1. 牛顿第一定律教学设计

曲靖一中麒麟学校

2018-5-24

教

案

教材：教科版必修一第三章第一节

课题：牛顿第一定律

学校：曲靖一中麒麟学校

执教教师：唐波

2018年5月24日

第一部分

教学设计

第1节

牛顿第一定律

一、设计思想

本节课是必修一的重点，有三个关键点：一是伽利略的理想实验方法；二是对牛顿第一定律的理解；三是对惯性概念的理解。

教学设计注重学生知识的形成过程和对知识的真正理解，采用实验探究的学习方式，培养学生收集信息、处理信息、分析论证的能力，养成实事求是的科学态度和良好的合作习惯。

二、教材分析

在《普通高中物理课程标准》共同必修模块物理一的内容标准中涉及本节内容有：

（1）通过史实，初步了解近代实验科学产生的背景，认识实验对物理学发展的推动作用。

例1 了解亚里士多德关于力与运动的主要观点和研究方法。

例2 了解伽利略的实验研究工作，认识伽利略有关实验的科学思想和方法。

（2）理解牛顿第一定律，用牛顿第一定律解释生活中的有关问题。

教材首先对人类认识“运动和力”的关系作了历史的回顾，介绍了三位科学家研究运动和力的关系的思想方法及卓越贡献。然后进行伽利略理想斜面实验，体会理想实验的思维方法。最后讲述牛顿第一定律的内容和物体惯性的概念。这是初、高中知识相衔接的一节课程。学生已经了解了牛顿第一定律的基本内容，所以在教学设计上应以教材中有关“力是运动的原因还是改变运动的原因”这一问题认识的发展历史为线索，以科学思想、科学方法教育与思维能力培养为主要目标。教学的侧重点应放在理解人类认识“运动和力”的关系研究、思考、推理过程，学习科学研究中常用的理想实验方法。在牛顿第一定律内容的学习上，注重知识的理解及与生活实际的联系。

