4.1 牛頓第一定律

〖教材分析〗
牛頓第一定律和慣性的內容學生在初中都有所接觸，內容大致是一樣的。本節課的學習主要是糾正一些片面的東西，在理想實驗的基礎上推導得出牛頓第一定律，更加的具有科學性。牛頓所進行的不光是總結概括，更多的是創造性的對慣性和力的概念的提出，同時明確了運動和力的關系，及其之間相互轉化等。學習本節課內容要正確認識牛頓第一定律的實際意義。
〖教學目標與核心素養〗
物理觀念：理解牛頓第一定律的內容，能夠運用牛頓第一定律解釋有關現象。
科學思維：用慣性概念解釋有關實際問題。會識別慣性系和非慣性系。
科學探究：體會伽利略研究運動和力關系的思想方法，了解理想實驗的作用。
科學態度與責任：從通過牛頓第一定律的歷史史實回顧，增進對科學的興趣，培養學生的創造性思維品質和敢于質疑、堅持真理的獻身精神。
〖教學重點與難點〗
重點：1、對牛頓第一定律和慣性的正確理解。
2、科學思想的建立過程。
難點：1、力和運動的關系。
2、慣性和質量的關系。
〖教學方法〗
實驗探究、交流與合作、多媒體輔助教學。
〖教學準備〗
小車、小球、斜槽、多媒體課件。
〖教學過程〗
一、新課引入
前面學習的第一、二章研究的是物體的運動，稱為運動學；第三章研究的是物體的受力，稱為力學。
問題：運動和力之間有什么關系呢？
我們把研究運動與力的關系的分支叫做動力學。動力學知識在生產和科學研究中很重要，設計各種機器，控制交通工具，研究天體運動等，都離不開動力學知識。
本節我們開心學習第一節牛頓第一定律。
二、新課教學

初中我們學習了牛頓第一定律的基本內容，你能說說它揭示了物體運動遵循怎樣的規律嗎？滑冰運動員如果不用力，他會慢慢停下來。這是否與牛頓第一定律矛盾呢？

通過多媒體課件動圖展示：溜冰，加強代入感。

長期以來的的生活經驗告訴我們力推物動，力撤物停。通過多媒體課件動圖展示：狗拉車和騎自行車。觀察發現要使一個物體運動，必須推它或著拉它；自行車要前進，也必須用力，不用力就會停下來。

基于這樣的事實，古代亞里士多德認為：力是維持物體運動的原因。直到近代伽利略才對此提出疑問。
伽利略認為推動物體和自行車等所有的運動，都會有摩擦力的存在，當撤去拉力以后，在摩擦力的阻礙下，物體才逐漸停下來，所以物體會停下來的根源是摩擦力。為此它設計了一個實驗，伽利略的理想斜面實驗。
（一）理想實驗的魅力
通過多媒體課件動圖展示：理想斜面實驗。伽利略注意到，當一個球沿斜面向下滾動時，它的速度增大；向上滾動時，速度減小。

猜想：當球沿水平面滾動時，它的速度應該不增不減。然而，實際情況卻是，即使沿水平面滾動，球也會越滾越慢，最后停了下來。伽利略認為這是摩擦作用的結果。若沒有摩擦，球將永遠運動下去。
通過多媒體課件動圖展示：理想斜面實驗來驗證猜想。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程中，在沒有摩擦力的作用下，小球將會到達同一高度，只是走過的路程越來越長。由此可以推斷，當斜面最終變為水平面時，小球要到達原有高度將永遠運動下去。
為此伽利略得出結論：力不是維持物體運動的原因

