高中物理 第四章第一节牛顿第一定律教案 新人教版必修1

1 牛顿第一定律牛顿第一定律 教材依据教材依据 人民教育出版社高中物理必修一第四章第一节 教学流程教学流程 悬疑 提出问题 自学阅读 分角色辩论 教师点拨 总结 应用 教学目标教学目标 一 知识与技能一 知识与技能 1 理解牛顿第一定律 能运用牛顿第一定律分析解决问题 2 了解什么是惯性 知道惯性的决定因素 二 过程与方法二 过程与方法 1 培养学生分析 表达和概括能力 2 让学生体验牛顿第一定律的形成过程 3 培养学生透过现象抓住事物的本质的能力 4 让学生体会经过抽象思维 抓住主要因素 忽略次要因素 把可靠的事实和理论思 维结合起来的科学方法 三 情感态度与价值观三 情感态度与价值观 1 体验规律探索过程的曲折性 2 培养学生实事求是的科学态度和科学精神 教学重点教学重点 体验牛顿第一定律的形成过程 会用牛顿第一定律解决问题 教学难点教学难点 力是物体运动状态改变的原因 教学方法教学方法 角色体验探索教学法 2 教学器材教学器材 椅子 气垫导轨 滑块 小车 木块 伽利略理想实验演示器 鸡蛋 塑料板 玻璃 杯 有水 教学环境教学环境 电脑 投影机 屏幕 飞机投弹动画 客车急拐弯录象 教学实录教学实录 一 引入新课一 引入新课 上课铃响后 教师手里拖着一把椅子 走走停停 进了教室 学生很惊讶 老师平 时很注意学生学习环境的保护 今天怎么不注意自己的行为 教学设计起到了提高学生注 意 引起学生兴奋的效果 教师 同学们 根据刚才老师进教室这一过程 对某一现象进行描述 并提出一些与 物理相关的问题 学生 讨论 并积极回答 椅子与地面间有摩擦 产生噪音 摩擦力和噪音 的产生条件 为什么拖椅子比搬椅子省 劲 椅子拖就走 不拖不走 说 明椅子的运动需要力的作用来维持 教师 对 椅子拖就走 不拖不走 这位同学的解释正确吗 这种现象应该怎么解 释 学生 刚才那为同学坚持自己的观点 引起大多数同学的反对 二 进行新课二 进行新课 教师 我们现在争论的焦点是 力是否是维持物体运动的原因 学生 一片反对声 教师 人们能正确认识力是否是维持物体运动的原因 经历了千年的时间 下面同学 们阅读课本第 页至第 页第 段 注意在此过程中 有哪些人作出了较大的贡献 他们的观点是什么 哪些论据支持他们的观点 论据的优点和缺点存在哪里 学生 阅读 教师 哪些人作出了较大贡献 学生 共答 亚里士多德 伽利略 笛卡儿 牛顿作出较大的贡献 3 教师 下面我们准备演一个历史剧 同学们以四人为一组 分别饰演亚里士多德 伽 利略 笛卡儿 牛顿四个历史人物 让他们进行一场面对面的辩论 让我们来听一听谁的 观点是正确的 各小组开始准备工作 呆一会儿 我们选一个小组上台辩论 学生积极准备 教师 我宣布辩论规则 亚里士多德 伽利略 笛卡儿 牛顿四人按先后顺序出场 出场时先进行自我介绍 开始 一个小组已经跑上讲台 以下为辩论内容 其中 亚 伽 笛 和 牛 分别代表饰演亚里士多 德 伽利略 笛卡儿和牛顿四位同学 四人各有一位同学为其做记录 其他同学补充 教 师做点评 亚 我是古代希腊著名哲学 政治思想家 我的观点是 力是维持物体运动的原因 论据就是生活中很多物体都是推就动 不推不动 论据的优点是来源于生活经验 缺点是 没有透过现象抓住本质 此时 很多同学只是觉得亚里士多德的论据存在问题 但并不清楚问题出在哪里 师 亚里士多德经过 千 百多年后终于认识到了自己以前的观点有问题 学生笑 但是 问题在哪里呢 继续往下看 伽 我是十六世纪意大利的一位物理学家 天文学 家 数学家 近代实验科学的创 始人 总之 我是一位卓越科学家 我的观点是 物体的运动不需要力来维持 力是改变物 体速度的原因 我可以通过一个理想实验来说明 让一小球沿斜面由静止滚下 它将向另 一斜面滚上 若无摩擦 小球将上升到原来的高度 如图 我们根据这种运动趋势进 行分析推理 