1牛顿第一定律优秀教学设计

1　牛顿第一定律 高中物理       人教2003课标版

1.知识与技能

⑴体会伽利略的理想实验思想。

⑵理解牛顿第一定律的内容及意义；理解力和运动的关系。

⑶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

⑴通过回顾历史探究过程理解牛顿第一定律的形成过程。

⑵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

⑴通过运动和力的关系的历史探究过程，使学生体会规律的形成都有一个从感性到理性、从低级到高级的产生、发展和演变的过程。

⑵通过理想斜面的教学，体会理想实验的魅力。

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。

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。

我们先来一段行为模仿秀，大家坐在同一辆公共汽车上，我是驾驶员，你们是乘客。我们来模仿一段乘车中身体发生的动作，大家动作可以夸张一点，我开始开车了，车子平稳前进，突然刹车……汽车静止，踩油门，加速……。

大家想一想：刹车过程中我们的身体为什么有这样的动作呢？再想一想，为什么有的物体作加速运动，有的物体做减速运动，为什么有的物体上升，有的物体下降，天上的日月星辰为什么是那样的运动呢？其实，所以这些为什么只有一个原因：那就是运动的原因是什么？

运动的原因是什么？早在公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德就认为必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在一个地方。所以力是维持运动的原因。果真如此吗？