三、教学目标

【知识与技能】

1.了解发现牛顿第一定律的历史过程，并能作出初步评述。

2.能清楚地描述伽利略设计的理想实验和推理结论。

3.能准确表述牛顿第一定律，并能对定律有深入地理解。

4.理解惯性的概念，会用惯性解释有关实际问题。

【过程与方法】

1、通过重做伽利略的理想斜面实验，体会理想实验的科学方法

2、通过气垫导轨的实验，进一步深入理解牛顿第一定律，体会理想情况和现实情境的差别与近似处理的方法

【情感态度与价值观】

1

通过运动和力的关系的历史探究过程，使学生体会规律的形成都有一个从感性到理性、从低级到高级的产生、发展和演变的过程。

四、教学重点、难点

重点

：理想斜面实验、牛顿第一定律

难点：惯性的理解

五、教具准备：

演示实验：斜面实验装置

六、教学方法

思维点拨

实验探究

自学引导

七、课时安排

1课时

八、教学过程

教学环节

教

学

活

动

情景一：播放视频，视频展示的是汽车在空中向前飞跃的情景。

教师：我们看到汽车离开地面后，已经失去了向前的动力，为什么它依然向前飞跃了很长的距离？

（学生思考并回答）

引入

新课

情景二：播放视频，视频展示交通事故时情景。

教师：机动车行驶时，司机和乘坐人员必须使用安全带，为什么？

（学生思考并回答）

情景三：表演，在玻璃杯上放一纸片，纸片上放一个荔枝，快速弹开纸片

教师：纸片被快速弹开后，荔枝为什么没有跟着飞出去？

（学生思考并回答）

设计说明

通过创设情境，激发学习兴趣，同时回顾初中知识，自然过渡进入课题。

过渡：从刚才的题目中，同学们发现运用了初中知识，用到了哪些知识？

流程一

新

课

初中表述：物体在不受力时，总保持静止或匀速直线运动

高中表述：一切物体总保持静止或匀速直线运动，直到有力迫使它改变这种运动状态为止

层层递进

步步为营

诱导学生

理论分析

使知识在

逻辑上有

个轮廓

：

过渡：高中表述与初中不同，在这个描述中，究竟隐含了哪些内容？引导学生回顾分析，从逗号分开

包袱1：逗号之前，一切物体总保持静止或匀速直线运动状态，需要条件吗？

（学生思考并回答）

教

初中

包袱2：是不是在什么情况下都能静止或匀速直线运动呢？

学

内（学生思考并回答）

容，与

过渡：也就是物体在不受外力时可以运动，怎么运动？

（学生思考并回答）

包袱3：那我们换句话说，实际物体的运动需不需要用外力来维持呢？

2

高中对比

（学生思考并回答）

过渡：那既然力不是维持物体运动的原因，力到底对物体的运动起到什么样的作用呢？

（学生思考并回答）

过渡：在这儿物体的运动状态通常是用那个物理来表示呢？

（学生思考并回答）

例：物体由静止开始加速

物体作减速运动

物体作匀速圆周运动

上述过程运动状态改变了没？如何改变/ 总结：速度是个矢量，无论大小还是方向的改变，都称速度变化了。

过渡：初步分析完高中牛顿第一定律，我们来跟初中进行一下比较，从内容上看，是否相同？

（学生思考并回答）

引导：初中分析的是在什么情况下的运动状态？

（学生思考并回答）

引导：但是我们高中表述还进一步讲明了受力是会怎么样？

（学生思考并回答）

过渡：我们还有一个问题，通过这个定律，能不能这样说，只要物体处于静止状态或匀速直线运动状态，那就说明这个物体一定不受力的作用？

（学生思考并回答）并举例说明

包袱：那这和牛顿第一定律有矛盾吗？

（学生思考并回答）

引导总结：在前面力的合成中我们提到合力为零与物体不受力在改变物体的运动状态上它的效果是相同的，所有，平时遇到的匀速直线运动或静止状态都是在什么情况下？

（学生思考并回答）

过渡：我们现在回过头来看牛顿第一定律，大家有没有发现，这条定律其实讲述的是谁与谁的关系？

过渡：这个有关力与运动之间关系的规律是怎样建立起来的？历史曾有哪些人物对这一关系提出过比较有影响力的看法？

学生阅读教材…

3

二

：

历史的回教师：在牛顿之前，关于力和运动关系的研究，历史上有三位科学家做出了重要的贡献。请大家结合课本，完成学案“历史的回顾”部分的表格。

学生：阅读课本，完成学案。

教师：下面，咱们全班同学分为三个学派，最左边两列的同学是亚里士多德学派，中间四列是伽利略学派，最右边两列是笛卡尔学派。请大家交流一下各自学派的代表观点。

学生：交流观点，达成共识。

师：下面有请各学派陈述自己的观点。

生：分别陈述。

引导学生了解科学家时代背景：

亚里士多德：公元前384年-322年，人们对科学茫然无知，而在这种时代背景下的亚里士多德，他却能比别人更深入的思考一些问题，比如：他看到，马拉车，车就可以运动，马停，车也停下来等等一些生活现象，他就提出了自己对力与运动的看法，那就是有力才有运动，没有力物体就要停止，换句话说，顾

物体的运动不需要力来维持，由于它非常符合眼见为实的观点，因此，被人们

视为真理，因此，延续到17世纪，已经过了近2000年。

伽利略：在这个时代，科学以及生产力已经有了很大进步了，人们对待问题的看法开始注重从事实出发，从实践出发，而伽利略正是这个时代一个伟大的杰出代表人物，他通过观察、实验发现，其实眼见不一定为实，在力与运动的认识上，他提出了与亚里士多德截然不同的观点，那就是物体的运动不需要力来维持。

过渡：当时一个被人们接受了、习惯了2000年的观点，现在伽利略突然提出的不同观点，被人们接受谈何容易，那么伽利略是如何证明自己的想法的呢？

伽利略用了一个非常规手段，现在让我们一起穿越时空，一起来到17世纪，

假如你是伽利略………………

明确任务，划分学派，使学生积极思考。

4

师：现在，我们都知道亚里士多德的观点是错误的。但是在他提出观点后的将近两千年里，人们都认为他是正确的。一方面是因为人们受到了生活经验的误导，忽略了摩擦力的存在。另一方面是因为人们受到了权威观点的限制，一直不敢提出质疑，直到伽利略的出现。那么，伽利略采取了什么方法取得了突破呢？

生：做实验。

师：很好，正是伽利略确立了实验在物理学中的基础地位。伽利略为了说明他的思想，设计了一个实验。下面，让我们一起来重复这个实三

：

伽新

利课

略理教

想学

斜面实验

伽利略理想斜面实验蕴含重要仪器介绍：这里有一个弯曲的凹槽，相当于将两个斜面平滑的连接在的思维方法，是牛一起。首先，我将一个小球从一个斜面静止释放，请大家注意观察小顿第一定律的实球冲上另一个斜面时，所能到达的最远位置。

验基础，是本节课助手选择：我想请一位同学用我手中的彩色胶带，帮助大家记录下这的重要教学部分，个位置。哪位同学愿意上来？好，这位同学。彩色胶带交给你，当你因此单独列为一看清位置后，就紧接着将彩色胶带粘到相应的位置后面。清楚了吗？部分。

