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4.1 牛頓第一定律

〖教材分析〗
牛頓第一定律和慣性的內(nèi)容學(xué)生在初中都有所接觸，內(nèi)容大致是一樣的。本節(jié)課的學(xué)習(xí)主要是糾正一些片面的東西，在理想實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)得出牛頓第一定律，更加的具有科學(xué)性。牛頓所進(jìn)行的不光是總結(jié)概括，更多的是創(chuàng)造性的對(duì)慣性和力的概念的提出，同時(shí)明確了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，及其之間相互轉(zhuǎn)化等。學(xué)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容要正確認(rèn)識(shí)牛頓第一定律的實(shí)際意義。
〖教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗
物理觀念：理解牛頓第一定律的內(nèi)容，能夠運(yùn)用牛頓第一定律解釋有關(guān)現(xiàn)象。
科學(xué)思維：用慣性概念解釋有關(guān)實(shí)際問(wèn)題。會(huì)識(shí)別慣性系和非慣性系。
科學(xué)探究：體會(huì)伽利略研究運(yùn)動(dòng)和力關(guān)系的思想方法，了解理想實(shí)驗(yàn)的作用。
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：從通過(guò)牛頓第一定律的歷史史實(shí)回顧，增進(jìn)對(duì)科學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維品質(zhì)和敢于質(zhì)疑、堅(jiān)持真理的獻(xiàn)身精神。
〖教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)〗
重點(diǎn)：1、對(duì)牛頓第一定律和慣性的正確理解。
2、科學(xué)思想的建立過(guò)程。
難點(diǎn)：1、力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。
2、慣性和質(zhì)量的關(guān)系。
〖教學(xué)方法〗
實(shí)驗(yàn)探究、交流與合作、多媒體輔助教學(xué)。
〖教學(xué)準(zhǔn)備〗
小車、小球、斜槽、多媒體課件。
〖教學(xué)過(guò)程〗
一、新課引入
前面學(xué)習(xí)的第一、二章研究的是物體的運(yùn)動(dòng)，稱為運(yùn)動(dòng)學(xué)；第三章研究的是物體的受力，稱為力學(xué)。
問(wèn)題：運(yùn)動(dòng)和力之間有什么關(guān)系呢？
我們把研究運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系的分支叫做動(dòng)力學(xué)。動(dòng)力學(xué)知識(shí)在生產(chǎn)和科學(xué)研究中很重要，設(shè)計(jì)各種機(jī)器，控制交通工具，研究天體運(yùn)動(dòng)等，都離不開(kāi)動(dòng)力學(xué)知識(shí)。
本節(jié)我們開(kāi)心學(xué)習(xí)第一節(jié)牛頓第一定律。
二、新課教學(xué)

初中我們學(xué)習(xí)了牛頓第一定律的基本內(nèi)容，你能說(shuō)說(shuō)它揭示了物體運(yùn)動(dòng)遵循怎樣的規(guī)律嗎？滑冰運(yùn)動(dòng)員如果不用力，他會(huì)慢慢停下來(lái)。這是否與牛頓第一定律矛盾呢？

通過(guò)多媒體課件動(dòng)圖展示：溜冰，加強(qiáng)代入感。

長(zhǎng)期以來(lái)的的生活經(jīng)驗(yàn)告訴我們力推物動(dòng)，力撤物停。通過(guò)多媒體課件動(dòng)圖展示：狗拉車和騎自行車。觀察發(fā)現(xiàn)要使一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)，必須推它或著拉它；自行車要前進(jìn)，也必須用力，不用力就會(huì)停下來(lái)。

基于這樣的事實(shí)，古代亞里士多德認(rèn)為：力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。直到近代伽利略才對(duì)此提出疑問(wèn)。
伽利略認(rèn)為推動(dòng)物體和自行車等所有的運(yùn)動(dòng)，都會(huì)有摩擦力的存在，當(dāng)撤去拉力以后，在摩擦力的阻礙下，物體才逐漸停下來(lái)，所以物體會(huì)停下來(lái)的根源是摩擦力。為此它設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)。
（一）理想實(shí)驗(yàn)的魅力
通過(guò)多媒體課件動(dòng)圖展示：理想斜面實(shí)驗(yàn)。伽利略注意到，當(dāng)一個(gè)球沿斜面向下滾動(dòng)時(shí)，它的速度增大；向上滾動(dòng)時(shí)，速度減小。

