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物理《牛頓第一定律》教案
一、教學(xué)目標
知識與技能：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。
過(guò)程與方法：理解理想實(shí)驗是科學(xué)研究的重要方法。
情感態(tài)度價(jià)值觀(guān)：通過(guò)理想斜面的教學(xué)，體會(huì )理想實(shí)驗的魅力。
二、教學(xué)重難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn)：通過(guò)回顧歷史探究過(guò)程理解牛頓第一定律;慣性的理解。
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。
三、教學(xué)方法
討論法、啟發(fā)法、講解法
四、教學(xué)過(guò)程
(一)導入新課
撕紙游戲
猜一猜：
1.一張紙已剪成兩截，但未完全剪斷，如果迅速用力撕兩邊，紙會(huì )斷成幾截?
2.現在把紙剪成三截，但未完全剪斷，如果迅速用力撕兩邊，紙會(huì )斷成幾截?
大家不要動(dòng)手，先猜一猜。
3.如果在中間的紙下面夾一個(gè)夾子，然后迅速撕兩邊，紙會(huì )斷成幾截?
請大家想一想：為什么是這樣一個(gè)結果呢?怎樣解釋我們的游戲呢?其實(shí)，在我們的游戲中還涉及到一個(gè)古老的話(huà)題──力和運動(dòng)：用力撕紙，紙條斷開(kāi)運動(dòng)起來(lái)。運動(dòng)和力之間到底有什么關(guān)系呢?帶著(zhù)這些問(wèn)題，我們一起來(lái)體驗古人的探究過(guò)程，學(xué)習古人的探究方法，進(jìn)一步理解論述運動(dòng)和力關(guān)系的牛頓第一定律。
(二)新課教學(xué)
1.情景設問(wèn)，經(jīng)驗猜想
在人類(lèi)歷史的長(cháng)河中，運動(dòng)和力如影隨形，總是和人們的生活、生產(chǎn)密切相關(guān)。比如：馬拉車(chē)則車(chē)前進(jìn)，不再拉，前進(jìn)的車(chē)會(huì )停下來(lái);人象推車(chē)則車(chē)前進(jìn)，不再推，前進(jìn)的車(chē)會(huì )停下來(lái);踢球，球沿草地向前滾動(dòng)，不再踢，滾動(dòng)的球會(huì )慢慢停下來(lái)。
思考：運動(dòng)和力之間有什么關(guān)系呢?
最早提出這個(gè)問(wèn)題并給出經(jīng)驗猜想的是古希臘學(xué)者亞里士多德。
他根據生活生產(chǎn)經(jīng)驗猜想：必須有力作用在物體上，物體才能運動(dòng);沒(méi)有力的作用，物體就要靜止在一個(gè)地方。運動(dòng)需要力維持。
他的觀(guān)點(diǎn)來(lái)自實(shí)際經(jīng)驗，還能用實(shí)際經(jīng)驗驗證，所以被人們廣泛接受，并維持了近兩千年。
設問(wèn)：我們現在知道，他的觀(guān)點(diǎn)是錯誤的。那么他有貢獻嗎?
亞里士多德的貢獻：開(kāi)創(chuàng )了一個(gè)新的研究領(lǐng)域。
首先質(zhì)疑并深入研究的是十六世紀的伽利略。他觀(guān)察了球的滾動(dòng)。
2.質(zhì)疑假設，科學(xué)猜想
當球沿斜面向下滾動(dòng)時(shí)，它的速度增大，而向上滾動(dòng)時(shí)，速度減小。他由此猜想：當球沿水平面滾動(dòng)時(shí)，它的速度應該不增不減。實(shí)際觀(guān)察的結果是：沿水平面滾動(dòng)的球越來(lái)越慢，最后停下來(lái)。
�、佻F象：沿水平面滾動(dòng)的球越來(lái)越慢，最后停下來(lái)。
按照亞里士多德的觀(guān)點(diǎn)，球停下來(lái)是因為沒(méi)有力的作用。伽利略恰恰從這一現象出發(fā)，對亞里士多德的觀(guān)點(diǎn)提出質(zhì)疑。
�、谫|(zhì)疑：滾動(dòng)的球之所以停下來(lái)，真的是因為沒(méi)有力的作用嗎?
