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物理《牛頓第一定律》教案
一、教學(xué)目標(biāo)
知識(shí)與技能：理解牛頓第一定律的內(nèi)容及意義;理解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。
過(guò)程與方法：理解理想實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的重要方法。
情感態(tài)度價(jià)值觀：通過(guò)理想斜面的教學(xué)，體會(huì)理想實(shí)驗(yàn)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(yùn)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(dǎo)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(xiàn)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?jiǎng)邮�，先猜一猜�?/p>
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(qǐng)大家想一想：為什么是這樣一個(gè)結(jié)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)古老的話題──力和運(yùn)動(dòng)：用力撕紙，紙條斷開(kāi)運(yùn)動(dòng)起來(lái)。運(yùn)動(dòng)和力之間到底有什么關(guān)系呢?帶著這些問(wèn)題，我們一起來(lái)體驗(yàn)古人的探究過(guò)程，學(xué)習(xí)古人的探究方法，進(jìn)一步理解論述運(yùn)動(dòng)和力關(guān)系的牛頓第一定律。
(二)新課教學(xué)
1.情景設(shè)問(wèn)，經(jīng)驗(yàn)猜想
在人類歷史的長(zhǎng)河中，運(yùn)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(yùn)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(yàn)猜想的是古希臘學(xué)者亞里士多德。
他根據(jù)生活生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)猜想：必須有力作用在物體上，物體才能運(yùn)動(dòng);沒(méi)有力的作用，物體就要靜止在一個(gè)地方。運(yùn)動(dòng)需要力維持。
他的觀點(diǎn)來(lái)自實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，還能用實(shí)際經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證，所以被人們廣泛接受，并維持了近兩千年。
設(shè)問(wèn)：我們現(xiàn)在知道，他的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。那么他有貢獻(xiàn)嗎?
亞里士多德的貢獻(xiàn)：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(jì)的伽利略。他觀察了球的滾動(dòng)。
2.質(zhì)疑假設(shè)，科學(xué)猜想
當(dāng)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(dāng)球沿水平面滾動(dòng)時(shí)，它的速度應(yīng)該不增不減。實(shí)際觀察的結(jié)果是：沿水平面滾動(dòng)的球越來(lái)越慢，最后停下來(lái)。
�、佻F(xiàn)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點(diǎn)，球停下來(lái)是因?yàn)闆](méi)有力的作用。伽利略恰恰從這一現(xiàn)象出發(fā)，對(duì)亞里士多德的觀點(diǎn)提出質(zhì)疑。
②質(zhì)疑：滾動(dòng)的球之所以停下來(lái)，真的是因?yàn)闆](méi)有力的作用嗎?
設(shè)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(shí)到摩擦力這種無(wú)形的力，伽利略是第一個(gè)意識(shí)到摩擦力的人。
他改變了水平面的粗糙程度，發(fā)現(xiàn)：水平面越光滑，球滾得越遠(yuǎn)。于是，他推斷這是摩擦阻力作用的結(jié)果。
結(jié)論：滾動(dòng)的球停下來(lái)，是摩擦阻力作用的結(jié)果。
�、奂僭O(shè)：若沒(méi)有摩擦阻力，沿水平面滾動(dòng)的球?qū)⒃鯓舆\(yùn)動(dòng)呢?
�、懿孪耄喝魶](méi)有摩擦阻力，球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾動(dòng)下去。
過(guò)渡：伽利略設(shè)計(jì)了一個(gè)雙斜面實(shí)驗(yàn)。
3.實(shí)驗(yàn)探究，得出結(jié)論
(1)雙斜面實(shí)驗(yàn)
左斜面固定，右斜面傾角可變。實(shí)驗(yàn)中我們?cè)O(shè)定小球始終從左斜面定位卡處由靜止釋放。
①固定右斜面，改變小球所受的摩擦，觀察小球上升的最大高度怎樣變化。重復(fù)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?
