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1、牛顿第一定律的教学设计宝鸡市渭滨区职业教育中心 周 倩【教学目标】一、知识目标1. 知道理想实验是科学研究的重要方法2. 知道牛顿第一定律的建立的过程,理解该定律的内容和意义3. 知道什么是惯性,会正确解释有关现象4. 能正确理解力和运动的关系二、能力目标1. 培养学生的观察分析能力、抽象思维能力及应用定律解决实际问题的能力,培养学生阅读分析能力三、德育目标1. 使学生学会透过现象探求事物本质的研究方法,理解实践是检验真理的唯一标准2. 通过物理学史料,教育学生不要迷信权威、敢于向权威挑战,要有勇于追求真理的科学精神3. 通过牛顿第一定律的建立过程分析阅读,让学生理解“实验+推理”研究方法,认
2、识到“定律建立过程”是一个逐渐完善的过程.【教学重点】1. 牛顿第一定律的建立过程、内容和意义2. 惯性的概念3. 理想实验研究方法【教学难点】对牛顿第一定律与惯性的理解【教学方法】实验验证法、多媒体演示法、阅读分析法、启法讲解、互相讨论等多种综合运用【教学用具】小车、毛巾、棉布、玻璃、斜面 木块、气垫导轨、充气机、滑块、多媒体课件 【教学过程】（一）引入课题开门见山，阐述课题：在第一章我们学习了怎样描述物体的运动，但是没有进一步讨论物体为什么会做这种或那种运动，要讨论这个问题，必须知道运动和力的关系。在力学中，只研究物体怎样运动而不涉及运动和力的关系的分科叫做运动学研究运动和力的关系的分科叫
3、做动力学从这节课开始我们研究动力学的知识。动力学知识在生产和科学研究中有着重要用途。动力学的奠基人是英国科学家牛顿他在1678年出版的自然哲学的数学原理中，提出了三条运动定律，这三条定律总称为牛顿运动定律，是整个动力学的基础，（1分钟）（课件演示运动学和动力学的概念）1、在力学中只研究怎样运动而不涉及运动和力的关系的分科叫做运动学2、研究运动和力的关系的分科叫动力学3、动力学知识在生产和科学研究中有着重要用途4、动力学的奠基人是英国科学家牛顿1678年出版的自然哲学的数学原理是牛顿的动力学奠基之作这一节课我们来学习牛顿第一定律。教师活动：下面请同学们阅读课文第一部分，结合日常生活经验和已学的物
4、理知识来回来这样一个问题？运动着的车在撤去外力之后为什么总要停下来呢？”你同意亚里士多德的“力是维持物体运动的原因”这个观点吗？为什么？（课件演示问题）学生活动：自由回答，并引导让学生以生活实例或实验为依据证实自己的结论。 学生举例，大家探讨交流。比如，用手推动小车后，撤去外力后，小车仍是运动的。运动不需要力来维持。教师引导总结：（课件展示）亚里士多德理论：力是维持物体运动的原因。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。不足：它是一种经验之谈，是一种错误的理论。亚里士多德观点的错误来自于日常经验所带来的直觉认识这种错误观点持续了两千年.教师引导：爱因斯坦曾把一代一代科学家探索自然
5、奧秘的努力，比做福尔摩斯侦探小说中警员破案的过程。在侦探故事中，有时候明显可见的线索却把人们引到错误的判断上去，也就是说，光凭经验来做判断常常是靠不住的。长期以来，在研究物体运动原因的过程中，人们的经验是：要使一个物体运动，必须推它或拉它。因此，人们直觉地认为，物体的运动是与推、拉等行为相联系的，当不再推、拉的话，原来的运动便停止。根据这类经验，亚里士多德得出了上述结论：他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。然而，在探究运动原因的“侦探小说”里，这正是由明显的线索引出的错误判断，而且这个“错案”竟维持了近两千多年。直至三百多年前，伽利略才创造了有效的“
6、侦察”方法，发现了正确的线索，物体的运动是不需要力来维持的。揭示了现象的本质。成为物理学中的“福尔摩斯”。今天让我们大家也来做一次物理学中的“福尔摩斯”。请大家根据前面的预习和桌子上的实验仪器自己设计两组实验来探索“运动和力”的关系。（2分钟）（二）实验探究学生活动：让学生根据桌子上的实验仪器根据课前预习自行设计实验，分组实验，交流实验结果。实验内容：观察从同一高度由静止开始运动的小车，分别运动到铺有毛巾、棉布、木板和玻璃的水平面上时，在水平面上滑行的距离是否相同。教师活动：1、巡回指导，2、用课件演示第一个实验过程。（课件展示实验过程）3、引导学生继续探讨：小车为什么在不同的水平面滑行的距离
7、不同？为什么会停下来？学生活动：认真思考探讨（摩擦阻力不同，有摩擦阻力的缘故。）教师启发：（课件展示实验结果，表格形式）实验次数表面材料阻力大小滑行距离1毛巾最大最短2棉布较大较长3玻璃较小长推理想象光滑表面阻力为零无限长根据以上实验结果请大家做一个大胆的猜测：如果没有摩擦阻力，物体将会处于一种什么样的运动状态？（静止或运动）？学生活动：发挥想象大胆猜测（一直运动）教师总结：设想没有摩擦，一旦物体具有某一速度，物体将保持这个速度继续运动下去。教师启发：伽利略是如何证明自己观点的呢? 请大家从结合第三部分内容，从客观事实、实验假想和实验推理三个方面去探讨。学生回答：阅读课文伽利略的理想斜面实验，
8、并分析探讨。教师活动：1、播放实验录像。让学生理解整个实验过程。学生活动：观看实验录像，分析探讨师生探讨：学生大胆发言谈自己的观点。教师小结：（课件展示）客观事实：小球从一个斜面的高处滚下，会滚上另一个对接的斜面，摩擦力越小，越接近原来的高度假 设： 摩擦力大小为零，观察小球在另一个斜面的运动情况推 理： 在没有摩擦阻力的情况下，小球将会达到同一高度 对接斜面倾角越小，运动距离越远 对接斜面倾角为零，小球永远运动教师活动：为了进一步加深学生对理想实验的理解，教师可再用多媒体课件动态直观展示伽利略的理想斜面实验。课件要有以下效果：（播放多媒体课件） （1）对称斜面，没有摩擦小球滚到等高。（2）减