采取了演示实好我们开始实验。

验、师生探究的模学生：观察实验，描述现象。

式。重点引导学生师生讨论。

在观察实验现象实验回顾：整个实验分为五个步骤，第一步，将小球静止释放，小球的基础上进行合冲上了另一个斜面。第二步，取出棉布，小球上升到了更高的地方。理的逻辑推理，体第三步，我们推测，如果没有摩擦，小球会上升到同一高度。第四步，会理想实验的思想。

减小第二个斜面的倾角，小球上升到同一高度时，会运动到更远的地为了进一步明方。第五步，将第二个斜面水平放置，小球为了达到原来的高度，会晰实验的思维过一直运动下去。

程，在进行实验师：通过实验，我们得到的结论是什么？

后，用课件进行了模拟。并通过对实生：如果没有摩擦力，运动物体会永远运动下去。

验中客观事实与师：实际情况中，我们不可能完全消除摩擦力，斜面轨道也不可能无逻辑推理部分的限长。因此我们将这个实验称作理想斜面实验。

区分，加强学生对师：实验中，哪些是客观事实，哪些是我们的逻辑推理？

实验的理解。

验。

生：思考、回答。

师：伽利略在一定实验事实的基础上，充分发挥逻辑推理的作用，克服了客观条件的限制，这就是理想实验的魅力之处。

揭示意义：爱因斯坦曾这样评价到，“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的最伟大的发现之一。”

师：在这一科学方法的引领下，人们不断加深对力和运动关系的认识，最终提出了牛顿第一定律。

5

四

：

再新

解课

读

牛教

顿学

第一定律

教师：牛顿第一定律解读。

学生：了解牛顿第一定律的内容，完成学案上填空。

师：这句话的前半句指出物体不受力时可能存在两种情况，运动的物体会保持相同的速度做匀速直线运动，静止的物体会一直保持静止。进而明确了，力不是维持物体运动状态的原因。【板书】2.理解(1) 力不是维持物体运动状态的原因。

师：这句话的后半句指出，如果物体的运动状态改变了，就表明物体受到了力的作用。进而明确了力是改变物体运动状态的原因。【板书】（2）力是改变物体运动状态的原因。

师：引入气垫导轨实验。

师：在自然界中，不受力的物体是不存在的。但是我们可以创造一些几乎不受力的条件，来近似感受这种情况。下面，我们就来进行一个实验。

生：观察实验，体会物体近似不受力的运动状态。

师：仪器介绍。

这里有一个气泵，一个平直导轨，一个滑块。在平直导轨上有很多细小的排气孔，当我打开气泵，会有气体喷出，将滑块托起，进而形成空气护垫，能大大减小滑块与轨道之间的摩擦力。在水平方向上，可近似认为滑块处于不受力的状态。

同时，滑块上固定了一个位移传感器，导轨的一侧固定了数据采集器。借助于数字实验室软件，可以获得滑块的位移时间图像。下面，我们打开软件，打开位移传感器。点击开始按钮，可以看到屏幕中出现了滑块的位移信息，此时，滑块静止，位移没有变化。当我推动滑块，位移发生了变化。点击停止记录按钮，我们可以回看刚才记录的情况。

生：了解器材、原理。

师：实验操作。

下面，我们开始进行实验。首先，打开气泵，将导轨调节水平。当滑块几乎不动时，可认为水平已调节好。将滑块放到导轨的一端，请大家注意观察屏幕上的位移时间图像。

生：观察实验。

师：实验分析。

可以看出在摩擦力非常小的情况下，物体的速度几乎保持不变，近似于匀速直线运动。牛顿第一定律是利用逻辑思维对客观事实进行分析的产物，他不能被实验直接证实，但大量事实都显示了他的正确性。牛顿本人也非常谦虚，他说过一句话，如果说我看的比别人更远一些，是因为我站在了巨人的肩膀上。

师：引入思考问题。

下面，我们来依据牛顿第一定律，回答本堂课开始时，我们提出的那个问题。在汽车特技表演的视频中，汽车离开地面后，已经失去了动力，依然能够向前飞跃很长的距离，这是为什么呢？

生：思考讨论，得出结论。

对牛顿第一定律的理解设计了三个环节：首先由教师进行初步解读，分为不受力的状态和受力的状态。然后通过气垫导轨实验体会物体近似不受力的状态，以及受力后运动状态改变的情况。最后通过具体情境的分析，在应用中加深理解。

