1. 牛顿第一定律ppt课件教学实录

牛顿第一定律教学设计

一、对教材内容的分析

现行高中物理教科版教材必修一第三章第一节是“牛顿第一定律”，它开篇谈及亚里士多德的“物体受力运动，不受力则静止”的运动学观点，之后通过伽利略的理想斜面实验得出“力不是维持物体运动的原因”，最后教材中由“牛顿总结了伽利略等人的工作”这一句话概括了牛顿的工作，并提出牛顿第一定律。牛顿第一定律在经典力学理论系统中占有重要地位，亚里士多德提出，伽利略纠正，笛卡尔完善，牛顿总结的大致过程是有必要让高中生所了解的，在对情景剧的设计中，发展主线跟教材中差不多，但还需做出如下补充。

首先是对亚里士多德运动学观点的反驳，由于初中学生学习时认识的局限性，所以老师一般会采用“踢足球，球被踢出去后，没有受到力的作用，但是仍在运动”的例子来否定亚里士多德的这一观点，但是随着学生认知水平的提升，高中对这个知识点的学习应该不仅仅停留在反驳这一观点的层面上，毕竟在生活中常常会有“抛物”的现象，如此明显的矛盾，学生会对其产生“难道亚里士多德就没有发现吗？”的困惑。所以在情景剧的设计中依据牛一发展史，对此加以拓展说明，让学生了解到在历史上亚里士多德对此现象是有给出的解释的，并最后由布里丹驳回这一过程，从而体会到科学知识的严谨性。

然后是关于伽利略的理想斜面实验，这个实验涉及到很重要的“极限”这一物理思想。教材用“如果右斜面变成水平面，并且没有任何阻力，小球将达不到原来的高度，就应永远运动下去”来解释伽利略的理想推测，但是并不能让学生准确的理解理想化的内涵，根据邢红军的高端备课，这个部分在情景剧设计中借助物理模型，采用数学的方式量化分析，增强物理思维的直观性与逻辑性，促进思维的发展，最后达到感性认知的目的，得出“运动的物体，在不受到力的作用时将按照恒定的速度一直运动下去”的结论。

最后，课本并没有回答以下问题，伽利略的观点有什么不足之处？既然笛卡尔补充了伽利略的观点，为什么教材里却唯独没有提到他呢？那怎么又冒出了一个牛顿呢？他的观点与笛卡尔又有什么不同之处呢？其实知道这些问题的答案也许对学生学习牛一定律没有什么帮助，但是却可以让学生更为深刻的体会到科学知识探索的复杂和艰辛过程，提升学生的科学素养。所以在剧本的设计中提出了这些问题，引起学生思考，并以脚注的方式帮助学生理清原因，最终还是需要老师在情景剧结束之后，加以阐述，让学生清晰的理解牛一是如何产生的，并肯定亚里士多德的贡献，又是如何发展，如何得出的。

二、牛顿第一定律剧本

小明是一个调皮的高一年级的中学生，物理老师在课堂结束时要求大家预习牛顿第一定律，可他在睡觉的时候才想起来，拿来物理课本，看着看着就睡着了。依稀中他感觉自己走在公元前四世纪的古希腊的大街上，看见不远处一个有着浓密卷曲头发的老头子正呆呆地看着一个小孩推着一个木箱。他不禁凑上前去，学着老人的动作，一会双手抱胸，凝视前方，一会右手托着下巴，冥思苦想。

亚里士多德（感觉身后异样，下意识转身，看见小男孩正挤眉弄眼的学着他的动作，一脸困惑）小孩，你有什么事吗？

小明

（看见亚力士多德的脸，觉得莫名的熟悉，困顿中忽而恍然，激动的）啊，您是亚力士多德吗？哎呀，我居然看见真人了，我叫——（眼睛滴溜一转，身子一瘫，疲惫状）压力山大，我仰慕您好久了。您那么专注在看什么？

亚里士多德（指了一下推木箱的小孩）你发现没有，每当他用力的时候，箱子才会动，而不用力的时候，箱子就静止了，也就是说物体想持续运动，就必须对他施加力的作用，而如果力被撤销，物体就会停止运动，明白吗？

