共1課時(shí)
1牛頓第一定理中學(xué)數(shù)學(xué)人教2003課標(biāo)版
1教學(xué)目標(biāo)
教學(xué)目標(biāo)：
知識(shí)與技能
1．曉得伽利略的理想實(shí)驗(yàn)及其主要推理過(guò)程和結(jié)論，曉得理想實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的重要方式．
2．理解牛頓第一定理的內(nèi)容及意義．
3．曉得哪些是慣性，會(huì)正確地解釋有關(guān)慣性的現(xiàn)象．
過(guò)程與技巧
1．觀察生活中的慣性現(xiàn)象，了解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系．
2．通過(guò)實(shí)驗(yàn)加探對(duì)牛頓第一定理的理解．
3．理解理想實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的重要技巧．
情感心態(tài)與價(jià)值觀
1．通過(guò)伽利略和亞里士多德對(duì)力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的不同認(rèn)識(shí)，了解人類認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的坎坷性．
2．感受科學(xué)是人類進(jìn)步的不竭動(dòng)力．
2課時(shí)安排
2課時(shí)
3重點(diǎn)難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：
教學(xué)重點(diǎn)
1．對(duì)牛頓第一運(yùn)動(dòng)定理和慣性的正確理解．
2．科學(xué)思想的構(gòu)建過(guò)程．
教學(xué)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．
4教學(xué)方式
探究、講授、討論、練習(xí)
5教具打算
多媒體教案、小車、小球、毛巾、玻璃板、斜槽、刻度尺、木塊、氣墊滑軌、滑塊、氣墊滑軌裝置、伽利略針和單擺實(shí)驗(yàn)裝置．
6教學(xué)過(guò)程6.1第一學(xué)時(shí)教學(xué)活動(dòng)活動(dòng)1【導(dǎo)入】4.1牛頓第一定理
做實(shí)驗(yàn)引入力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，引起中學(xué)生的思索．
[參考實(shí)驗(yàn)]在講臺(tái)上放一輛貨車牛頓第一定律視頻單擺，使它處于靜止狀態(tài)．
師：如何能夠讓貨車運(yùn)動(dòng)上去呢?
生：要使勁去推它．
師：從這個(gè)反例很容易得到：物體要運(yùn)動(dòng)，須要對(duì)它施加力的作用，這么力和運(yùn)動(dòng)之間關(guān)系怎么呢?本節(jié)課我們就來(lái)探究這個(gè)問(wèn)題．
[新課教學(xué)]
承接剛剛的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，演示當(dāng)物體不再受手的推力時(shí)，物體停止運(yùn)動(dòng)．
師：靜止在水平面上的物體，使勁去推，物體由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)；一段時(shí)間后撤除該力，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)又怎樣?
生：一段時(shí)間后撤出該力時(shí)，物體速率越來(lái)越慢，最終停下．
師：按照以上的反例，思索“運(yùn)動(dòng)一定須要力來(lái)維持嗎”．
生l：須要．由于使勁推物體它能夠運(yùn)動(dòng)，而撤出了這個(gè)力物體最終會(huì)停下，所以，運(yùn)動(dòng)必須使勁來(lái)維持．
生2：不一定，根據(jù)生1的說(shuō)法，運(yùn)動(dòng)一定須要力來(lái)維持的話，撤出了力，物體應(yīng)當(dāng)立即停下才對(duì)．
生3：比如在空中飛行的籃球，早已不再遭到腳的斥力，但依然往前運(yùn)動(dòng)，因而“物體的運(yùn)動(dòng)不一定須要力的作用”．
師：相同條件下空中飛行的籃球比地滾球運(yùn)動(dòng)的距離要長(zhǎng)好多，地滾球?yàn)楹芜\(yùn)動(dòng)一會(huì)兒就停止呢?
生：由于遭到阻力．
師：假如沒(méi)有阻力的作用，籃球?qū)?huì)如何運(yùn)動(dòng)?
