牛顿第一定律.docx

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牛顿第一定律

《牛顿第一定律》教学设计

富源县第一中学庄叶飞

一、三维目标

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。

二、教材分析

牛顿运动定律是整个力学体系的基石，而牛顿第一定律又是这个“基石”中的“基石”，它定性地揭示了力和运动的关系，提出惯性的概念，为定量研究力和运动的关系拉开了序幕。

高中教材与初中相比，主要有四方面的不同。

一是定律内容深浅不同：

初中教材叙述为“一切物体在没有受到外力作用的时候，总是保持静止状态或匀速直线运动状态”；高中教材叙述为“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止”。

高中教材中的表述具有更为丰富的内涵，它强调了力是改变物体运动状态的原因，突出了第一定律的独立性和重要意义，也为学习牛顿第二定律做了一定的铺垫。

二是惯性的认识层次不同：

初中强调一切物体都有惯性，高中侧重惯性与质量的关系。

三是实验的设计、探究及思维深度不同：

初中为斜面小车实验；高中为伽利略理想实验，突出了理想实验这种科学方法的价值所在。

四是情感、态度、价值观的体现不同：

初中对牛顿第一定律建立的历史一语带过，高中教材回顾了历史，让学生体会一个规律的获得是一代又一代人努力的结果，能够激发学生追求科学，勇于创新的情感。

三、学情分析

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。

四、教学重难点

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。

五、教学活动设计

（一）创设游戏，引入课题

撕纸游戏

猜一猜：

1．一张纸已剪成两截，但未完全剪断，如果迅速用力撕两边，纸会断成几截？

2．现在把纸剪成三截，但未完全剪断，如果迅速用力撕两边，纸会断成几截？

大家不要动手，先猜一猜。

3．如果在中间的纸下面夹一个夹子，然后迅速撕两边，纸会断成几截？

请大家想一想：

为什么是这样一个结果呢？

怎样解释我们的游戏呢？

其实，在我们的游戏中还涉及到一个古老的话题──力和运动：

用力撕纸，纸条断开运动起来。

运动和力之间到底有什么关系呢？

带着这些问题，我们一起来体验古人的探究过程，学习古人的探究方法，进一步理解论述运动和力关系的牛顿第一定律。

（二）回顾历史，探究定律

（1）让小球沿一个斜面从静止状态开始滚下，小球将滚上另一个斜面，如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度，减小后一斜面的倾角，小球在这个斜面上仍达到同一高度，这时它要滚得远些，继续减小第二个斜面的倾角．球达到同一高度时就会滚的更远，于是他想到：

若将后一斜面放平，小球将会永远运动下去．

（2）实验说明：

力不是维持物体运动的原因，而恰恰是改变物体运动状态的原因．

代表人物

主要观点

亚里士多德

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

伽利略

力不是维持物体运动的原因，而恰恰是改变物体运动状态的原因

笛卡儿

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

典例1　理想实验有时能更深刻地反映自然规律．伽利略设想了一个理想实验，下面对如图所示的斜面实验的设想步骤中，有一个是实验事实，其余是推论．

①减小第二个斜面的倾角，小球在这斜面上仍然要达到原来的高度．

②两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面．

③如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度．

④继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面做持续的匀速运动．

（1）请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列________（只要填写序号即可）．

（2）在上述的设想步骤中，有的属于可靠的事实，有的则是理想化的推论．下列关于事实和推论的分类正确的是（　　）

A．①是事实，②③④是推论

B．②是事实，①③④是推论

C．③是事实，①②④是推论

D．④是事实，①②③是推论

[解析]　本题考查对理想斜面实验的理解．只有②是事实，其他是推论．

（1）排列顺序为②③①④；

（2）应选B.

[答案]　

（1）②③①④　

（2）B

[规律方法]　理解理想实验，应注意下面几点：

①真实实验是一种实践活动，是可以通过一定的实验器材和实验方法而实现的实验．②理想实验是一种思维活动，是抽象思维中设想出来的、无法做到的实验．③理想实验是以可靠的实验事实为基础的．

