1牛顿第一定律教学设计实例

1　牛顿第一定律 高中物理       人教2003课标版

知识与技能  理解牛顿第一定律和惯性概念，正确理解力和物体运动的关系；

过程与方法  知道理想实验的推导分析过程，从中领会科学思维方法，感悟科学推理过程；

情感态度价值观  通过物理学史的简介，让学生体会到科学探究的长期性和艰巨性；通过伽利略对力和运动关系的研究，培养学生敢于质疑、敢于批判、敢于坚持真理、敢于创新的科学探究精神。

学生已在初中九年级学过牛顿第一定律的基本内容，对运动与力的关系已有初步了解，知道力不是维持物体运动原因。因此，在本节的教学中，应注意知识的深化和科学方法的学习，避免知识的简单重复和没有新意。

伽利略的研究过程蕴涵了重要的科学方法,对引导学生领会牛顿第一定律的含义,起着非常重要的作用.为科学的发展开辟了新的研究方法，因此，把伽利略理想实验作为本节的重点。惯性是学生学习运动和力的基础，因其抽象难懂而作为本节课的难点。

同学们好，非常高兴有机会在这里和大家一起探讨物理的奥妙。首先我们一起来做一个游戏，假设我们的教室就是一辆汽车，而你们是汽车里的乘客，当汽车“加速”“刹车”的时候，汽车里的乘客会有不同的反应。下面我们来表演一下这种反应，当我发出“加速”“刹车”等口令时，大家用较为夸张的动作表演出汽车里的乘客相应的反应。

教师：加速     学生：向后倾斜

教师：刹车     学生：向前倾斜

同学们表演的很好，大家想想，为什么我们的身体有这样的动作？你们再想想，为什么有的物体是做加速运动，有的物体是做减速运动；为什么有的物体上升而有的物体下降；为什么天上的日月星辰是做那样的运动呢？所有这些为什么，背后都是一个问题，那就是物体运动背后的原因是什么。

这个话题是一个古老的话题，可以追溯到公元前四世纪，那时候有一个伟大的哲学家——亚里士多德。他是研究运动和力的第一人。他认为物体的运动是在推或拉的外力作用下发生的。没有外力，物体就会停止。归纳为一句话就是“力推物动，力撤物停。”力是维持物体运动的原因。

老师：力是维持物体运动原因，根据现有的经验，这对吗？

老师：根据初中的学习，我们知道这个观点是错误的。可公元前四世纪以及之后的两千多年人们一直认为这种观点是正确的，直到十六世纪欧洲各大学院里面讲得还是亚里士多德的这种观点，没有人对其提出质疑。 今天我们就重现历史过程，来一次现场的辩论，探讨出亚里士多德这个观点的错误原因何在。下面同桌两人为一个小组，一个同学站在亚里士多德的观点上，用亚里士多德的观点解释生活中常见的物理现象或者屏幕图片上的物理现象，而另一位同学则作为勇敢的质疑者，不断的提出自己的疑问。通过对话，分析出引起亚里士多德错误观点的“罪魁祸首”是什么？

下面同桌自由组合，扮演自己的角色，进行辩论[板书：牛顿第一定律  1亚里士多德：提出问题]

学生：摩擦力是亚里士多德错误观点的原因。

老师：很好，这就是找到了研究这个问题的切入点，这个切入点是到了十六世纪末物理学家伽利略首先质疑的，原来运动的物体之所以停下来难道真的是没有受到力的作用吗？有，刚才这位同学就提出来了，摩擦阻力。摩擦阻力空气阻力这些无形的阻力在亚里士多德之后的两千多年人们一直没有清楚地认识到他得存在，伽利略认识到了。

老师：那么假如没有摩擦阻力的影响，原来运动的物体又将如何运动下去？大家可以大胆的猜想。

学生：假如没有摩擦阻力的影响，原来运动的物体将一直运动下去。

老师：这个观点正确不正确，我们要证实这一点吧，接下来你们说我们要如何来研究？

学生：实验

老师：对，实验，这是伽利略开创的研究方法，在三百多年前，伽利略就设想了这样一个实验，同学们来看看这个实验装置，伽利略看见物体从斜面上下来运动的越来越快，冲上斜面上的过程中运动的越来越慢，于是设计了这样一个对接实验装置，两个斜面平滑的连接了起来。下面请一位同学上来和我一起完成这个实验，再现伽利略的研究过程。我在这个装置上面先铺了一层棉布，我从斜面的某一高度处释放了一个小球，同学们观察小球的运动，小球运动到斜面的另一边，做一个标记。把棉布撤走，从同一位置再释放小球，再观察，再做一个标记。同学们想想看，两次看到的现象有什么不同？