生：將不會(huì)減速．
師：(鼓勵(lì))挺好，如今我們看一個(gè)實(shí)驗(yàn)．
實(shí)驗(yàn)演示：讓一個(gè)小球從斜面上滑下，斜面末端分別放浴巾、木板和玻璃板，讓中學(xué)生仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．
師：仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并得出推論．
生1：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是當(dāng)斜面末端的接觸面越光滑，小球滑動(dòng)的距離越遠(yuǎn)．
生2：說(shuō)明磨擦力是制約物體運(yùn)動(dòng)的緣由，由于磨擦力的存在使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化．
師：假如沒(méi)有磨擦力的作用，小球又將會(huì)如何運(yùn)動(dòng)呢?你們大膽猜測(cè)一下．
生l：不好預(yù)測(cè)，由于沒(méi)有磨擦力這些情況不可能存在．
生2：假如沒(méi)有磨擦力的作用，物體將永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去．
師：現(xiàn)今就讓我們順著歷史的足跡看一下化學(xué)學(xué)的先知們是怎么一步步從黑暗邁向光明的．
活動(dòng)2【講授】4.1牛頓第一定理
一、理想實(shí)驗(yàn)的魅力
演示多媒體教案
首先是亞里士多德的錯(cuò)誤觀點(diǎn)：必須有力作用在物體上，物體才才能運(yùn)動(dòng)；沒(méi)有力的作用，物體就要靜止在一個(gè)地方．接著演示伽利略是怎樣借助理想實(shí)驗(yàn)批駁伽利略錯(cuò)誤的觀點(diǎn)的．
師：伽利略對(duì)于“運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系”，構(gòu)思出如圖4—1—1所示的“理想實(shí)驗(yàn)”．將軌道彎曲成曲線ABC的形狀，在軌道的一邊釋放一顆小球，倘若不存在磨擦力，小球?qū)⑸仙侥抢?
生：不存在磨擦力的話，小球?qū)⑸仙脚cA點(diǎn)相同高度的C點(diǎn)．
師：下邊我們通過(guò)動(dòng)漫模擬驗(yàn)證朋友們的說(shuō)法，
動(dòng)漫模擬
師：若將軌道的夾角增大，彎曲成曲線ABD或曲線ABE，小球最高將上升到那個(gè)位置?路程是減小還是減少?
生：同樣上升到與A點(diǎn)同高度的D點(diǎn)或正點(diǎn)，路程減小了．
師：如果將軌道彎曲成兩側(cè)水平及曲線ABF的形狀，這時(shí)會(huì)發(fā)生哪些情況呢?
生：因?yàn)锽F是水平的，小球就再也達(dá)不到原先的高度，假若不存在磨擦力，將永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去．
師：下邊我們通過(guò)動(dòng)漫模擬驗(yàn)證朋友們的說(shuō)法。
動(dòng)漫模擬、驗(yàn)證中學(xué)生的看法
師：伽利略依據(jù)“理想實(shí)驗(yàn)”斷言：小球應(yīng)當(dāng)以恒定的速度永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去．由此可推論，在水平面上做勻速運(yùn)動(dòng)的物體并不須要用外力采維持．
師：理想實(shí)驗(yàn)，是科學(xué)研究中的一種重要的技巧．它突出了事物的本質(zhì)特點(diǎn)，能達(dá)到現(xiàn)實(shí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的極其簡(jiǎn)化和純化的程度．它除了可以充分發(fā)揮理智思維的邏輯力量，還可以讓思維趕超當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)水平，在想像的寬廣天地里自由馳騁．
演示實(shí)驗(yàn)：把滑塊放在氣墊滑軌里面，調(diào)整氣墊滑軌水平，滑塊與滑軌間產(chǎn)生氣層，因而使滑塊與滑軌間的磨擦顯得很小，推一下滑塊，讓中學(xué)生觀察滑塊的運(yùn)動(dòng)是哪些運(yùn)動(dòng)．
師：滑塊的運(yùn)動(dòng)是哪些運(yùn)動(dòng)?
