4.1牛頓第一定律教學(xué)設(shè)計(jì)高一上學(xué)期物理教科版

1．牛頓第一定律★課標(biāo)要求理解牛頓運(yùn)動(dòng)定律，能用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解釋生產(chǎn)、生活中的有關(guān)現(xiàn)象，解決現(xiàn)實(shí)情境中的有關(guān)問題。以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為知識(shí)載體，提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)水平?！锝滩姆治霰竟?jié)內(nèi)容主要介紹了牛頓第一定律及慣性概念。在初中階段的學(xué)習(xí)中，除了“慣性與質(zhì)量”之間的關(guān)系外，本節(jié)其他知識(shí)學(xué)生都有大致的了解。對(duì)于牛頓第一定律內(nèi)容的得出，教材通過梳理人類對(duì)力和運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)過程，物理學(xué)史的介紹，研究方法的呈現(xiàn)，自然而然地總結(jié)出來，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，又增加了一些人文色彩。本節(jié)包含四個(gè)小節(jié)：亞里士多德的運(yùn)動(dòng)理論、伽利略的研究工作、牛頓第一定律（慣性定律）、質(zhì)量是慣性大小的量度。第一小節(jié)，亞里士多德的運(yùn)動(dòng)理論，介紹了亞里士多德對(duì)運(yùn)動(dòng)的分類以及關(guān)于力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的觀點(diǎn)。第二小節(jié)，伽利略的研究工作，重點(diǎn)介紹了伽利略的理想實(shí)驗(yàn)及其對(duì)力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的貢獻(xiàn)，并介紹了笛卡爾對(duì)其觀點(diǎn)的完善。第三小節(jié)，牛頓第一定律（慣性定律），介紹了慣性定律的內(nèi)容和慣性的概念，并利用慣性解釋了一些常見的生活現(xiàn)象。第四小節(jié)，質(zhì)量是慣性大小的量度，重點(diǎn)探討了慣性大小的決定因素，展示了生產(chǎn)和生活中的一些應(yīng)用實(shí)例，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。★教學(xué)目標(biāo)1．物理觀念。通過了解從亞里士多德到伽利略，再從笛卡爾到牛頓對(duì)力和運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)，初步形成正確的運(yùn)動(dòng)與相互作用的觀念。正確理解牛頓第一定律的內(nèi)容，并能運(yùn)用慣性概念解釋生產(chǎn)和生活中一些常見的現(xiàn)象。2．科學(xué)思維。能夠結(jié)合生活現(xiàn)象進(jìn)行推理分析，對(duì)亞里士多德的觀點(diǎn)提出質(zhì)疑，基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)提出科學(xué)猜想，抽象概括出牛頓第一定律的內(nèi)容。3．科學(xué)探究。觀察生活現(xiàn)象，能夠從中提出力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的相關(guān)問題和見解。通過理想實(shí)驗(yàn)的事實(shí)依據(jù)，忽略次要因素，合理外推，用自己的語言描述牛頓第一定律的內(nèi)容。4．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。了解人類對(duì)力與運(yùn)動(dòng)間關(guān)系的探究過程，形成不迷信權(quán)威、努力追尋科學(xué)本質(zhì)的科學(xué)態(tài)度，針對(duì)歷史上不同科學(xué)家所提出的力和運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)，能夠客觀地評(píng)價(jià)和認(rèn)識(shí)?！锝虒W(xué)設(shè)計(jì)牛頓第一定律是人類第一次系統(tǒng)地描述力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)定律，其完善的過程本身就具有極大的科學(xué)和人文雙重教育意義，特別是伽利略第一次用科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法改變了人類對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)，標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端。基于此，牛頓第一定律的探究過程采取按人類認(rèn)識(shí)進(jìn)階的過程為序、呈現(xiàn)物理學(xué)史的教學(xué)方法，生動(dòng)形象地引出牛頓第一定律的內(nèi)容。