学生：第二次滚得高了，原因是摩擦力减小了。

老师：高是高了，可有没有上升到等高？

学生：没有，因为器材还是存在摩擦力的影响。

老师：假如说没有摩擦力的影响，那么我把小球从斜面的这个高度释放，小球会上升到什么高度呢？

学生：同一高度

老师：这可是在实验基础上的推理，有实验有推理，同学们记住这个结论，待会我们还会用到。我们再来看，如果减小斜面的倾角，从同一高度释放小球，假如没有摩擦力，他将上升到什么高度，同一高度，这是我们刚才的出来的推理结论吧。对我们来做这个实验。同学们看一看，第一次是这段距离，第二次是这段距离，第三次是这段距离，运动得更远了。

老师：如果继续减小斜面的倾角，斜面倾角减小至零了，这边是水平了，同一高度释放小球，注意观察，注意想象，（做实验），假如说轨道无限长，假如说没有摩擦，小球将怎么样？一直运动下去，因为它永远上不到那个高度上去了。

老师：假如轨道足够长，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，这就是亚里士多德提出的观点，假如没有摩擦阻力的影响，在水平面上运动的物体将一直运动下去。再来看，小球在水平方向运动的时候，如果忽略那些阻力的影响，小球还受到其它力的作用吗？它在运动的时候有所谓的外力作用吗？可是他在运动。这个实验同时也能说明亚里士多德的那个力推物动力撤物停，力是维持物体运动的观点是错误的。这就是伽利略的观点，力不是维持物体运动的原因。那力和运动到底有个什么样的关系呢？

学生：力是改变物体运动的原因。

老师：嗯，很好，力是改变物体运动状态的原因，那么谁能举例说明力是改变物体运动状态的原因呢？

学生：举例说明……

老师：力是改变物体运动状态的原因，力是改变物体速度的原因，力是使物体产生加速度的原因。那么大家再来想一想，伽利略在研究这个问题的时候用到了什么样的实验方法？

学生：理想实验

老师：什么是理想实验呢？

学生：理论和实验结合起来，通过实验，进行合理的推理进而得出结论。

老师：理论和实验结合起来的这种方法，是伽利略开创的科学研究方法，自伽利略之后，科学发展进入了一个高峰期，这与他的科学方法的创密不可分。我们通过看书学习，不仅要习得前人留下的知识，了解前人的研究过程，更要掌握科学的研究方法。

老师：伽利略的观点告诉我们如果物体不受摩擦力的作用将一直运动下去，那么他有没有告诉我们物体是怎样的运动下去呢？跟伽利略同时代的一位科学家笛卡尔，对伽利略的结论进行了一点补充，如果运动中的物体没受到力的作用，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。同学们与伽利略的观点对比一下，看哪些方面进行了补充？

学生：……[板书：2伽利略：科学实验  3笛卡尔：合理补充]

老师：看出来了吧 ，伽利略说一直运动，那么到底一直怎么运动呢？笛卡尔说一直沿直线运动。另外，伽利略说是水平面上，笛卡尔还有说水平面吗？那按道理说，应该各个方向都应该可以。

老师：笛卡尔说这个结论可以作为物理学的一条原理进行使用，那么牛顿实现了这个梦想。大家请看牛顿的观点：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在他上面的力迫使它改变这种状态。

请位同学读一读……

牛顿不仅在前人的基础上研究了这些，而且在此基础上继续研究，提出了关于运动的三条定律，把这条放在第一条，叫第一定律，后人称之为“牛顿第一定律”。牛顿把运动和力的关系做了全面的总结，形成了他的理论体系，他把他的研究成果收录在这本书里，出版于1687年，书名叫《自然哲学之数学原理》。

