4.1牛顿第一定律教学设计高一上学期物理教科版

1．牛顿第一定律★课标要求理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产、生活中的有关现象，解决现实情境中的有关问题。以牛顿运动定律为知识载体，提升学生的物理学科核心素养水平。★教材分析本节内容主要介绍了牛顿第一定律及惯性概念。在初中阶段的学习中，除了“惯性与质量”之间的关系外，本节其他知识学生都有大致的了解。对于牛顿第一定律内容的得出，教材通过梳理人类对力和运动的认识过程，物理学史的介绍，研究方法的呈现，自然而然地总结出来，符合学生的认知规律，又增加了一些人文色彩。本节包含四个小节：亚里士多德的运动理论、伽利略的研究工作、牛顿第一定律（惯性定律）、质量是惯性大小的量度。第一小节，亚里士多德的运动理论，介绍了亚里士多德对运动的分类以及关于力和运动关系的观点。第二小节，伽利略的研究工作，重点介绍了伽利略的理想实验及其对力和运动关系的贡献，并介绍了笛卡尔对其观点的完善。第三小节，牛顿第一定律（惯性定律），介绍了惯性定律的内容和惯性的概念，并利用惯性解释了一些常见的生活现象。第四小节，质量是惯性大小的量度，重点探讨了惯性大小的决定因素，展示了生产和生活中的一些应用实例，激发了学生的学习兴趣。★教学目标1．物理观念。通过了解从亚里士多德到伽利略，再从笛卡尔到牛顿对力和运动的观点，初步形成正确的运动与相互作用的观念。正确理解牛顿第一定律的内容，并能运用惯性概念解释生产和生活中一些常见的现象。2．科学思维。能够结合生活现象进行推理分析，对亚里士多德的观点提出质疑，基于实验事实提出科学猜想，抽象概括出牛顿第一定律的内容。3．科学探究。观察生活现象，能够从中提出力和运动关系的相关问题和见解。通过理想实验的事实依据，忽略次要因素，合理外推，用自己的语言描述牛顿第一定律的内容。4．科学态度与责任。了解人类对力与运动间关系的探究过程，形成不迷信权威、努力追寻科学本质的科学态度，针对历史上不同科学家所提出的力和运动的观点，能够客观地评价和认识。★教学设计牛顿第一定律是人类第一次系统地描述力和运动关系的实验定律，其完善的过程本身就具有极大的科学和人文双重教育意义，特别是伽利略第一次用科学的实验方法改变了人类对物体运动的认识，标志着物理学的真正开端。基于此，牛顿第一定律的探究过程采取按人类认识进阶的过程为序、呈现物理学史的教学方法，生动形象地引出牛顿第一定律的内容。牛顿第一定律的叙述非常精炼，但内容却内容非常丰富，需要教师引导进行深入解读和应用。本教学设计整合了若干个小实验和视频教学资源，目的是让学生参与体验，深入观察，力求理论和实际相结合，使学生的认知结构发生积极的变化，逐步形成运动和相互作用的物理观念。★教学过程一、创设游戏，引入课题我们先来一段行为模仿秀。大家坐在同一辆公共汽车上，我是驾驶员，你们是乘客。我们来模仿一段乘车中身体发生的动作，大家动作可以夸张一点。我开始开车了，车子平稳前进，突然刹车……汽车静止，踩油门，加速……大家说一说：刹车过程中我们的身体为什么有这样的动作呢？再想一想，为什么有的物体做加速运动，有的物体做减速运动，为什么有的物体上升，有的物体下降，天上的日月星辰又为什么是那样运动的呢？其实，这些为什么有一个共同的核心，那就是：运动的原因是什么？二、回顾历史，探究定律1．情景设问，经验猜想。运动的原因是什么？古希腊哲学家亚里士多德认为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。所以，力是维持物体运动的原因。果真如此吗？现在，我们也来讨论一下这里涉及的两个问题：原来静止的物体，要让它运动起来，是否需要力来作用？反之，原来运动的物体之所以停下来，难道真是没有了力的作用吗？2．质疑假设，科学猜想。演示：篮球在地面上运动。结论：原来运动的物体之所以停下来，并不是没有了力的作用，相反正是因为有力（摩擦等阻力）作用的结果。提出问题：如果没有摩擦等阻力的影响，在水平面上运动的物体会怎样呢？猜想：若没有摩擦等阻力，滚动的球将永远滚动下去。这个猜想到底正确不正确呢？怎么来研究？伽利略开创了研究问题的最基本的方法——实验。