人教版必修一4.1　牛顿第一定律　教学设计

牛顿第一定律教学设计 菏泽二中 刘见东一、设计思想 本节课的设计围绕物理规律的发现和发展展开，科学家的创造性思维品质和敢于置疑、坚持真理的献身精神成为情感态度价值观教育的好素材。另外，实验的验证和生活现象的列举是本节课必需要的。适当介绍一些物理学史的知识，通过对大量实例的分析，让学生真正理解力不是维持物体速度的原因，而是改变物体速度的原因。先是介绍人类对力和运动关系的发展历史，并着重讲述伽利略的理想实验及其重要的实验思想。在此基础上引入牛顿第一定律、分析牛顿第一定律的含义、引入惯性概念，利用惯性知识分析有关的现象，进一步强化力是改变物体速度的原因。二、教材分析 牛顿第一定律是牛顿定律的基石，正是因为它破除了长达近两千年的亚里士多德的错误，改变了人类的自然观和世界观，才导致牛顿第二定律得出。与此同时，它本身还包含着力、惯性和参考系这些极富成果的科学概念，成为物理学理论的支柱和基石。另外，伽利略的研究过程蕴涵了重要的科学方法，教学中要引导学生领会牛顿第一定律的含义，充分说明伽利略“理想实验”的实验基础和推理过程，展示伽利略斜面理想实验的猜想依据、推断结果这一思维过程，通过教学让学生明确运动和力的关系，提升对力、惯性、质量等基本概念的理解。惯性是学生学习运动和力的基础，因其抽象难懂而成为难点。新课标中本节内容对学生有以下基本要求：1了解亚里士多德对力和运动关系的论述及存在的错误。2认识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。3知道速度是描述物体运动状态的物理量。4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。5知道惯性是物体的固有属性，知道质量是物体惯性大小的量度。6运用惯性概念，解释有关实际问题。三、学情分析 本节所述内容在初中课本上已涉及到，初中课本中用到的标题是惯性定律，所以学生已有一定的基础，关键是如何让学生加深对牛顿第一定律的理解。对力和运动的关系，从日常经验出发，人们往往会产生错误的认识，所以使学生建立起运动改变的原因在于物体间的相互作用力的观点，不是轻而易举的事情。在对惯性的学习中，这仍是学生难于理解的问题。许多学生把物体具有保持匀速直线运动和静止状态的性质与物体在这种状态下的特点混为一谈。四、教学目标 1知识、技能目标 （1）知道发现牛顿第一定律的历史过程（2）知道伽利略的理想实验及其推理过程和结论（3）能理解牛顿第一定律的内容和含义（4）理解惯性，能举例说明物体的质量是其惯性大小的量度。 2能力、方法目标：培养学生严谨的逻辑推理能力；通过对大量实例的分析，培养学生归纳、综合 能力。善于思考、善于总结，把物理与实际生活紧密结合。 3情感、态度目标：让学生知道科学研究过程的艰难，领悟实验加推理的科学研究方法。五、重点难点 本节的重点是伽利略理想实验，牛顿第一定律及含义，难点是对惯性的理解。六、教学策略与手段探究式教学。七、教学用具 小车若干、白纸若干、自制伽利略理想实验演示仪、弹簧若干、砝码等八、教学设计教师活动学生活动设计思想达到目标新课引入 历史上关于力和运动关系的研究持续了两千多年，期间充满了艰辛与曲折，下面就让我们沿着历史的足迹，选取具有典型代表意义的四位科学巨匠，揭开力与运动神秘的面纱。观察图片，引入四位科学巨匠。观察图片，引入四位科学巨匠，让同学们展示课下搜集资料成果，引入力和运动关系的探究，加深学生印象。告知学习目标（课件展示学习目标）（1）知道发现牛顿第一定律的历史过程（2）知道伽利略的理想实验及其推理过程和结论（3）能理解牛顿第一定律的内容和含义（4）理解惯性，能举例说明物体的质量是其惯性大小的量度。学生了解学习目标增加学习的目的性并便于学生对学习的自我评价新课学习一、亚里士多德首提力与运动的关系实验：把自己桌上的小车车轮向上放在桌面上用手轻推车，车前进，停止用力，车停止。由此人们得到这样的经验：物体的运动是与推、拉等行为相联系的，如果不再推、拉，原来运动的物体便停止下来。两千多年前，正是基于这样的经验，古希腊哲学家亚里士多德就得出结论：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。即力是维持物体运动的原因 设问：物体的运动是不是一定需要力？大家可以利用桌上小车在做一个小实验，验证你的观念，如何做可以互相讨论。 （车轮向下重复刚才的实验）有什么现象？小车没有立即停下来，而是向前走了一段距离才停下来。这说明了什么？物体的运动是不需要力来维持的。激发矛盾：同一小车两次实验为什么两种现象？学生思考后回答：两次实验车与桌面的摩擦不同，摩擦小的就运动的远些。 当完全没有摩擦时，小球将作什么运动？一直运动下去，不会停止。 这说明了亚里士多德的观点是错误的。恩格斯曾说:亚里士多德是最博学的人，因为亚里士多德的研究涉及生物、天文、气象、数学和物理，成果十分丰富，是西方文化的奠基人，回顾他得出力与运动关系的过程，想一想，这位了不起的人为什么会犯错误?只是通过常见现象做简单的结论是不够的。引起亚里士多德错误观点的“罪魁祸首”是摩擦力。最早驳斥亚里士多德观念的是意大利的科学家伽利略。二、伽利略的研究理想实验的魅力 当初，伽利略是怎么研究这个问题的呢？他用了不同于亚里士多德的根据经验得出结论的方法，而是采用了科学的方法实验。科学的理论必须要有实验来支持。（学生看书思考）伽利略“若没有摩擦阻力，球将永远滚下去。”的思想是如何产生的? 