老师：牛顿第一定律这后半句能看出什么意思来呢？大家找找看，牛顿第一定律这句话中哪些字词你觉得很重要。除非作用在他上面的力迫使它改变这种状态。

学生：力是改变物体运动状态的原因。

老师：在牛顿以前，人们也提力，但那时候力没有什么严格的概念，所谓力，就是外界对物体的影响，从牛顿开始，他定义了什么是力。

老师：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，这说明物体在不受力的时候有个什么样的运动情况？

学生：匀速直线运动或静止状态。

老师：物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，物体有那么一种属性，一种保持原来运动状态的属性，一切物体都有的，原来运动我保持运动，原来静止我保持静止，原来是哪个速度，我保持哪个速度。这么一种属性，牛顿把这么一种属性，称之为惯性。

老师：惯性是生活中常见的物理现象，大家能不能举几个生活中有关物体具有惯性的例子？大家先互相交流下，看有哪些现象体现了物体具有惯性。[板书：4牛顿：完善规律]

学生：……

老师：牛顿在解释惯性的时候说，惯性是物体抵抗运动状态改变的本领，那么这种本领与什么因素有关呢？来通过两幅图片进行观察？

老师：第二幅图中相扑运动员跟三个小孩较量，大家看看这三个小孩的表情，可见这三个小孩应该是用尽全力了吧，而相扑运动员却稳若泰山，这又说明了什么呢？

学生：惯性与物体的质量有关，质量大的物体运动状态难以改变。

老师：我们再来做一个游戏，进行吹乒乓球比赛，请一位男同学和一位女生上台来较量一下？

老师：请胜利方先下去，我们来采访下失败方，请问你是否输的心服口服？我给你个机会你吹下这个气球试下看。检验下看，还服不服，能给我们解释下这是为什么吗？

学生：质量大的运动状态难以改变，质量小的运动状态易改变，惯性与质量有关，质量越大惯性越大，质量越小，惯性越小。

     老师：惯性在生活中无处不在，它对我们的生活是有利还是有弊呢？

学生：有利也有弊

老师：我们一方面要避免惯性给我们带来的弊端，同时也要学会利用惯性解决生活中常见的问题。[播放视频：汽车碰撞] 汽车给我们的生活带来了便利，让人与人之间的距离不再那么遥远，为了您和家人的安全，坐车一定要注意系安全带。

老师：惯性对我们的生活起着很多有益的作用，很多时候我们会用到惯性。下面大家思考这样一个问题，在不打破鸡蛋的情况下，如何利用惯性区分生鸡蛋和熟鸡蛋，把惯性用于生活。

     老师：通过这堂课的学习，你学到了什么？

习得的知识

掌握的方法

     互动环节：智力抢答，巩固知识

气球实验

1　牛顿第一定律

1　牛顿第一定律

同学们好，非常高兴有机会在这里和大家一起探讨物理的奥妙。首先我们一起来做一个游戏，假设我们的教室就是一辆汽车，而你们是汽车里的乘客，当汽车“加速”“刹车”的时候，汽车里的乘客会有不同的反应。下面我们来表演一下这种反应，当我发出“加速”“刹车”等口令时，大家用较为夸张的动作表演出汽车里的乘客相应的反应。

教师：加速     学生：向后倾斜

教师：刹车     学生：向前倾斜

同学们表演的很好，大家想想，为什么我们的身体有这样的动作？你们再想想，为什么有的物体是做加速运动，有的物体是做减速运动；为什么有的物体上升而有的物体下降；为什么天上的日月星辰是做那样的运动呢？所有这些为什么，背后都是一个问题，那就是物体运动背后的原因是什么。

这个话题是一个古老的话题，可以追溯到公元前四世纪，那时候有一个伟大的哲学家——亚里士多德。他是研究运动和力的第一人。他认为物体的运动是在推或拉的外力作用下发生的。没有外力，物体就会停止。归纳为一句话就是“力推物动，力撤物停。”力是维持物体运动的原因。