若减小第二个斜面的倾角 小球在这一斜面上要达到原来的高度就要通过更 多的距离 如图 若继续减小倾角 最终使其成为一个水平面 则小球永远不能达到 原来的高度 必将沿水平面以恒定的速度运动下去 如图 他刚说完 亚里士多德就发难了 亚 伽利略 请解释 一般物体推就动 不推不动 伽 首先 亚里士多德的说法有问题 物体推并不一定动 静止的物体受到的推力大 于最大静摩擦力时 物体才会由静止变为运动 下面同学附和 这样 物体能否运动实 4 际是看推力比最大静摩擦力多出部分 也就是看物体所受合外力 只要物体所受合外力不 为 物体就可以由静止变为运动 掌声 师 很精彩 伽利略指出了只有合外力不为 时 物体才会有静止变为运动 而物体 的速度反映了物体的运动状态 也就是说合外力改变了物体的运动状态 亚 伽利略 你的理想实验中提到的没有摩擦力的情况实际是不存在的 那你的理想 实验实际上只是一种空想呢 很尖锐 伽 我们研究问题常常要抓住事物的主要矛盾 而忽略其次要矛盾 本实验忽略了摩 擦 使得实验理想化了 但由于这种方法抓住了事物的主要予盾 摒弃的只是次要因素 故其结果仍不失它的真实性和科学性 事实胜于雄辩 我们可以通过实验来验证我的理想 化的正确性 该同学组织全班同学做同一个物体从同一个斜面上滑下 在不同的水平面 上滑行的距离不同 几种水平面分别是桌面 纸面和衣服表面 当时 天气较冷 很 多同学有外套 经过实验 我们可以看出 在越光滑的表面上 物体滑行的越远 由此 我们是否可以得到 如果水平面光滑的话 物体应该滑到无穷远 即一直运动下去呢 掌声 师 这一个实验可以近似演示 如果我们尽量减小摩擦阻力的作用 物体应该能够滑 出很远 和伽利略一起演示 滑块静止在气垫导轨上 用手轻轻一推 滑块就可以滑出 很远 师 我们研究问题常常要抓住事物的主要矛盾 而忽略其次要矛盾 其实这种方法的 理论依据就是遵循化繁为简的原则 本实验忽略了摩擦 这虽然与客观事实相违背 使得 实验理想化了 但由于这种方法抓住了事物的主要因素 摒弃的只是次要因素 故其结果 仍不失它的真实性和科学性 这种思维方法在物理学中是经常用到的 例如引入 质点 的概念 在研究物体的平动等问题时 就可以忽略物体的大小 形状等次要因素 从而给 问题的研究和解决带来极大的方便 这种 理想化 的思维方法是一种常用的科学研究方 法 伽利略的研究开创了为后人所普遍使用的 从实验出发又用实验验证理论结果的治学 方法 亚 伽利略 你在你的理想实验中 提到了小球可以上升到原来的高度 小球为什么 一定能上升到原来的高度呢 伽 这一点可以用我们都知道的能量守恒来理解 下面同学都表示默许 师 亚里士多德还有问题吗 亚里士多德们都表示没有 笛 我是法国数学家 科学家和哲学家 是西方近代资产阶级哲学奠基人之一 我的 观点是 一个运动的物体 没有其他物体的作用 它的运动方向将不会改变 师 笛卡儿弥补了伽利略的不足 他明确地指出 除非物体受到外力的作用 物体的 运动状态不会改变 伽 你的说法中的 外力 是什么意思 5 笛 这里是指合外力 牛 我是英国著名的物理学家 数学家和天文学家 我的观点是 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 师 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 这就是牛顿第一定律的内容 也是我们这节课的主要学习探究的内容 师 我们应该如何评价四人在牛顿第一定律的发现过程中的所体现出来优点和缺点呢 生 多人回答补充 亚里斯多德 只想用推理去解释物理现象 并没有从事这 一领域的任何实验工作 所以他提出了错误的断言 阻碍了科学的发展 伽利略 进行科学研究的特点 第一是重视理想实验 抓住事物的本质 第二是 把自己熟悉的领域和实验研究透彻 笛卡儿 高明的地方就是认识到惯性定律是解决力学问题的关键所在 是他最早 