生：近似勻速直線運(yùn)動(dòng)．
師：伽利略的發(fā)覺(jué)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方式是人類思想史上最偉大的成就之一，并且標(biāo)志著化學(xué)學(xué)的真正的開(kāi)端．這個(gè)發(fā)覺(jué)告訴我們，按照直接觀察所得出的直覺(jué)的推論不是經(jīng)常可靠的，由于它們有時(shí)侯會(huì)引到錯(cuò)誤的線索起來(lái)。
[知識(shí)拓展]
可以用多媒體演示伽利略的另外一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)：參考實(shí)驗(yàn)案例．
多媒體演示：
伽利略針和單擺實(shí)驗(yàn)：伽利略曼修道院內(nèi)燈具搔動(dòng)的啟發(fā)．運(yùn)用邏輯思維的方陸進(jìn)行剖析，得出了與亞里士多德不同的力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系的推論．在如圖4—1—2所示的裝置中，將擺球拉到一邊，由靜止開(kāi)始釋放小球，擺球會(huì)擺到另一邊，用水平長(zhǎng)尺標(biāo)記其高度，用一報(bào)針多次改變．小球的懸點(diǎn)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)．在當(dāng)時(shí)的檢測(cè)條件下．伽利略得出的推論是：擺球能上升到原先的高度．這個(gè)實(shí)驗(yàn)后來(lái)被稱為“伽利略針和單擺實(shí)驗(yàn)”．
師：伽利略同時(shí)代的波蘭科學(xué)家笛卡兒補(bǔ)充和建立了伽利略的觀點(diǎn)，明晰強(qiáng)調(diào)：除非物體遭到外力的作用，物體將永遠(yuǎn)保持其靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．永遠(yuǎn)不會(huì)使自己沿曲線運(yùn)動(dòng)．面只保持在直線上運(yùn)動(dòng)．他還覺(jué)得，這應(yīng)當(dāng)作為一個(gè)原理加以確立，而且是人類整個(gè)自然觀的基礎(chǔ)
二、牛頓數(shù)學(xué)學(xué)的基石——牛頓第一定理
師：伽利略對(duì)物體不受外力時(shí)的運(yùn)動(dòng)作了確切的描述，但他并沒(méi)有明晰強(qiáng)調(diào)運(yùn)動(dòng)和力之間的關(guān)系是哪些．笛卡兒在伽利略的基礎(chǔ)上更近了一步，更為接近真理．牛頓在前人工作的基礎(chǔ)上，按照自己的研究，系統(tǒng)地總結(jié)了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，于1687年發(fā)表了他的專著——《自然哲學(xué)的物理原理》，提出了三條運(yùn)動(dòng)定理，奠定了精典熱學(xué)的基礎(chǔ)．其中，牛頓第一定理的內(nèi)容是：
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)，直至有外力促使它改變這些狀態(tài)為止．
師：既然牛頓第一定理是最健全的，這么它從幾個(gè)方面論述了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系?
組織中學(xué)生進(jìn)行討論．
生：兩個(gè)方面：不受力時(shí)，物體保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)；受力時(shí)，力促使它改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．
師：哪些叫運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變?
生：速率的大小和方向的改變稱之為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變．
師：牛頓第一定理可不可以用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證?哪些時(shí)侯可以看作不受力并舉例說(shuō)明．
生：不能．由于不受力作用的物體是不存在的．當(dāng)物體受力但所受合力為零時(shí)可以看作物體不受力．例如：湖面上滑動(dòng)的冰塊、冰壺球．
師：一切物體都有保持原先勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，稱作慣性；所以牛頓第一定理又稱作慣性定理．
師：闡述慣性定理和慣性的區(qū)別和聯(lián)系．
生：慣性定理是物體不受外力作用時(shí)所遵照的運(yùn)動(dòng)規(guī)律．慣性是物體的固有屬性，一切物體都有慣性．
師：慣性能解釋日常生活中的許多現(xiàn)象．比如：當(dāng)車輛啟動(dòng)時(shí)，車上的旅客會(huì)向后傾斜，為何?
生：由于車輛早已開(kāi)始前進(jìn)，旅客的下半身遭到車輛的作用而隨車前進(jìn)，因?yàn)閼T性的作用，其上半身一直保持靜止?fàn)顟B(tài)，所以車上的旅客會(huì)向后傾斜．
師：當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)，車上的旅客會(huì)往前傾斜，為何?
生：由于車輛制動(dòng)時(shí)，旅客的下半身遭到車輛的作用而隨車減速，因?yàn)閼T性的作用，其上半身一直保持原先的速率前進(jìn)，所以車上的旅客會(huì)往前傾斜．
(課堂交流)
師：現(xiàn)代車輛中，一般有安全帶、安全氣簾和頭枕等設(shè)備，從慣性的角度說(shuō)明它們有哪些作用．
參考答案：當(dāng)緊急制動(dòng)時(shí)，車其實(shí)停下了，人卻因慣性一直往前，而安全帶、安全氣簾和頭枕等設(shè)備會(huì)給人阻力，保護(hù)人的安全和降低傷害．
師：從牛頓第一定理知，物體都要保持它們?cè)鹊膭蛩僦本€運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)，或則說(shuō)，它們都具有抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”，這些“本領(lǐng)”與哪些誘因有關(guān)呢?
[課堂訓(xùn)練]
(1)一切物體總保持狀態(tài)或狀態(tài)，直至有促使它改變這些狀態(tài)為止．
(2)物體保持的性質(zhì)稱作慣性．慣性是物體的，與物體的運(yùn)動(dòng)情況或受力情況
(3)伽利略的理想實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了．
答案：(1)勻速直線運(yùn)動(dòng)靜止外力
(2)勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)固有屬性無(wú)關(guān)
(3)力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的誘因
三、慣性與質(zhì)量
師：運(yùn)動(dòng)的列車比運(yùn)動(dòng)的單車停出來(lái)要困難得多，可見(jiàn)物體的慣性即保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的本領(lǐng)，它與物體的質(zhì)量有關(guān)，有哪些關(guān)系呢?