。推翻了亞里士多德的結
論。
我們知道，阻力不可能完全消除。第二個斜面也不可能做得無限長，所以，伽利略的實驗是一個“理想實驗”。雖然這個實驗無法實現，但是，伽利略在實驗基礎上進一步推理的方法，幫助我們找到了解決運動和力的關系問題的方法。
問題：那么什么是理想實驗呢？
理想實驗：想象著把實際中存在、影響物體運動的摩擦力去掉，抓住事物的本質。伽利略的理想實驗就是把摩擦了阻力全部忽略，這是和質點一樣的理想化狀態。
伽利略同時代的法國科學家笛卡兒也研究了這個問題。他認為，如果運動中的物體沒有受到力的作用，它將繼續以同一速度沿同一直線運動，既不會停下來，也不會偏離原來的方向。他還認為，這應該成為一個原理，是人類整個自然觀的基石。
經過幾代人的努力，最后牛頓在前人的基礎上，歸納總結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動狀態或靜止狀態，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態。
勻速直線運動狀態或靜止狀態正好是共點力平衡條件，說明牛頓第一定律的應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動的關系，物體要保持原來的狀態，是因為力的作用才發生改變，所以說力是改變物體運動狀態的原因。
問題：什么是狀態呢？
我們可以說狀態就是速度，速度變化就是狀態就變化。因為一個物體由靜止變為運動或、由運動變為靜止，這是速度大小的改變，我們說物體的狀態變化了，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描述，所以也可以說力是產生加速度的原因。
思考：牛頓第一定律可不可以用實驗來驗證？
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是一種理想化狀態。所以不能用實驗來驗證。
問題：那么牛頓第一定律還有現實意義嗎？
當物體受力但所受外力的合力為零時可以看作物體不受力。或者說合力為零與不受外力是等效的。這樣的條件我們是可以實現的，所以牛一還是可以應用在實際生產生活中的。比如四力平衡。
（三）慣性與質量

由牛一定律還可以看出物體總有保持保持勻速直線運動狀態或靜止狀態的這樣的性質，我們把這個性質叫作慣性。
①慣性是物體的固有屬性，不是力的作用。不是外界強加給它的，是物體固有的。
②一切物體都具有慣性，通過多媒體課件動圖展示：各種物體的慣性。觀察知道，所有的物體都會具有屬性，像車上拋一個物體會不會回到手上呢，如果是勻速行駛的就得，至于為什么，要到下學期運動的合成與分解才能夠說得通。還有汽車加速和減速，我們看圖知道要系安全帶了吧。
教學設計說明：進行安全教育。
思考與討論：從牛頓第一定律得知，物體都要保持它們原有的勻速直線運動狀態或靜止狀態。可以說，它們都具有抵抗運動狀態變化的“能力”，即都具有慣性。那么，怎樣描述慣性的大小呢？
展示圖片：我們在改變物體運動狀態時，會體驗到物體慣性大小的不同。例如，以相同的方式拋擲質量不同的兩個石塊，

讓它們獲得同樣的速度，需要的力就不同。質量大的石塊需要的力大。再比如，讓擺動的大沙袋停下來就比讓擺動的小球停下來費力得多。
結論：慣性只與質量有關，質量越大慣性越大，質量越小慣性越小。
思考：1、運動的物體有慣性，靜止的物體沒有慣性？錯,慣性與物體的運動狀態無關。

運動速度大的物體慣性就大呢？錯,決定慣性的唯一量度就是質量。
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。

總的來說：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
動均沒有關系，質量才是慣性大小的唯一量度。
拓展學習：性參考系（閱讀）。
〖板書設計〗
4.1牛頓第一定律

一、理想實驗
二、牛頓第一定律
一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態。
三、慣性與質量
慣性：物體總有保持原來勻速直線運動或靜止狀態的性質。
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.
〖教學反思〗

本課程的概念比較多，又具有很強的邏輯推力，所以在講授本節課的內容上要主要把握時間。注重科學的探索過程，組織學習進行一定的思考討論，從他們熟悉的生活場景入手。理想實驗又是一個理想狀態模型，注意和前面的質點、勻速運動、自由落體等相互照應。

2、本節課的科學精神是比較容易忽略的，科學研究都是經歷了否定之否定的過程。學習物理學史，加強物理興趣的培養，在本節課中也有所體現。只是在慣性的理解上，可能學生還會存在一定的認識不足，無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加強學習。

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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教案

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