小明

（双手抱胸，一只脚的前脚掌有节奏的点地，仰着头不服气的）这有什么难理解的嘛，你看这个杯子，如果我要他动起来就必须给他一个力，不给它力，它就只有呆在这儿。

亚里士多德

对对，也就是说力是维持物体运动的原因。

小明

（回忆起初中学的内容，狡黠的眼睛滴溜一转）那么，您看，（随手扔了一个小球）这个小球在空中时它已经不再受到人的推力作用，但是为什么还继续向前运动呢？

亚里士多德

物体在空中运动时在后面留下了真空，周围的空气要来填补，就产生了气流，在气流的推动下，物体继续向前运动。所以虽然人不再对物体施加力的作用，而气流仍在对物体施加力的作用，并不违背我的结论啊。（此处可用ppt辅助教学）

小明

（张大嘴巴，哑然）这也可以！

亚里士多德

我得赶快把这个发现记录下来，再见了，亚历山大！（小跑离去）1

小明

（四川口音，高声喊）哎，跑那么快咋子，（无奈的）我还没说完呢，您这个观点是有问题的。

旁白

小男孩记得这个理论是错误，可又不知道错在哪里，而对于亚里士多德提出的气流推动物体的结论也不知道如何反驳，于是紧锁眉头信步走着，走着走着，感觉人声的喧嚣忽远忽近，周围的建筑时高时低，一切都超过光速的变化着，当他抬起头来时，发现自己站在公元１４世纪巴黎大学门口，他看见一个戴着金框眼镜，校长模样的人正从门口出来。

小明

（迎头走上前去）您好，请问您是巴黎大学的校长布里丹吗？

布里丹

（推了推眼镜，从下往上打量了一下）是啊，怎么了？

小明

亚里士多德提的气流推动空中物体的运动，这是对的吗？

布里丹

举一个生活的例子，当你跳远的时候，你是感到迎面吹来的阻挡你的风，还是感到背后有推动自己的风？

小明

当然是迎面吹来的风啦，如果有风在背后推自己，那只能是妖风。

布里丹

那不就对了吗？况且，既然力是维持物体运动的原因，那么空气又是受什么东西的推动呢？显然还有别的物体在起作用，这样一连串的推动根源何在？这个逻辑是很矛盾的，物体的运动并不需要力来维持。

小明

（连连点头）谢谢布里丹先生。

旁白

小明思考，既然亚里士多德的观点不成立，那么力与运动的关系到底是什么呢？想着还是去找找伽利略解决一下困惑，突然一阵风起，被带到了16世纪比萨大学教学楼。小明看见一个额头很高的学者正在倒饬着一些木板等实验仪器。

小明

（轻声嘀咕）亏得伽利略长那么高的脑门，否则真认不出。（走上前去）伽利略先生，刚刚亚里士多德跟我讲，哦，不，是我在书上看到亚力士多德先生主张力是维持物体运动的原因，我知道这个观点是错的，那么力与运动的关系究竟是什么呢？

伽利略

在回答你的问题之前，我先问你，在地面上运动的物体为什么会停下来？

小明

因为受到摩擦力啊。

伽利略

那你知道如果没有摩擦力，物体的运动情况会怎么样吗？

1

亚里士多德(公元前384一322年)在他所著《物理学》一书中认为:机械运动有自然运动和强迫运动,如马拉车行驶,奴隶曳船行驶,这些运动必须有推动者,即运动必须有外力维持,否则就归于静止。

图

1 小明

这个……没有想过诶。

伽利略

其实我也不知道，但是我们可以通过实验的方法来帮助我们找到答案。你看这是一个理想斜面，之所以称他为理想斜面，是因为忽略了他的摩擦力，（实验过程如a图）当我从左斜面A点，距地面高度为h处静止释放小球，小球向下运动，并运动得越来越快，随后小球会沿右斜面向上运动，并越来越慢，你看小球到达B点时的高度和A点相比较，怎么样？

小明

比A点的高度要略微低一点。

伽利略

对，之所以会低一点，是因为有摩擦力，如果忽略摩擦力的话两端的高度应该是一样的，都为h。（实验过程如图b）现在我降低右斜面的坡度，也就是减小θ角，你看一下此时到达B点时的高度和A点相比较，又怎么样？

小明

嗯，还是近似相等。

伽利略

（实验过程如图c）当我再减小θ角，我们可以看到两端高度仍是近似相等的。这里我们可以用数学方法解释物理现象，三角形BCD为直角三角形，小球在右斜面运动的距离记为BC，高度BD等于h，sinhBC，h是一个定值，当θ逐渐减小时，BC就应该增大。（实验过程如d图）当θ减小为零时，我们看一下小球的运动情况。