生1：物體的慣性與質(zhì)量有關(guān)，與物體的速率有關(guān)，例如運(yùn)動(dòng)的車輛，質(zhì)量越大，速率越快，要停出來(lái)就越困難．
生2：昨天這位朋友說(shuō)的不對(duì)，物體的慣性與速率無(wú)關(guān)，由于慣性是指物體保持原先勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)．車輛的慣性的大小，是看它保持靜止或保持某一速率的能力的大小．只要速率有所改變，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就改變了，并不一定要從運(yùn)動(dòng)到靜止．
師：討論、總結(jié)一下慣性的特性．
中學(xué)生進(jìn)行討論后總結(jié)．
生：一切物體都有慣性，在任何狀態(tài)下都有慣性；慣性是物體的固有性質(zhì)；物體的慣性的大小只與質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，慣性越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越無(wú)法改變；質(zhì)量越小，慣性越小牛頓第一定律視頻單擺，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越容易改變；慣性的大小只與質(zhì)量有關(guān)，與其他誘因無(wú)關(guān)．
[課堂訓(xùn)練]
在路上跑的人被撞倒時(shí)是往前趴著倒下，而慢走的人摔倒時(shí)，則大多數(shù)是后仰著地倒地，試闡述其緣由．
解析：這是因?yàn)槿嗽谂艿臅r(shí)侯人的重心在人的整體的前方，當(dāng)人的腳碰到障礙物以后，因?yàn)閼T性的誘因使其上半身繼續(xù)往前運(yùn)動(dòng)，容易往前趴；而慢走的人因?yàn)橹匦脑谡麄€(gè)身體的前面，所以常常后仰著地倒地．
[小結(jié)]
通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí)，我們曉得了：
(1)歷史上幾位科學(xué)家對(duì)力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的想法和研究．
(2)伽利略得到力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的研究方式．
(3)牛頓第一定理的內(nèi)容．
(4)慣性及應(yīng)用慣性知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的方式．
活動(dòng)3【練習(xí)】4.1牛頓第一定理
1．關(guān)于牛頓第一定理，下述說(shuō)法正確的是………………………()
A.牛頓第一定理是一條實(shí)驗(yàn)定理
B.牛頓第一定理說(shuō)明力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的誘因
C．慣性定理和慣性的實(shí)質(zhì)是相同的
D．物體的運(yùn)動(dòng)不須要力來(lái)維持
2．一個(gè)物體保持靜止或勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，這是由于…………………()
A.物體一定沒(méi)有遭到任何力B．物體一定遭到兩個(gè)平衡力作用
C．物體所受合力一定為零D．物體可能遭到兩個(gè)平衡力作用
3．下述關(guān)于慣性的說(shuō)法中，正確的是……………………………………()
A．人走路時(shí)沒(méi)有慣性，被撞倒時(shí)有慣性
B．百米賽挪到終點(diǎn)時(shí)不能立刻停下是因?yàn)閼T性，停下時(shí)就沒(méi)有慣性了
C.物體沒(méi)有受外力作用時(shí)有慣性，受外力作用后慣性被克服了
D．物體的慣性與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及受力情況均無(wú)關(guān)
4．有人構(gòu)想，搭乘汽球飄在高空，因?yàn)樵虑虻淖赞D(zhuǎn)，一晝夜才能游歷世界．請(qǐng)你評(píng)價(jià)一下，這個(gè)構(gòu)想可行嗎?