[跟踪训练1－1]　（2011·莆田高一检测）伽利略的斜面实验说明了（　　）

A.要物体运动必须有力作用，没有力的作用物体将静止

B.要物体静止必须有力作用，没有力的作用物体就运动

C.物体不受外力作用时，总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态

D.物体不受外力作用时，一定处于静止状态

答案：

C

解析：

伽利略的斜面实验说明了物体在不受任何力的时候将做匀速直线运动或处于静止状态，这是牛顿第一定律的核心内容，C对，A、B、D错．

三、牛顿第一定律

1.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，也叫惯性定律．

2.运动状态

如果物体速度的大小或方向改变了，我们就称它的运动状态发生了改变；如果物体做匀速直线运动或静止，我们说它的运动状态没发生改变．

3.对牛顿第一定律的理解

（1）牛顿第一定律正确揭示了力和运动的关系，纠正了长期形成的“力是维持物体运动的原因”的错误观点，明确指出了力是改变物体运动状态的原因．

（2）牛顿第一定律揭示了物体都有保持原来的静止或匀速直线运动状态的性质——惯性．

（3）牛顿第一定律是由理想实验加以科学推理得到的，但是，由它得出的结论，都经历了广泛、严谨的事实的检验．

（4）牛顿第一定律是自然界中的普遍规律，“一切物体”是指宇宙中所有物体，不论物体是固体、液体还是气体．

（5）物体运动状态的变化即物体运动速度的变化，有以下三种情况：

①速度的方向不变，只有大小改变．（物体做直线运动）

②速度的大小不变，只有方向改变．（物体做曲线运动）

③速度的大小和方向同时发生改变．（物体做曲线运动）

注意：

（1）牛顿第一定律所描述的是物体不受外力作用时的状态，与物体所受合外力为零是等效的．

（2）牛顿第一定律不是实验定律，它是在理想实验的基础上总结得出的．

（3）牛顿第一定律只适用于惯性参考系中的运动，在非惯性参考系中不适用．

典例2　做自由落体运动的物体，如果下落过程中某时刻重力突然消失，物体的运动情况将是（　　）

A.悬浮在空中不动

B.速度逐渐减小

C.保持一定速度向下做匀速直线运动

D.无法判断

[解析]　物体自由下落时，仅受重力作用，重力消失以后，物体将不受力，根据牛顿第一定律的描述，物体将以重力消失瞬间的速度做匀速直线运动，故应选C.

[答案]　C

[规律方法]　应用牛顿第一定律解题时，应牢牢抓住两点：

一是力是改变物体运动状态的原因；二是惯性有维持原来运动状态的性质．

四、惯性

1.惯性的定义

物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性．

2.惯性的理解

（1）普遍性：

一切物体都具有惯性，惯性是物体的固有属性．

（2）无关性：

惯性的大小只与物体的质量有关，与其他因素如受力情况，运动情况无关．

（3）惟一性：

质量是惯性大小的惟一量度．

3.惯性不是力

（1）惯性是物体保持原来运动状态的性质，是物体本身的属性，而力是物体对物体的作用．

（2）惯性的大小决定于物体本身质量的大小，力的大小决定于物体之间相互作用的强弱．

（3）力是改变物体运动状态的原因，而惯性却要保持原来的运动状态不变．

4.惯性与速度的关系

（1）速度是表示物体运动快慢的物理量，惯性是物体本身固有的性质．

（2）一切物体都是惯性，和物体是否有速度及速度的大小均无关．

5.惯性与惯性定律

（1）惯性不是惯性定律，惯性没有条件限制，是物体的一种固有属性．

（2）惯性定律是物体不受外力作用时物体运动所遵守的一条规律．

注意：

（1）在不受力（或合外力为零）的条件下，惯性表现为保持原来的运动状态．

（2）在受力条件下，惯性表现为运动状态改变的难易程度．

（3）惯性参考系是指以相对地面静止或匀速直线运动状态的物体作为参考系，简称惯性系．

典例3　下列说法正确的是（　　）

A.惯性是只有物体在匀速运动或静止时才表现出来的性质

B.物体的惯性是指物体不受外力的作用时保持原来直线运动状态或静止状态的性质

C.物体不受外力作用时保持匀速直线运动状态或静止状态，有惯性；受外力作用时，不能保持匀速直线运动状态或静止状态，因而就无惯性

D.惯性是物体的属性，与运动状态和是否受力无关

[解析]　惯性是物体的固有属性，与运动状态无关，故A错误；质量是惯性大小的惟一量度，惯性由物体本身决定，与运动状态和是否受力无关，故B、C两项错．D项正确．

[答案]　D

[规律方法]　正确理解惯性概念，领会以下几点：

（1）物体的惯性与物体是否运动无关，与运动状态是否变化无关．

（2）体的惯性与物体是否受力无关，与受力的大小和方向无关．

（3）物体的惯性与物体的速度大小无关．

（4）惯性不是一种力，“物体保持原来运动状态是因为受到了惯性力”这种说法是错误的．

六、课堂小结