现在我们也来讨论一下当初这里涉及的两个问题：

原来静止的一个物体，要让它运动起来，是否需要力来作用？

反之，原来运动的物体之所以停下来，难道真是没有力的作用吗？

【演示】：篮球在地面上运动。

结论：原来运动的物体之所以停下来，并不是没有了力的作用，相反却是因为有了摩擦等阻力作用的结果。

假设：如果没有摩擦等阻力的影响，在水平面上运动的物体会怎样呢？

猜想：若没有摩擦阻力，球将永远滚动下去。

这个猜想到底正确不正确呢？怎么来研究？伽利略开创了研究问题的方法——实验

过渡：伽利略发现当球沿斜面向下滚动时，它的速度增大，而冲上斜面运动时，速度减小，于是就设计了一个对接斜面实验。

（1）对接斜面实验

左斜面固定，右斜面倾角可变，并且两个支架等高。实验中我们设定小球始终从左斜面固定位置由静止释放。

①固定右斜面，先让小球在铺有布的斜面上运动，观察现象，重复一次；撤去布，让小球从同一高度开始运动，重复一次，两次有什么不同呢？

思考：

1.小球上升的高度不同是什么原因造成的？

摩擦大时上升的高度小，摩擦小时上升的高度大。

2.如果没有摩擦，小球会上升到多高的地方？

【学生推理】：上升到同样的高度

②减小右斜面倾角，大家推断一下，小球小球沿斜面运动的最远距离变大还是变小呢？

那么倾角变小后，要想达到同一高度，小球运动的距离变大

重复一次。

③将右斜面放平，释放小球，观察小球的运动。

【思考】：

如果没有摩擦，水平木板足够长，小球如何运动呢？

根据以上实验现象，你们能得出什么结论呢？大家讨论一下。

到此为止，我们验证了前面的猜想

【伽利略】：若没有摩擦阻力，沿水平面滚动的球将永远滚动下去，却不再需要什么力去推动。这就是说：力不是维持物体运动的原因

在伽利略之前，人们还没有意识到摩擦力这种无形的力，伽利略是第一个意识到摩擦力的人。

结合表格，领着学生再回顾一下伽利略设计的实验，引导学生认识到伽利略的这个实验，是在事实的基础上经过合理的外推的理想实验

（1）对接斜面实验

左斜面固定，右斜面倾角可变，并且两个支架等高。实验中我们设定小球始终从左斜面固定位置由静止释放。

①固定右斜面，先让小球在铺有布的斜面上运动，观察现象，重复一次；撤去布，让小球从同一高度开始运动，重复一次，两次有什么不同呢？

思考：

1.小球上升的高度不同是什么原因造成的？

摩擦大时上升的高度小，摩擦小时上升的高度大。

2.如果没有摩擦，小球会上升到多高的地方？

【学生推理】：上升到同样的高度

②减小右斜面倾角，大家推断一下，小球小球沿斜面运动的最远距离变大还是变小呢？

那么倾角变小后，要想达到同一高度，小球运动的距离变大

重复一次。

③将右斜面放平，释放小球，观察小球的运动。

【思考】：

如果没有摩擦，水平木板足够长，小球如何运动呢？

根据以上实验现象，你们能得出什么结论呢？大家讨论一下。

到此为止，我们验证了前面的猜想

【伽利略】：若没有摩擦阻力，沿水平面滚动的球将永远滚动下去，却不再需要什么力去推动。这就是说：力不是维持物体运动的原因

在伽利略之前，人们还没有意识到摩擦力这种无形的力，伽利略是第一个意识到摩擦力的人。

结合表格，领着学生再回顾一下伽利略设计的实验，引导学生认识到伽利略的这个实验，是在事实的基础上经过合理的外推的理想实验

【过渡】：伽利略的对接斜面实验是一个理想实验。

（3）理想实验的魅力：

通过可靠的实验事实，加上合理的逻辑推理，得出规律的一种方法。

理想实验的魅力：实验不能实现的地方，思维向前一步。

这种方法非常了不起！爱因斯坦是这样评价的：伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。这个评价实事求是，从亚里士多德到伽利略，经历了2000多年，物理学徘徊不前；从伽利略到爱因斯坦，只经历300多年，物理学的大厦初步建立，大师辈出。这都得益于伽利略首创的实验研究方法。

【过渡】：与伽利略同时代的法国科学家笛卡尔对他的观点进行了补充。

4.补充完善，形成定律

（1）笛卡尔的补充：除非物体受到力的作用，物体将永远保持其静止或运动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动。这应成为一个原理，它是人类整个自然观的基础。

【过渡】：又隔了一代人，出现了一位大师级人物。他就是？牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中提出了三条运动定律。牛顿在伽利略等人研究的基础上得出牛顿第一定律，伽利略理想斜面实验为牛顿第一定律提供了实验依据。它是牛顿物理学的基石。

（2）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，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。

【过渡】：现在我们来理解定律。

（三）理解定律，了解惯性

1.运动和力的关系：力是改变物体运动状态的原因。

【思考】：牛顿第一定律中论述的运动和力的关系是怎样的？

力是改变物体运动状态的原因。

【设问】：运动状态是用什么物理量描述？

物体不受力，保持匀速直线运动状态或静止状态；运动状态变化，物体一定受到力的作用。

【思考】：物体不受力时“总保持匀速直线运动状态或静止状态”，这能不能通过实验验证呢？

不能。由于不受力作用的物体是不存在的。许多阻力很小的现象可以帮助我们理解牛顿第一定律。

2.阻力很小的现象：冰壶

从视频可以看出，冰壶在一段时间内速度的大小和方向几乎不变，直到碰上另一个冰壶。

【思考】：定律中还论述了什么呢？

3.惯性：

①概念：物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质。

②一切物体有惯性，有抵抗运动状态变化的“本领”。【视频播放】

物体惯性大，“本领”大，运动状态难改变；物体惯性小，“本领”小，运动状态易改变。

思考并猜想：物体的惯性大小和什么因素有关？

我们首先来看段【视频】：

③惯性与质量：质量是惯性大小的量度。

在初中质量定义为物体所含物质的多少；现在进一步从惯性的角度认识了质量；以后还要从物体间的引力认识质量。

（四）再设情景，规律应用

【小实验1】：吹球    通过吹，不准用手碰，来判断哪个球是铁球？你能解释你看到的现象吗?

【小实验2】：撕纸    一张纸已剪成二截，但未完全剪断。请只用一只手想办法把纸分成两段。问题：请说说你是如何做到的？怎样解释撕纸游戏呢？

请你用本课所学知识解释生活中的现象:为什么使用安全带？

现在同学们一定明白了一个道理，开车乘车要系好安全带，不仅是遵守交通法规的一种行为，更是一种珍惜生命，热爱生活的一种态度。

（五）课堂总结，课外探究

思考一：

力——产生加速度的原因。

质量——惯性大小的量度

那么物体运动的加速度与力、质量有关，有什么样的定量关系？

思考二：

学完这节课后你最大的收获是什么？

第一层次：掌握了牛顿第一定律

第二层次：理解了伽利略研究问题的基本方法

第三层次：关注了两个至今都没能解决的问题

1　牛顿第一定律

1　牛顿第一定律

我们先来一段行为模仿秀，大家坐在同一辆公共汽车上，我是驾驶员，你们是乘客。我们来模仿一段乘车中身体发生的动作，大家动作可以夸张一点，我开始开车了，车子平稳前进，突然刹车……汽车静止，踩油门，加速……。

