本章复习与测试设计意图

牛顿第一定律

【设计思想】

新课改提倡学生探究学习，自主学习，通过交流与合作，经历知识的获取过程。本节课本着新课改的思想，努力做到以学生为主体，教师为主导。在教学内容的设计方面，注重知识问题化，问题层次化，让不同层次的学生都有思考与讨论、交流与合作的空间；注重面向全体学生，提高每一位学生主动参与课堂教学的积极性。在教学过程的设计方面，关注学生对知识形成过程的理解，让学生亲历思考和探究的过程，领悟科学探究的方法。鼓励学生积极发言，对学生的回答做出积极评价，并让学生进行自我评价和互评，最终使学生学会知识，掌握技能，经历过程，体验方法，培养勇于探索，不畏艰险，挑战权威的科学精神。

【教学目标】

1、知识与技能

（1）体会伽利略的理想实验思想。

（2）解牛顿第一定律的内容及意义；理解力和运动的关系。

（3）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

（1）通过回顾历史探究过程理解牛顿第一定律的形成过程。

（2）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

（1）在学习牛顿第一定律建立的过程中，学习伽利略等科学家创造性思维品质和敢于质疑的精神。

（2）在研究生活中惯性的利与弊，树立将所学的知识应用于生产和生活实践的意识。

【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，主要有以下几方面的不同。

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。

【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。

【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。

【教学过程】

一、新课引入：

同学们，大家设想一下:一辆正在行驶的汽车，遇到紧急情况急刹车时，我们的身体将会怎样？

为什么身体有这样的运动？

二、新课讲解：

在公元前4世纪，那个时候有一个伟大的哲学家——亚里士多德，学落体运动的时候我们已经知道，这位伟大的哲学家了，那么亚里士多德观察了大量物体的运动，他想分析清楚，这些运动背后的原因是什么？经过思考，他把这些运动分成了两类来说明原因，同学们来看大屏幕。（PPT:运动——自然运动/受迫运动），一种是自然运动，自然而然的，不需要外接影响的，另一种是受迫运动，这个需要外接来影响。（在PPT上展示自然运动和受迫运动的定义以及举例。自然运动：每个物体都有自己的固有位置，比如，火的自然位置在上，土的自然位置在下，气和水在中间，偏离固有位置的物体将趋向固有位置。地上物体的自然运动沿

直线，轻者上升，重者下降；天体的自然运动永恒地沿着圆周运行。受迫运动：物体的运动时在推或拉的外力作用下发生的。没有外力，物体就停止。）板书：1、亚里士多德——提出问题。接着解说自然运动和受迫运动。

老师：什么是自然运动呢？他是这样解释的，做自然运动的物体都有自己的固有位置，比如：比如，火的自然位置在上，土的自然位置在下，气和水在中间，只要物体离开了固有位置，物体就朝着固有位置运动。你看，地面上的物体，轻者上升，重者下降；他能解释当时的好多现象，那天上的物体呢？日月星辰，太阳东升西落，绕着地球运动，他设想这些天体在做圆周运动，神圣的完美的匀速圆周运动。还有一类我们地面上的，就是他总结的受迫运动，同学们注意看PPT，物体的运动时在推或拉的外力作用下发生的，这地方所谓的外力就是外在的影响。没有这些外在的影响，物体就是停止运动。这种论述我们在初中物理就知道了。我们看亚里士多德把运动的原因和谁建立起了联系啊？

学生：力。

老师：那力和运动有什么样的关系啊？

学生：力是维持物体运动的原因。

老师：那同学们想想看，那力是维持物体运动的原因，对不对啊？

学生：不对。

老师：根据初中学过的我们知道它是不对的，那问题出现在哪里了呢？同学们说不对，但是在亚里士多德那里，从公元前4世纪开始到之后的两千多年里，都没有人质疑，直到16世纪，欧洲大学里讲的还是亚里士多德的观点，那问题出现在哪里了呢？你能不能举出生活中的实例，指出这种观点错在哪里了。我知道同学们脑子里都有这样的实例，大家相互交流一下。找一位同学举例，把生活实例和这种观点结合起来，看看它的问题出现在哪里。

学生：（踢足球，说明物体不需要力来维持，老师：但是它最终会停下来，说明什么呢？摩

擦阻力）老师加以引导。

老师：这位同学找到了问题的切入点，这个问题的切入点在哪里呢？到了16世纪末，物理

学家伽利略开始质疑，提出问题，原来运动的物体之所以停下来，是没有外力的作用

么？

同学：已经回到了，有，摩擦阻力，空气阻力

老师：（PPT质疑：原来运动的物体之所以停下来，难道真的是因为没有外力的作用么？

原

来运动的物体之所以停下来，是因为有摩擦阻力或空气，水等流体的阻力作用的结

果。）

其实想摩擦阻力、空气阻力、流体阻力这种无形的阻力，在亚里士多德那个年代，人

们没有清楚的认识到它的存在。伽利略认识到了，那好，假如没有摩擦阻力、流体阻

力的影响，原来在水平面上运动的物体将怎样运动呢？

学生：一直运动下去。

老师：现实生活中，有没有这样的生活实例呢？（PPT：假设：如果没有摩擦阻力、流体阻

力的影响，在水平面上运动的物体会怎样呢？猜想：如果没有摩擦阻力、流体阻力

的影响，在水平面上运动的物体将会一直运动下去。）现实生活中这些阻力总是存在

的。那这种显然是我们的设想，那这个设想到底正确不正确呢？我们要证实这一点，

怎么证实呢？

学生：实验。

老师：这是伽利略的研究方法，在300多年前，伽利略做了这样一个实验，（展示自制教具）

同学们来看看这个实验装置，伽利略看到物体从斜坡上滑下来的过程中运动的越来越

快，冲上斜坡时运动的越来越慢，于是他设计了这个接的斜面实验。两个斜面平滑的

连接起来，小球可以再上面运动，现在同学们看到了我在这个斜面上铺上了一层棉布。

我从这个斜面的某个高度处，让小球从静止释放小球，这个高度有一个标志，看到这

个红色支持物了没有呢？这个位置与小球释放处在同等高的位置处，观察小球的运

动，注意！（让小球下滑，停止到另一个斜面的瞬间，用手指挡住小球教师操作）在

来一次，之后再小球所在处的水平位置放一个标记——小红旗；把棉布撤走，在同一

高度处继续释放小球，注意，在看一次（演示）在做一个标记，同学们看，两次看到

的现象有什么不同？

学生：第二次滚得高了。

老师：什么原因？

学生：摩擦力小了。高是高了，距离小球释放位置的高度还是不一样。假如没有摩擦，将小

球从同一高度释放，它冲上另外一个斜面的时候会上升到什么高度呢？同一高度，这可是在实验基础上的推理，是吧，有实验，有推理，那同学们记住这个结论。待会我们还会用到。我们在来看，如果减小另一个斜面的倾角，我在来做实验，同一高度释放小球（一次释放），在来看（第二次释放），做个标记（小红旗）。同学们看看，第一次这段距离，第二次这段距离，距离远了。为什么呢？

学生回：小球想要运动到等到的地方。

老师：继续减小另一斜面倾角，减小减小，斜面的倾角为零，继续从同一高度释放小球，注

意观察注意想象，假如说轨道足够长，假如说没有摩擦，小球将怎么运动？

学生：匀速直线运动。

老师：永远上不到那个高度了，假如斜面足够长，假如没有摩擦，这又是在实验基础上的推

理。通过这个实验，是不是证实了我们刚才的猜想。在来看，小球在斜面上运动时，

忽略这些阻力的影响，水平方向还有其他力的作用么？当它在运动的时候，还有外力

的作用在水平方向上么？

学生：没有。

老师：这同时也能说明亚里士多德的受迫运动的原因是有问题的，运动不需要力来维持，

（PPT：结论：力不是维持物体运动的原因）力和运动不是维持的关系，那力和运动

到底是怎样的关系呢？初中学过，力是改变物体运动的原因，那你能不能举一个生活

中的实例来说明力是改变物体运动的原因？

学生：举例

老师：力是物体运动状态改变的原因，运动状态的改变，就是物体的速度变了，我们描述速

度变化的快慢的物理量是加速度，所以这句话也可以这样说，力是改变物体速度的原

因，力是产生加速度的原因。（PPT：力是改变物体运动状态的原因；力是改变物体

速度的原因；力是产生加速度的原因。）

那么回忆一下，伽利略在研究这个问题的时候采用了什么方法？总结一下。（PPT：

展示伽利略理想斜面实验的三步骤的图片）板书：伽利略——研究方法。

学生：回答。

老师：实验和推理和谐结合起来的方法是伽利略开创的科学研究方法，我们一定要通过看书

学习，前人研究问题的过程，理解他的理想实验，学会科学方法，以后很有好处。

和伽利略同一年代的物理学家，笛卡尔对伽利略的结论进行了补充，同学们看看，

（PPT：如果运动中的物体没有收到力的作用，它将继续以同一速度沿直线运动，既不

停下来也不偏离原来的方向。伽利略实验结论：如果没有摩擦阻力、流体阻力的影响，

在水平面上运动的物体将会一直运动下去。）

对比一下，那个方面进行了补充。板书：笛卡尔

补充说明

。

学生：对速度的大小和方向进行了补充。

老师：也就是笛卡尔不仅对速度的大小进行了限定，而且对速度的方向也进行了明确的表述。

笛卡尔说这个结论可以作为物理学的一个原理，但是这件事后来被牛顿实现了。牛顿

大家都认识。牛顿总结了前人的研究，他总结出来的结论是这个样子的，（PPT;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。）

大家看看，它包含了哪些意思？（板书：牛顿——形成体系。）

学生：回答。

老师：里面有很多关键字，一会我们一一分析，牛顿不仅总结了前人的观点，而且在这个基

础上继续研究，提出了运动的三条定律，他把这个放在了第一条，我们后人称为牛顿

第一定律，牛顿把力和运动的规律进行了全面的总结，形成了他的牛顿力学体系，他

研究的成果收集在《自然科学之数学原理》这是他在1687年出版的专著。同学们课

下可以看一下，看看牛顿总结的成果。

回过头来我们看看牛顿第一定律的后半句，看出了什么意思来么？“除非作用在它上

面的力迫使它改变这种状态”说明了力是改变物体运动的原因，总结了前人的观点，

当

然人们也提到力，但是那个时候的力没有一点点概念，所谓的力就是外接对物体的影

响，从牛顿开始，他定义了什么是力，定义了力的概念。

在看前半句话，初中也研究过，“一切物体、总保持、匀速直线运动，或静止状态”这

句话是什么意思啊？

学生：惯性。

老师：这句话看出了物体有那么一种属性，叫惯性，一切物体总保持，也就是所有的物体都

有这种与生俱来的本领，原来静止，总保持静止，原来运动，总保持运动，原来时那

个速度，总保持那个速度，这么一个事实，牛顿把这种属性叫做惯性.（PPT:牛顿第

一定律：一切物体总保持匀速直线运动或静止状态。惯性：物体抵抗运动状态变化的

本领）这种本领不同的物体有大有小，也就是惯性有大有小，那根据初中的学习，惯

性的大小跟什么因素有关呢？

学生：质量。

老师：惯性和质量是什么关系呢？设计实验来说明惯性和质量的这种关系，越简单越好。

学生：回答。

老师：最后教师给出一个小实验，和学生一起展示。

用同样的布包裹两个小球（一个乒乓球，一个铁球），学生分别用力吹，观察现象，

解释谜底，（拆开棉布）说明原因惯性和质量的关系，质量越大，惯性越大。

生活中有很多应用，根据质量和运动的关系设计了很多娱乐项目，请学生列举生活实

例。（PPT，保龄球，保龄球和木瓶碰撞的过程中反映了惯性和质量的关系，那反过

来呢？用保龄球击木球的时候，木球可以倒下一些，最好是十个都倒下；如果用木球

击保龄球呢？能倒下几个呢？是不是很好的说明了，惯性和质量之间的关系。）

老师：思考，在初中基础上，经过这节课的研究，清楚的知道了力是产生加速度的原因，外力的作用使物体的运动状态发生改变，质量是物体惯性的量度，也可以说质量是惯性的量度，那好，你看看外力改变物体的运动状态，因为物体有质量，有惯性，它就抵抗这种状态的改

变，看来加速度与质量和力应该有某种关系，那他们之间有没有什么定量的关系呢？我们下节课进行研究。

三、课程总结：

老师：我们在来思考，我们在初中越学过这样的一节课，结论我们都知道的，那这节课我们在高中又研究了一遍，谈谈你的最大收获是什么呢？学生回答。

四、板书设计：

4.1 牛顿第一定律

亚里士多德

运

动

伽利略

与

力

关

笛卡尔

系

牛顿

提出问题

创造方法

完善补充

系统总结