參考答案
1．答案：BD
解析：牛頓第一定理是物體在理想情況下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，反映的是物體在不受外力情況下所遵守的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而自然界不受力的物體是不存在的，所以A是錯(cuò)誤的．慣性是物體保持原先運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的一種性質(zhì)，慣性定理(即牛頓第一定理)則反映的是物體在一定情況下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，所以C錯(cuò)誤．由牛頓第一定理知，物體的運(yùn)動(dòng)不須要力來(lái)維持，但改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)則必須有力的作用．
2．答案：CD
解析：物體不受任何力的狀態(tài)是不存在的，物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的合力一定為零，可能是兩個(gè)力，也可能是多個(gè)力．
3．答案：D
解析：慣性是物體的固有屬性，與其內(nèi)在誘因即質(zhì)量有關(guān)，與受力與否及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)．一切物體都有慣性，質(zhì)量是物體慣性大小的量度，靜止物體的慣性是保持靜止，勻速運(yùn)動(dòng)的物體的慣性是保持其速率不變．當(dāng)物體在外力作用下運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，只要其質(zhì)量不變，其慣性大小不發(fā)生變化．
4．解析：由于月球上的一切物體(包括月球周圍的大氣)都隨著月球一起在自轉(zhuǎn)，汽球升空后，因?yàn)閼T性，它仍保持原先的自轉(zhuǎn)速率．當(dāng)忽視其他與月球有相對(duì)運(yùn)動(dòng)(如風(fēng))的作用形成的影響時(shí)，升空的汽球與它下方的地面處于相對(duì)靜止的狀態(tài)，不可能使它相對(duì)月球繞行一周的．
作業(yè)：
1牛頓第一定理
課時(shí)設(shè)計(jì)課堂實(shí)錄
1牛頓第一定理
1第一學(xué)時(shí)教學(xué)活動(dòng)活動(dòng)1【導(dǎo)入】4.1牛頓第一定理
做實(shí)驗(yàn)引入力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，引起中學(xué)生的思索．
[參考實(shí)驗(yàn)]在講臺(tái)上放一輛貨車，使它處于靜止?fàn)顟B(tài)．
師：如何能夠讓貨車運(yùn)動(dòng)上去呢?
生：要使勁去推它．
師：從這個(gè)反例很容易得到：物體要運(yùn)動(dòng)，須要對(duì)它施加力的作用，這么力和運(yùn)動(dòng)之間關(guān)系怎么呢?本節(jié)課我們就來(lái)探究這個(gè)問(wèn)題．
[新課教學(xué)]
承接剛剛的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，演示當(dāng)物體不再受手的推力時(shí)，物體停止運(yùn)動(dòng)．
師：靜止在水平面上的物體，使勁去推，物體由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)；一段時(shí)間后撤除該力，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)又怎樣?
生：一段時(shí)間后撤出該力時(shí)，物體速率越來(lái)越慢，最終停下．
師：按照以上的反例，思索“運(yùn)動(dòng)一定須要力來(lái)維持嗎”．
生l：須要．由于使勁推物體它能夠運(yùn)動(dòng)，而撤出了這個(gè)力物體最終會(huì)停下，所以，運(yùn)動(dòng)必須使勁來(lái)維持．
生2：不一定，根據(jù)生1的說(shuō)法，運(yùn)動(dòng)一定須要力來(lái)維持的話，撤出了力，物體應(yīng)當(dāng)立即停下才對(duì)．
生3：比如在空中飛行的籃球，早已不再遭到腳的斥力，但依然往前運(yùn)動(dòng)，因而“物體的運(yùn)動(dòng)不一定須要力的作用”．
師：相同條件下空中飛行的籃球比地滾球運(yùn)動(dòng)的距離要長(zhǎng)好多，地滾球?yàn)楹芜\(yùn)動(dòng)一會(huì)兒就停止呢?
生：由于遭到阻力．
師：假如沒(méi)有阻力的作用，籃球?qū)?huì)如何運(yùn)動(dòng)?
生：將不會(huì)減速．
師：(鼓勵(lì))挺好，如今我們看一個(gè)實(shí)驗(yàn)．
實(shí)驗(yàn)演示：讓一個(gè)小球從斜面上滑下，斜面末端分別放浴巾、木板和玻璃板，讓中學(xué)生仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．
師：仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并得出推論．
生1：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是當(dāng)斜面末端的接觸面越光滑，小球滑動(dòng)的距離越遠(yuǎn)．
生2：說(shuō)明磨擦力是制約物體運(yùn)動(dòng)的緣由，由于磨擦力的存在使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化．
師：假如沒(méi)有磨擦力的作用，小球又將會(huì)如何運(yùn)動(dòng)呢?你們大膽猜測(cè)一下．
生l：不好預(yù)測(cè)，由于沒(méi)有磨擦力這些情況不可能存在．
生2：假如沒(méi)有磨擦力的作用，物體將永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去．
師：現(xiàn)今就讓我們順著歷史的足跡看一下化學(xué)學(xué)的先知們是怎么一步步從黑暗邁向光明的．
活動(dòng)2【講授】4.1牛頓第一定理
一、理想實(shí)驗(yàn)的魅力
演示多媒體教案
首先是亞里士多德的錯(cuò)誤觀點(diǎn)：必須有力作用在物體上，物體才才能運(yùn)動(dòng)；沒(méi)有力的作用，物體就要靜止在一個(gè)地方．接著演示伽利略是怎樣借助理想實(shí)驗(yàn)批駁伽利略錯(cuò)誤的觀點(diǎn)的．
師：伽利略對(duì)于“運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系”，構(gòu)思出如圖4—1—1所示的“理想實(shí)驗(yàn)”．將軌道彎曲成曲線ABC的形狀，在軌道的一邊釋放一顆小球，倘若不存在磨擦力，小球?qū)⑸仙侥抢?