大家想一想：刹车过程中我们的身体为什么有这样的动作呢？再想一想，为什么有的物体作加速运动，有的物体做减速运动，为什么有的物体上升，有的物体下降，天上的日月星辰为什么是那样的运动呢？其实，所以这些为什么只有一个原因：那就是运动的原因是什么？

运动的原因是什么？早在公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德就认为必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在一个地方。所以力是维持运动的原因。果真如此吗？

现在我们也来讨论一下当初这里涉及的两个问题：

原来静止的一个物体，要让它运动起来，是否需要力来作用？

反之，原来运动的物体之所以停下来，难道真是没有力的作用吗？

【演示】：篮球在地面上运动。

结论：原来运动的物体之所以停下来，并不是没有了力的作用，相反却是因为有了摩擦等阻力作用的结果。

假设：如果没有摩擦等阻力的影响，在水平面上运动的物体会怎样呢？

猜想：若没有摩擦阻力，球将永远滚动下去。

这个猜想到底正确不正确呢？怎么来研究？伽利略开创了研究问题的方法——实验

过渡：伽利略发现当球沿斜面向下滚动时，它的速度增大，而冲上斜面运动时，速度减小，于是就设计了一个对接斜面实验。

（1）对接斜面实验

左斜面固定，右斜面倾角可变，并且两个支架等高。实验中我们设定小球始终从左斜面固定位置由静止释放。

①固定右斜面，先让小球在铺有布的斜面上运动，观察现象，重复一次；撤去布，让小球从同一高度开始运动，重复一次，两次有什么不同呢？

思考：

1.小球上升的高度不同是什么原因造成的？

摩擦大时上升的高度小，摩擦小时上升的高度大。

2.如果没有摩擦，小球会上升到多高的地方？

【学生推理】：上升到同样的高度

②减小右斜面倾角，大家推断一下，小球小球沿斜面运动的最远距离变大还是变小呢？

那么倾角变小后，要想达到同一高度，小球运动的距离变大

重复一次。

③将右斜面放平，释放小球，观察小球的运动。

【思考】：

如果没有摩擦，水平木板足够长，小球如何运动呢？

根据以上实验现象，你们能得出什么结论呢？大家讨论一下。

到此为止，我们验证了前面的猜想

【伽利略】：若没有摩擦阻力，沿水平面滚动的球将永远滚动下去，却不再需要什么力去推动。这就是说：力不是维持物体运动的原因

在伽利略之前，人们还没有意识到摩擦力这种无形的力，伽利略是第一个意识到摩擦力的人。

结合表格，领着学生再回顾一下伽利略设计的实验，引导学生认识到伽利略的这个实验，是在事实的基础上经过合理的外推的理想实验

（1）对接斜面实验

左斜面固定，右斜面倾角可变，并且两个支架等高。实验中我们设定小球始终从左斜面固定位置由静止释放。

①固定右斜面，先让小球在铺有布的斜面上运动，观察现象，重复一次；撤去布，让小球从同一高度开始运动，重复一次，两次有什么不同呢？

思考：

1.小球上升的高度不同是什么原因造成的？

摩擦大时上升的高度小，摩擦小时上升的高度大。

2.如果没有摩擦，小球会上升到多高的地方？

【学生推理】：上升到同样的高度

②减小右斜面倾角，大家推断一下，小球小球沿斜面运动的最远距离变大还是变小呢？

那么倾角变小后，要想达到同一高度，小球运动的距离变大

重复一次。

③将右斜面放平，释放小球，观察小球的运动。

【思考】：

如果没有摩擦，水平木板足够长，小球如何运动呢？

根据以上实验现象，你们能得出什么结论呢？大家讨论一下。

到此为止，我们验证了前面的猜想

【伽利略】：若没有摩擦阻力，沿水平面滚动的球将永远滚动下去，却不再需要什么力去推动。这就是说：力不是维持物体运动的原因

在伽利略之前，人们还没有意识到摩擦力这种无形的力，伽利略是第一个意识到摩擦力的人。

结合表格，领着学生再回顾一下伽利略设计的实验，引导学生认识到伽利略的这个实验，是在事实的基础上经过合理的外推的理想实验

【过渡】：伽利略的对接斜面实验是一个理想实验。

（3）理想实验的魅力：