②減小右斜面傾角，觀察小球沿斜面運(yùn)動(dòng)的最遠(yuǎn)距離怎樣變化。重復(fù)一次。
思考：
1.減小右斜面傾角，小球沿斜面運(yùn)動(dòng)的最遠(yuǎn)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(yuǎn)距離怎樣變化?小球?qū)⑸仙蕉喔叩牡胤?
③將右斜面放平，釋放小球，觀察小球的運(yùn)動(dòng)。
思考：
1.如果水平木板足夠長(zhǎng)，小球會(huì)停下來(lái)嗎?
2.如果沒(méi)有摩擦，水平木板足夠長(zhǎng)，小球?qū)L到哪里去呢?
過(guò)渡：伽利略的雙斜面實(shí)驗(yàn)是一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)。
(2)理想實(shí)驗(yàn)的魅力：
實(shí)驗(yàn)(事實(shí))+邏輯推理
通過(guò)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。
這種方法非常了不起!愛(ài)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，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開(kāi)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(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(yàn)研究方法。
過(guò)渡：通過(guò)雙斜面理想實(shí)驗(yàn)，伽利略得出了結(jié)論。
(3)伽利略：若沒(méi)有摩擦阻力，沿水平面滾動(dòng)的球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾動(dòng)下去。運(yùn)動(dòng)不需要力維持。
回顧、思考：
�、凫o止的車(chē)、足球?yàn)槭裁催\(yùn)動(dòng)起來(lái)?
�、谶\(yùn)動(dòng)的車(chē)、足球?yàn)槭裁磿?huì)停下來(lái)?
�、哿瓦\(yùn)動(dòng)之間有什么關(guān)系?
力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。
設(shè)問(wèn)：運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是用什么物理量描述?
車(chē)由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)，受到了推、拉力;由運(yùn)動(dòng)變?yōu)殪o止，受到了摩擦阻力。足球由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)，受到了腳的力;由運(yùn)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(guó)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：除非物體受到力的作用，物體將永遠(yuǎn)保持其靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，永遠(yuǎn)不會(huì)使自己沿曲線運(yùn)動(dòng)，而只保持在直線上運(yùn)動(dòng)。這應(yīng)成為一個(gè)原理，它是人類整個(gè)自然觀的基礎(chǔ)。
笛卡爾補(bǔ)充了物體不受力時(shí)保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
過(guò)渡： 1642年，伽利略逝世，1643年牛頓在英國(guó)誕生。牛頓是人類歷史上最偉大的科學(xué)家之一。主要貢獻(xiàn)有發(fā)明了微積分，發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律和經(jīng)典力學(xué)，設(shè)計(jì)并制造了第一架反射式望遠(yuǎn)鏡等等。
牛頓在1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書(shū)中提出了三條運(yùn)動(dòng)定律。牛頓把伽利略、笛卡爾的正確結(jié)論總結(jié)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運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(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(xiàn)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(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系是怎樣的?
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。
2.阻力很小的現(xiàn)象：冰壺
從視頻可以看出，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。
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)的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)。
設(shè)問(wèn)：一切物體都有慣性。做變速運(yùn)動(dòng)的物體有慣性嗎?
當(dāng)物體做變速運(yùn)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(xù)向前滑行一段距離。
②一切物體有慣性，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)?
(四)小結(jié)作業(yè)
1.了解了運(yùn)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(yàn)方法;笛卡爾補(bǔ)充了伽利略的觀點(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(yàn)的魅力：實(shí)驗(yàn)(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(yùn)動(dòng)起來(lái)。你怎么看?請(qǐng)?jiān)诎俣戎兴阉鳌皠⒅t螺絲魔術(shù)揭秘”，弄清劉謙螺絲魔術(shù)的原理。
五、板書(shū)設(shè)計(jì)
牛頓第一定律
一、歷史回顧
二、第一定律探究實(shí)驗(yàn)
三、慣性定律
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