老师：力是维持物体运动原因，根据现有的经验，这对吗？

老师：根据初中的学习，我们知道这个观点是错误的。可公元前四世纪以及之后的两千多年人们一直认为这种观点是正确的，直到十六世纪欧洲各大学院里面讲得还是亚里士多德的这种观点，没有人对其提出质疑。 今天我们就重现历史过程，来一次现场的辩论，探讨出亚里士多德这个观点的错误原因何在。下面同桌两人为一个小组，一个同学站在亚里士多德的观点上，用亚里士多德的观点解释生活中常见的物理现象或者屏幕图片上的物理现象，而另一位同学则作为勇敢的质疑者，不断的提出自己的疑问。通过对话，分析出引起亚里士多德错误观点的“罪魁祸首”是什么？

下面同桌自由组合，扮演自己的角色，进行辩论[板书：牛顿第一定律  1亚里士多德：提出问题]

学生：摩擦力是亚里士多德错误观点的原因。

老师：很好，这就是找到了研究这个问题的切入点，这个切入点是到了十六世纪末物理学家伽利略首先质疑的，原来运动的物体之所以停下来难道真的是没有受到力的作用吗？有，刚才这位同学就提出来了，摩擦阻力。摩擦阻力空气阻力这些无形的阻力在亚里士多德之后的两千多年人们一直没有清楚地认识到他得存在，伽利略认识到了。

老师：那么假如没有摩擦阻力的影响，原来运动的物体又将如何运动下去？大家可以大胆的猜想。

学生：假如没有摩擦阻力的影响，原来运动的物体将一直运动下去。

老师：这个观点正确不正确，我们要证实这一点吧，接下来你们说我们要如何来研究？

学生：实验

老师：对，实验，这是伽利略开创的研究方法，在三百多年前，伽利略就设想了这样一个实验，同学们来看看这个实验装置，伽利略看见物体从斜面上下来运动的越来越快，冲上斜面上的过程中运动的越来越慢，于是设计了这样一个对接实验装置，两个斜面平滑的连接了起来。下面请一位同学上来和我一起完成这个实验，再现伽利略的研究过程。我在这个装置上面先铺了一层棉布，我从斜面的某一高度处释放了一个小球，同学们观察小球的运动，小球运动到斜面的另一边，做一个标记。把棉布撤走，从同一位置再释放小球，再观察，再做一个标记。同学们想想看，两次看到的现象有什么不同？

学生：第二次滚得高了，原因是摩擦力减小了。

老师：高是高了，可有没有上升到等高？

学生：没有，因为器材还是存在摩擦力的影响。

老师：假如说没有摩擦力的影响，那么我把小球从斜面的这个高度释放，小球会上升到什么高度呢？

学生：同一高度

老师：这可是在实验基础上的推理，有实验有推理，同学们记住这个结论，待会我们还会用到。我们再来看，如果减小斜面的倾角，从同一高度释放小球，假如没有摩擦力，他将上升到什么高度，同一高度，这是我们刚才的出来的推理结论吧。对我们来做这个实验。同学们看一看，第一次是这段距离，第二次是这段距离，第三次是这段距离，运动得更远了。

老师：如果继续减小斜面的倾角，斜面倾角减小至零了，这边是水平了，同一高度释放小球，注意观察，注意想象，（做实验），假如说轨道无限长，假如说没有摩擦，小球将怎么样？一直运动下去，因为它永远上不到那个高度上去了。

老师：假如轨道足够长，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，这就是亚里士多德提出的观点，假如没有摩擦阻力的影响，在水平面上运动的物体将一直运动下去。再来看，小球在水平方向运动的时候，如果忽略那些阻力的影响，小球还受到其它力的作用吗？它在运动的时候有所谓的外力作用吗？可是他在运动。这个实验同时也能说明亚里士多德的那个力推物动力撤物停，力是维持物体运动的观点是错误的。这就是伽利略的观点，力不是维持物体运动的原因。那力和运动到底有个什么样的关系呢？

学生：力是改变物体运动的原因。

老师：嗯，很好，力是改变物体运动状态的原因，那么谁能举例说明力是改变物体运动状态的原因呢？

学生：举例说明……

老师：力是改变物体运动状态的原因，力是改变物体速度的原因，力是使物体产生加速度的原因。那么大家再来想一想，伽利略在研究这个问题的时候用到了什么样的实验方法？

学生：理想实验

老师：什么是理想实验呢？

学生：理论和实验结合起来，通过实验，进行合理的推理进而得出结论。

老师：理论和实验结合起来的这种方法，是伽利略开创的科学研究方法，自伽利略之后，科学发展进入了一个高峰期，这与他的科学方法的创密不可分。我们通过看书学习，不仅要习得前人留下的知识，了解前人的研究过程，更要掌握科学的研究方法。

