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111 4.1 牛頓第一定律 一、 教材分析 牛頓第一定律揭示了運動和力的關(guān)系，是牛頓物理學(xué)的基石，力學(xué)的第一原理，它破除了長達(dá)兩千年以來亞里士多德的錯誤，改變了人類的自然觀和世界觀，本身還包含著力、慣性和參考系的科學(xué)概念，是物理學(xué)理論的支柱和基石.在教學(xué)中，不能把它看作牛頓第二定律的特殊情況，它意在引導(dǎo)學(xué)生了解科學(xué)的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展.本節(jié)課采用的理想實驗法，在物理研究中具有十分重要的地位和作用. 本課程的教學(xué)設(shè)計，主要是讓學(xué)生通過動手實驗和利用貼近學(xué)生生活的實例，達(dá)到突破重難點的目的. 二、 教學(xué)目標(biāo) 知識與技能 1.理解力和運動的關(guān)系，知道物體的運動不需要力來維持. 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. 過程與方法 培養(yǎng)分析問題的能力，要能透過現(xiàn)象了解事物的本質(zhì)，不能不加研究、分析而只憑經(jīng)驗，對物理問題決不能主觀臆斷.正確地認(rèn)識力和運動的關(guān)系. 情感態(tài)度與價值觀 1.培養(yǎng)科學(xué)研究問題的態(tài)度. 2.利用生活中的例子來認(rèn)識慣性與質(zhì)量的關(guān)系.鼓勵學(xué)生大膽發(fā)言，并學(xué)以致用. 三、 教學(xué)重點 1.理解力和運動的關(guān)系. 2.理解牛頓第一定律，知識慣性與質(zhì)量的關(guān)系. 四、 教學(xué)難點 慣性與質(zhì)量的關(guān)系. 五、 教學(xué)過程 導(dǎo)入新課 常識導(dǎo)入 1.我國公安交通部門規(guī)定，從1993年7月1日起，在各種小型車輛前排乘坐的人（包括司機）必須系好安全帶，為什么？ 2.常見的柴油機、電動機等機器的底座非常沉重，而參加作戰(zhàn)任務(wù)的戰(zhàn)斗機卻要拋掉副油箱以減小質(zhì)量，這是為什么呢？你能解釋一下嗎？ 情景導(dǎo)入 用多媒體播放牛耕地的畫面：牛耕地時，牛拉著犁前進(jìn)；牛停止拉犁，犁也停止運動.邊播放邊介紹，牛拉犁，犁前進(jìn)；牛停犁也停.由此看來，必須有力作用在物體上，物體才運動；沒有力作用在物體上，物體就不運動——兩千多年前古希臘科學(xué)家亞里士多德就得出了這樣的結(jié)論，這個結(jié)論正確嗎？ 學(xué)生討論，教師借機導(dǎo)入新課. 推進(jìn)新課 一、理想實驗的魅力 自主探究 讓學(xué)生利用桌子上的器材，自主設(shè)計實驗，分別研究： 1.力推物動，力撤物停. 2.力撤物不停. 供選用器材：小車、小球、毛巾、玻璃板、斜槽、刻度尺等. 學(xué)生操作時，教師巡回指導(dǎo)學(xué)生完成以下操作： 1.桌子上鋪毛巾，小車放在毛巾上，推它就動，不推就停； 2.將毛巾換成玻璃板，或直接用桌面，把小車在桌面或玻璃板上推一下，它運動一段時間才停下來. 學(xué)生操作結(jié)束后，教師可以讓一個學(xué)生說一下他的操作過程及看到的現(xiàn)象，由此可以得到結(jié)論. 結(jié)論：物體的運動不需要力來維持. 為了證明這個結(jié)論的正確性，再讓學(xué)生舉出一些其他的實例來說明.如：蹬一段時間自行車后停止蹬車，自行車還會滑行一段距離；在冰面上踢出去的冰塊要運動一段距離才停止運動；空中飛行的飛機制動后仍然還會向前滑翔；射出槍蹚的子彈等等. 既然物體的運動不需要力來維持，剛才的兩個實驗為什么會出現(xiàn)兩種現(xiàn)象呢？矛盾出現(xiàn)在哪里呢？下面用小球來做個對比實驗. 實驗探究 圖4-1-1 A.使斜槽下端與桌子上鋪好的毛巾吻合，讓小球從斜槽上自由滾下，標(biāo)出小球在毛巾上滾動的距離； B.使斜槽下端直接與桌面吻合，讓小球從斜槽上同一位置自由滾下，標(biāo)出小球在桌面上滾動的距離； C.使斜槽下端與桌面上的玻璃吻合，讓小球從斜槽上同一位置自由滾下，標(biāo)出小球在玻璃上滾動的距離. 通過觀察對比實驗，讓學(xué)生分析實驗，總結(jié)實驗： 接觸面越光滑，小球滾動的距離越遠(yuǎn). 結(jié)論：運動小球停下來的原因是受到摩擦力的作用. 為了引出伽利略的理想實驗，教師可繼續(xù)設(shè)疑：若接觸面光滑無摩擦小球會怎樣？ 學(xué)生討論、交流，大膽猜想.（充分發(fā)揮學(xué)生的想象空間，發(fā)散思維） 在學(xué)生討論交流的基礎(chǔ)上，結(jié)合實驗進(jìn)一步總結(jié). 