伽利略的理想实验与牛顿第一定律_教学设计

第一节 伽利略的理想实验与牛顿第一定律教学设计一、教材与学生分析本节是必修一第四章第一节，是高中物理动力学的开始，是以后所有动力学知识的基础内容。对于牛顿第一定律，学生在初中已有了初步了解，但本节绝不是初中内容的简单复习，牛顿第一定律的高中表述具有更加丰富的内涵和更加广阔的外延；牛顿第一定律可以说是经典物理学的基石。二、教学目标1知识与技能（1）了解相关的物理学史实（2）了解伽利略以实验为基础，将实验与逻辑推理相结合的思想方法（3）理解惯性的概念，掌握牛顿第一定律2过程与方法经历以实验为基础，进行逻辑推理的过程，理解物理学的研究方法3情感态度与价值观（1）通过对物理学史的学习，学会尊重客观事实，正确评价历史人物的科学态度（2）通过惯性现象的学习，领略物理与生活的联系三、重点和难点惯性概念的理解与牛顿第一定律的掌握四、教学用具PPT课件五、教学过程1引入在前面的学习中，第一、二章介绍了运动规律的描述，一般被称为运动学。第三章解决了力的基本性质、处理和运算问题，一般被称为静力学；但是，运动和力有没有内在的关联？前三章并没有回答，这一部分内容，就是动力学。动力学的奠基人是物理学的泰斗英国科学家牛顿。牛顿在1687年出版的名著自然哲学的数学原理中，首次提出他的三条运动定律，这就是著名的牛顿三定律，它是整个动力学的基础。今天我们就学习牛顿运动定律得基石，牛顿第一定律。在讲台上放一辆小车，使它处于静止状态提出问题：怎样才能让小车运动起来呢？（学生答：要用力去推它）长期以来，在研究物体运动原因的过程中，人们的经验是：要使一个物体运动，必须推它或者拉它。因此，人们直觉地认为，物体的运动是与推、拉等行为相联系的，如果不再推、拉，原来的运动便停止下来。根据类似的经验，亚里士多德得出结论：必须有力作用在物体上，物体才能运动。没有力的作用，物体就要静止在一个地方。爱因斯坦把一代代科学家探索自然奥秘的努力，比做福尔摩斯侦探小说中警员破案的过程。在侦探故事中，有时候明显可见的线索却可能把人引到错误的判断上去，也就是说，光凭经验来判断常常是靠不住的。学生讨论：物体的运动真的需要外力来维持吗？2伽利略的理想实验伽利略注意到，当一个球沿斜面向下滚动时，它的速度增大，而向上滚动时，速度减小。他由此猜想：当球沿水平面滚动时，它的速度应该不增不减。但实际情况却是，即使沿水平面滚动，球也越来越慢，最后停下来。伽利略认为，这是摩擦阻力作用的结果，因为他同样还观察到，表面越光滑，球便会滚得越远。于是，他推断：若没有摩擦阻力，球将永远滚动下去。怎么证明呢？结合事实（伽利略针实验演示）进行逻辑推理，伽利略设计了一个理想实验：课件展示实验过程并说明：（1）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；（2）如果没有摩擦，小球将上升的原来释放时的高度；（3）减小后一个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度，这次它要滚得远一些；d继续减小第二个斜面的倾角，球要达到同一高度就要运动的更远，如果使第二个斜面放平，小球要滚动多远呢？结论显然是，球将永远滚动下去。这就是说，力不是维持物体运动的原因。我们不能消除一切阻力，也不能将水平木板做得无限长，所以伽利略的实验是个“理想实验”。正确评价亚里士多德：亚里士多德介绍伽利略的正确结论在隔了一代人以后，由牛顿总结成了动力学的一条基本定律：牛顿第一定律。3牛顿第一定律内容：一切物体总是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。物理意义：（1）物体不受外力作用时的运动情况： 保持匀速直线运动状态或静止状态（提出了惯性的概念）（2）一切物体都具有惯性（3）明确了力和运动的关系。物体的运动并不需要力的维持，只有当物体的运动状态发生变化，即产生加速度时才需要力的作用。力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因因为不可能把自然界的任何物体完全孤立起来，也就是说，不受外力作用的物体是不存在的，所以牛顿第一定律所描述的是一种理想化的状态，不可能用实验直接验证。但是它 揭示了自然界的基本规律，许许多多现象可帮助我们理解牛顿第一定律。例如：冰球（冰壶）场上，冰球离开球杆后，能以几乎不变的速度继续前进，直到它再一次受到球杆的打击或碰到障碍物，才改变这种状态。（选讲）牛顿第一定律表明，物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，即惯性，所以牛顿第一定律又叫做惯性定律。4惯性物体保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性。理解惯性：惯性是一种“属性”，是物体“抵抗运动状态变化”的“属性”。（1）任何物体都有这样的“属性”；（2）不同的物体这样的“属性”（抵抗运动状态变化的本领）是不同的。这种“本领”的大小是怎么体现出来的呢？那就是受到相同力的作用时，不同物体的运动状态改变的快慢不一样，即加速度不同。（选讲）学生活动：P77讨论与交流总结：观察和实验证明，对于任何物体，在受到相同的作用力时，决定他们运动状态变化难易程度的唯一因素就是它们的质量。由此我们得出结论：描述物体惯性的物理量是它们的质量。与运动状态、受力情况、地理位置以及物态等无关。5小结本节课我们主要学习了以下几个问题：（1）历史上几位科学家对力和运动关系的看法和研究。（2）伽利略得到力和运动关系的研究方法。（3）牛顿第一定律的内容；（4）惯性及应用惯性知识解决实际问题的方法。6课堂练习例题1以下说法中正确的是（ ）A惯性是物体保持原来运动状态的力B汽车速度越快，刹住它越困难，这是由于汽车速度越大，惯性越大。C物体的质量是惯性大小的量度D重物放在水平地面上，人用力推它而没有推动，其原因是由于所施力太小，不足以克服重物的惯性。例题2伽利略根据理想实验推论得出了（ ）A物体不受外力作用时，一定处于匀速直线运动状态B物体不受外力作用时，一定处