小明

小球在右斜面末端停下来了。

伽利略

那如果右斜面无限长呢？我们看到，此时右斜面就变成了水平面，根据公式sinhBC，h是一个定值，sin又为零，BC的值应该是多少？

小明

分母不能为零，所以BC应该无限大，让sin趋近于零。

伽利略

对，那你想想对应的物理现象是什么，这说明在忽略摩擦力的情况下，物体在水平面的运动情况是怎样的？

小明

小球因为到不了原来的高度h但是又想要达到原来的高度，就会一直运动下去。不受摩擦力，没有什么去加快物体运动的速度，也没有什么减小物体运动的速度，小球将沿水平面以恒定的速度一直运动下去。

伽利略

也就是小球在无摩擦无边际的水平平面上运动将是永恒的匀速运动2,那么你说力与运动的关系是什么？

小明

（眼睛一亮，眉头一挑）哦，我知道了，物体不受力时将按照之间的速度一直运动，受了力之后他就不能继续保持之前的运动情况，运动状态只能发生改变。所 2

伽利略认为，不管宇宙多么大，总是有限的，在有限的宇宙中，做匀速直线运动的物体早晚会达到宇宙的尽头，而直线运动是无限的，因此真正的匀速直线运动从理论上是讲不通的。所以这里伽利略所说的平面是指各部分和地心等距离的水平面，而不是空间的一条直线.因而伽利略虽然发现了惯性定律，但是在概念上却存在问题的。

以力是改变物体运动的原因。（对自己的总结很满意，扬头一笑，又想到了什么，眉头一拧）可是这个世界有绝对光滑的平面吗？

伽利略

不错，绝对光滑的平面是不存在的，所以这个结论是以真实的科学实验为基础，抓住主要因素，忽略次要因素摩擦力，通过理想推理得出来的，这种方法叫理想实验法。

小明

（竖起大拇指，正色的点点头）谢谢您伽利略先生，帮我解决问题，再见！（咕哝，胸口划十）但愿再也别见了。

旁白

小明快步走出门外，回味着伽利略的那番话，也忆起资料书中笛卡尔对此所做的补充：“运动的物体，在不受到力的作用时将按照恒定的速度沿着一条直线运动下去，也就是做匀速直线运动”。

小明

（自言自语）既然笛卡尔补充了伽利略的观点，为什么教材里却唯独没有提到他呢？3那怎么又冒出了一个牛顿呢？他的观点与笛卡尔又有什么不同之处呢？风啊，风啊，快把我带到牛顿面前吧。（紧闭双眼，两手向上做迎接状）

妈妈

（蹑脚走到书桌前，轻轻摇动小明的身体，四川口音）幺儿，你咋个在这个地方就睡着了呢，快到床上去。

小明

（揉揉惺忪的睡眼，定睛一看，懊恼）啊，妈妈，我正要跟牛顿进行深层次的学术上的交流，您就把我弄醒了。

妈妈

（惊讶，笑着）吹牛的老毛病又犯了吧。

小明

（又好气，又好笑，推着妈妈的背往门外走）哎，我跟您说不清，您先去睡吧。（妈妈走出门外）

旁白

牛顿第一定律怎么来的呢？小明带着疑问翻开了参考书，上边写着“伽利略、笛卡尔得出运动的物体在不受外力作用时，总保持匀速直线运动状态的结论，而牛顿在他们的基础上加以总结，从而得出牛顿第一定律——一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。

小明

奇怪，牛顿的观点与笛卡尔的结论差不多啊，那为什么牛顿被捧得这么高？4不明白，不明白，还是先睡吧！（纵身一跃，四仰八叉躺在了床上）

3

笛卡儿认为，自然运动是在一条直线上，而不是伽利略所设想的、在一个圆周上匀速的形式。而在17世纪，人们大多相信运动是起源于上帝的，所以笛卡儿带有神学色彩的通过神的不变性来阐述惯性定律，错误地把自然规律归之于“上帝”的安排。虽然笛卡儿对伽利略的思想进行了修正，但是，其指导思想却是有缺陷的。

4

牛顿第一定律是由伽利略提出、笛卡儿完善的，而牛顿的三大定律从实体论上升为本质论，是通过对质量概念的突破、严格定量关系的确立和科学的描述才达到的。