《1、牛顿第一定律》教学设计(部级优课)-物理教案

《牛顿第一定律》教学设计1、教材分析本节课“牛顿第一定律”是经典物理学的基石，是力学的第一原理，它改变了人们对自然的认识，改变了人们的世界观。这就是：原来亚里士多德认为物体运动需要力，而现在是运动不需要力。这样的重大科学发现，称得上是真正的科学真理。在初中阶段，学生对牛顿第一定律已有大致了解，知道亚里士多德的观点（力是维持物体运动的原因）是错的，也知道伽利略通过研究澄清了运动和力的关系（力是改变物体运动状态的原因）。但是，在解决实际问题时，他们还常常下意识地用亚里士多德的观点去分析，这说明运动和力的正确关系在学生的头脑中还没有真正建立起来。因此，教学中注意创设情境，突出研究过程和方法，引导学生在现有知识经验的基础上主动构建新知识。2、设计理念本节课以汽车急刹车出现的现象“情景模仿秀”作为引入，通过展现物理学史、演示实验、合理推导、定律应用等方法，激发学生的学习热情。学生通过观察实验、科学推理等方法，了解牛顿第一定律的得出过程。并通过课上的动手操作，进一步掌握定律的应用和内涵，体验知识获得的过程，感受探究成功的喜悦。通过介绍伽利略的理想实验结果，体现物理定律研究要基于事实，合理推导，培养学生的物理学科素养。3、教学目标（1）知识与技能目标=1\*GB3①理解牛顿第一定律的内容和意义。=2\*GB3②知道惯性的概念，知道惯性大小跟质量有关，能够正确解释有关惯性的现象。（2）过程与方法目标通过将研究物体运动原因的相关史料合理剪裁，融入物理教学，历史地展现伽利略的批判精神、逻辑推理的方法、猜想与假说的魄力和实验验证的科学作风，使学生有身临其境之感，感受他的研究方法、科学精神，得其精髓、有所借鉴。（3）情感、态度和价值观目标通过牛顿第一定律的教学，使学生体会到物理学对人们的世界观、自然观、思维方式的改变都在起着重要的作用。4、教学重点、难点及解决办法（1）教学重点及解决办法牛顿第一定律。解决办法：将研究物体运动原因的相关史料合理剪裁，融入物理教学，历史地展现伽利略的批判精神、逻辑推理的方法、猜想与假说的魄力和实验验证的科学作风。（2）教学难点及解决办法惯性的大小只跟质量的关系。解决办法：教师通过演示实验，帮助学生分析理解，学生再亲自体验实验。5、教学过程（1）课题引入行为模仿秀：汽车急刹车时出现的情景。=1\*GB3①汽车急刹车时，我们的身体为什么会发生前倾？=2\*GB3②日常生活中，为什么有的物体做加速运动，有的物体做减速运动？为什么有的物体上升，有的下落？=3\*GB3③物理学最早研究的问题：运动背后的原因是什么？（设计意图：通过教师提出的一些问题，唤起学生关于运动和力的关系的认知。）（2）亚里士多德的朴素运动观=1\*GB3①介绍亚里士多德的运动观。他观察了大量物体的运动，把运动分成两类，一类是自然运动，另外一类是受迫运动。自然运动：每个物体都有自己的固有位置，比如，火的自然位置在上，土的自然位置在下，气和水在中间。偏离固有位置的物体将趋向固有位置运动。地上物体的自然运动沿直线，轻者上升，重者下降；天体的自然运动永恒地沿着圆周进行。受迫运动：物体的运动是在推或拉的外力作用下发生的。没有外力，物体运动就会停止。=2\*GB3②引导学生认识受迫运动原因的实质。亚里士多德的伟大之处在于：将物体运动跟推或拉的外力建立起关系。他总结的受迫运动原因的实质是：运动需要力来维持，力是维持运动的原因。=3\*GB3③激发学生的潜意识，启发学生思考。亚里士多德的运动观听起来很有道理。事实上这个观点是没有学过物理的人的一种朴素的运动观。这种观点从公元前4世纪产生起，两千年里没人质疑，一直到了16世纪，欧洲大学里物理讲的还是这种观点。我们学过初中物理了，都知道这种观点有问题，那么问题在哪呢？（设计意图：通过相关史料合理的剪裁，唤起学生去寻找质疑亚里士多德观点的切入点）（3）伽利略的研究=1\*GB3①质疑。伽利略研究的切入点是：原来运动的物体之所以停下来难道真的是没有力的作用吗？（原来运动的物体之所以停下来，是因为有摩擦力或空气、水等流体的阻力作用的结果）=2\*GB3②假设与猜想。如果没有摩擦阻力、流体阻力的影响，在水平面上运动的物体会怎样呢？（物体将会一直运动下去）现实生活中不可能没有摩擦阻力、流体阻力的影响，因此，“在水平面上运动的物体将会一直运动下去”是我们的猜想。=3\*GB3③理想实验。这种猜想到底正确与否，需要通过实验来证明，这是伽利略用到的研究方法。伽利略观察到在斜坡上运动的物体，从高处滑下来运动得越来越快，冲上斜面运动得越来越慢。于是他设计了一个对接斜面实验。演示1：先在对接斜面上铺一块棉布，从一侧斜面上的某一高度处释放一个小钢球，观察小球的运动情况，用一面小旗标记出小球到达另一侧斜面的最高点。演示2：把棉布拿下来，再做一遍。通过对比，发现小球上升的更高了，但是比释放时的高度还是低一点。这是什么原因呢？（有摩擦）引导学生推理：摩擦大时上升的高度小，摩擦小时上升的高度大，假如没有摩擦呢？