牛顿第一定律 教学设计 高一上学期物理人教版（2019）必修第一册+

《4.1牛顿第一定律》教学设计教学任务分析1.1牛顿第一定律的地位牛顿第一定律揭示了运动与力的关系，明确指出力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因，破除了近两千年来亚里士多德的错误观点，改变了人类的自然观和世界观，为进一步探究力和运动之间的定量关系指明了方向，促进了牛顿第二定律的探究。牛顿第一定律本身还包含着力、惯性和参考系等物理概念，因此，牛顿第一定律被称为牛顿物理学的基石、力学的第一原理。在牛顿第一定律的建立过程中采用的控制变量法、理想实验法等科学探究方法，促进了学生物理核心素养的提升。伽利略、牛顿等科学家敢于质疑、坚持真理的科学精神，又是科学态度与责任教育的优秀素材，也是物理学科德育的重要内容。1.2高中物理课程标准的要求《普通高中物理课程标准（2017年版）》要求“1.2.3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、解决有关问题”。在本内容标准条目中要求学生理解牛顿运动定律，包含了对牛顿第一、二、三定律的理解，而牛顿第一定律是牛顿物理学的基石，它不仅揭示了运动与力的关系，更是明确提出了惯性的概念和力的概念。与《义务教育物理课程标准（2022年版）》（2.2.5通过实验和科学推理，认识牛顿第一定律。能运用物体的惯性解释自然界和生活中的有关现象。）中的要求比较可知，知识的要求由初中的“认识”提高到了高中的“理解”，帮助学生在原有认知的基础上形成更为深刻的认识。1.3教材分析《4.1牛顿第一定律》选自人教版（2019年版）“第四章运动和力的关系”，前面安排了“第一章运动的描述”、“第二章匀变速直线运动的研究”、“第三章相互作用—力”3章内容，为本节内容的学习奠定了基础；本节内容后面紧跟着安排了“4.2实验：探究加速度与力、质量的关系”，有利于学生加深对牛顿第一定律是牛顿力学理论基石的理解。在本节，教科书开始设置了引导学生思考的问题，然后依据牛顿第一定律的发现过程先后介绍了亚里士多德和伽利略在研究运动和力的关系问题上的观点，显示出研究方法在科学研究中的重要地位。在“理想实验的魅力”中，介绍了伽利略的理想实验，表达了理想实验和逻辑推理是物理学研究的基本方法。在上达内容的基础上，教科书呈现了牛顿在伽利路和笛卡儿工作基础上提出的牛顿第一定律。在“惯性与质量”中，通过设置“思考与讨论”栏目、分析实例等方式让学生进一步理解惯性的概念及其量度，加深学生对质量这个物理概念的认识。在“拓展学习”栏目中介绍了惯性参考系，为需要进一步学习物理的学生拓展了视野。学情分析在初中阶段的学习中，除了“惯性与质量”这一问题没有专门涉及外，关于本节其他的知识都有了大致地了解。但是他们只知道亚里士多德的观点是错的；只知道伽利略做了个理想实验就得出了牛顿第一定律；练得最多的是通过惯性程式化地解答相关的实际问题。同时，经过初中阶段的学习与日常生活经验的积累，学生头脑中，也形成了一些错误的前概念，例如，“物体受到了惯性作用”、“产生了惯性”、“受到惯性力”。高中阶段的学习，首先应该在已有认识的基础上，纠正一些片面、不恰当的认识，进一步深化和提高对相关问题的认识。教学目标（1）物理观念：了解牛顿第一定律建立的历史过程；知道伽利略关于力与运动的关系的观点；理解牛顿第一定律（惯性定律）与惯性。（2）科学思维：体会理想实验法的逻辑推理；能举例说明质量是物体惯性大小的量度。（3）科学探究：经历研究力与运动关系的过程，学习理想实验法、控制变量法等科学方法。（4）科学态度与责任：经历牛顿第一定律发现历史的探究过程，学习伽利略、牛顿等科学家的创造性思维品质和不畏权威、敢于质疑、坚持真理的科学精神，建立科学运动观。教学器材多媒体、课件、特制螺丝、小车、伽利略斜面演示仪、水瓶、纸条、乒乓球、钩码、铁架台等。教学活动设计一、表演意念魔术，创设问题情境，引入新课学生观察魔术，思考两个问题：螺母从静止到运动，运动状态的改变是怎么实现的？运动和力的关系是怎样的？然后引出推课本实验。【实验1】让学生施加适当推力使课本从静止状态开始运动，停止施力，课本停止运动。