3.1伽利略的理想實驗和牛頓第一定理一、教學任務剖析中學階段所學習的慣性和牛頓第一定理，是在小學已學知識基礎上的進一步推進。學習慣性和牛頓第一定理將為后續的牛頓第二定理，乃至整個熱學的學習奠定基礎。通過小游戲，讓中學生初步感受伽利略的觀點：“物體的運動不須要力來維持”。通過演示“推鐵塊”現象，介紹亞里士多德關于“力是維持物體運動的誘因”的觀點，引出兩種觀點的矛盾。通過演示將小鐵塊裝上輪子，磨擦力大大降低，小鐵塊速率降低得很慢，發覺現象：“摩擦力的大小會影響速率降低的快慢”。通過引導中學生討論設計實驗細節，研究磨擦力大小對速率變化快慢的影響，運用已學過的知識剖析實驗中須要控制的變量和須要變化的條件。通過演示實驗比較在三種不同磨擦系數的表面上小球滑行距離的大小，發覺越光滑的平面，速率變化得越慢這一規律；通過運用DIS光電門傳感檢測水平氣墊滑軌上的滑塊的瞬時速率大小，觀察在磨擦力十分小的情況下速率變化也十分小的情況。總結演示實驗的規律牛頓第一定律演示實驗，并按照實驗發覺的規律進行合理推理，得出“摩擦力為零時，物體將保持勻速直線運動”的推論，體驗伽利略理想斜面實驗的思維推理過程和技巧。用演示實驗模擬伽利略對斜面實驗的推理過程，并介紹伽利略依據斜面實驗得出的推論“維持物體運動不須要力”，之后介紹笛卡兒對伽利略推論的補充，牛頓最后總結得出牛頓第一定理。
強調牛頓第一定理并不是真實的實驗定理，而是以可靠的實驗為根據，突出主要誘因，忽視次要誘因，用科學推理的方式概括下來的，定理是否正確要通過實踐來檢驗，給中學生以科學方式的教育。最后讓中學生剖析生活中常見的慣性現象，鞏固所學知識，同時使中學生感受知識與現實生活的緊密聯系，迸發求知的欲望。二、教學目標1、知識與能力（1）曉得牛頓第一定理。（2）理解伽利略理想實驗的推理過程。（3）理解力和物體運動的關系。（4）初步學會剖析、概括、推理等科學思維方式。2．、過程與技巧（1）觀察慣性現象，體會從錯綜的現象中探索事物本質的思想方式。（2）在觀察演示實驗的過程中體驗伽利略理想實驗的思維方式與過程，體會概括、推理的科學研究方式。3、情感心態價值觀（1）通過伽利略的斜面實驗，了解理想實驗，迸發熱愛科學、樂于探究的興趣。（2）通過科學史的簡介，展現去偽存真的科學心態和嚴謹的科學作風。三、教學重點與難點重點：牛頓第一運動定理、慣性。難點：伽利略理想實驗的推理過程；對牛頓第一運動定理和慣性的正確理解。四、教學資源：1、三根滑軌，一根線繩，一根浴巾條，小球等。2、自行拍攝的氣墊滑軌實驗視頻。3、伽利略斜面實驗模擬裝置4、慣性小實驗：小車、木塊、玻璃杯、塑料片、小球、硬幣、尺等。
五、教學思路本設計包括伽利略理想實驗、牛頓第一定理和慣性的借助和避免三部份內容。本設計的基本思路：以實驗和推理為基礎，按人類對力和運動關系的認識過程組織教學，將原先完全具象的理想實驗具體化，重點置于實驗設計、觀察演示實驗、體驗伽利略理想斜面實驗的思維和推理過程，并介紹牛頓第一定理的得出過程，使中學生在獲得知識的過程中，了解化學學發展的歷史，經歷人類對規律的認知過程。本設計要突出的重點是：牛頓第一運動定理和慣性。方式是：以實驗為基礎，加上合理的推理，體驗伽利略理想斜面實驗的思想方式和思維過程，進一步理解牛頓第一定理的得出過程，結合中學生的親身感受，應用實驗和動漫演示對日常生活的實例進行剖析，鞏固對牛頓第一定理和慣性的認識。本設計要突破的難點是：伽利略理想實驗的推理過程；對牛頓第一運動定理和慣性的正確理解。方式是：通過引入部份的演示實驗，闡明生活中一些被其假象所掩藏現象的本質，為理解力和運動的關系做好必要的鋪墊，之后通過演示實驗和邏輯推理體驗伽利略對斜面實驗的推理過程，使中學生能親身體驗伽利略的思維過程；在得出牛頓第一定理并定義慣性后，通過對比牛頓第一定理和慣性的區別和聯系，以正確理解牛頓第一定理和慣性。