猜想：當(dāng)球沿水平面滾動(dòng)時(shí)，它的速度應(yīng)該不增不減。然而，實(shí)際情況卻是，即使沿水平面滾動(dòng)，球也會(huì)越滾越慢，最后停了下來(lái)。伽利略認(rèn)為這是摩擦作用的結(jié)果。若沒(méi)有摩擦，球?qū)⒂肋h(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。
通過(guò)多媒體課件動(dòng)圖展示：理想斜面實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證猜想。分別把斜面的角度逐漸減少，最后和水平面持平。在不斷的減少斜面角度的過(guò)程中，在沒(méi)有摩擦力的作用下，小球?qū)?huì)到達(dá)同一高度，只是走過(guò)的路程越來(lái)越長(zhǎng)。由此可以推斷，當(dāng)斜面最終變?yōu)樗矫鏁r(shí)，小球要到達(dá)原有高度將永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。
為此伽利略得出結(jié)論：力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因

。推翻了亞里士多德的結(jié)
論。
我們知道，阻力不可能完全消除。第二個(gè)斜面也不可能做得無(wú)限長(zhǎng)，所以，伽利略的實(shí)驗(yàn)是一個(gè)“理想實(shí)驗(yàn)”。雖然這個(gè)實(shí)驗(yàn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，但是，伽利略在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)一步推理的方法，幫助我們找到了解決運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系問(wèn)題的方法。
問(wèn)題：那么什么是理想實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/strong>
理想實(shí)驗(yàn)：想象著把實(shí)際中存在、影響物體運(yùn)動(dòng)的摩擦力去掉，抓住事物的本質(zhì)。伽利略的理想實(shí)驗(yàn)就是把摩擦了阻力全部忽略，這是和質(zhì)點(diǎn)一樣的理想化狀態(tài)。
伽利略同時(shí)代的法國(guó)科學(xué)家笛卡兒也研究了這個(gè)問(wèn)題。他認(rèn)為，如果運(yùn)動(dòng)中的物體沒(méi)有受到力的作用，它將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運(yùn)動(dòng)，既不會(huì)停下來(lái)，也不會(huì)偏離原來(lái)的方向。他還認(rèn)為，這應(yīng)該成為一個(gè)原理，是人類整個(gè)自然觀的基石。
經(jīng)過(guò)幾代人的努力，最后牛頓在前人的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)出了偉大的牛頓第一定律。
（二）牛頓第一定律
一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)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)。
勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)正好是共點(diǎn)力平衡條件，說(shuō)明牛頓第一定律的應(yīng)用前提是物體受力平衡或者不受力。
牛頓定律揭示了力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，物體要保持原來(lái)的狀態(tài)，是因?yàn)榱Φ淖饔貌虐l(fā)生改變，所以說(shuō)力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。
問(wèn)題：什么是狀態(tài)呢？
我們可以說(shuō)狀態(tài)就是速度，速度變化就是狀態(tài)就變化。因?yàn)橐粋€(gè)物體由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)或、由運(yùn)動(dòng)變?yōu)殪o止，這是速度大小的改變，我們說(shuō)物體的狀態(tài)變化了，如果物體的速度方向改變也是如此。
所以牛頓定律還可以，說(shuō)力是改變物體速度的原因。由于速度的改變我們可以用加速度來(lái)描述，所以也可以說(shuō)力是產(chǎn)生加速度的原因。
思考：牛頓第一定律可不可以用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證？
不受力的物體不存在或者光滑的物體也不存在。牛頓第一定律所描述的物體的狀態(tài)是一種理想化狀態(tài)。所以不能用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。
問(wèn)題：那么牛頓第一定律還有現(xiàn)實(shí)意義嗎？
當(dāng)物體受力但所受外力的合力為零時(shí)可以看作物體不受力。或者說(shuō)合力為零與不受外力是等效的。這樣的條件我們是可以實(shí)現(xiàn)的，所以牛一還是可以應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)生活中的。比如四力平衡。
（三）慣性與質(zhì)量
由牛一定律還可以看出物體總有保持保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的這樣的性質(zhì)，我們把這個(gè)性質(zhì)叫作慣性。
①慣性是物體的固有屬性，不是力的作用。不是外界強(qiáng)加給它的，是物體固有的。
②一切物體都具有慣性，通過(guò)多媒體課件動(dòng)圖展示：各種物體的慣性。觀察知道，所有的物體都會(huì)具有屬性，像車上拋一個(gè)物體會(huì)不會(huì)回到手上呢，如果是勻速行駛的就得，至于為什么，要到下學(xué)期運(yùn)動(dòng)的合成與分解才能夠說(shuō)得通。還有汽車加速和減速，我們看圖知道要系安全帶了吧。
教學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明：進(jìn)行安全教育。
思考與討論：從牛頓第一定律得知，物體都要保持它們?cè)械膭蛩僦本€運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)。可以說(shuō)，它們都具有抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的“能力”，即都具有慣性。那么，怎樣描述慣性的大小呢？
展示圖片：我們?cè)诟淖兾矬w運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，會(huì)體驗(yàn)到物體慣性大小的不同。例如，以相同的方式拋擲質(zhì)量不同的兩個(gè)石塊，
讓它們獲得同樣的速度，需要的力就不同。質(zhì)量大的石塊需要的力大。再比如，讓擺動(dòng)的大沙袋停下來(lái)就比讓擺動(dòng)的小球停下來(lái)費(fèi)力得多。
結(jié)論：慣性只與質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大慣性越大，質(zhì)量越小慣性越小。
思考：1、運(yùn)動(dòng)的物體有慣性，靜止的物體沒(méi)有慣性？錯(cuò),慣性與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。

