1. 牛顿第一定律优质课教案

《牛顿第一定律》的教学设计

【设计思想】新课程倡导学生探究学习，要乐于探究，而学生乐于探究的动力源泉是他们的兴趣，所以课堂教学中教师要想方设法把物理学科的特点和学生的兴趣点交织在一起，才不至于探究流于形式。本设计通过学生游戏着手，引出在研究力和运动的关系中，不能忽略摩擦这一客观存在的事件开始，进而“还原”一段人类探索力和运动关系的曲折历史，并充分利用教学资源和各种教学手段，在广泛调动学生积极性的基础上，组织学生展开对力和运动关系由表及里、由浅入深的层层探究，最后又让学生带着关于游戏的“残留问题”走出课堂，体现“从生活走向物理，再从物理走向生活”的理念。在关心学生掌握基础知识的同时，又重视对学生进行“过程与方法”的指导，更关注挖掘

“情感态度与价值观”等育人素材。

【教材分析】牛顿运动定律是整个力学体系的基石，而牛顿第一运动定律又是这个“基石”中的“基石”，它定性地揭示了力和运动的定性关系，提出惯性的概念，也为定量研究力和运动的关系拉开了序幕。本节教材与初中《自然科学》中的“牛顿第一定律”最大不同在于增设了理想斜面实验，这是学生得出和理解牛顿第一定律之前必须要“攻克”的一个环节，其中又蕴涵了重要的科学方法，故对这一部分内容要格外引起重视。而惯性知识又是对牛一定律的深化与应用，它贴近生活，联系社会实际，又蕴涵着大量的育人素材，尽管学生初中有所了解，在组织学生学习的过程中，也不可轻描淡写。《浙江省学科教学指导意见》特别指出：“通过教学让学生明确力和运动的关系，提升对力、惯性、质量等基本概念的理解。绝不可将牛顿第一定律当做牛顿第二定律的推论来处理。”且规定本节内容的教学课时数为1课时。

【学情分析】学生对牛顿第一定律有所了解，但停留在一知半解的层面上，更不知道这个定律是如何推导出来的（尽管初中教材中有安排了推导过程，但由于种种原因，学生的印象不深，且初中教材对此规律的推导过程是有区别的），而且学生对机械能守恒的理解也不深刻，也不会用此规律来推导理想斜面上小球的运动情况。故此实验所需的思维能力要求对高一学生来说有一定难度。根据这个现实，课堂上要“还原”一段历史，从伽利略对灯的摆动的研究开始，为理想斜面实验的学习做好铺垫。学生对于“质量是惯性唯一的量度”更是缺乏认识，很可能凭借自己的生活经验，认为速度也是惯性的量度。教师要在课堂上充分引导，在深刻理解牛顿第一定律入手，配合演示实验、结合生活事例来澄清概念。