把惯性定律作为原理加以确立 并视之为整个自然观的基础 这对后来牛顿的综合工作有 深远影响 牛顿 高度概括了前人的工作 师 亚里斯多德是古代知识的集大成者 恩格斯称他是最博学的人 他的著作是古代 的百科全书 据说有四百到一干部 主要有 工具论 形而上学 物理学 伦理学 政治学 诗学 等 他的思想对人类产生了深远的影响 在物理学方 面 亚里斯多德最重要的贡献是创 造了这门学科的名称 物理 一词的现代拉丁文 是他从希腊字 自然 一词推演而来的 伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一 而 且标志着物理学的真正开端 这个发现告诉我们 根据直接观察所得出的直觉的结论不是 常常可靠的 因为它们有时会引到错误的线索上去 伽利略奠定了近代实验物理学的基础 他的建立在科学的方法论基础之上的一系列科学活动 以及由此而获得的一系列发现 发 明和创造 无疑地证明了他是一位伟大的实验科学家和伟大的思想家 伽利略继承和发展 了阿基米德的方法论 注重科学实践的唯物主义世界观 勇敢地向被奉为权威的亚里 士多德的传统观念挑战 仅仅强调观念 注意主观思考和单纯的推理的唯心主义 他 把物理学与数学紧密结合起来 以准确的数学证明寻求物质运动的规律 用数学语言表达 物理的定律 他注重归纳法 也注重演绎法 并且数学证明达到了极其严谨和巧妙的境地 笛卡儿补充和完善了伽利略的观点 但是他没有把其形成规律 牛顿的杰出成就主要归功于他的勤奋 牛顿极其珍惜时间 从不浪费一点儿 他认为 不花在研究上的时间都是损失 他常常通宵达旦地在实验室里工作 牛顿的科学成就 6 是无与伦比的 但是他自己却谦逊地说 如果说我比笛卡儿看得远一点 那是因为我站 在巨人的肩上 我不知道 在世人眼里我是什么样的人 但是在我自己看来 我不过 象是在海边玩耍的孩子 为不时 拣到一块比较光滑的卵石 一只比较漂亮的贝壳而喜悦 而真理的大海在我面前 一点也 没有被发现 这些质朴感人的话 一直成为科学界的至理名言 教师回顾 有一个基本问题 几千年来都因为它太复杂而含糊不清 这就是运动的问 题 设想有一个静止的物体 没有任何运动 要改变这样一个物体的位置 必须使它受力 如推它 提它 或由其他的物体如马 蒸汽机作用于它 我们的直觉认为运动是与推 提 拉等动作相连的 多次的经验使我们进一步深信 要使一个物体运动得愈快 必须用更大 的力推它 结论好像是很自然的 对一个物体的作用愈强 它的速度就愈大 一辆四匹马 写的车比一辆两匹马驾的车运动得快一些 这样 直觉告诉我们 速率主要是跟作用有关 但是直觉错在哪里呢 说一辆四匹马驾的车比一辆两匹马驾的车走得快些难道还会有 错吗 假如有人推着一辆小车在平路上行走 然后突然停止推那辆小车 小车不会立刻静止 它还会继续运动一段很短的距离 我们想 怎样才能增加这段距离呢 这有许多办法 例 如在车轮上涂油 把路修得很平滑等 车轮转动得愈容易 路愈平滑 车便可以继续运动 得愈远 但是在车轮上涂油和把路修平有什么作用呢 只有一种作用 外部的影响减小了 即车轮里以及车轮与路之间的那种所谓摩擦力的影响减小了 假想路是绝对平滑的 而 车轮也毫无摩擦 那么就没有什么东西阻止小车 而它就会永远运动下去 这个结论是从 一个理想实验中得来的 而这个实验实际上是永远无法做到的 因为不可能把所有的外界 影响都消除掉 这个理想实验指出了真正建立运动的力学基础的线索 比较一下对待这个问题的两种方法 我们可以说 根据直觉的观念是这样的 作用愈 大 速度便愈大 因此速度本身表明着有没有外力作用于物体之上 伽利略所发现的新线 索是 一个物体 假如既没有人去推它 拉它也没有人用别的方法去作用于它 或者简单 些说 假如没有外力作用于它 此物体将均匀地运动 即沿一直线永远以同样速度运动下 去 因此 速度本身并不表明有没有外力作用于物体上 伽利略这个正确的结论隔了一代 