生：不存在磨擦力的話，小球?qū)⑸仙脚cA點(diǎn)相同高度的C點(diǎn)．
師：下邊我們通過(guò)動(dòng)漫模擬驗(yàn)證朋友們的說(shuō)法，
動(dòng)漫模擬
師：若將軌道的夾角增大，彎曲成曲線ABD或曲線ABE，小球最高將上升到那個(gè)位置?路程是減小還是減少?
生：同樣上升到與A點(diǎn)同高度的D點(diǎn)或正點(diǎn)，路程減小了．
師：如果將軌道彎曲成兩側(cè)水平及曲線ABF的形狀，這時(shí)會(huì)發(fā)生哪些情況呢?
生：因?yàn)锽F是水平的，小球就再也達(dá)不到原先的高度，假若不存在磨擦力，將永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去．
師：下邊我們通過(guò)動(dòng)漫模擬驗(yàn)證朋友們的說(shuō)法。
動(dòng)漫模擬、驗(yàn)證中學(xué)生的看法
師：伽利略依據(jù)“理想實(shí)驗(yàn)”斷言：小球應(yīng)當(dāng)以恒定的速度永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去．由此可推論，在水平面上做勻速運(yùn)動(dòng)的物體并不須要用外力采維持．
師：理想實(shí)驗(yàn)，是科學(xué)研究中的一種重要的技巧．它突出了事物的本質(zhì)特點(diǎn)，能達(dá)到現(xiàn)實(shí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的極其簡(jiǎn)化和純化的程度．它除了可以充分發(fā)揮理智思維的邏輯力量，還可以讓思維趕超當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)水平，在想像的寬廣天地里自由馳騁．
演示實(shí)驗(yàn)：把滑塊放在氣墊滑軌里面，調(diào)整氣墊滑軌水平，滑塊與滑軌間產(chǎn)生氣層，因而使滑塊與滑軌間的磨擦顯得很小，推一下滑塊，讓中學(xué)生觀察滑塊的運(yùn)動(dòng)是哪些運(yùn)動(dòng)．
師：滑塊的運(yùn)動(dòng)是哪些運(yùn)動(dòng)?
生：近似勻速直線運(yùn)動(dòng)．
師：伽利略的發(fā)覺(jué)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方式是人類思想史上最偉大的成就之一，并且標(biāo)志著化學(xué)學(xué)的真正的開(kāi)端．這個(gè)發(fā)覺(jué)告訴我們，按照直接觀察所得出的直覺(jué)的推論不是經(jīng)常可靠的，由于它們有時(shí)侯會(huì)引到錯(cuò)誤的線索起來(lái)。
[知識(shí)拓展]
可以用多媒體演示伽利略的另外一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)：參考實(shí)驗(yàn)案例．
多媒體演示：
伽利略針和單擺實(shí)驗(yàn)：伽利略曼修道院內(nèi)燈具搔動(dòng)的啟發(fā)．運(yùn)用邏輯思維的方陸進(jìn)行剖析，得出了與亞里士多德不同的力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系的推論．在如圖4—1—2所示的裝置中，將擺球拉到一邊，由靜止開(kāi)始釋放小球，擺球會(huì)擺到另一邊，用水平長(zhǎng)尺標(biāo)記其高度，用一報(bào)針多次改變．小球的懸點(diǎn)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)．在當(dāng)時(shí)的檢測(cè)條件下．伽利略得出的推論是：擺球能上升到原先的高度．這個(gè)實(shí)驗(yàn)后來(lái)被稱為“伽利略針和單擺實(shí)驗(yàn)”．
師：伽利略同時(shí)代的波蘭科學(xué)家笛卡兒補(bǔ)充和建立了伽利略的觀點(diǎn)，明晰強(qiáng)調(diào)：除非物體遭到外力的作用，物體將永遠(yuǎn)保持其靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．永遠(yuǎn)不會(huì)使自己沿曲線運(yùn)動(dòng)．面只保持在直線上運(yùn)動(dòng)．他還覺(jué)得，這應(yīng)當(dāng)作為一個(gè)原理加以確立，而且是人類整個(gè)自然觀的基礎(chǔ)
二、牛頓數(shù)學(xué)學(xué)的基石——牛頓第一定理
師：伽利略對(duì)物體不受外力時(shí)的運(yùn)動(dòng)作了確切的描述，但他并沒(méi)有明晰強(qiáng)調(diào)運(yùn)動(dòng)和力之間的關(guān)系是哪些．笛卡兒在伽利略的基礎(chǔ)上更近了一步，更為接近真理．牛頓在前人工作的基礎(chǔ)上，按照自己的研究，系統(tǒng)地總結(jié)了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，于1687年發(fā)表了他的專著——《自然哲學(xué)的物理原理》，提出了三條運(yùn)動(dòng)定理，奠定了精典熱學(xué)的基礎(chǔ)．其中，牛頓第一定理的內(nèi)容是：
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)，直至有外力促使它改變這些狀態(tài)為止．
師：既然牛頓第一定理是最健全的，這么它從幾個(gè)方面論述了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系?
