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111 第四章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 全章概述 本章是在前面對(duì)運(yùn)動(dòng)和力分別研究的基礎(chǔ)上的延伸——研究力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，建立起牛頓運(yùn)動(dòng)定律。牛頓運(yùn)動(dòng)定律是動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)，是力學(xué)中也是整個(gè)物理學(xué)的基本規(guī)律，正確地理解慣性概念，理解物體間的相互作用的規(guī)律，熟練地運(yùn)用牛頓第二定律解決問(wèn)題，是本章的學(xué)習(xí)要求，也為進(jìn)一步學(xué)習(xí)今后的知識(shí)，提高分析解決問(wèn)題的能力奠定基礎(chǔ)。 本章還涉及到了許多重要的研究方法，如：在牛頓第一定律的研究中采用的理想實(shí)驗(yàn)法；牛頓第二定律中的控制變量法；運(yùn)用牛頓第二定律處理問(wèn)題時(shí)常用的整體法與隔離法，以及單位的規(guī)定方法，單位制的創(chuàng)建等。對(duì)這些方法要認(rèn)真體會(huì)、理解，以提高認(rèn)知的境界。 為了更扎實(shí)地理解牛頓第二定律，本章第二節(jié)安排了實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，并提供了參考案例，實(shí)驗(yàn)操作方便，規(guī)律性強(qiáng)，結(jié)論容易獲得，控制變量法在此得到了實(shí)踐。第五節(jié)牛頓第三定律的研究引入了傳感器――計(jì)算機(jī)的組合，現(xiàn)代氣息濃厚，實(shí)驗(yàn)效果很好。 物理知識(shí)來(lái)源于生活，最終應(yīng)用于生活，本章的后兩節(jié)就是牛頓運(yùn)動(dòng)定律的簡(jiǎn)單應(yīng)用。 新課標(biāo)要求 1、通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究加速度與質(zhì)量、物體受力之間的關(guān)系。 2、理解牛頓運(yùn)動(dòng)定律，用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解釋生活中的有關(guān)問(wèn)題。 3、通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)超重和失重。 4、認(rèn)識(shí)單位制在物理學(xué)中的重要意義。知道國(guó)際單位制中的力學(xué)單位。 新課程學(xué)習(xí) 4.1 牛頓第一定律 ★新課標(biāo)要求 （一）知識(shí)與技能 1、理解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，知道物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持。 2、理解牛頓第一定律，知道它是邏輯推理的結(jié)果，不受力的物體是不存在的。 3、理解慣性的概念，知道質(zhì)量是慣性大小的量度． （二）過(guò)程與方法 1、培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題的能力，要能透過(guò)現(xiàn)象了解事物的本質(zhì)，不能不加研究、分 析而只憑經(jīng)驗(yàn)，對(duì)物理問(wèn)題決不能主觀臆斷．正確的認(rèn)識(shí)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系． 2、幫助學(xué)生養(yǎng)成研究問(wèn)題要從不同的角度對(duì)比研究的習(xí)慣． 3、培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理的能力，知道物體的運(yùn)動(dòng)是不需要力來(lái)維持的。 （三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 1、利用一些簡(jiǎn)單的器材，比如：小球、木塊、毛巾、玻璃板等，來(lái)對(duì)比研究力與物體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，現(xiàn)象明顯，而且更容易推理。 2、培養(yǎng)科學(xué)研究問(wèn)題的態(tài)度。 3、利用動(dòng)畫(huà)演示伽利略的理想實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生理解問(wèn)題。 4、利用生活中的例子來(lái)認(rèn)識(shí)慣性與質(zhì)量的關(guān)系。培養(yǎng)學(xué)生大膽發(fā)言，并學(xué)以致用。 ★教學(xué)重點(diǎn) 1、理解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。 2、理解牛頓第一定律，知道慣性與質(zhì)量的關(guān)系。 ★教學(xué)難點(diǎn) 慣性與質(zhì)量的關(guān)系。 ★教學(xué)方法 1、對(duì)比實(shí)驗(yàn)、自主探索、合理推理。 2、利用生活中的實(shí)例，理解慣性與質(zhì)量的關(guān)系，貼近生活更易理解。 ★教學(xué)用具： 多媒體、小車(chē)、小球、毛巾、玻璃板、斜槽、刻度尺、木塊、氣墊導(dǎo)軌、滑塊等。 ★教學(xué)過(guò)程 （一）引入新課 開(kāi)門(mén)見(jiàn)山，闡述課題：前面幾章學(xué)習(xí)了運(yùn)動(dòng)和力基礎(chǔ)知識(shí)，這一章開(kāi)始我們研究力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。第一節(jié)課我們來(lái)學(xué)習(xí)牛頓第一定律。 （二）進(jìn)行新課 教師活動(dòng)：多媒體播放古代人勞動(dòng)的漫畫(huà)： 邊播放邊說(shuō)，人推車(chē)走，不推車(chē)停，由此看來(lái)必須有力作用在物體上，物體才運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有力作用在物體上，物體就不運(yùn)動(dòng)——這是兩千多年前亞里士多德說(shuō)的，不是我說(shuō)的。是這樣嗎？ 學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生觀看漫畫(huà)：人推著車(chē)子，汗流俠背，推車(chē)的人放下車(chē)，一邊擦汗，一邊嘆氣。 通過(guò)看漫畫(huà)思考問(wèn)題。 教師活動(dòng)：下面你就利用桌子上的器材來(lái)研究一下這個(gè)問(wèn)題。 讓學(xué)生利用桌子上的器材，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，分別研究： l、力推物動(dòng)，力撤物停。 2、力撤物不停。 教師巡回指導(dǎo)，提出問(wèn)題：物體的運(yùn)動(dòng)是不是一定需要力？ 學(xué)生活動(dòng)：利用桌子上的器材：小車(chē)、小球、毛巾、玻璃板、斜槽、刻度尺。做實(shí)驗(yàn)： 1、桌子上鋪毛巾，小車(chē)放在毛巾上，推它就動(dòng)，不推就停。 2、撤去毛巾，讓小車(chē)在桌面上，推一下小車(chē)，小車(chē)運(yùn)動(dòng)一段才停下來(lái)。 教師活動(dòng)：你還能舉出其他的例子來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題嗎？ 剛才的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)為什么會(huì)出現(xiàn)兩種現(xiàn)象呢？矛盾出在哪呢？ 學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生舉例討論，比如：自行車(chē)蹬一段時(shí)間后停止蹬車(chē)，自行車(chē)會(huì)滑行一段距離；溜冰；冰面上踢出去的冰塊。等等。 點(diǎn)評(píng)：通過(guò)舉例進(jìn)一步理解物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持。 教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)行邏輯推理，如果接觸面非常光滑沒(méi)有摩擦，那小球會(huì)怎樣？ 學(xué)生活動(dòng)：用小球做對(duì)比實(shí)驗(yàn) A、使斜槽和桌面吻合，讓小球從斜槽上滾下，標(biāo)出滾動(dòng)距離。B、在桌面上放玻璃板，使斜槽和玻璃板吻合，讓小球從同樣的高度滾下，標(biāo)出滾動(dòng)的距離。 對(duì)比發(fā)現(xiàn)，接觸面越光滑，滾動(dòng)距離越遠(yuǎn)。［總結(jié)得出］小球運(yùn)動(dòng)停下來(lái)的原因是摩擦力。如果接觸面非常光滑小球會(huì)永不停止。 點(diǎn)評(píng)：1、對(duì)比實(shí)驗(yàn)，找出問(wèn)題的本質(zhì)．從而理解物體的運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系． 2、在對(duì)比實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的邏輯推理． 教師活動(dòng)：在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步總結(jié)：（并板書(shū)） 物體的運(yùn)動(dòng)是不需要力來(lái)維持的。（力撤物停的原因是因?yàn)槟Σ亮?。如果沒(méi)有摩擦力，運(yùn)動(dòng)的物體會(huì)一直運(yùn)動(dòng)下去）。最早發(fā)現(xiàn)這一問(wèn)題的科學(xué)家是伽利略。伽利略是怎么研究這個(gè)問(wèn)題的呢？ 教師活動(dòng)：邊介紹邊用多媒體播放伽利略的理想實(shí)驗(yàn)。要?jiǎng)討B(tài)出以下效果： （1）對(duì)稱斜面，沒(méi)有摩擦小球滾到等高。 （2）減小另一側(cè)斜面傾角，小球從同一位置釋放要滾到等高，滾動(dòng)距離就會(huì)越遠(yuǎn)。 （3）把另側(cè)斜面放平，小球要到等高，就會(huì)一直滾下去。 根據(jù)這一現(xiàn)象伽利略得出了什么樣的結(jié)論？ 學(xué)生活動(dòng)：觀察并回答提出的問(wèn)題： 運(yùn)動(dòng)的物體如果不受力物體將勻速運(yùn)動(dòng)下去。 點(diǎn)評(píng)：通過(guò)觀察伽利略的理想實(shí)驗(yàn)，啟發(fā)學(xué)生在研究科學(xué)問(wèn)題時(shí)大膽的設(shè)想和科學(xué)的推理都是很有必要的。 教師活動(dòng)：用氣墊導(dǎo)軌消除摩擦。讓滑塊在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，利用光電門(mén)測(cè)出滑塊在不同位置的速度。 學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生記錄數(shù)據(jù)并比較。確信他的正確性。 教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)、總結(jié)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。 讓學(xué)生閱讀課文找出： l、伽利略的觀點(diǎn)。 2、笛卡兒的補(bǔ)充和完善。 3、牛頓第一定律。 對(duì)比三個(gè)人的觀點(diǎn)，他們都是敘述力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的，誰(shuí)的更全面？ 學(xué)生活動(dòng)：閱讀課文，回答問(wèn)題。 1、伽利略：物體不受力時(shí)，運(yùn)動(dòng)的物體一直作勻速直線運(yùn)動(dòng)。 