運(yùn)動(dòng)速度大的物體慣性就大呢？錯(cuò),決定慣性的唯一量度就是質(zhì)量。

慣性是一種特殊的力嗎？不是,慣性是物體本身固有的一種屬性，而力是物體之間的相互作用。

總的來(lái)說(shuō)：慣性是一切物體的固有屬性，與物體是否受到外力、物體是否運(yùn)
動(dòng)均沒(méi)有關(guān)系，質(zhì)量才是慣性大小的唯一量度。
拓展學(xué)習(xí)：性參考系（閱讀）。
〖板書(shū)設(shè)計(jì)〗
4.1牛頓第一定律

一、理想實(shí)驗(yàn)
二、牛頓第一定律
一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)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)。
三、慣性與質(zhì)量
慣性：物體總有保持原來(lái)勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)。
①慣性是物體的固有屬性，不是力的作用.
②一切物體都具有慣性.
〖教學(xué)反思〗

本課程的概念比較多，又具有很強(qiáng)的邏輯推力，所以在講授本節(jié)課的內(nèi)容上要主要把握時(shí)間。注重科學(xué)的探索過(guò)程，組織學(xué)習(xí)進(jìn)行一定的思考討論，從他們熟悉的生活場(chǎng)景入手。理想實(shí)驗(yàn)又是一個(gè)理想狀態(tài)模型，注意和前面的質(zhì)點(diǎn)、勻速運(yùn)動(dòng)、自由落體等相互照應(yīng)。

2、本節(jié)課的科學(xué)精神是比較容易忽略的，科學(xué)研究都是經(jīng)歷了否定之否定的過(guò)程。學(xué)習(xí)物理學(xué)史，加強(qiáng)物理興趣的培養(yǎng)，在本節(jié)課中也有所體現(xiàn)。只是在慣性的理解上，可能學(xué)生還會(huì)存在一定的認(rèn)識(shí)不足，無(wú)法理解慣性它很像力，但又不是力這樣的東西。在課上注意多舉例子來(lái)加強(qiáng)學(xué)習(xí)。

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4.1 牛頓第一定律— 【新教材】人教版(2019)高中物理必修第一冊(cè)教案

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