結(jié)論：物體的運動不需要力來維持.力撤物停的原因是因為摩擦力.若無摩擦力，運動物體會一直運動下去.最早發(fā)現(xiàn)這一問題的科學(xué)家是伽利略，他是怎樣研究這個問題的呢？ （課件展示）用多媒體播放伽利略的理想實驗（邊播放邊介紹）要動態(tài)出以下效果： 圖4-1-2 A.對稱斜面，無摩擦小球滾到等高. B.減小另一側(cè)斜面傾角，小球從同一位置自由釋放要滾到等高，滾動距離越遠(yuǎn). C.把另一側(cè)斜面放平，小球要到等高，就會一直滾下去. 根據(jù)這一現(xiàn)象伽利略得出了：運動的物體若不受力，物體將勻速運動下去. 為了驗證這個理論的正確性，下面通過氣墊導(dǎo)軌實驗來驗證一下： （介紹氣墊導(dǎo)軌、光電門工作原理） 演示1：利用氣墊導(dǎo)軌消除摩擦，讓滑塊在導(dǎo)軌上滑動，利用光電門測出滑塊在不同位置的速度. 學(xué)生記錄數(shù)據(jù)并比較，感受伽利略理論的正確性. 讓學(xué)生閱讀課本找出： 1.伽利略的觀點. 2.笛卡兒的補充和完善. 3.牛頓第一定律. 對比三個人的觀點，他們都是敘述力和運動關(guān)系的，誰的更全面？ 學(xué)生回答問題： 1.伽利略：物體不受力時，運動的物體一直做勻速直線運動. 2.笛卡兒：物體不受力時，物體將永遠(yuǎn)保持靜止或運動狀態(tài)，永遠(yuǎn)不會使自己沿曲線運動，而只保持在直線上運動. 3.牛頓：一切物體總保持勻速直線運動狀態(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). 綜上所述，牛頓第一定律更全面、更完善. 二、牛頓物理學(xué)的基石——慣性定律 為了進(jìn)一步加深對牛頓第一定律的理解，培養(yǎng)學(xué)生理解問題的能力，教師可繼續(xù)設(shè)疑：既然牛頓第一定律更完善，那么它從幾個方面闡述了力和運動的關(guān)系？ 讓學(xué)生討論交流并回答： 兩個方面：不受力時，物體保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)；受力時，力迫使它改變運動狀態(tài). 在學(xué)生回答基礎(chǔ)上，進(jìn)一步總結(jié)： 力不是維持物體運動狀態(tài)的原因，力是改變物體運動狀態(tài)的原因. 設(shè)疑：牛頓第一定律能否用實驗來驗證？ 結(jié)論：不能，因為不受力作用的物體是不存在的. 受力但合力為零可看作不受力.在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，作出肯定，并指出：牛頓第一定律雖然所描述的是一種理想化狀態(tài)，但它卻正確揭示了自然規(guī)律. 三、慣性與質(zhì)量 演示2：在小車上豎放一長條木塊，讓小車在光滑玻璃板上運動，前面固定一個物體， 當(dāng)車被物塊擋住時，車上的木塊向前傾倒，為什么？ 圖4-1-3 引導(dǎo)學(xué)生分析：木塊隨車一起運動，當(dāng)車被擋住時，車停止運動，木塊的下半部分受到車的摩擦作用也隨車停止運動，而上半部分由于要保持原來的運動狀態(tài)，故向前傾倒.物體這種保持原來運動狀態(tài)不變的性質(zhì)叫慣性. 舉例說明：①木塊立在靜止的車上，忽然拉動小車，木塊后傾. ②人站在勻速行駛的車廂內(nèi)豎直向上跳起，仍落回原地. 總結(jié)：慣性是指物體具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì). 從牛頓第一定律我們得知，一切物體都有保持它們原來的勻速直線運動或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，所以牛頓第一定律又叫慣性定律.當(dāng)力迫使它改變這種狀態(tài)時，它就會有抵抗運動狀態(tài)改變的“本領(lǐng)”.這個“本領(lǐng)”與什么因素有關(guān)？請大家通過實例分析. 討論交流：載重貨車啟動時，由靜止到高速得需要較長一段時間；百米沖刺到終點后，體重大的運動員較難停下來. 通過這樣的實例分析，使學(xué)生總結(jié)出：運動狀態(tài)變化的難易程度與質(zhì)量有關(guān). 結(jié)論：慣性大小與質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量大的物體慣性大；質(zhì)量小的物體慣性小. 六、 課堂小結(jié) 通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，我們知道了： 1.歷史上幾位科學(xué)家對力和運動關(guān)系的看法和研究. 2.伽利略得到力和運動關(guān)系的研究方法. 3.牛頓第一定律的內(nèi)容. 4.慣性及應(yīng)用慣性知識解決實際問題的方法. 111