学生实验教学设计范文

牛顿第一定律教学设计

一、教材分析

牛顿运动定律是整个力学体系的基石，而牛顿第一定律又是这个“基石”中的“基石”，它定性地揭示了力和运动的关系，提出惯性的概念，为定量研究力和运动的关系拉开了序幕。

高中教材与初中相比，主要有四方面的不同。

一是定律内容深浅不同：初中教材叙述为“一切物体在没有受到外力作用的时候，总是保持静止状态或匀速直线运动状态”；高中教材叙述为“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”。高中教材中的表述具有更为丰富的内涵，它强调了力是改变物体运动状态的原因，突出了第一定律的独立性和重要意义，也为学习牛顿第二定律做了一定的铺垫。

二是惯性的认识层次不同：初中强调一切物体都有惯性，高中侧重惯性与质量的关系。

三是实验的设计、探究及思维深度不同：初中为斜面小车实验；高中为伽利略理想实验，突出了理想实验这种科学方法的价值所在。

四是情感、态度、价值观的体现不同：初中对牛顿第一定律建立的历史一语带过，高中教材回顾了历史，让学生体会一个规律的获得是一代又一代人努力的结果，能够激发学生追求科学，勇于创新的情感。

二、学情分析

经过初中的学习，学生初步知道了牛顿第一定律的内容和惯性的概念，但是缺乏对牛顿第一定律建立历史的了解，对内容也是一知半解。

学生对于“质量是惯性唯一的量度”更是缺乏认识，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，配合实验、结合生活事例来澄清概念。 教学实践表明，学生在头脑中建立正确的力和运动关系的过程，并非一帆风顺，常常形成与亚里士多德相似的观点，且根深蒂固。处理具体的实际问题时，一些直觉的错误观点不时冒出来，存在着严重的"口是心非"问题。

三、教学目标

1．知识与技能

⑴体会伽利略的理想实验思想。

⑵理解牛顿第一定律的内容及意义；理解力和运动的关系。

⑶理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度。

2．过程与方法

⑴通过回顾历史探究过程理解牛顿第一定律的形成过程。

⑵理解理想实验是科学研究的重要方法。

3．情感态度与价值观

⑴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。

⑵通过理想斜面的教学，体会理想实验的魅力。

四、教学重难点

1．教学重点：通过回顾历史探究过程理解牛顿第一定律；惯性的理解。

2．教学难点：力和运动的关系；惯性和质量的关系。

五、教学活动设计

（一）观看太极拳视频，引入课题

通过观看太极拳视频引入一个古老的话题──力和运动。运动和力之间到底有什么关系呢？

带着这些问题，我们一起来体验古人的探究过程，学习古人的探究方法，进一步理解论

述运动和力关系的牛顿第一定律。

（二）回顾历史，探究定律

小组辩论：

1、投影亚里士多德的观点：

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。

同意亚里士多德观点的为甲方，选用相应的实验器材并证明自己的观点

不同意亚里士多德观点的为乙方，也选用相应的实验器材并证明自己的观点

注意科学的研究需要透过现象看到事务的本质。

一、观看大铁球视频回答下列问题：

（1）为什么要让大铁球从同一位置静止释放？

（2）是什么原因导致大铁球在水平面上运动的距离不同？

学生分组讨论，得出结论

二、观看小铁球视频回答下列问题：

（1）同学们小球为什么达不到原来的高度而且越滚越低呢？

(2)假设没有任何阻力（在理想状态下）小球又会怎样运动呢？

思考：运动和力之间有什么关系呢？

设问：我们现在知道，亚里士多德他的观点是错误的。那么他有贡献吗？

亚里士多德的贡献：开创了一个新的研究领域。

首先质疑并深入研究的是十六世纪的伽利略。他观察了球的滚动。

2．质疑假设，科学猜想

当球沿斜面向下滚动时，它的速度增大，而向上滚动时，速度减小。他由此猜想：当球沿水平面滚动时，它的速度应该不增不减。实际观察的结果是：沿水平面滚动的球越来越慢，最后停下来。