通过可靠的实验事实，加上合理的逻辑推理，得出规律的一种方法。

理想实验的魅力：实验不能实现的地方，思维向前一步。

这种方法非常了不起！爱因斯坦是这样评价的：伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。这个评价实事求是，从亚里士多德到伽利略，经历了2000多年，物理学徘徊不前；从伽利略到爱因斯坦，只经历300多年，物理学的大厦初步建立，大师辈出。这都得益于伽利略首创的实验研究方法。

【过渡】：与伽利略同时代的法国科学家笛卡尔对他的观点进行了补充。

4.补充完善，形成定律

（1）笛卡尔的补充：除非物体受到力的作用，物体将永远保持其静止或运动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动。这应成为一个原理，它是人类整个自然观的基础。

【过渡】：又隔了一代人，出现了一位大师级人物。他就是？牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》一书中提出了三条运动定律。牛顿在伽利略等人研究的基础上得出牛顿第一定律，伽利略理想斜面实验为牛顿第一定律提供了实验依据。它是牛顿物理学的基石。

（2）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，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。

【过渡】：现在我们来理解定律。

（三）理解定律，了解惯性

1.运动和力的关系：力是改变物体运动状态的原因。

【思考】：牛顿第一定律中论述的运动和力的关系是怎样的？

力是改变物体运动状态的原因。

【设问】：运动状态是用什么物理量描述？

物体不受力，保持匀速直线运动状态或静止状态；运动状态变化，物体一定受到力的作用。

【思考】：物体不受力时“总保持匀速直线运动状态或静止状态”，这能不能通过实验验证呢？

不能。由于不受力作用的物体是不存在的。许多阻力很小的现象可以帮助我们理解牛顿第一定律。

2.阻力很小的现象：冰壶

从视频可以看出，冰壶在一段时间内速度的大小和方向几乎不变，直到碰上另一个冰壶。

【思考】：定律中还论述了什么呢？

3.惯性：

①概念：物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质。

②一切物体有惯性，有抵抗运动状态变化的“本领”。【视频播放】

物体惯性大，“本领”大，运动状态难改变；物体惯性小，“本领”小，运动状态易改变。

思考并猜想：物体的惯性大小和什么因素有关？

我们首先来看段【视频】：

③惯性与质量：质量是惯性大小的量度。

在初中质量定义为物体所含物质的多少；现在进一步从惯性的角度认识了质量；以后还要从物体间的引力认识质量。

（四）再设情景，规律应用

【小实验1】：吹球    通过吹，不准用手碰，来判断哪个球是铁球？你能解释你看到的现象吗?

【小实验2】：撕纸    一张纸已剪成二截，但未完全剪断。请只用一只手想办法把纸分成两段。问题：请说说你是如何做到的？怎样解释撕纸游戏呢？

请你用本课所学知识解释生活中的现象:为什么使用安全带？

现在同学们一定明白了一个道理，开车乘车要系好安全带，不仅是遵守交通法规的一种行为，更是一种珍惜生命，热爱生活的一种态度。

（五）课堂总结，课外探究

思考一：

力——产生加速度的原因。

质量——惯性大小的量度

那么物体运动的加速度与力、质量有关，有什么样的定量关系？

思考二：

学完这节课后你最大的收获是什么？

第一层次：掌握了牛顿第一定律

第二层次：理解了伽利略研究问题的基本方法

第三层次：关注了两个至今都没能解决的问题

• 优点:

  本节课经过了精心的安排和设计，落实了各概念的三维目标，突破了重难点。老师很好地把握住了教材的要求，始终以引导学生为主，启迪学生思维，渗透物理思维和方法。好课！！

• 缺点: