牛頓第一定律教案
牛頓第一定律教案
［目標］
一、知識與技能
�。�、知道伽利略的理想實(shí)驗及其主要推理過(guò)程和推論，知道理想實(shí)驗是科學(xué)研究的重要方法
�。�、理解牛頓第一定律的內容及意義；理解力和運動(dòng)的關(guān)系，知道物體的運動(dòng)不需要力來(lái)維持。
�。�、理解慣性的概念，知道質(zhì)量是慣性大小的量度；會(huì )用慣性解釋一些現象。
二、過(guò)程與方法
�。�、觀(guān)察生活中的慣性現象，了解力和運動(dòng)的關(guān)系
�。�、通過(guò)實(shí)驗加深對牛頓第一定律的理解
�。�、理解理想實(shí)驗是科學(xué)研究的重要方法
三、情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān)
�。�、通過(guò)伽利略和亞里士多德對力和運動(dòng)關(guān)系的不同認識，了解人類(lèi)認識事物本質(zhì)的曲折性
�。�、感悟科學(xué)是人類(lèi)進(jìn)步的不竭動(dòng)力
［重點(diǎn)］
�。�、理解力和運動(dòng)的關(guān)系
�。�、對牛頓第一定律和慣性的正確理解
�。�、理想實(shí)驗
［教學(xué)難點(diǎn)］
�。�、力和運動(dòng)的關(guān)系
�。�、慣性和質(zhì)量的關(guān)系
［課時(shí)安排］
1課時(shí)
［教學(xué)過(guò)程］
�。垡耄�
師：同學(xué)們，在前面的學(xué)習中我們學(xué)習了怎樣描述物體的運動(dòng)，知道了物體的一些運動(dòng)規律，但同學(xué)們有沒(méi)有想過(guò)：同一個(gè)物體不同的情況下可以做出不同的運動(dòng)，究竟是什么決定了物體的運動(dòng)情況？要討論這個(gè)問(wèn)題，就要研究運動(dòng)與力的關(guān)系。所以，從今天開(kāi)始，我們就一起來(lái)探究運動(dòng)與力的關(guān)系。
一、據生活現象思考探究
師：現在請同學(xué)們結合日常生活經(jīng)驗，分組探討一下運動(dòng)和力是怎樣的一種關(guān)系，并試著(zhù)回答以下一些問(wèn)題。
1、物體的運動(dòng)需要力來(lái)維持嗎？是不是有力物體就能運動(dòng)，沒(méi)力物體就靜止。給物體一初速度，物體在不同平面上滑動(dòng)，體會(huì )物體運動(dòng)不需要力來(lái)維持。
2、物體的運動(dòng)方向跟力的方向一樣嗎？
以?huà)伔酃P為例
3、物體的運動(dòng)僅由力決定嗎？
拋粉筆為例
4、物體什么情況下做直線(xiàn)運動(dòng)？什么情況下做曲線(xiàn)運動(dòng)？
以?huà)伔酃P為例
5、物體做直線(xiàn)運動(dòng)時(shí)，什么情況下加速？什么情況下減速？
以?huà)伔酃P為例。
【牢記】：物體的運動(dòng)不需要力來(lái)維持，沒(méi)有力物體也能運動(dòng)：勻速直線(xiàn)運動(dòng)；運動(dòng)方向與力的方向無(wú)必然聯(lián)系；當速度與力同一直線(xiàn)時(shí)，物體做直線(xiàn)運動(dòng)；速度與力不在同一直線(xiàn)時(shí)，曲線(xiàn)運動(dòng)；同一直線(xiàn)時(shí)，力與速度同向，加速；力與速度反向，減速。
要讓學(xué)生明白：物體此刻的速度是由上一刻的速度和上一刻的受力決定的，此刻的速度及此刻的受力決定下一刻的速度。（比方：今天的結果是前面的表現決定的，要想今后的結果能改變，必須從現在開(kāi)始。）
二、歷史上人類(lèi)對運動(dòng)與力的關(guān)系的認識
師：愛(ài)因斯坦曾把一代代科學(xué)家探索自然奧秘的努力，比做福爾摩斯偵探小說(shuō)中警員破案的過(guò)程。在偵探故事中，有時(shí)候明顯可見(jiàn)的線(xiàn)索卻把人們引到錯誤的判斷上去，也就是說(shuō)光憑經(jīng)驗來(lái)做判斷是靠不住的。