6

师：引入惯性。

同学们提到了一个概念，惯性。这也是牛顿第一定律的精髓所在。为什么物体的运动不需要力来维持呢？牛顿归结为物体的一种固有属性，称为惯性。牛顿第一定律也被称为惯性定律。

师：理解惯性。

新

五

：

课

惯教

性学

与质

量

牛顿指出，原本静止的物体总想保持静止，原本运动的物体总想以相同的速度做运动。

【生】列举生活实例。

【师】点评、总结。

牛顿指出，所有的物体都具有这样的一种性质，一切物体都有惯性。而且任何情况下，物体都具有这种性质，惯性是物体的固有属性。

【师】一切物体，在任何状态下都具有这样的一种性质。具体有两种体现：不受力时，保持匀速直线运动状态或静止；受到力时，表现为运动状态改变的难易程度。

师：引入吹球实验

生：观察现象，得出结论。

师：质量是惯性大小的唯一量度。

对惯性概念的理解是把握牛顿第一定律的关键。通过教师阐述、学生举例、师生共析、实例感知，逐层加深对惯性的理解。

课堂

总结

教师活动：

出示PPT总结板书和知识网络

学生活动：（1）学会什么方法？体会到一个什么过程？

（2）学会的知识内容是什么？

充分肯定学生的表达，适当加以补充。

巩固练习

1.完成课后配套训练

2.从力是改变速度的原因这个角度去寻找力与加速度的关系

3.亚里士多德、伽利略、牛顿的贡献

4.查阅资料翻看爱因斯坦等科学家对牛顿第一定律的发展

突出重点

7

九、板书设计：

第一节

牛顿第一定律

一、牛顿第一定律

1.初中表述：

2.高中表述：

3.理解：

二、历史的回顾。

三、理想斜面实验。

实验+推理

四、惯性。

（1）物体的运动不需要力来维持

（2）力是改变物体运动状态的原因

（3）物体不受力时，保持匀速直线运动或者静止状态

8 1.内容：

2.理解：一切

质量是惯性大小的唯一量度

第二部分—导学案

一、对力和运动关系的看法（认真阅读教材p68页完成下列问题）

二、伽利略的理想实验

①（实验事实）两个斜面，小球从一个斜面的某一高度滚下，将到达另一个斜面的某一高度

②（科学推想）若另一个斜面光滑，则小球一定会滚到另一斜面的 高度

③（科学推想）若降低另一个斜面的坡度，则小

球 高度，不过，在另一个斜面上

将滚得更远

④（科学推想）若把另一个斜面改成光滑的水平

面，则物体将 。

1.结论

一旦物体具有某一速度，如果它不受力，物体将以这个速度匀速运动下去．也就是说，力不是维持物体运动的原因，而恰恰是改变物体运动状态的原因．

2.意义

(1)提供了一种非常重要的研究方法：“实验＋科学推理”的方法．

(2)揭示了力是改变物体运动状态的原因．

例题1（多选）17世纪，意大利物理学家伽利略根据“斜面实验”指出：在水平面上运动的物体之所以会停下来，是因为受到摩擦阻力的缘故，你认为下列陈述正确的是

A.该实验是一理想实验，是在思维中进行的，无真实的实验基础，故其结果是荒谬的。

B.该实验是以可靠的事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，从而更深刻地反映自然规律

C.该实验证实了亚里士多德“力是维持物体运动的原因”的结论

D.该实验为牛顿第一定律的提出提供了有力的实验依据

3．力与物体的运动状态

（1）

是描述物体运动状态的一个物理量，它是矢量，既有大小又有方向．

(2)当物体的速度大小和方向都保持不变时，则这个物体的运动状态保持不变．

当物体的速度发生变化时，则这个物体的运动状态发生了变化．物体的运动状态变化有以下三种情况：

①速度的方向不变，大小改变．②速度的大小不变，方向改变．③速度的大小和方向都发生改变．

（3）.力是改变物体运动状态的原因，不是维持物体运动状态的原因，物体运动状态发生改变必定受到不

1

为零的外力作用。

三、牛顿第一定律

1、牛顿的总结：一切物体总保持 状态或 状态，除非

迫使它改变这种状态，这就是牛顿第一定律。

①牛顿第一定律反映了力不是

，力是

。

②牛顿第一定律不是实验定律，是在可靠的实验事实的基础上，利用逻辑思维对事物进行分析的产物，不能用实验直接验证。

③提出了惯性的概念，它在牛顿运动定律中有极其重要的地位。

知识点三、惯性[来源:Zxxk.Com]