（应该会上升到同样的高度）演示3：在从同一高度释放小球之前，先把另一侧斜面的倾角减小，用小旗标记小球运动的最远距离。现象：小球运动的距离变大了。原因？（假如没有摩擦，从某一高度释放，小球能冲上另一侧斜面的同样高度。那么，倾角变小后，要想达到同一高度，小球运动的距离变大了）进一步减小斜面倾角，小球运动的距离会变得更大。当一侧斜面的倾角减小到0时，会有什么现象呢？演示4：从斜面的同一高度处释放小球，小球从斜面上滑下，在水平面上运动，最终从水平面上飞出。引导学生推理：假如水平轨道足够长，而且没有摩擦，小球如何运动？（永远运动下去）小球在水平轨道上运动时，水平方向有推或拉的外力作用吗？（没有）这说明什么呢？（运动不需要力来维持）到此为止，我们验证了前面的猜想：如果没有摩擦阻力、流体阻力的影响，在水平面上运动的物体将会一直运动下去。hhh结合下图，领着学生再回顾一下伽利略设计的实hhh（4）进一步引导学生分析运动和力的关系物体受到推或拉的外力，运动起来，是从静到动；撤去了推或拉的外力，物体最终会停下来，是从动到静，这是因为有阻力作用。那么，运动和力到底是什么关系呢？（力是改变物体运动状态的原因）（5）体会伽利略的科学研究方法伽利略之所以能够超越前人的认识，原因之一就是他在研究方法上与亚里士多德不同，有什么不同呢？（有实验，有推理）理想实验是在实验的基础上再进行合理的外推，实验和推理完美结合，这是伽利略开创的科学研究方法。而在公元前4世纪，亚里士多德的研究方法主要是静观而不做实验，思辨而不做定量的数学推演。从公元前4世纪到16世纪末17世纪初，之间有两千年，自然科学踯躅不前。而从伽利略到今天，大师辈出，不过几百年的时间，对运动问题的研究深入延续下去，开创了力学和全部物理学，乃至于整个现代科学。爱因斯坦对伽利略的评价：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。（设计意图：通过运动和力的关系推理，加深学生对研究物理问题的科学方法的理解）4．笛卡儿的补充在伽利略研究的基础上，跟伽利略同时代的物理学家、数学家笛卡尔，补充完善了伽利略的观点：除非物体受到力的作用，物体将永远保持静止或运动状态，永远不会自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动。5．牛顿的总结又隔了一代人，出了一位大师级人物----牛顿。说隔了一代人一点都不委屈牛顿，伽利略是1642年去世的，牛顿是1643年诞生的。可谓前赴后继。牛顿在前人研究的基础上，对运动和力的关系进行了全面的阐述：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。牛顿把力与运动的关系这个结论总结成第一定律。写在了《自然哲学之数学原理》这本书里，倡导感兴趣的学生课外阅读。牛顿说：如果我比笛卡儿看得远一点，那是因为我是站在前辈巨人的肩上。这既反映了牛顿谦逊的一面，同时也是不争的事实。（设计意图：通过相关史料的介绍，给学生在人文、德育方面以潜移默化的影响）6．理解牛顿第一定律（1）力是改变物体运动状态的原因物体运动状态改变，也就是物体运动的速度改变，所以力是改变物体速度的原因。为了描述速度的变化的快慢，我们建立了加速度的概念，速度改变了，也就是物体有加速度了，所以力是产生加速度的原因。（2）惯性与质量的关系“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”说的是什么呢？（惯性）“总保持”说明这是物体与生俱来的本领，一种抵抗运动状态变化的本领——惯性。惯性大小与什么因素有关系呢？你能设计一个小实验或举一个生活中的实例加以说明吗？让学生讨论、交流。小实验（师生合作）：找一个肺活量大一点的男生到前面来，深呼吸一下，吹教师用线提着的乒乓球。乒乓球被高高吹起（学生笑）。教师再拿出一个跟乒乓球体积差不多的钢球，用线提着，让学生用力吹。钢球几乎不动（学生大笑）。通过这个小实验就能够说明质量大的物体惯性大。（设计意图：通过教师设计的实验，让学生加深惯性跟质量的关系认知。）7．尾声关于运动和力的关系的探究，在我们古代，对运动和力的关系也形成了一些认识。大约跟亚里士多德同时代的春秋战国时期，《墨经》就有记载：“力，刑之所以奋也。”这里的刑是一个通假字，通形状的“形”，这里指的是物体。“奋”是“起飞”的意思，也就是物体“从静到动”的意思。这句话描述的运动和力的关系是什么？（力是改变物体运动状态的原因）又比如在战国时期，《考工记》里有记载：“马力既竭，辀犹能一取焉。”这里的辀指的是车辕，泛指“一切的车”，取是“进取、前进”的意思。这句话又说明了什么？（物体具有惯性）通过这节课的学习，我们知道了：力是产生加速度的原因；惯性是物体抵抗运动状态的改变，而质量是惯性大小的量度。可见，物体运动的加速度跟力、质量有关。它们到底有什么定量的关系？牛顿在第一定律的基础上又进行了研究，这也是下节课将要继续探究的问题。（设计意图：通过了解中国古代关于运动和力的记载，激发学生的民族自豪感）8．课