2、笛卡兒：物體不受力時(shí)，物體將永遠(yuǎn)保持靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 教師活動(dòng)：既然牛頓第一定律是最完善的，那么它從幾個(gè)方面闡述了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系？ 在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步總結(jié)：力不是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，力是改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是指什么？ 學(xué)生討論回答：兩個(gè)方面：不受力時(shí)，物體保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)；受力時(shí)，力迫使它改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：速度的大小和方向。 點(diǎn)評(píng)：培養(yǎng)學(xué)生理解問(wèn)題時(shí)能力。 教師活動(dòng)：牛頓第一定律可不可以用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證？ 什么時(shí)候可以看作不受力并舉例說(shuō)明。 學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生回答不能。因?yàn)椴皇芰ψ饔玫奈矬w是不存在的。 受力但合力為零時(shí)。比如：冰面上的滑動(dòng)的冰塊。冰壺球。 點(diǎn)評(píng)：培養(yǎng)學(xué)生刨根問(wèn)底的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度。 教師活動(dòng)：牛頓定律又叫慣性定律，慣性是指什么？ 你又怎樣理解這種性質(zhì)呢？舉例說(shuō)明。 因?yàn)檫@是一個(gè)新概念，學(xué)生剛接受可能不是很好理解。通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步的理解。 在小車(chē)上放一高的木塊，讓小車(chē)在光滑的玻璃上運(yùn)動(dòng)，前面固定一物塊，當(dāng)車(chē)運(yùn)動(dòng)到物塊時(shí)被擋住，車(chē)上的木塊前傾。為什么？ 再如，人站在勻速行使的車(chē)廂內(nèi)豎直向上跳起，仍會(huì)落到原地。 這都是慣性。 再讓學(xué)生舉例，學(xué)生就必然入門(mén)了。 學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生觀察并思考，再進(jìn)一步理解慣性：是指物體具有保持原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)。 舉例。 點(diǎn)評(píng)：通過(guò)生活中的例子進(jìn)一步理解慣性。 教師活動(dòng)：進(jìn)一步總結(jié)：物體不受力時(shí)將保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，理解時(shí)可認(rèn)為不受力和合力為零效果是一樣的，如果某個(gè)方向不受力，那么在這個(gè)方向物體也會(huì)保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)。培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用物理規(guī)律解決問(wèn)題的能力。 教師活動(dòng)：一切物體都具有保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，當(dāng)力使它改變這種狀態(tài)時(shí)，它就會(huì)有抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的的“本領(lǐng)”。這個(gè)本領(lǐng)與什么有關(guān)呢？比如貨車(chē)啟動(dòng)時(shí)，由靜止到運(yùn)動(dòng)得需要一段時(shí)間，是空車(chē)好啟動(dòng)還是滿載時(shí)？你還能舉出什么例子來(lái)？ 學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生思考 比如騎自行車(chē)，單人時(shí)和帶人時(shí)的感覺(jué)相比。 從實(shí)例可看出，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的難易程度與質(zhì)量有關(guān)。 點(diǎn)評(píng)：通過(guò)生活中的一些例子理解慣性大小與質(zhì)量有關(guān)． （三）課堂總結(jié)、點(diǎn)評(píng) 教師活動(dòng)：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請(qǐng)一個(gè)同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請(qǐng)同學(xué)評(píng)價(jià)黑板上的小結(jié)內(nèi)容。 學(xué)生活動(dòng)：認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會(huì)寫(xiě)下來(lái)、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰(shuí)的更好，好在什么地方。 點(diǎn)評(píng)：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。 教師要放開(kāi)，計(jì)學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識(shí)框架。 （四）實(shí)例探究 ☆對(duì)慣性的理解 1、被踢出去的冰塊在摩擦力可以忽略的冰面上運(yùn)動(dòng)受沒(méi)受向前的力？為什么能夠向前運(yùn)動(dòng)？ 2、船在水中勻速行駛，一人站在船尾向上豎直跳起，它會(huì)落入水中嗎？為什么？ 3、為什么跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員要助跑才能跳的遠(yuǎn)些？ 4、在一向北勻速直線行駛的火車(chē)車(chē)廂中，一小球靜止在水平桌面上，當(dāng)坐在桌旁的人看到小球向南滾動(dòng)時(shí)，火車(chē)做什么運(yùn)動(dòng)？ 5、一鉛球 3千克，靜止在地面上，把它水平扔出后，做加速運(yùn)動(dòng)，它的慣性如何變化？ ☆受力分析 6、一物塊滑上了光滑的斜面，受幾個(gè)力？ ★課余作業(yè) 1、課后完成課本75頁(yè)“問(wèn)題與練習(xí)”中的習(xí)題。 2、完成課外閱讀，思考討論慣性參考系。 ★“問(wèn)題與練習(xí)”（P57）參考答案 1、（1）不能。由于慣性，炸彈還要向前飛行。 （2）人隨地球旋轉(zhuǎn)，有相同的速度，跳起后由于慣性，人要隨地球自西向東轉(zhuǎn)，所以落回原地。 2、在急剎車(chē)時(shí)，人會(huì)由于慣性而飛出，從而發(fā)生危險(xiǎn)，安全帶可以把人固定在座位上，增加安全性。 3、向上運(yùn)動(dòng)的物體是由于慣性而飛出，并不是因?yàn)槭艿搅讼蛏系牧Α? 4、相對(duì)于自由下落的小球來(lái)說(shuō)，在桌面上所受合力為零的茶杯，是做變速運(yùn)動(dòng)的，慣性定律不再成立。 ★教學(xué)體會(huì) 思維方法是解決問(wèn)題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實(shí)踐參與知識(shí)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵，離開(kāi)了思維方法和實(shí)踐活動(dòng)，物理教學(xué)就成了無(wú)源之水、無(wú)本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。 附錄1 牛頓簡(jiǎn)介 牛頓，是英國(guó)偉大的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、大文學(xué)家和自然哲學(xué)家。1642年12月25日生于英格蘭林肯郡格蘭瑟姆附近的沃爾索普村，1727年3月20日在倫敦病逝。 牛頓是經(jīng)典力學(xué)理論的集大成者。他系統(tǒng)的總結(jié)了伽利略、開(kāi)普勒和惠更斯等人的工作，得到了著名的萬(wàn)有引力定律和牛頓運(yùn)動(dòng)三定律。正象他自己所說(shuō)的那樣“如果說(shuō)我看得遠(yuǎn)，那是因?yàn)槲艺驹诰奕说募缟稀薄? 牛頓的研究領(lǐng)域非常廣泛，他除了在數(shù)學(xué)、光學(xué)、力學(xué)等方面做出卓越貢獻(xiàn)外，他還花費(fèi)大量精力進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)。 牛頓在科學(xué)上最卓越的貢獻(xiàn)是微積分和經(jīng)典力學(xué)的創(chuàng)建。 附錄2 教材分析 牛頓運(yùn)動(dòng)定律是動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)，正確認(rèn)識(shí)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，是學(xué)好物理的關(guān)鍵，教學(xué)中應(yīng)聯(lián)系生活、貼近實(shí)際，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。 l、理解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系是本節(jié)課的重點(diǎn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和生活的例子進(jìn)一步體會(huì)，力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因，而是改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。這對(duì)以后研究問(wèn)題，受力分析都是非常重要的。 2、慣性與質(zhì)量的關(guān)系是這節(jié)課的難點(diǎn)，通過(guò)舉例反復(fù)體會(huì)。 附錄3 學(xué)生分析 1、力是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因還是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，人們正確認(rèn)識(shí)這個(gè)問(wèn)題， 經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歷史過(guò)程，同樣學(xué)生要正確認(rèn)識(shí)它，也要克服日常經(jīng)驗(yàn)帶來(lái)的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，所以一開(kāi)始就用了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓他們通過(guò)觀察、思考，來(lái)澄清錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。 2、慣性是一個(gè)重要的概念。雖然學(xué)生在初中接觸過(guò)，但仍有一些學(xué)生誤認(rèn)為“物體在保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止時(shí)才有慣性”。不理解一切物體都有慣性，而且慣性大小與質(zhì)量有關(guān)。要解決這問(wèn)題也不是一蹴而就的，需要通過(guò)實(shí)例分析慢慢接受。 111