【教学目标】

1、

知识与技能目标

⑴了解亚里士多德对力和运动关系的论述以及存在的错误，知道什么是物体的运动状态，并能判断物体运动状态是否发生变化。

⑵知道伽利略的研究过程，知道什么是理想斜面。

⑶能说出牛顿第一定律的内容并理解其意义。

⑷知道惯性是一切物体的属性，知道质量是物体惯性大小的量度，并能用比较规范的语言正确解释有关现象。

2、过程与方法目标

⑴通过旋转陀螺游戏这一感性材料，得出“研究力和运动关系时，不能忽略摩擦存在”的事实。

⑵通过研究摆球的运动，启发推导理想斜面上物体的运动，从而得到“力是改变物体运动状态的原因”的结论，并领会理想实验也是研究自然规律的一种重要方法。

⑶通过实例分析，演示实验验证，师生共同探讨影响惯性大小的因素，得出“质量是物体惯性的唯一量度”的结论。

2、

情感、态度价与值观目标

（1）通过物理学史的介绍，使学生了解人类认识事物本质的曲折性，知道伽利略是个不畏权威，敢于质疑且善于观察生活的人。

⑵通过理想斜面的教学，体会理想实验的魅力所再：抓住主要矛盾，忽略次要因素，得出深刻的自然规律。

⑶通过对“影响惯性大小的因素”的探究活动，使学生领会在探索自然规律的过程中，切忌仅凭生活经验妄下结论。

⑷通过本节课展示的生活事例、小游戏和小实验，让学生体会生活中处处有物理，应该值得留意和思考。

【重点和难点】

1、

重点：牛顿第一定律，惯性

2、

难点：理想斜面实验；惯性大小的量度

【教学手段和策略】

学生学习牛顿第一定律的困难在于从生活经验中得到的一种被现象掩盖了本质的错误观念，认为物体的运动是力作用的结果。如推一个物体，它就不动，不再推它时，它便静止下来。为了摆脱这种错误的观念，首先要树立一个观点：研究力和运动时，不能忽视摩擦的存在，而教学中如何把这一理性思维以感性材料呈现出来，让学生仔细领会，是一个关键（其中安排旋转陀螺游戏的用意之一就在于此）。其次，还要区分物体的运动和运动的变化这两个概念，为揭示力和运动的关系做铺垫。然后通过伽利略的理想实验得出“力是改变物体运动状态的变化”这一论断。最后，在惯性知识的教学中再对此规律进行深化理解。教学中要充分利用多种教学手段，合理利用教学资源，充分而广泛地调动学生参与课堂的积极性。

【课前准备】

铁架台一架，小钢球一个，细绳三条，硬直铁丝一根，气垫导轨一个，实验小车三辆（规格相同），弹簧一根，滑板一块，陀螺（每生一个），火柴一盒，蜡烛一支，玩具水枪一把，木锤一把，象棋子若干。

【教学过程】

一、

导入新课

本章学习的内容是探索力和运动关系的动力学知识，并指出力和运动的关系与人类的生活、生产息息相关：小到孩童玩玩具，大到火箭升空，都跟“力和运动的关系”有关，但人们对“这个关系”的认识却走了一段很长的弯路。

游戏：体验童真

规则：每一桌（两位同学）为单位，各自把课桌上陀螺旋转起来，并想方设法让自己的陀螺转动时间比对方更长。

请“获胜者”谈“秘诀”。（可能的答案有：用很大的力转，挑选更光一些的地方，转的时候尽量保持陀螺的稳定性等等）

启发：其实，要使陀螺旋转的更久些，这是个比较复杂的问题，同学们也提出了许多具有建设性的方案，在本课结束后，大家还可以继续探讨这个问题。在这里，其中有一种方案值得大家关注——陀螺在更光一些的地方会转得更持久一些。请大家谈谈，原因何在？

（在学生思考，讨论的基础上）小结1：研究力和运动的关系时，不能忽略摩擦的存在！二、新课教学

1、

历史的回顾：

2、

古希腊学者亚里士多德根据日常生活的经验，如：人推桌子，桌子就运动起来，

停止用力，桌子就停下。得出“力是维持物体运动的原因”这一结论。

提问：对亚里士多德的这个结论你是怎么看待的？

引导学生引导用前面“小结”的观点分析此类问题，结果是：导致物体停止下来的原因，恰恰是摩擦的存在，可以说，是摩擦改变了物体的运动状态！此时，联系运动学知识，明确什么是物体的运动状态，怎样才算是运动状态发生变化。

通过同学们的分析，发现亚里士多德此观点是错误的，但当时却统治人类思想将近2000年！直到300多年前，伽利略通过自己的观察和思考对这个观点进行了质疑，并指出此结论错误的根源在于研究力和运动关系的时候，忽视了摩擦这一客观存在的事实，从而使人们对力和运动关系的认识误入歧途。同时，他通过仔细的观察，研究了灯的摆动，设计出著名的“理想斜面实验”来反驳亚里士多德观点。

演示1：简化了的“灯摆”（如图）

将小钢球用细线悬挂铁架台上，让小球摆动，通过实验发现，小球可以摆到跟释放点等高处，再用一硬直铁丝固定在铁架台上某点挡住细线，再观察，发现仍等高。

提问：此小球在摆动过程中有无受到阻力？

结论：有，但空气阻力很小！

启发：其实，我们发现小球每次都摆到“原来”的高度，是因为空气阻力的积累效果还不足以引起使小球的最大高度发生明显变化的原因。若小球经过多次摆动后，空气阻力的积累效果就比较大，小球摆不回原来高度的事实会很明显。但刚才的现象，已经可以给我们足够的启发了——小球好像总能够“记住”原来的高度！那么，当空气阻力完全不存在时，球又会怎么运动？