老师：伽利略的观点告诉我们如果物体不受摩擦力的作用将一直运动下去，那么他有没有告诉我们物体是怎样的运动下去呢？跟伽利略同时代的一位科学家笛卡尔，对伽利略的结论进行了一点补充，如果运动中的物体没受到力的作用，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。同学们与伽利略的观点对比一下，看哪些方面进行了补充？

学生：……[板书：2伽利略：科学实验  3笛卡尔：合理补充]

老师：看出来了吧 ，伽利略说一直运动，那么到底一直怎么运动呢？笛卡尔说一直沿直线运动。另外，伽利略说是水平面上，笛卡尔还有说水平面吗？那按道理说，应该各个方向都应该可以。

老师：笛卡尔说这个结论可以作为物理学的一条原理进行使用，那么牛顿实现了这个梦想。大家请看牛顿的观点：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在他上面的力迫使它改变这种状态。

请位同学读一读……

牛顿不仅在前人的基础上研究了这些，而且在此基础上继续研究，提出了关于运动的三条定律，把这条放在第一条，叫第一定律，后人称之为“牛顿第一定律”。牛顿把运动和力的关系做了全面的总结，形成了他的理论体系，他把他的研究成果收录在这本书里，出版于1687年，书名叫《自然哲学之数学原理》。

老师：牛顿第一定律这后半句能看出什么意思来呢？大家找找看，牛顿第一定律这句话中哪些字词你觉得很重要。除非作用在他上面的力迫使它改变这种状态。

学生：力是改变物体运动状态的原因。

老师：在牛顿以前，人们也提力，但那时候力没有什么严格的概念，所谓力，就是外界对物体的影响，从牛顿开始，他定义了什么是力。

老师：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，这说明物体在不受力的时候有个什么样的运动情况？

学生：匀速直线运动或静止状态。

老师：物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，物体有那么一种属性，一种保持原来运动状态的属性，一切物体都有的，原来运动我保持运动，原来静止我保持静止，原来是哪个速度，我保持哪个速度。这么一种属性，牛顿把这么一种属性，称之为惯性。

老师：惯性是生活中常见的物理现象，大家能不能举几个生活中有关物体具有惯性的例子？大家先互相交流下，看有哪些现象体现了物体具有惯性。[板书：4牛顿：完善规律]

学生：……

老师：牛顿在解释惯性的时候说，惯性是物体抵抗运动状态改变的本领，那么这种本领与什么因素有关呢？来通过两幅图片进行观察？

老师：第二幅图中相扑运动员跟三个小孩较量，大家看看这三个小孩的表情，可见这三个小孩应该是用尽全力了吧，而相扑运动员却稳若泰山，这又说明了什么呢？

学生：惯性与物体的质量有关，质量大的物体运动状态难以改变。

老师：我们再来做一个游戏，进行吹乒乓球比赛，请一位男同学和一位女生上台来较量一下？

老师：请胜利方先下去，我们来采访下失败方，请问你是否输的心服口服？我给你个机会你吹下这个气球试下看。检验下看，还服不服，能给我们解释下这是为什么吗？

学生：质量大的运动状态难以改变，质量小的运动状态易改变，惯性与质量有关，质量越大惯性越大，质量越小，惯性越小。

     老师：惯性在生活中无处不在，它对我们的生活是有利还是有弊呢？

学生：有利也有弊

老师：我们一方面要避免惯性给我们带来的弊端，同时也要学会利用惯性解决生活中常见的问题。[播放视频：汽车碰撞] 汽车给我们的生活带来了便利，让人与人之间的距离不再那么遥远，为了您和家人的安全，坐车一定要注意系安全带。

老师：惯性对我们的生活起着很多有益的作用，很多时候我们会用到惯性。下面大家思考这样一个问题，在不打破鸡蛋的情况下，如何利用惯性区分生鸡蛋和熟鸡蛋，把惯性用于生活。

     老师：通过这堂课的学习，你学到了什么？

习得的知识

掌握的方法

     互动环节：智力抢答，巩固知识

气球实验