过渡：伽利略发现，当球沿斜面向下滚动时，它的速度增大，而冲上斜面运动时，速度减小。3．实验探究，得出结论。（1）对接斜面实验。左斜面固定，右斜面倾角可变，并且两个支架等高。实验中，我们设定小球始终从左斜面固定位置由静止释放。①固定右斜面。先让小球在铺有布的斜面上运动，观察现象，重复一次；撤去布，让小球从同一高度开始运动，也重复一次。问：两次有什么不同呢？思考：a．小球上升的高度不同是什么原因造成的？学生回答：摩擦大时上升的高度小，摩擦小时上升的高度大。b．如果没有摩擦，小球会上升到多高的地方？学生推理：上升到与左侧释放位置同样的高度。②减小右斜面倾角。大家推断一下，小球沿斜面运动的最远距离变大还是变小呢？结果：倾角变小后，要达到同一高度，小球运动的距离变大。③将右斜面放平，释放小球，观察小球的运动。思考：如果没有摩擦，水平木板足够长，小球如何运动呢？根据以上实验现象，能得出什么结论呢？大家讨论一下。到此为止，我们验证了前面的猜想。伽利略的观点：若没有摩擦阻力，沿水平面滚动的球将永远滚动下去，不再需要什么力去推动。这就是说：力不是维持物体运动的原因。结合表格，回顾一下伽利略设计的实验，引导学生认识到伽利略的这个实验是在事实的基础上经过合理的外推的理想实验实验事实逻辑推理（无摩擦，右斜面足够长）右斜面固定摩擦越小，球滚得越高球将滚到原来的高度减小右倾角球沿斜面滚得更远球沿斜面滚得更远，一直滚到原来的高度放平右斜面球滚得最远球将一直滚动下去过渡：伽利略的对接斜面实验是一个理想实验。（2）理想实验的魅力。理想实验：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。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，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——这要得益于伽利略首创的实验研究方法。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：不受其他物体作用时，原来运动的物体将会做匀速直线运动。过渡：一位“大师级”人物出现了，他就是牛顿。牛顿在他的《自然哲学的数学原理》一书中提出了三条运动定律，其中一条就是牛顿在伽利略等人研究的基础上得出的牛顿第一定律。伽利略理想斜面实验为牛顿第一定律提供了实验依据，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，直到有外力迫使它改变这种运动状态为止。过渡：现在我们来理解牛顿第一定律。三、理解牛顿第一定律，了解惯性1．运动和力的关系：力是改变物体运动状态的原因。思考：牛顿第一定律中论述的运动和力的关系是怎样的？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？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。由于不受力的作用的物体是不存在的，但阻力很小时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：冰壶运动。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。过渡：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。（2）一切物体都有惯性，都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？（3）惯性与质量：质量是惯性大小的量度。延伸：在初中阶段，我们知道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。四、再设情景，规律应用小实验1：吹球。

通过吹，不用手碰，来判断哪个球是铁球。你能解释看到的现象吗?小实验2：撕纸。一张纸已剪成两截，但未完全剪断。请只用一只手想办法把纸分成两段。问题：请说说你是如何做到的？怎样解释撕纸游戏呢？请你用本课所学知识解释生活中的现象：汽车行驶时，为什么一定要系安全带？另外，开车、乘车要系好安全带，不仅是遵