組織中學(xué)生進(jìn)行討論．
生：兩個(gè)方面：不受力時(shí)，物體保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)；受力時(shí)，力促使它改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．
師：哪些叫運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變?
生：速率的大小和方向的改變稱之為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變．
師：牛頓第一定理可不可以用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證?哪些時(shí)侯可以看作不受力并舉例說(shuō)明．
生：不能．由于不受力作用的物體是不存在的．當(dāng)物體受力但所受合力為零時(shí)可以看作物體不受力．例如：湖面上滑動(dòng)的冰塊、冰壺球．
師：一切物體都有保持原先勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，稱作慣性；所以牛頓第一定理又稱作慣性定理．
師：闡述慣性定理和慣性的區(qū)別和聯(lián)系．
生：慣性定理是物體不受外力作用時(shí)所遵照的運(yùn)動(dòng)規(guī)律．慣性是物體的固有屬性，一切物體都有慣性．
師：慣性能解釋日常生活中的許多現(xiàn)象．比如：當(dāng)車輛啟動(dòng)時(shí)，車上的旅客會(huì)向后傾斜，為何?
生：由于車輛早已開(kāi)始前進(jìn)，旅客的下半身遭到車輛的作用而隨車前進(jìn)，因?yàn)閼T性的作用，其上半身一直保持靜止?fàn)顟B(tài)，所以車上的旅客會(huì)向后傾斜．
師：當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)，車上的旅客會(huì)往前傾斜，為何?
生：由于車輛制動(dòng)時(shí)，旅客的下半身遭到車輛的作用而隨車減速，因?yàn)閼T性的作用，其上半身一直保持原先的速率前進(jìn)，所以車上的旅客會(huì)往前傾斜．
(課堂交流)
師：現(xiàn)代車輛中，一般有安全帶、安全氣簾和頭枕等設(shè)備，從慣性的角度說(shuō)明它們有哪些作用．
參考答案：當(dāng)緊急制動(dòng)時(shí)，車其實(shí)停下了，人卻因慣性一直往前，而安全帶、安全氣簾和頭枕等設(shè)備會(huì)給人阻力，保護(hù)人的安全和降低傷害．
師：從牛頓第一定理知，物體都要保持它們?cè)鹊膭蛩僦本€運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)，或則說(shuō)，它們都具有抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”，這些“本領(lǐng)”與哪些誘因有關(guān)呢?
[課堂訓(xùn)練]
(1)一切物體總保持狀態(tài)或狀態(tài)，直至有促使它改變這些狀態(tài)為止．
(2)物體保持的性質(zhì)稱作慣性．慣性是物體的，與物體的運(yùn)動(dòng)情況或受力情況
(3)伽利略的理想實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了．
答案：(1)勻速直線運(yùn)動(dòng)靜止外力
(2)勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)固有屬性無(wú)關(guān)
(3)力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的誘因
三、慣性與質(zhì)量
師：運(yùn)動(dòng)的列車比運(yùn)動(dòng)的單車停出來(lái)要困難得多，可見(jiàn)物體的慣性即保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的本領(lǐng)，它與物體的質(zhì)量有關(guān)，有哪些關(guān)系呢?