2、物体

的性质，叫做惯性。惯性是物体的

，与物体的运动状态、物体是否受力均无关；

是惯性大小的量度，

越大，惯性就越大；

越小，惯性就越小。

①任何物体都有惯性，任何状态下都有惯性（错误的说法：只有在匀速直线运动或静止的状态时才有惯性）

②惯性不是一种力（错误的说法：物体受到惯性力的作用，所以要保持原有的运动状态）

③惯性有大小，惯性的大小只与物体的质量有关，质量大，惯性就大；或者说：质量是惯性大小的量度。（错误的说法：速度大的物体惯性大）

例2.（多选）下列对运动的认识，正确的是

A、牛顿认为力的真正效应总是改变物体的速度，而不仅仅是使其运动

B、伽利略仍为力是维持物体运动的原因

C、亚里士多德认为物体的自然状态是静止的，只有当它受到力的作用时才会运动

D、伽利略根据理想实验得出：如果没有摩擦，在水平面上的物体一旦具有某个速度，将保持这个速度继续运动下去

例3.以下各说法中不正确的是（

）

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、不受外力作用时，物体运动状态保持不变是由于物体具有惯性

C、在水平地面上滑动的木块最终要停下来，是由于没有外力来维持木块的运动

D、物体运动状态发生变化时，物体必定受到外力的作用

2

第三部分——配套训练练习

1.

关于牛顿第一定律，下列说法正确的是………………………(

)

A.牛顿第一定律是一条实验定律

B.牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因

C.惯性定律和惯性的实质是相同的

D.物体的运动不需要力来维持

2．伽利略的理想实验证明了（

）

A．要物体运动必须有力作用，没有力作用物体将静止

B．要物体静止必须有力作用，没有力作用物体就运动

C．物体不受外力作用时，一定处于静止状态

D．物体不受外力作用时，总保持原来的匀速直线运动或静止状态

3．如图所示(俯视图)，以速度v匀速行驶的列车车厢内有一水平桌面，桌面上的A处有一小球．若车厢中的旅客突然发现小球沿图中虚线由A向B运动．则由此可判断列车

A．减速行驶，向南转弯

B．减速行驶，向北转弯

C．加速行驶，向南转弯

D．加速行驶，向北转弯

4.在水平的路面上有一辆匀速行驶的小车，车上固定一盛满水的碗．现突然发现碗中的水洒出，水洒出的情况如图所示，则关于小车在此种情况下的运动叙述正确的是(

) A．小车匀速向左运动

B．小车可能突然向左加速运动

C．小车可能突然向左减速运动

D．小车可能突然向右减速运动

5．伽利略根据小球在斜面上运动的实验和理想实验，提出了惯性的概念，从而奠定了牛顿力学的基础，早起物理学家关于惯性的下列说法，其中正确的是

A、物体运动的速度越大，其惯性越大

B、没有力的作用，物体只能处于静止状态

C、物体做变速运动时，物体没有惯性

D、运动物体如果没有受力的作用，将继续以同一速度沿直线运动

6．由牛顿第一定律可知

A．力是维持物体运动的原因

B．物体只有在不受外力作用时才具有惯性

C．静止或匀速直线运动的物体，一定不受任何外力作用

D．物体做变速运动时，必定有外力作用 7．物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质称为惯性．下列有关惯性的说法中，正确的是（

）

A．乘坐汽车时系好安全带可减小惯性

B．运动员跑得越快惯性越大

C．宇宙飞船在太空中也有惯性

3

D．汽车在刹车时才有惯性

8．一汽车在路面情况相同的公路上直线行驶，下面关于车速、惯性、质量和滑行路程的讨论，正确的是（

）

A、车速越大，它的惯性越大

B、质量越大，它的惯性越大

C、车速越大，刹车后滑行的路程越长，惯性不变

D、车速越大，刹车后滑行的路程越长，所以惯性越大

9：伽利略理想实验将可靠的事实和理论思维结合起来，能更深刻地反映规律，有关的实验程序内容如下：

（1）减小第二个斜面的角度，小球在这个斜面上仍要达到原来的高度。（2）两个对接的光滑斜面，使静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面。（3）如果没有摩擦，小球将上升到释放的高度。（4）继续减小第二个斜面的倾角，最后使它处于水平位置，小球沿水平面做持续的匀速运动。请按程序先后次序排列，并指出它究竟属于可靠事实，还是通过思维过程的推论，下列选项中正确的是：(

)A．事实2→事实1→推论3→推论4

C．事实2→推论3→推论1→推论4

B．事实2→推论1→推论3→推论4D．事实2→推论1→推论4

4