設問(wèn)：球停下來(lái)的原因是什么呢?
在伽利略之前，人們還沒(méi)有意識到摩擦力這種無(wú)形的力，伽利略是第一個(gè)意識到摩擦力的人。
他改變了水平面的粗糙程度，發(fā)現：水平面越光滑，球滾得越遠。于是，他推斷這是摩擦阻力作用的結果。
結論：滾動(dòng)的球停下來(lái)，是摩擦阻力作用的結果。
�、奂僭O：若沒(méi)有摩擦阻力，沿水平面滾動(dòng)的球將怎樣運動(dòng)呢?
�、懿孪耄喝魶](méi)有摩擦阻力，球將永遠滾動(dòng)下去。
過(guò)渡：伽利略設計了一個(gè)雙斜面實(shí)驗。
3.實(shí)驗探究，得出結論
(1)雙斜面實(shí)驗
左斜面固定，右斜面傾角可變。實(shí)驗中我們設定小球始終從左斜面定位卡處由靜止釋放。
�、俟潭ㄓ倚泵�，改變小球所受的摩擦，觀(guān)察小球上升的最大高度怎樣變化。重復一次。
思考：
1.小球所受摩擦阻力的大小與小球上升的最大高度之間有什么關(guān)系?
2.摩擦阻力的大小與釋放點(diǎn)到上升的最高點(diǎn)的高度差是什么關(guān)系?
3.如果沒(méi)有摩擦，小球會(huì )上升到多高的地方?
�、跍p小右斜面傾角，觀(guān)察小球沿斜面運動(dòng)的最遠距離怎樣變化。重復一次。
思考：
1.減小右斜面傾角，小球沿斜面運動(dòng)的最遠距離如何變化?
2.如果沒(méi)有摩擦，減小右斜面傾角，沿斜面滾動(dòng)的最遠距離怎樣變化?小球將上升到多高的地方?
�、蹖⒂倚泵娣牌�，釋放小球，觀(guān)察小球的運動(dòng)。
思考：
1.如果水平木板足夠長(cháng)，小球會(huì )停下來(lái)嗎?
2.如果沒(méi)有摩擦，水平木板足夠長(cháng)，小球將滾到哪里去呢?
過(guò)渡：伽利略的雙斜面實(shí)驗是一個(gè)理想實(shí)驗。
(2)理想實(shí)驗的魅力：
實(shí)驗(事實(shí))+邏輯推理
通過(guò)可靠的實(shí)驗事實(shí)，加上合理的邏輯推理，得出規律的一種方法。
理想實(shí)驗的魅力：實(shí)驗不能實(shí)現的地方，思維向前一步。
這種方法非常了不起!愛(ài)因斯坦是這樣評價(jià)的：伽利略的發(fā)現以及他所應用的科學(xué)的推理方法是人類(lèi)思想史上最偉大的成就之一，而且標志著(zhù)物理學(xué)的真正開(kāi)端。這個(gè)評價(jià)實(shí)事求是，從亞里士多德到伽利略，經(jīng)歷了2000多年，物理學(xué)徘徊不前;從伽利略到愛(ài)因斯坦，只經(jīng)歷300多年，物理學(xué)的大廈初步建立，大師輩出。這都得益于伽利略首創(chuàng )的實(shí)驗研究方法。
過(guò)渡：通過(guò)雙斜面理想實(shí)驗，伽利略得出了結論。
(3)伽利略：若沒(méi)有摩擦阻力，沿水平面滾動(dòng)的球將永遠滾動(dòng)下去。運動(dòng)不需要力維持。
回顧、思考：
�、凫o止的車(chē)、足球為什么運動(dòng)起來(lái)?
�、谶\動(dòng)的車(chē)、足球為什么會(huì )停下來(lái)?
�、哿瓦\動(dòng)之間有什么關(guān)系?
力是改變物體運動(dòng)狀態(tài)的原因。
設問(wèn)：運動(dòng)狀態(tài)是用什么物理量描述?