①现象：沿水平面滚动的球越来越慢，最后停下来。

按照亚里士多德的观点，球停下来是因为没有力的作用。伽利略恰恰从这一现象出发，对亚里士多德的观点提出质疑。

②质疑：滚动的球之所以停下来，真的是因为没有力的作用吗？

设问：球停下来的原因是什么呢？

在伽利略之前，人们还没有意识到摩擦力这种无形的力，伽利略是第一个意识到摩擦力的人。

他改变了水平面的粗糙程度，发现：水平面越光滑，球滚得越远。于是，他推断这是摩擦阻力作用的结果。

结论：滚动的球停下来，是摩擦阻力作用的结果。

③假设：若没有摩擦阻力，沿水平面滚动的球将怎样运动呢？

④猜想：若没有摩擦阻力，球将永远滚动下去。

观看视频：伽利略设计了一个理想斜面实验。

3．实验探究，得出结论

（1）双斜面实验

左斜面固定，右斜面倾角可变。实验中我们设定小球始终从左斜面定位卡处由静止释放。

①固定右斜面，改变小球所受的摩擦，观察小球上升的最大高度怎样变化。重复一次。

思考：

1．小球所受摩擦阻力的大小与小球上升的最大高度之间有什么关系？

2．摩擦阻力的大小与释放点到上升的最高点的高度差是什么关系？

3．如果没有摩擦，小球会上升到多高的地方？

②减小右斜面倾角，观察小球沿斜面运动的最远距离怎样变化。重复一次。

思考：

1．减小右斜面倾角，小球沿斜面运动的最远距离如何变化？

2．如果没有摩擦，减小右斜面倾角，沿斜面滚动的最远距离怎样变化？小球将上升到多高的地方？

③将右斜面放平，释放小球，观察小球的运动。

思考：

1．如果水平木板足够长，小球会停下来吗？

2．如果没有摩擦，水平木板足够长，小球将滚到哪里去呢

右斜面固定

减小右倾角

放平右斜面

实验事实

摩擦越小,球滚得越高

球沿斜面滚得越远

球滚得最远

逻辑推理（无摩擦，右斜面足够长）

球将滚上原来的高度

球沿斜面滚得越远，一直滚到原来的高度

球将一直滚动下去

过渡：通过双斜面理想实验，伽利略得出了结论。

（3）伽利略：若没有摩擦阻力，沿水平面滚动的球将永远滚动下去。运动不需要力维持。

伽利略的实验称为理想实验的原因是什么？

第一、不能消除一切阻力。

第二、不能把第二个斜面做得无限长

回顾、思考：

①静止的车、足球为什么运动起来？

②运动的车、足球为什么会停下来？

③力和运动之间有什么关系？

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？

车由静止变为运动，受到了推、拉力；由运动变为静止，受到了摩擦阻力。足球由静止变为运动，受到了脚的力；由运动变为静止，受到了草地的摩擦阻力。

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：除非物体受到力的作用，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。这应成为一个原理，它是人类整个自然观的基础。

笛卡尔补充了物体不受力时保持静止状态或匀速直线运动状态。

过渡：

1642年，伽利略逝世，1643年牛顿在英国诞生。牛顿是人类历史上最伟大的科学家之一。主要贡献有发明了微积分，发现了万有引力定律和经典力学，设计并制造了第一架反射式望远镜等等。

牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中提出了三条运动定律。牛顿把伽利略、笛卡尔的正确结论总结成为牛顿第一定律，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，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。

过渡：现在我们来理解定律。

（三）理解定律，了解惯性

思考：牛顿第一定律中论述的运动和力的关系是怎样的？

1．运动和力的关系：力是改变物体运动状态的原因。

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。由于不受力作用的物体是不存在的。许多阻力很小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

从视频可以看出，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 思考：定律中还论述了什么呢？

用气垫导轨演示合力为零的实验，得出结论，合外力为0时可假设为物体不受力。

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。

设问：一切物体都有惯性。做变速运动的物体有惯性吗？

当物体做变速运动时，由于惯性，物体会抵抗速度的改变，从而使速度的改变需要一段时间。比如汽车紧急刹车时不会立即停下来，而是继续向前滑行一段距离。

②一切物体有惯性，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？

视频；飞机起飞和赛车赛跑

思考：你观察到了什么现象？这个现象能说明惯性和质量的关系吗？

③惯性与质量：质量是惯性大小的量度。 演示实验：用同样的力推动相同体积的木球和铁球，观察那个球滚的远。

质量只有大小，没有方向，是标量。在国际单位制中，质量的单位是千克，单位符号为kg。

在初中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 观看视频；用同样的力推动相同体积的木球和铁球，观察那个球滚的远。了解惯性与什么有关。 学生自己动手实验，体验塑料片飞走，铁球仍然静止。

演示实验在气垫导轨上做匀速直线运动的小球继续运动，让学生解释原因。讲解气垫导轨上的惯性现象。

过渡：了解了惯性的知识，惯性在实际生活中的应用。让学生举例说明。

1、

钉大铁锤实验。

2、

飞车视频。

3、

如何区分生熟鸡蛋？学生讨论，老师演示。

（五）课堂总结，课外探究

1．了解了运动和力关系的探究过程。

在探究过程中，亚里士多德是开拓者。伽利略首创了理想实验方法；笛卡尔补充了伽利

略的观点；牛顿提出了惯性、力、惯性参考系的概念。

2．体会了理想实验的魅力：实验（事实）+逻辑推理

3．

深入理解了牛顿第一定律，知道了质量是惯性大小的量度。

4．后来爱因斯坦等科学家又进一步发展了牛顿第一定律。没有哪一个定律是终极真理，物理学的大厦永不封顶，还等待你们为它添砖加瓦！