现在哪里？[贡献：纠正了历史上的偏见，第一个走出“直观观察就能得出结论”的误区，提出了依靠实验来验证自己观点的科学研究方法。]
爱因斯坦：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发现之一，而且标志着物理的真正开端。
问题11：为什么说是笛卡尔补充和完善了伽利略的观点？
1.伽利略的失误：伽利略所谓的匀速运动是指环绕一个中心的圆周运动。伽利略错误的认为，由于小球将沿着这个贴着地面的水平面轨道永远运动下去，而地球是球形，因此，它将绕地球一周后再回到水平面上的出发点。
2.伽利略这么伟大的科学家为什么会犯这样的错误呢？[这是因为当时伽利略深信匀速圆周运动是宇宙中最完满、和谐的运动，甚至开普勒发现行星的轨道是一个椭圆的时候，也没有引起伽利略的重视]
笛卡尔进一步补充和完善了伽利略的观点，首先提出任何改变都是有原因的，物体要改变运动状态，就必须有外力的影响，没有外力的影响，物体就保持直线运动或静止状态。笛卡尔的观点已经前进了一大步。他还从他数学家的角度理解了伽利略所认为的小球将沿地球表面最后再回到水平面上出发点的结论是错误的。因为在不受力的情况下，物体只能做直线运动，而不可能做曲线运动。
3.笛卡尔的贡献：突破了伽利略的水平面，显得更加正确，他是第一个意识到力是改变物体运动状态的原因，但没有明确提出。
问题12：牛顿通过对前人经验及结论的总结，得到了什么定律？[提出了力学第一定律：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。]
牛顿非常谦虚，他认为自己之所以总结出牛顿第一定律是因为站在巨人肩膀上的缘故。这虽然有一定道理，但掩盖不了他的贡献。
一、牛顿第一定律（惯性定律）
1. 内容：
问题13：牛顿的贡献体现在哪里呢？——
（1）为什么不把牛顿第一定律说成是伽利略定律或笛卡尔定律；但可把它称作惯性定律呢？
2.意义：
（1） 明确了惯性的概念
牛顿第一定律揭示了一切物体都具有的一个重要属性——惯性，即物体总保持匀速直线运动状态或静止状态的性质。物体只有在不受外力的条件下，才能表现出它的特性，因此牛顿第一定律又叫惯性定律。
（2） 真正揭示了力和运动的关系
定律的后半句话“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”，实际上是对力的定义，即力是改变物体运动状态的原因。
（2）为什么说“惯性定律是牛顿物理学的基石”？
[追问1：何为运动状态改变？（引导学生看书获得）追问2：物体的运动状态改变说明物体产生了什么？（加速度）则力是产生加速度的原因——有了力是产生加速度的原因，就有可能去研究力与加速度的关系（因而能建立牛顿第二定律），即：没有第一定律就不可能有第二定律的产生。）
二、惯性与质量：
（一）惯性
1. 惯性：物体保持静止或匀速直线运动的性质叫做惯性。
讨论与交流：如何理解惯性大小的意义？（抵抗运动状态变化的本领大小）
2.惯性大小的意义:惯性大，则物体的运动状态难以改变；惯性小，则物体的运动状态容易改变。
讨论与交流：制动运动的火车比运动的自行车要难得多，推动一辆汽车比推动一辆自行车
难得多；则不同的物体，惯性相同吗？（不同）若有不同，其大小与什么因素有关？（质量——初中已知）如何设计实验来验证你的观点？（设计思路：即如何来比较惯性的大小？）追问：要改变物体的运动状态必须怎样？（施加力）对于不同的物体要看其抵抗运动状态变化的本领大小则对它们所施加的力应怎样？（相同）观察什么现象就能比较出惯性大小？看不同物体运动状态改变的容易度（即相同时间内看速度的变化）。
实验验证：利用木板(较光滑且带定滑轮)及小车（通过加砝码来改变质量大小），即牛顿第二定律实验的前置（说明是定性非定量——相比较而言滚动摩擦忽略不计）
实验演示（如有条件则可学生实验）
实验结论：
3.决定惯性大小的因素：惯性只与物体质量有关，和其他因素无关(如:运动与否、速度大小、所受外力等)。（唤醒初中知识）质量越大，惯性越大。
（二）质量
1.符号：m
2.国际单位：千克（㎏）
3.性质：标量（只有大小，没有方向）

反思总结：
1.如何理解牛顿第一定律？
（1）一切物体：是指宇宙中所有物体，不论物体是固体、液体还是气体。可见牛顿第一定律是自然界中的普遍规律。（牛顿成为跨越天地之间鸿沟的第一人，牛顿第一定律具有深刻的哲学意义。）
（2）没有受到外力作用：是定律成立的条件，这是一种理想情况 ；（有关惯性参考系作为课后阅读完成）
（3）时候：强调了"没有受到外力作用"与"保持匀速直线运动或静止状态"是瞬时对应的关系。物体在什么时候不受外力，这个物体就保持匀速直线运动或静止状态这一瞬时的运动状态不变。
（4）总：是指“一直”的意思
（5）保持：是指“不变”
（6）或：指一个物体只能处于一种状态，到底处于哪种状态，由原来的状态决定，原来静止就保持静止，原来运动就保持匀速直线运动状态。
牛顿第一定律不是实验定律，不能用实验来证明。
2.巩固提高
实验：用留有气泡的矿泉水做观察瞬间运动时水中气泡的运动；（先猜测气泡怎样运动后实验观察）

确定瞬间运动时水中铁球与木球将怎样运动？（先让学生猜测两个球怎样运动后观察）
图：

课堂练习:课本第71页问题与练习第2题、第3题。

五．课后作业：阅读课本第70页科学漫步、问题与练习第1题、第4题。

板书设计：
一、牛顿第一定律（惯性定律）

1. 内容：
2.意义：
（1） 明确了惯性的概念
（2） 明确了力的概念
真正揭示了力和运动的关系

二、惯性与质量：
（一）惯性
1. 惯性：
2.惯性大小的意义:
3.决定惯性大小的因素：
（二）质量
1.符号：m 2.国际单位：千克（㎏）
3.性质：标量（只有大小，没有方向）

牛顿第一定律不是实验定律，不能用实验来证明

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