車(chē)由靜止變?yōu)檫\動(dòng)，受到了推、拉力;由運動(dòng)變?yōu)殪o止，受到了摩擦阻力。足球由靜止變?yōu)檫\動(dòng)，受到了腳的力;由運動(dòng)變?yōu)殪o止，受到了草地的摩擦阻力。
過(guò)渡：與伽利略同時(shí)代的法國科學(xué)家笛卡爾對他的觀(guān)點(diǎn)進(jìn)行了補充。
4.補充完善，形成定律
(1)笛卡爾的補充：除非物體受到力的作用，物體將永遠保持其靜止或運動(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)。這應成為一個(gè)原理，它是人類(lèi)整個(gè)自然觀(guān)的基礎。
笛卡爾補充了物體不受力時(shí)保持靜止狀態(tài)或勻速直線(xiàn)運動(dòng)狀態(tài)。
過(guò)渡： 1642年，伽利略逝世，1643年牛頓在英國誕生。牛頓是人類(lèi)歷史上最偉大的科學(xué)家之一。主要貢獻有發(fā)明了微積分，發(fā)現了萬(wàn)有引力定律和經(jīng)典力學(xué)，設計并制造了第一架反射式望遠鏡等等。
牛頓在1687年出版的《自然哲學(xué)的數學(xué)原理》一書(shū)中提出了三條運動(dòng)定律。牛頓把伽利略、笛卡爾的正確結論總結成為牛頓第一定律，它是牛頓物理學(xué)的基石。
(2)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)。
過(guò)渡：現在我們來(lái)理解定律。
(三)鞏固提高
思考：牛頓第一定律中論述的運動(dòng)和力的關(guān)系是怎樣的?
1.運動(dòng)和力的關(guān)系：力是改變物體運動(dòng)狀態(tài)的原因。
2.阻力很小的現象：冰壺
從視頻可以看出，冰壺在一段時(shí)間內速度的大小和方向幾乎不變，直到碰上另一個(gè)冰壺。
思考：定律中還論述了什么呢?
3.慣性：
�、俑拍睿何矬w保持原來(lái)的勻速直線(xiàn)運動(dòng)狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)。
設問(wèn)：一切物體都有慣性。做變速運動(dòng)的物體有慣性嗎?
當物體做變速運動(dòng)時(shí)，由于慣性，物體會(huì )抵抗速度的改變，從而使速度的改變需要一段時(shí)間。比如汽車(chē)緊急剎車(chē)時(shí)不會(huì )立即停下來(lái)，而是繼續向前滑行一段距離。
�、谝磺形矬w有慣性，有抵抗運動(dòng)狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”。
物體慣性大，“本領(lǐng)”大，運動(dòng)狀態(tài)難改變;物體慣性小，“本領(lǐng)”小，運動(dòng)狀態(tài)易改變。
思考并猜想：物體的慣性大小和什么因素有關(guān)?
(四)小結作業(yè)
1.了解了運動(dòng)和力關(guān)系的探究過(guò)程。
在探究過(guò)程中，亞里士多德是開(kāi)拓者。伽利略首創(chuàng )了理想實(shí)驗方法;笛卡爾補充了伽利略的觀(guān)點(diǎn);牛頓提出了慣性、力、慣性參考系的概念。
2.體會(huì )了理想實(shí)驗的魅力：實(shí)驗(事實(shí))+邏輯推理
3. 深入理解了牛頓第一定律，知道了質(zhì)量是慣性大小的量度。
4.后來(lái)愛(ài)因斯坦等科學(xué)家又進(jìn)一步發(fā)展了牛頓第一定律。沒(méi)有哪一個(gè)定律是終極真理，物理學(xué)的大廈永不封頂，還等待你們?yōu)樗泶u加瓦!
課外探究：有人說(shuō)劉謙的螺絲魔術(shù)顛覆了牛頓第一定律：不給螺帽力的作用，螺帽也能運動(dòng)起來(lái)。你怎么看?請在百度中搜索“劉謙螺絲魔術(shù)揭秘”，弄清劉謙螺絲魔術(shù)的原理。
五、板書(shū)設計
牛頓第一定律
一、歷史回顧
二、第一定律探究實(shí)驗
三、慣性定律
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