伽利略实验是如何设计的？伽利略实验的结论是什么？伽利略注意到：当一个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。但是实际情况却是，即使沿水平面滚动，球也越来越慢，最后停下来，伽利略认为：这是摩擦阻力作用的结果，因为他同样还观察到，表面越光滑，球便会滚的越远。他推断：若没有摩擦阻力，球将永远滚下去。为了说明他的思想，他设计斜面实验。这是伽利略实验的基础，从这里可以看出伽利略的实验过程分那些步骤？观察猜想推断实验结论伽利略实验从实验可以得到：力不是维持物体运动的原因。伽利略实验与一般实验有什么不同？伽利略的实验是人们在真实实验的基础上，抓住主要矛盾，对实际过程做出抽象的分析。为什么说伽利略的实验是理想实验？伽利略的实验是一个理想化的过程，是在实验基础上，经过思维过程进行科学推理，不可能直接做到，称为理想实验。 至此，我们已经对力和物体运动之间的关系有了一个正确的认识。三、笛卡尔的完善与伽利略同时代的法国科学家笛卡儿，补充和完善了伽利略观点，明确指出：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，既不停下来也不偏离原来的方向。他支持了伽利略力不是物体的运动的观点。笛卡儿的观念不同于伽利略观念的是什么？笛卡尔明确指出运动中的物体没有受到力的作用，沿同一直线运动；同时从大小和方向的角度，即从矢量的角度对不受力物体的运动进行了更准确，更严格的描述。更为可贵的是笛卡尔认为这应该成为一个原理。在伽利略和笛卡儿的正确结论隔了一代人后，牛顿把力与运动的关系总结成整个牛顿力学的一条基本定律。四、牛顿的总结惯性定律 1、牛顿第一定律的内容：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。 牛顿第一定律基本内容和伽利略和笛卡尔观念相似，所以牛顿说他是站在巨人的肩膀上，但牛顿给出了匀速直线运动和静止的运动形式，从运动的轨迹，运动的快慢，运动的方向诸方面高度概括总结了运动和力的关系，更为重要的是牛顿给出了力、惯性的概念，所以这条规律称为牛顿第一定律，牛顿第一定律是牛顿力学系统中的基础。2、牛顿第一定律的含义：设问：分析牛顿第一定律的内容，物体如果不受力将会怎样？不受力时，运动物体会一直运动下来，静止的物体一直静止。（1）描绘了不受力时物体的运动状态。设问：什么是物体的运动状态？（学生看书69页归纳）物体的速度大小或方向改变，运动状态就变了，故物体运动状态用物体的速度表示。因为不可能把自然界的任何物体完全孤立起来，也就是说，不受力的物体是不存在的，所以，牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，从理想实验得来的，不可能用实验直接验证。但是生活中我们还是可以找到和牛顿第一定律描述的相近的现象，你能想得到吗？视频:体育项目冰壶球运动，由于球运动过程阻力很小，能以几乎不变的速度前进。设问：分析牛顿第一定律内容中的第二句话，你能得出什么？（2）提出了力的概念力是改变物体运动状态的原因即力是改变物体速度的原因，力是产生加速度的原因。设问：分析牛顿第一定律内容中的第一句话中，你能得出什么？物体都要保持匀速直线运动状态或静止状态，或者说它们都具有抵抗运动状态变化的“本领”，我们把这个性质叫做惯性。（3）确立了惯性概念，所以牛顿第一定律又叫做惯性定律。3、惯性与质量（1）惯性定义：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质。惯性是指能保持原来速度，不是保持原来的运动性质，如果物体原来匀变速运动，靠惯性是不能保持匀变速运动的。（2）一切物体都具有惯性，惯性是物体固有的属性。惯性现象在生活中有很多。学生实验:纸从书下快速抽出。大家能不能解释一下？视频：汽车启动、刹车，铁锨扬沙。设问：惯性与什么因素有关呢？与物体的运动状态、受力情况有关吗？惯性是物体本身的一种属性，应该与本身的因素有关，而力是外界施加的，物体的运动状态改变因为受力，所以惯性与物体的运动状态、受力情况无关。实验：不同质量小车在相同力作用下运动状态改变不同。实验说明，质量大的物体运动状态不易改变。（3）质量是物体惯性大小的量度。质量大，惯性大。你还能举出这样的例子吗？不同的车在相同速度时受相同的制动力刹车时，大车滑行的距离远，加速度小，运动状态难以改变，惯性大。现在我们又从惯性的角度认识质量，对于科学概念的认识就是这样一步一步深入的。学生动手实验。互相讨论设计实验探究物理规律的真伪，思考实验现象。回忆结论获得过程学生带着问题阅读课本了解探究过程同学参与实验观察实验学生思考内容。观看视频学生分析现象呈现面前两个实验、不同的现象，激发矛盾，培养学生自主学习，合作探究。体会正确的研究方法培养学生阅读、分析、归纳能力，同时强调课本的重要性知道探究的一般过程激发兴趣对学生进行科学方法的教育培养学生分析能力，自主学习能力。物理知识与生活实际紧密结合，体现知识的实用性利用学过的知识解释有关现象，提高学习的兴趣。小结与作业1、力与运动的关系：亚里士多德首先提出伽利略的研究（理想实验）笛卡尔的完善牛顿的总结2、牛顿第一定律内容及含义物体不受力时运动状态 力是改变物体运动状态的原因确立了惯性的概念3、物体的质量是惯性大小惟一的量度。总结本节课所学内容归纳总结本节课所学内容，使知识点明确。自学课本P70惯性参考系问题与练习1234。学生课下完成板书设计： 一、亚