牛頓第一定律的敘述非常精煉，但內(nèi)容卻內(nèi)容非常豐富，需要教師引導(dǎo)進(jìn)行深入解讀和應(yīng)用。本教學(xué)設(shè)計(jì)整合了若干個(gè)小實(shí)驗(yàn)和視頻教學(xué)資源，目的是讓學(xué)生參與體驗(yàn)，深入觀察，力求理論和實(shí)際相結(jié)合，使學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)發(fā)生積極的變化，逐步形成運(yùn)動(dòng)和相互作用的物理觀念?！锝虒W(xué)過程一、創(chuàng)設(shè)游戲，引入課題我們先來一段行為模仿秀。大家坐在同一輛公共汽車上，我是駕駛員，你們是乘客。我們來模仿一段乘車中身體發(fā)生的動(dòng)作，大家動(dòng)作可以夸張一點(diǎn)。我開始開車了，車子平穩(wěn)前進(jìn)，突然剎車……汽車靜止，踩油門，加速……大家說一說：剎車過程中我們的身體為什么有這樣的動(dòng)作呢？再想一想，為什么有的物體做加速運(yùn)動(dòng)，有的物體做減速運(yùn)動(dòng)，為什么有的物體上升，有的物體下降，天上的日月星辰又為什么是那樣運(yùn)動(dòng)的呢？其實(shí)，這些為什么有一個(gè)共同的核心，那就是：運(yùn)動(dòng)的原因是什么？二、回顧歷史，探究定律1．情景設(shè)問，經(jīng)驗(yàn)猜想。運(yùn)動(dòng)的原因是什么？古希臘哲學(xué)家亞里士多德認(rèn)為必須有力作用在物體上，物體才能運(yùn)動(dòng)，沒有力的作用，物體就要靜止在一個(gè)地方。所以，力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。果真如此嗎？現(xiàn)在，我們也來討論一下這里涉及的兩個(gè)問題：原來靜止的物體，要讓它運(yùn)動(dòng)起來，是否需要力來作用？反之，原來運(yùn)動(dòng)的物體之所以停下來，難道真是沒有了力的作用嗎？2．質(zhì)疑假設(shè)，科學(xué)猜想。演示：籃球在地面上運(yùn)動(dòng)。結(jié)論：原來運(yùn)動(dòng)的物體之所以停下來，并不是沒有了力的作用，相反正是因?yàn)橛辛ΓΣ恋茸枇Γ┳饔玫慕Y(jié)果。提出問題：如果沒有摩擦等阻力的影響，在水平面上運(yùn)動(dòng)的物體會(huì)怎樣呢？猜想：若沒有摩擦等阻力，滾動(dòng)的球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾動(dòng)下去。這個(gè)猜想到底正確不正確呢？怎么來研究？伽利略開創(chuàng)了研究問題的最基本的方法——實(shí)驗(yàn)。過渡：伽利略發(fā)現(xiàn)，當(dāng)球沿斜面向下滾動(dòng)時(shí)，它的速度增大，而沖上斜面運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度減小。3．實(shí)驗(yàn)探究，得出結(jié)論。（1）對(duì)接斜面實(shí)驗(yàn)。左斜面固定，右斜面傾角可變，并且兩個(gè)支架等高。實(shí)驗(yàn)中，我們?cè)O(shè)定小球始終從左斜面固定位置由靜止釋放。①固定右斜面。先讓小球在鋪有布的斜面上運(yùn)動(dòng)，觀察現(xiàn)象，重復(fù)一次；撤去布，讓小球從同一高度開始運(yùn)動(dòng)，也重復(fù)一次。問：兩次有什么不同呢？思考：a．小球上升的高度不同是什么原因造成的？學(xué)生回答：摩擦大時(shí)上升的高度小，摩擦小時(shí)上升的高度大。b．如果沒有摩擦，小球會(huì)上升到多高的地方？學(xué)生推理：上升到與左側(cè)釋放位置同樣的高度。②減小右斜面傾角。大家推斷一下，小球沿斜面運(yùn)動(dòng)的最遠(yuǎn)距離變大還是變小呢？結(jié)果：傾角變小后，要達(dá)到同一高度，小球運(yùn)動(dòng)的距離變大。③將右斜面放平，釋放小球，觀察小球的運(yùn)動(dòng)。思考：如果沒有摩擦，水平木板足夠長，小球如何運(yùn)動(dòng)呢？根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，能得出什么結(jié)論呢？大家討論一下。到此為止，我們驗(yàn)證了前面的猜想。伽利略的觀點(diǎn)：若沒有摩擦阻力，沿水平面滾動(dòng)的球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾動(dòng)下去，不再需要什么力去推動(dòng)。這就是說：力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。結(jié)合表格，回顧一下伽利略設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到伽利略的這個(gè)實(shí)驗(yàn)是在事實(shí)的基礎(chǔ)上經(jīng)過合理的外推的理想實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)事實(shí)邏輯推理（無摩擦，右斜面足夠長）右斜面固定摩擦越小，球滾得越高球?qū)L到原來的高度減小右傾角球沿斜面滾得更遠(yuǎn)球沿斜面滾得更遠(yuǎn)，一直滾到原來的高度放平右斜面球滾得最遠(yuǎn)球?qū)⒁恢睗L動(dòng)下去過渡：伽利略的對(duì)接斜面實(shí)驗(yàn)是一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)。