结论：小球每一次摆到的最大高度保持不变！

这也是伽利略受到的启发!他认为在正是这些阻力的“作祟”，才使得物体的运动变得如此复杂，而掩盖了物体运动本质上的一些真相。于是他忽略了一切摩擦，设计了著名的理想斜面实验。

多媒体展示：理想斜面意图，引导学生思考以下问题：

②

在A斜面某一特定位置（如图）处释放小球，小球会运动到哪里？

②

当减少B斜面的倾角，重复试验，小球将运动到哪里？

③

当再减少B斜面的倾角，小球又将运动到哪里？

④

当把B斜面变成水平，且无限长，小球又会怎么运动？

⑤

这个实验能说明力和运动有什么样的关系？

Flash动画演示：理想斜面实验

小结2：伽利略的理想斜面实验证明：力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。

实际上我们不能消除摩擦的存在，斜面也不可能做得无限长，所以把这个实验称为“理想实验”，但它以可靠的事实为基础，抓住事物的本质，忽略次要因素，展开合理的想象，得到深刻的自然规律，这是科学研究中一种重要的方法！（可帮助学生回忆质点模型的建立，这也是理想化研究问题的一种方法）

伽利略的实验虽然是个理想实验，但却符合科学道理。没有摩擦的情况是很难实现的，现代技术给我们提供了阻力很小的条件。（简介气垫导轨的原理）

演示2：气垫导轨上的滑块的运动

笛卡儿补充和完善了伽利略的观点，明确指出：除非物体受到外力的作用，物体将永远保持其静止或运动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动。

牛顿在这些前人研究的基础上总结出力和运动的一条基本规律，叫牛顿第一定律。

3、

牛顿第一运动定律

⑴牛顿第一定律内容：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。

分析和讨论：①“一切”：世间万物，无一例外；②“总”：物体固有的属性，不论处于什么状态；③“或”：指出了物体静止与匀速直线运动在受力的本质上上是一样的，即物体不受外力的作用。具体表现在：不受外力时，若物体原来静止，则继续保持静止状态，原来是运动的，则要做匀速直线运动。

小结3：牛顿第一定律揭示的规律：①力和运动的关系，即力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。②一切物体在任何情况下都有保持匀速直线运动或静止状态的属性——惯性。因此牛顿第一定律也叫惯性定律。

3、惯性和质量

请学生列举分析生活中的惯性现象，尽量列举运动状态、物质状态各不相同的物体，教师可适当配合学生的例子做一些简单的演示实验，如木锤打击叠放的棋子、水枪射水、蜡烛火焰的晃动等。引导学生用惯性知识对这些现象解释，并注意语言的准确性和规范性。

多媒体投影：用惯性知识解释现象的一般步骤：

②

确定研究对象；

②

描述研究对象原来的运动状态；

③

突然发生了什么情况；

④

研究对象由于惯性，要保持原来的运动状态，于是发生了什么现象。

惯性是物体保持原来运动状态的一种性质,可通俗理解为:物体“抵抗”自身运动状态变化的“本领”。事实上，不同的物体,这种“本领”的大小是不一样的。

提问：那么，物体这种“抵抗”运动状态变化的“本领”大小跟什么因素有关？

（学生的回答可能有：力、速度、质量、加速度、体积等因素。）

启发：从牛顿第一定律知一切物体都有惯性，既然指“一切物体”，那这个“因素”应该是跟“一切物体”都有关的一个物理量吧？

学生可能又会把注意力都集中在物体的质量上。这时，教师可在鼓励学生的基础上又适时地“泼一盆冷水”——这只是理论上的猜测，有没有实验或生活例子来验证我们的想法呢？

演示3：（如图）滑板上放规格相同的三辆实验小车，其两辆装捆绑，用火烧断细绳，在同一根压缩弹簧的弹力下运动，弹簧两端小车获得的速度不同。（说明：若课堂时间充裕，此实验的方案可让学生来设计。）