師：長(cháng)期以來(lái)，在研究物體運動(dòng)原因的過(guò)程中，人們的經(jīng)驗是：要使一個(gè)物體運動(dòng)，必須推它或拉它。因此，人們直覺(jué)地認為，物體的運動(dòng)是與推拉等行為相聯(lián)系的，當不再推、拉的時(shí)候，原來(lái)的運動(dòng)便停止下來(lái)。根據這類(lèi)經(jīng)驗，亞里士多德得出結論：必須有力作用在物體上，物體才能運動(dòng)；沒(méi)有力的作用，物體便要停止。我想不僅是亞里士多德這樣想，就是在現在，很多人還是這樣想的，因為它與我們的現實(shí)生活經(jīng)驗相一致。但這卻是個(gè)錯誤的結論。是由明顯可見(jiàn)的線(xiàn)索引出的錯誤判斷，而且這個(gè)錯誤結論竟維持了近兩千年。直到三百多年前，伽俐略創(chuàng )造了有效的“偵察”方法，發(fā)現了正確的線(xiàn)索，揭示現象的本質(zhì)，成為物理學(xué)中的福爾摩斯。
師：伽俐略注意到，當一個(gè)球沿斜面向下滾動(dòng)時(shí)，它的速度越來(lái)越大；向上滾動(dòng)時(shí)，速度越來(lái)越小。他由此猜想：當球沿水平面滾動(dòng)時(shí)，速度應該不增不減。實(shí)際上他發(fā)現，球越來(lái)越慢，最后停下來(lái)。伽俐略認為，這是由于摩擦阻力的原因，因為他同樣還觀(guān)察到，表面越光滑，球便會(huì )滾動(dòng)得越遠。于是他推斷：若沒(méi)有摩擦阻力，球將永遠滾下去。
師：伽俐略為了說(shuō)明他的思想，設計了一個(gè)實(shí)驗（伽俐略斜面實(shí)驗）：讓一個(gè)小球沿一個(gè)斜面從靜止狀態(tài)開(kāi)始滾下，小球將滾上另一個(gè)斜面，如果沒(méi)有摩擦，小球將升到原來(lái)高度。減小后一斜面的傾角，小球在這個(gè)斜面上仍然達到同樣高度，但這一次為了達到同樣高度，比第一次滾得遠些。繼續減小第二個(gè)斜面的傾角，小球達到同一高度時(shí)將會(huì )滾得更遠。于是他問(wèn)道：若將后一個(gè)斜面放平，球會(huì )滾動(dòng)多遠？結論顯然是，球將永遠滾動(dòng)下去。這就是說(shuō)物體的運動(dòng)不需要力來(lái)維持，沒(méi)有力物體也可以運動(dòng)（比如在光滑水平上，只要給物體個(gè)初速度，物體將以這個(gè)速度永遠運動(dòng)下去），而力恰好是改變物體運動(dòng)狀態(tài)（運動(dòng)速度）的原因，比如物體加速和減速時(shí)都需要受到力的作用。當然我們不能消除一切阻力，也不能把水平木板做得無(wú)限長(cháng)，所以這個(gè)實(shí)驗是“理想實(shí)驗”帶領(lǐng)學(xué)生觀(guān)察動(dòng)畫(huà)及視頻文件，先看理論動(dòng)畫(huà)，再看演示實(shí)驗。
注意：理想實(shí)驗不是空想實(shí)驗，它是可靠實(shí)驗事實(shí)加上理論推導。
師：與伽俐略同時(shí)代的法國科學(xué)家笛卡爾補充和完善了伽利略的觀(guān)點(diǎn)。明確指出：除非物體受到外力的作用，物體將永遠保持靜止或運動(dòng)狀態(tài)，永遠不會(huì )使自己沿曲線(xiàn)運動(dòng)，而只保持在直線(xiàn)上運動(dòng)。他還認為，這應該作為一個(gè)原理加以確立，并且是人類(lèi)整個(gè)自然的基礎。
三、牛頓第一定律
牛頓物理學(xué)的基石???慣性定律
伽俐略和笛卡爾的正確結論在隔了一代人以后，由牛頓總結成動(dòng)力學(xué)的一條基本定律：
牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線(xiàn)運動(dòng)狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。
注意：學(xué)習物理的過(guò)程中大家已經(jīng)對亞里士多德這個(gè)名字很熟悉了，并且每次提到的都是他的錯誤觀(guān)點(diǎn)，好像成了反面教材，這里我要向大家說(shuō)明一下：亞里士多德是個(gè)非常偉大的人。恩格斯稱(chēng)亞里士多德是最博學(xué)的人，亞里士多德的研究涉及生物、天文、氣象、數學(xué)和物理等，成果十分豐富，是西方文化的奠基人。他追求以世界的本來(lái)面目來(lái)說(shuō)明各種自然現象，比如說(shuō)：他認為天上的運動(dòng)應該是完美的勻速圓周運動(dòng)、地上的物體都應該是靜止的。他認為物體的運動(dòng)需要力來(lái)維持，是與大量的“事實(shí)”相一致的。他一直追求真理，只不過(guò)因為當時(shí)研究物理總是靠直覺(jué)和思維來(lái)進(jìn)行。因此，他的這一錯誤觀(guān)點(diǎn)影響了人們兩千多年。
伽利略實(shí)在是一個(gè)偉大的科學(xué)家，他第一個(gè)意識到了摩擦力??一個(gè)本質(zhì)至今還沒(méi)有被認識清楚的問(wèn)題。有了這一點(diǎn)，加上他又具有豐富、發(fā)散而有嚴謹的科學(xué)思維能力，設計出其理想實(shí)驗就顯得比較自然了。我們認為理想實(shí)驗首要的意義在于它摒棄了那種單純依靠思辯來(lái)研究物理的行為方式，而確立了實(shí)驗在物理研究中的基本地位。從物理史實(shí)上可以發(fā)現，這時(shí)伽利略認為的地面上的物體除靜止外的另一本來(lái)面目是勻速圓周運動(dòng)（而不是勻速直線(xiàn)運動(dòng)），伽利略是一個(gè)偉大的科學(xué)家，在物理史上有著(zhù)不可取代的地位，是因為他第一次確立了物理實(shí)驗在物理研究中的重要性，研究物理不再是單純地靠直覺(jué)和思維。是笛卡爾第一個(gè)明確指出：除非物體受到外力作用，物體將永遠保持靜止或勻速直線(xiàn)運動(dòng)狀態(tài)。這確實(shí)是人類(lèi)思想認識上的一次飛躍。因此，笛卡爾認為上述論斷應該作為一個(gè)原理加以確立，且是人類(lèi)整個(gè)自然觀(guān)的基礎是十分合理的。笛卡爾當時(shí)還指出：在太空環(huán)境中可以實(shí)現物體不受外力的作用，這時(shí)物體的運動(dòng)就滿(mǎn)足理想實(shí)驗的條件（解放了人們的思想，拓寬了看問(wèn)題的視野）。
牛頓所做的工作不僅是進(jìn)行了總結，更是從物理上賦予了明確的內涵，這其中包括慣性和力作為科學(xué)概念地提出，以及慣性參考系等，同時(shí)明確了力和物體運動(dòng)及其變化之間的直接因果關(guān)系。
【牢記】：
1、運動(dòng)并不需要力來(lái)維持，因而力并不是使物體運動(dòng)的原因；只有當物體的運動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變的時(shí)候，才需要力，所以力是改變物體運動(dòng)狀態(tài)的原因
2、不受力的物體是不存在的，所以牛頓第一定律是理想定律，不能用實(shí)驗來(lái)驗證。
3、物體具有保持勻速直線(xiàn)運動(dòng)狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)，這種性質(zhì)稱(chēng)慣性。所以牛頓第一定律又稱(chēng)慣性定律。
師：生活中許許多多的現象可以幫助我們理解牛頓第一定律。例如冰壺。冰壺在冰面運動(dòng)時(shí)受到的阻力較小，可以在較長(cháng)時(shí)間內保持運動(dòng)速度的大小和方向不變直到它再一次受到桿的打擊或碰到障礙物，才改變這種狀態(tài)。
觀(guān)看牛頓第一定律演示實(shí)驗
四、慣性
帶領(lǐng)學(xué)生觀(guān)看多媒體文件。
生活中的例子：將斧頭和木把往下敲。木把受到敲擊突然停止了。斧頭由于慣性要保持原來(lái)的運動(dòng)狀態(tài)，繼續向下運動(dòng)，使斧頭和木把套緊。
1、問(wèn)：什么樣的物體具有慣性？物體什么時(shí)候具有慣性？
答：一切物體均具有慣性。一切物體總保持勻速直線(xiàn)運動(dòng)狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。
物體任何時(shí)候都有慣性，慣性是一種固有屬性。
2、慣性可以被克服嗎？
答：慣性是物體的固有屬性，不是力，不能避免或克服。
3、速度可以突變嗎？
答：當有外力作用迫使物體改變運動(dòng)狀態(tài)時(shí)，物體的運動(dòng)狀態(tài)會(huì )在原有的基礎上發(fā)生變化，慣性的大小就表現為物體運動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度。正因為物體的運動(dòng)狀態(tài)是在原有的基礎上一點(diǎn)點(diǎn)變化的，所以速度是不能突變的。
4、物體的慣性大小由什么決定呢？與速度有關(guān)嗎？
答：慣性的大小僅由質(zhì)量決定。
這里有一個(gè)易錯點(diǎn)：很多同學(xué)認為速度大，慣性大；速度小，慣性小。原因是他們把“運動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度理”理解為“物體從運動(dòng)到靜止的難易程度”。
分析：正是因為有外力的作用才使得物體的運動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，所以要比較兩個(gè)物體運動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度，最起碼要給它們相同的外力作用，才好進(jìn)行比較。（不恰當的比方：想看兩個(gè)人一天誰(shuí)掙的錢(qián)多，最起碼要給他們相同的本錢(qián)）
要比較速度變化的難易程度其實(shí)就是比較物體的加速度，加速度反映了相同時(shí)間內物體速度變化的大小關(guān)系，而在相同的外力作用的情況下，物體的加速度大小是僅僅是由質(zhì)量決定的。所以慣性?xún)H僅由質(zhì)量決定。（a大，速度變化容易；a小，速度變化難）
慣性的大小僅由質(zhì)量決定。但由于慣性是屬性不是物理量，所以不能具體講1千克的物體有多少慣性。例：如手擋相同速度的籃球和汽車(chē)。如果一輛空車(chē)和一輛裝滿(mǎn)貨物車(chē)在相同的牽引力作用下由靜止開(kāi)始運動(dòng)，它們的運動(dòng)狀態(tài)改變的情況并不相同，空車(chē)的質(zhì)量小，在較短的時(shí)間內可以達到某一速度，運動(dòng)狀態(tài)容易改變。裝滿(mǎn)貨物的車(chē)，質(zhì)量大，要在很長(cháng)的時(shí)間內才能達到相同的速度，運動(dòng)狀態(tài)難以改變。慣性大小在實(shí)際中是經(jīng)常要加以考慮的。當我們要求物體的運動(dòng)狀態(tài)容易改變時(shí)，應該盡可能減小物體的質(zhì)量。殲擊機的質(zhì)量比運輸機、轟炸機的質(zhì)量要小得多，在戰斗前還要拋掉副油箱，以進(jìn)一步減小質(zhì)量，就是為了要提高殲擊機的靈活性。相反，當我們要求物體的運動(dòng)狀態(tài)不容易改變時(shí)，應該盡量增大物體的質(zhì)量，抽水站的電動(dòng)抽水機和水泵都固定在很重的機座上，就是要增大它們的質(zhì)量，以盡量減小它們振動(dòng)或避免意外的碰撞而移動(dòng)。
【牛頓第一定律教案】相關(guān)文章：
《左傳》教案10-24
存貨教案02-28
《牧場(chǎng)上的家教案》經(jīng)典教案設計03-20
茶花賦教案04-06
《什么蟲(chóng)》教案01-08
《文化苦旅》教案02-27
大學(xué)教案的寫(xiě)法10-05
《認識鐘表》的教案03-19
《沙田山居》教案01-29