（2）理想實(shí)驗(yàn)的魅力。理想實(shí)驗(yàn)：通過可靠的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，加上合理的邏輯推理，得出規(guī)律的一種方法。理想實(shí)驗(yàn)的魅力：實(shí)驗(yàn)不能實(shí)現(xiàn)的地方，思維向前一步。愛因斯坦是這樣評(píng)價(jià)的：伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端。這個(gè)評(píng)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——這要得益于伽利略首創(chuàng)的實(shí)驗(yàn)研究方法。過渡：與伽利略同時(shí)代的法國科學(xué)家笛卡爾對(duì)他的觀點(diǎn)進(jìn)行了補(bǔ)充。4．補(bǔ)充完善，形成定律。（1）笛卡爾的補(bǔ)充：不受其他物體作用時(shí)，原來運(yùn)動(dòng)的物體將會(huì)做勻速直線運(yùn)動(dòng)。過渡：一位“大師級(jí)”人物出現(xiàn)了，他就是牛頓。牛頓在他的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中提出了三條運(yùn)動(dòng)定律，其中一條就是牛頓在伽利略等人研究的基礎(chǔ)上得出的牛頓第一定律。伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)為牛頓第一定律提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，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運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為止。過渡：現(xiàn)在我們來理解牛頓第一定律。三、理解牛頓第一定律，了解慣性1．運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系：力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。思考：牛頓第一定律中論述的運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系是怎樣的？力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。設(shè)問：運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是用什么物理量描述？物體不受力，保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)；運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化，物體一定受到力的作用。思考：物體不受力時(shí)“總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)”，這能不能通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證呢？不能。由于不受力的作用的物體是不存在的，但阻力很小時(shí)的現(xiàn)象可以幫助我們理解牛頓第一定律。2．阻力很小的現(xiàn)象：冰壺運(yùn)動(dòng)。冰壺在一段時(shí)間內(nèi)速度的大小和方向幾乎不變，直到碰上另一個(gè)冰壺。過渡：定律中還論述了什么呢？3．慣性。（1）概念：物體保持原來的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)。（2）一切物體都有慣性，都有抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”。物體慣性大，“本領(lǐng)”大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)難改變；物體慣性小，“本領(lǐng)”小，運(yùn)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)？（3）慣性與質(zhì)量：質(zhì)量是慣性大小的量度。延伸：在初中階段，我們知道質(zhì)量定義為物體所含物質(zhì)的多少，現(xiàn)在進(jìn)一步從慣性的角度認(rèn)識(shí)了質(zhì)量，以后還要從物體間的引力認(rèn)識(shí)質(zhì)量。四、再設(shè)情景，規(guī)律應(yīng)用小實(shí)驗(yàn)1：吹球。

通過吹，不用手碰，來判斷哪個(gè)球是鐵球。你能解釋看到的現(xiàn)象嗎?小實(shí)驗(yàn)2：撕紙。一張紙已剪成兩截，但未完全剪斷。請(qǐng)只用一只手想辦法把紙分成兩段。問題：請(qǐng)說說你是如何做到的？怎樣解釋撕紙游戲呢？請(qǐng)你用本課所學(xué)知識(shí)解釋生活中的現(xiàn)象：汽車行駛時(shí)，為什么一定要系安全帶？另外，開車、乘車要系好安全帶，不僅是遵