以后由牛顿把它写成牛顿第一定律 人的思维创造出一直在改变的一个宇宙图景 伽利略对科学的贡献就在于毁灭直觉的 观点而用新的观点来代替它 这就是伽利略的发现的重大意义 伽利略理想实验不是简单 地告诉我们一个结论 更重要的是传授给我们研究物理问题的基本思维方法 把实验事实 同抽象思维结合起来 忽略次要矛盾 抓住主要矛盾 不盲目相信直觉和前人的结论 这 些思维方法已成为人们进一步研究物理问题的一把钥匙 对于伽利略的理想实验 我们应 该掌握两个基本特点 一是本实验利用了机械能守恒定理 忽略了摩擦 二是扩展了实验 现象 通过分析 推理和想象 揭示了 运动 和 力 的本质规律 由此 我们可以具 体地了解到研究物理问题所需要的思维方法 抛开伽利略理想实验本身 以当时的时代背 景来看 亚里士多德的观点 力是使物体产生运动的原因 已存在两千多年 并且这种观 点很符合人们的直觉 因而根深蒂固 要使原来静止的物体改变位置 就必须对物体施力 7 并且直觉给人的印象是对物体施力越大 物体的运动就越快 似乎运动速率主要与物体的 受力有关 在这样的背景下 伽利略通过精心设计实验 得出了与表面现象完全相反的正 确结论 对科学研究起到了划时代的作用 这正是本实验的又一重要之处 它可以使我们 清楚地认识到 在物理学习中不能只看事物的表面现象 也不能轻信别人的结论 必须要 有严谨的态度 这一点也是进行物理研究所必需的 教师 对于牛顿第一定律 我们应该怎么理解呢 下面看一个情景录象 足球在地面上滚动 最终停下来 字幕 为什么足球会停下来 如果地面光滑呢 学生 争相回答 受地面摩擦力作用 一直运动下去 教师 由此可以得到那些结论 学生 讨论回答 合外力能改变物体的运动状态 合外力为 时 物体的状态保持 变 信息反馈题 投影 物体沿斜面向上滑动 则一定受到一个沿斜面向上的力的作 用 请判断正误 并说明原因 学生 异口同声 不对 运动的方向 即速度方向与合外力方向不一定相同 因为 合外力是改变物体运动状态的原因 不是一定与速度同向 如 斜抛物体 教师 在水平桌面上放置小车 小车上竖立一长木块 请问同学们 如何让小车 歪倒 学生 各抒己见 意见一 直接用手推倒 意见二 用力猛推小车 木块会歪倒 教师 考虑你们所用方法的原理是什么 学生 意见一的原理 合外力改变物体的运动状态 意见二的原理 利用惯性 教师 何谓惯性 有何特点 学生 一切物体保持匀速直线运动状态和静止状态的性质叫做惯性 惯性是物体的固 有属性 它只与物体的质量有关 并由质量决定 教师 生活中 哪些现象利用了物体的惯性 你可以举例子 可以利用你自己或者现 成的教学仪器进行演示 学生 不同学生分别上台演示或者叙述不同实验 实验一 用锤子敲击塑料片 塑 料片飞出 但是鸡蛋落入下面的水杯中 实验二 运动员冲刺到达终点时 并不能立即停 下 而是要向前冲一段距离 实验三 教师进行动画演示 老式飞机低空俯冲投弹时 由于炸弹反弹与飞机相遇 飞机本身被炸毁 学生举了很多例子 他们的思想很活 跃 8 三 本课小结三 本课小结 教师 下面我们自己总结这节课的内容有哪些 学生 这节课的内容有牛顿第一定律 即惯性定律 同时 大多数学生认为 本节 课的主要内容是牛顿第一定律的发现过程中所体现出来的物理方法和物理思想 四 布置作业四 布置作业 惯性对我们来说有利有弊 但是 如果没有惯性 世界会变成什么样子 请同学们各 自写一篇小论文 作为课下作业 板书设计板书设计 第四章 牛顿运动定律 第一节 牛顿第一定律 辩论记录 项目 人物 自我介绍观点 论据 优点 缺点 亚里士多 德 伽利略 笛卡儿 牛顿 理想实验 可靠的事实与理论思维相结合 牛顿第一定律 内容 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 理解 合外力改变物体的运动状态 一切物体保持匀速直线运动状态和静止状 态的性质叫做惯性 合外力为 时 物