9、小另一侧斜面倾角，小球从同一位置释放要滚到等高，滚动距离就会越远。（3）把另侧斜面放平，小球要到等高，就会一直滚下去。根据这一现象伽利略得出了什么样的结论？学生活动：观察并回答提出的问题：运动的物体如果不受摩擦阻力的作用，物体将匀速运动下去。教师启发：这个实验为什么叫理想实验？学生回答：摩擦力不可能消失，是一种理想情况教师小结：（课件展示） “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”。伽利略的实验虽然是理想的实验，但它是建立在可靠的事实基础之上的，这类理想实验以可靠的事实为基础
10、，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，从而更深刻地提示了自然规律。所谓理想实验=可靠事实+理论思维。它是自然科学理论研究中的重要方法。希望同学们在以后的研究中正确大胆的加以应用。下面我们来共同探讨一下伽利略由理想实验得到的理论及他对物理学的贡献，还有不足。师生探讨：（课件展示）伽利略理论：物体不受摩擦阻力时，运动的物体一直以恒定速度运动。物体的运动不需要力来维持。贡献：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。不足：没有回答运动物体的方向是否变化。经后人的研究表明，伽利略的大胆推测是正确的，但还不够完善。
11、和伽利略同时代的法国科学家笛卡尔进一步补充和完善了伽利略的观点。笛卡儿：如果没有其它因素，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。（课件展示）理论：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，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。贡献：1.明确匀速直线运动； 2.指出速度改变是有原因的。不足：没有回答静止的物体不受别的因素影响时的运动状态变化情况。 教师活动：我们认可了伽利略和笛卡尔对于力和运动的关系，实际上，笛卡儿的理论也不够完善，他没有回答静止的物体不受别的因素影响时的运动状态变化情况。进一步补充和完善了运动和力的关系的人是牛顿，他在
12、伽利略等人的研究基础上，并根据他自己的研究，系统地总结力学的知识，提出了牛顿第一定律。（三）得出结论学生活动：阅读书上关于牛顿第一定律的部分内容。教师活动：检查学生阅读情况（课件展示）牛顿第一定律：1.牛顿第一定律的表述：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状态为止教师活动：为了进一步验证这个结论的正确性，我们下面用气垫导轨消除摩擦。让滑块在导轨上滑动，利用光电门测出滑块在不同位置的速度，判断一下滑块在无摩擦阻力作用时做什么运动？学生活动：两个学生在前面做演示实验，其他学生记录数据并比较，得出结论。结论：滑块在无摩擦阻力作用时做匀速直线运动教师活动：为了进一步加深
13、对实验的理解，验证它的正确性。（播放课件用气垫导轨验证牛顿第一定律实验录像）（课件展示）2.物理意义：（1）它阐述了当物体不受外力或所受合外力为0时，物体的运动状态是静止或做匀速直线运动。（2）指出了物体的运动并不需要力来维持，力是改变物体物体运动状态的原因（3）指出了一切物体都具有保持原来匀速直线运动状态或静止的性质（惯性）教师活动：检查学生对惯性的理解。（课件展示）惯性：物体的这种保持原来匀速直线运动状态或静止的性质叫做惯性（所以牛顿第一定律又叫惯性定律）惯性是一切物体固有的属性一切物体不管是否受力，也不管它是否运动和怎样运动，都具有惯性车启动时，人是前倾还是后仰？车停止运动时，情况又怎样
14、？为什么？学生活动：学生的讨论回答对惯性的认识教师活动：视频演示惯性现象及实例分析。 教师活动：所以我们把牛顿第一定律又称为惯性定律。但两者是有本质区别的。（课件展示）1. 惯性是物体本身固有的一种属性,它与物体是否受力无关,它反映了物体抵抗运动状态变化的本领大小。2. 惯性定律是物体不受外力作用时所遵从的运动规律,它描述的是一种理想化的情况.在对牛顿第一定律的理解中，我们说力是改变物体运动状态的原因，那么你们怎么理解“运动状态的改变”？请大家一起来探讨一下课后的几个习题，以加深对这个问题的理解。学生回答：学生积极发言。师生共同探讨。（课件展示）教师小结：运动状态的改变指的是速度的大小和方向发生变化。速度大小变，方向不变 （匀变速直线运动）速度大小不变，方向变 （匀速圆周运动）速度大小变，方向变 （曲线运动）教师引导：（课件展示）力的作用运动状态变速度变加速度产生力是产生加速度的原因（四）课堂小结：（课件展示）科学家们对运动和力关系的探索过程及成果a）亚里士多德理论：力是维持物体运动的原因。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。不足：它是一种经验之谈，是一种错误的理论。b）伽利略理论：物体不受摩擦阻力时，运动的物体一直以恒定的速度持续运动下去。（两个实验为基础）（理想实验=可靠事实+理论思维）贡献：（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