多媒体展示：三个事例图片（括号内为相应的“旁白”）。

引导学生用质量和惯性的知识去解释这些现象——这些看起来非常平常，却蕴涵深刻物理规律的生活事例！

①超载车辆的事故现场（超载车辆事故频繁，致使许多无辜生灵成冤魂！）

②“坦泰尼克号”的沉没（明知前方有坚硬的冰山，庞大而笨重的身躯，还是“勇敢”地撞了上去……这一撞，撞出了一段凄美的爱情故事！）

③姚明加入NBA四年后与四年前的身材和体重变化（这个赛季，当我们欣喜于CHINA YAO 由原来的“瘦小伙”变成威猛的“肌肉男”时，又遗憾地发现他那曾经轻灵无比的“上海舞步”正逐渐消失！）

小结3：质量是物体惯性大小的唯一量度。

三、课堂小结

1、在探究力和运动关系的过程中，涌现出了很多杰出的学者和科学家，最有代表性的有亚里士多德、伽利略和牛顿，你认为他们谁最伟大？

2、要想使陀螺的旋转时间更长，除了同学们已经给出的方法外，是否还可以考虑完善陀螺本身的设计呢？课后请同学们仔细想想，给出1～2个你认为可行的方案。

【板书设计】

牛顿第一定律

1、伽利略的理想实验：证明力是改变物体运动状态的原因。

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，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。

①“一切”：世间万物，无一例外；②“总”：物体固有的属性③“或”：静止与匀速直线运动在受力上等同。

3、惯性：一切物体固有的属性；质量是惯性唯一的量度。

【作业设计】

1、伽利略猜想:当球沿水平面滚动时,它的速度应该不增不减。为此他设计了一个理想实验：

①减少斜面的夹角，小球在这个斜面上仍达到

同一高度；②让小球从左侧斜面从静止状态开始

滚下，小球将滚上右侧斜面；③如果没有摩擦，小球将上升到原来高度；

④继续减少右侧斜面倾角，最后使它水平，小球将永远滚动下去。

上述理想实验的步骤的顺序是：________________。其中属于可靠事实的是_______,属于理想化推论的是___________。

2、关于牛顿第一定律，下列说法正确的是（ ）

A.牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因

B.惯性定律与惯性实质相同

C.静止的物体不受力的作用

D.力停止作用后，运动的物体就慢慢停下来

3、下列说法正确的是（ ）

A.运动速度越大的物体越难停止，所以它的惯性越大

B.质量越大的物体，运动状态越难改变，所以它的惯性越大

C.力可以改变物体的惯性

D.物体运动状态发生变化时，它不具有惯性

4.在车厢顶板上用细绳悬挂一重物，下列说法正确的是（ ）

A.若细绳保持竖直，车一定静止

B.若细绳保持竖直，车可能在做匀速直线运动

C.若细绳向右偏斜，车可能在向左转弯

D.若细绳向左倾斜，车可能在向右转弯

5.由于地球在不停地自转，有人设想：如果我们的双脚能够比较长时间离开地面一定距离，只要我们低头俯视，各国风光将尽收眼底。他决定创办一个“热气球环球旅行公司”，连广告词都想好了——“不用费力办护照，一日游遍全世界”。请你评价一下，这个设想可行吗？、

【教学设计说明】

1、本设计安排了学生旋转陀螺游戏，一方面为学生营造一个轻松的心理环境,想在唤起他们良好的学习情绪的同时，把摩擦这个在研究力和运动关系过程中，常常掩盖事件真相的事物感性地“呈现”出来，让学生树立“探讨力和运动关系时，不能忽视摩擦这一客观存在的事实”的观点，为以后的学习设好铺垫。显然，要增大陀螺的旋转时间，是个相当复杂的问题，所以，关于“课堂小节”中的第2个问题，不求学生答的完美，本意是想以此（陀螺）为载体，激发学生哪怕是一点点“创新”的欲望，并初步培养他们“从生活走向物理，再从物理走向生活”的学习策略，就达到目的了，这也是这个游戏安排的另一个初衷。并在此特别感谢浙师大附中吴韩龙老师带给本人设计此游戏的启发！

2、为了“还原”物理学史上最赋魅力的一段历史，也为了使学生更好地领会蕴涵在理想斜面实验里的科学方法，本设计特“增设”了摆球摆动的演示，也力图让这一纯思维过程的实验，有感性素材（事实）的“靠山”。另一方面，也为学生以后“追寻守恒量”，探究“机械能守恒定律”的学习设下了“伏笔”。