在课本整个运动过程中，观察推力起到了什么作用？通过观察实验，发现手推课本，课本就运动，撤去力，课本就停止，由此，得出一个结论：力是维持物体运动的原因。教师扮演亚里士多德的角色，引出力和运动的关系问题，进一步引出课题。接着引导学生开始回顾牛顿第一定律建立的历史过程。早在两千多年前，古希腊的哲学家亚里士多德就凭借着与刚才推课本实验一样的生活实例的观察，总结出了一个规律：力是维持物体运动的原因。他第一次提出了力与运动间存在关系。【实验2】将课本换成小车，对小车施加推力后，小车运动，撤去推力后，观察小车的运动状态，并解释。通过对实验的观察发现在撤去推力后小车仍然可以继续运动一段时间，但是最终又停了下来。你能够猜想：力与运动是什么关系？小车的运动遵循什么规律？以观察到的现象为基础提出猜想：物体在运动过程中，可能不需要力来维持。如果物体不受力的话，可能一直做匀速直线运动。二、运用理想实验，探索规律提出问题：如何证明提出的猜想是否正确？伽利略经过观察发现，当一个球沿斜面向下运动时，它的速度增大；而向上运动时，速度减小。那如果小球沿水平面运动时，它的速度应该不增不减。【实验3】重现伽利略的科学思维过程的理想实验教师课堂演示伽利略对接斜面实验（1）小球从铺有棉布的对接斜面由同一高度从静止释放，并在小球沿第二个斜面滚动的最高位置做标记提问：小球在第二个斜面滚动的最大高度与在第一个斜面上原来的高度有什么不一样？（2）取下棉布，小球由同一高度从静止释放，再滚上第二个斜面，并在小球沿第二个斜面滚动的最高位置做标记提问：通过实验发现，当取下棉布时，小球向上滚得高了，但是还是没能达到原来的高度，这是为什么？设疑：假如没有摩擦，小球将上升到怎样的高度？引导学生在实验基础上进一步科学地想象推理，理解当斜面没有摩擦时，小球在第二个斜面上将滚动到与第一个斜面等高的位置，认识没有摩擦这一理想状况。（3）减小第二个斜面的倾角，由同一高度从静止释放，小球滚上第二个斜面,并在小球停止处做一标志提问：通过刚才的实验，我们发现，减小第二个斜面的倾角时，小球运动得更远了，请学生解释一下这是为什么呢？提问：同学们再想想，继续减小斜面倾角，减小、减小...，直到斜面水平放置。假如说水平轨道无限长，假如说没有摩擦，小球会怎样运动？引导学生在实验基础上进一步科学地想象推理，没有摩擦这一理想情况。强调：假如没有摩擦，假如轨道足够长是一个理想的条件，这在实际中是无法实现的，但这又是在实验基础上的猜想，是科学合理的推理。根据以上实验，总结得出伽利略的结论：运动的物体如果不受力，将一直运动下去，不会停止，但实际生活中既没有完全光滑的水平面，也不可能将水平面做的无限长。讲授：在这个研究过程中，伽利略创造性的提出和应用了理想实验这种理想化方法。伽利略理想斜面实验是不能在现实中实现的实验，但是它反映了一种物理思想。理想实验是建立在可靠的事实基础之上的，它以事实为依据，抓住主要因素，忽略次要因素，从而深刻地揭示了自然规律。这就是理想实验的魅力。讲授：我们不仅学习伽利略的理想实验方法，还需要对当时的科学背景与社会背景有所了解。亚里士多德是伟大的哲学家，是学术界的权威，他的观点也被宗教、神学所接受。所以伽利略提出自己观点后受到了极大迫害。伽利略不惧权威、敢于质疑、坚持真理的精神也是值得我们学习的。爱因斯坦曾经这样评论伽利略：伽里略的发现以及他所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。但是伽利略结论依旧存在不足之处，他只说没有摩擦力，小球将一直运动下去，对于小球以后的运动状态，没有给出准确的描述。法国科学家笛卡儿经过研究补充完善了伽利略的观点：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。【总结】力不是维持物体运动的原因，而是改变物体速度的原因。这就是伽利略的观点。三、建立牛顿第一定律英国科学家牛顿在伽利略、笛卡儿等前辈科学家研究的基础上，总结成动力学的一条基本定律，就是牛顿第一定律（Newtonfirstlaw）。牛顿第一定律又叫做惯性定律（lawofinertia）。