生1：物體的慣性與質(zhì)量有關(guān)，與物體的速率有關(guān)，例如運(yùn)動(dòng)的車輛，質(zhì)量越大，速率越快，要停出來(lái)就越困難．
生2：昨天這位朋友說(shuō)的不對(duì)，物體的慣性與速率無(wú)關(guān)，由于慣性是指物體保持原先勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)．車輛的慣性的大小，是看它保持靜止或保持某一速率的能力的大小．只要速率有所改變，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就改變了，并不一定要從運(yùn)動(dòng)到靜止．
師：討論、總結(jié)一下慣性的特性．
中學(xué)生進(jìn)行討論后總結(jié)．
生：一切物體都有慣性，在任何狀態(tài)下都有慣性；慣性是物體的固有性質(zhì)；物體的慣性的大小只與質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，慣性越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越無(wú)法改變；質(zhì)量越小，慣性越小，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越容易改變；慣性的大小只與質(zhì)量有關(guān)，與其他誘因無(wú)關(guān)．
[課堂訓(xùn)練]
在路上跑的人被撞倒時(shí)是往前趴著倒下，而慢走的人摔倒時(shí)，則大多數(shù)是后仰著地倒地，試闡述其緣由．
解析：這是因?yàn)槿嗽谂艿臅r(shí)侯人的重心在人的整體的前方，當(dāng)人的腳碰到障礙物以后，因?yàn)閼T性的誘因使其上半身繼續(xù)往前運(yùn)動(dòng)，容易往前趴；而慢走的人因?yàn)橹匦脑谡麄€(gè)身體的前面，所以常常后仰著地倒地．
[小結(jié)]
通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí)，我們曉得了：
(1)歷史上幾位科學(xué)家對(duì)力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的想法和研究．
(2)伽利略得到力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的研究方式．
(3)牛頓第一定理的內(nèi)容．
(4)慣性及應(yīng)用慣性知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的方式．
活動(dòng)3【練習(xí)】4.1牛頓第一定理
1．關(guān)于牛頓第一定理，下述說(shuō)法正確的是………………………()
A.牛頓第一定理是一條實(shí)驗(yàn)定理
B.牛頓第一定理說(shuō)明力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的誘因
C．慣性定理和慣性的實(shí)質(zhì)是相同的
D．物體的運(yùn)動(dòng)不須要力來(lái)維持
2．一個(gè)物體保持靜止或勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，這是由于…………………()
A.物體一定沒(méi)有遭到任何力B．物體一定遭到兩個(gè)平衡力作用
C．物體所受合力一定為零D．物體可能遭到兩個(gè)平衡力作用
3．下述關(guān)于慣性的說(shuō)法中，正確的是……………………………………()
A．人走路時(shí)沒(méi)有慣性，被撞倒時(shí)有慣性
B．百米賽挪到終點(diǎn)時(shí)不能立刻停下是因?yàn)閼T性，停下時(shí)就沒(méi)有慣性了
C.物體沒(méi)有受外力作用時(shí)有慣性，受外力作用后慣性被克服了
D．物體的慣性與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及受力情況均無(wú)關(guān)
4．有人構(gòu)想，搭乘汽球飄在高空，因?yàn)樵虑虻淖赞D(zhuǎn)，一晝夜才能游歷世界．請(qǐng)你評(píng)價(jià)一下，這個(gè)構(gòu)想可行嗎?
參考答案
1．答案：BD
解析：牛頓第一定理是物體在理想情況下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，反映的是物體在不受外力情況下所遵守的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而自然界不受力的物體是不存在的，所以A是錯(cuò)誤的．慣性是物體保持原先運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的一種性質(zhì)，慣性定理(即牛頓第一定理)則反映的是物體在一定情況下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，所以C錯(cuò)誤．由牛頓第一定理知，物體的運(yùn)動(dòng)不須要力來(lái)維持，但改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)則必須有力的作用．
2．答案：CD
解析：物體不受任何力的狀態(tài)是不存在的，物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的合力一定為零，可能是兩個(gè)力，也可能是多個(gè)力．
3．答案：D
解析：慣性是物體的固有屬性，與其內(nèi)在誘因即質(zhì)量有關(guān)，與受力與否及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)．一切物體都有慣性，質(zhì)量是物體慣性大小的量度，靜止物體的慣性是保持靜止，勻速運(yùn)動(dòng)的物體的慣性是保持其速率不變．當(dāng)物體在外力作用下運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，只要其質(zhì)量不變，其慣性大小不發(fā)生變化．
4．解析：由于月球上的一切物體(包括月球周圍的大氣)都隨著月球一起在自轉(zhuǎn)，汽球升空后，因?yàn)閼T性，它仍保持原先的自轉(zhuǎn)速率．當(dāng)忽視其他與月球有相對(duì)運(yùn)動(dòng)(如風(fēng))的作用形成的影響時(shí)，升空的汽球與它下方的地面處于相對(duì)靜止的狀態(tài)，不可能使它相對(duì)月球繞行一周的．
作業(yè)：
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