（1）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。（2）意义1）牛顿第一定律正确揭示了力和运动的关系，纠正了力是维持物体运动的原因的错误观点，明确指出了力是改变物体运动状态的原因。2）牛顿第一定律揭示了一切物体都具有保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质——惯性（inertia）。四、惯性以及对惯性的理解请同学们举一举生活中的例子，来说一说物体具有惯性。【实验4】桌面上每组同学都有一个水瓶，还有一张纸条，学生做游戏，将水瓶倒放在纸条上，看谁能将纸条抽出，水瓶还能立在那里不倒，并利用所学知识进行解释。【结论】惯性是物体的固有属性，即一切物体都有惯性。惯性与物体是否有速度及速度的大小、处于固液气哪种状态均无关。牛顿在解释惯性的时候说，惯性是物体抵抗运动状态变化的本领。这种本领的大小是不一样的，这种本领的大小又和什么因素有关呢？也就说惯性的大小和什么因素有关呢？同学们请阅读课本“思考与讨论”并通过实例或者是简单实验进行分析。【实验5】演示：请一位学生来讲台上吹铁架台上吊的两个质量不同的布袋。通过观察演示实验试分析：物体的惯性大小跟哪些因素有关系？【结论】质量（mass）是物体惯性大小的量度。①惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性②质量是物体惯性大小的唯一量度，质量越大，惯性越大。讲授：在初中，我们把质量理解为物体所含物质的多少；现在，又从物体惯性的角度认识质量。以后我们还会通过物体间的引力认识质量。我们对于科学概念的认识就是这样一步一步深入的。【实验6】平放置的瓶内装有水，其中有气泡，当瓶子从静止状态突然向前加速运动时，小气泡在瓶内将向何方运动？学生观察现象并解释。学生：因为当瓶子从静止状态突然向前加速运动时，瓶中的水由于惯性要保持原有的静止状态，相对瓶来说是向后运动，气泡也有惯性，但相比水来说质量很小，惯性小可忽略不计，所以气泡相对瓶子向前移动。六、当堂练习，深化理解（1）运用规律解决问题，加深对牛顿第一定律的理解【练习1】关于牛顿第一定律的理解正确的是（）A．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律B．在水平地面上滑动的箱子最终停下来，是因为没有外力维持箱子运动的结果C．不受外力作用时，物体的运动状态可能变化D．奔跑的小朋友，由于遇到障碍而被绊倒，这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态（2）对惯性的理解及应用【练习2】战斗机在进入战斗状态时，要丢掉副油箱，这样做的目的是（）A．减小惯性，使运动状态易于改变B．增大速度，有利于运动状态的改变C．增大加速度，使运动状态不易改变D．减小重力，使运动状态保持稳定六、课堂小结，梳理收获引导学生总结学习的牛顿第一定律、惯性等知识；理想实验、控制变量法等方法；科学家的创造性思维品质，不畏权威、敢于质疑、坚持真理的科学精神。七、布置作业（1）课本87页“练习与应用”中1-3题。（2）感兴趣的同学阅读课本86页“拓展学习”中的“惯性参考系”，并查阅相关资料，拓展知识面。（3）课后可以查阅《墨经》、《考工记》、《论衡》等著作，了解中国古代科学家在力学方面的科学成就。板书设计4.1牛顿第一定律一、理想实验伽利略斜面实验示意图二、牛顿第一定律1.内容：2.意义：①②三、惯性质量《4.1牛顿第一定律》课后反思本节课利用“意念螺丝”魔术创设问题情境，激发学生的求知欲，引入新课，探索运动与力的关系。在实验设计上，充分挖掘身边的物品作为教学器材，让学生通过演示实验和分组实验充分经历牛顿第一定律和惯性的探究过程，在具体情境中解决问题，增强感性认识。在教学中，注意发挥教师的主导作用和学生的主体作用，教师演示实验操作科学规范，学生分组实验积极动手、主动学习、勇于探索，培养科学探究能力，提升物理核心素养。同时注意与初中内容建立联系，在原有认知的基础上形成更为深刻的认识。体现大单元教学整合性强的特点，与前三章运动学、相互作用等已有知识点建立关联，同时为