完成本設計的內容需1課時。六、教學流程1、教學流程圖2、教學流程說明引入新課：小實驗班主任：**，讓我們先來做一個吹兵乓球的小實驗。每組同事都有一個兵乓球和一個杯子，一個朋友設法使兵乓球以一定的速率沿直線運動。在與兵乓球路徑相垂直的方向上放一個杯子。當兵乓球經過杯口時，另一個朋友對著球縱向吹氣，看能不能將球吹進紙杯？觀察現象并討論剖析，如今開始。教師：**一位朋友來談一談能夠將球吹進紙杯，為何？總結：這個實驗中，包含了力和運動的關系這一問題的討論。小球在原先運動的方向上幾乎沒有遭到力的作用，可它的運動仍然維持。這就得到了一個推論：維持物體運動不須要力的作用，這就是伽利略的觀點。班主任：**是力和運動的關系的討論，在歷史上以前有過另一個觀點。請你們觀察桌面上靜止的粉筆盒，之后輕推粉筆盒，粉筆盒都會平緩運動，當手一離開粉筆盒，粉筆盒幾乎立刻停止運動。由這一現象可以得出推論：維持物體運動須要力的作用，這就是亞里士多德的觀點，是亞里士多德通過日常生活中的觀察得到的推論。這就是歷史上力和運動關系的爭活動III討論2牛頓第一定理笛卡兒的補充活動IV演示3視頻2慣性與慣性現象亞里士多德的觀點批判亞里士多德的觀點情境演示1通感1通感1演示1通感II演示2活動I討論1活動2視頻1通感III伽利略的觀點班主任：**在我們面前有兩個矛盾的觀點，它們都來自于生活中的現象，但起碼有一個是錯誤的。
要看清事物的真相，我們就要厘清楚在推粉筆盒的事例中粉筆盒停止運動的誘因。問：構想假如把粉筆罐裝在一輛貨車上做同樣的實驗，我們將會看見如何的現象？演示：將粉筆罐裝上貨車，促使小鐵塊運動后，當手離開小鐵塊后，小鐵塊就會繼續往前滑動一段較長的距離后才停下。問：將粉筆罐裝上貨車后，是哪些數學量的變化使它出現了不同的運動情況？問題提出：將粉筆罐裝上貨車后，磨擦力顯著減少了，這一現象說明，很可能是磨擦力對速率變化形成了影響，這么它們之間又是如何一種定性關系呢？我們通過實驗來加以探班主任：**每兩個朋友都有一根滑軌、一個小鋼珠、一根浴巾條和一根線繩。運用提供的器材，我們可以將小鋼珠從高處滑下，通過小鋼珠在水平軌道上的運動情況比較磨擦力大小對速率變化快慢的影響。問題1：在實驗中我們須要控制什么變量，怎樣控制這種變量？總結：在實驗中我們須要控制小鋼珠運動到水平軌道上的初速率相同。這就須要我們每次從軌道上的同一點靜止釋放小鋼珠，同時浴巾或繃帶在軌道上的位置也必須相同，我已為每組同事在軌道上做了標記。問題2：在實驗中我們須要改變什么條件，怎樣改變這種條件？總結：在實驗中我們須要改變水平軌道的粗糙程度，這兒我們可以比較在浴巾條、布條和平板上小鋼珠的運動。
問題3：在實驗中我們須要比較什么數據，這種數據怎么反映速率變化的快慢。總結：在實驗中因為檢測時間相對麻煩，我們可以更直觀地比較小球在不同接觸面上運動的位移，假如把小鋼珠在水平軌道上的運動看作是勻變速直線運動，按照運動學的公式，我們可以得出位移越小，加速度越大，即速率變化得越快。接出來請朋友們進行實驗，并將實驗結果記錄在實驗報告上。中學生活動：中學生進行演示實驗——研究磨擦力的大小對速率變化快慢的影響。交流實驗結果：得出初步推論：越光滑的平面小鋼珠滑行距離越大，說明速率變化得越慢。班主任：我們早已得到初步推論：越光滑的平面小鋼珠速率變化得越慢。這么假如我們設法找到比平板更光滑的平面，是否可以使小鋼珠速率變化得更慢呢？講臺上的裝置稱作氣墊滑軌。通過水泵，可以使軌道上的小孔噴吐二氧化碳，使小滑塊漂浮上去，獲得磨擦力較小的環境。而兩個光電門傳感可以通過DIS實驗系統測出瞬時速率。接出來請你們看在水平氣墊滑軌上做剛剛的實驗會有哪些樣的療效。班主任演示：用水平氣墊滑軌和DIS實驗系統光電門傳感檢測瞬時速率，數據顯示摩擦力十分小的時侯，速率的變化也十分小。總結并深入提問：當磨擦力越來越小，可以發覺速率變化也越來越慢。
（按PPT）由此我們可以得出哪些新的結論嗎？總結：假如磨擦力足夠小，物體的速率大小幾乎不改變，若磨擦力變為零，物體就可以始終運動下去，速率大小不改變。問：磨擦力為零可能嗎？這個推論能夠從實驗直接得出？繼續提問：生活中磨擦力為0是不存在的，所以這個推論不可能從實驗中直接得出。那么這個推論還可靠嗎？提出理想實驗的思想：當磨擦力為0時，物體將保持勻速直線運動的推論是按照實驗中磨擦力越小對速率的影響越小這一事實，經過推理忽視了磨擦力這一次要誘因的影響，得出物體運動的主要性質是：維持原先的運動狀態。這就是伽利略創造的理想實驗的思想方式：以可靠的實驗事實為基礎，突出主要誘因，忽視次要誘因，通過具象思維深刻闡明自然規律。理想實驗并不是一個真實的實驗。理想實驗不可能用真實的實驗來直接驗證，只能在實驗條件不斷迫近理想情況時，其實驗結果也不斷向理想情況迫近。介紹伽利略的觀點和理想斜面實驗，演示斜面實驗裝置。班主任：對于我們剛剛討論的問題，伽利略是怎樣來研究的呢？首先，他通過對擺的觀察和研究，發覺在阻力很小時，擺總是來回運動到相同的高度，雖然有障礙物罩住細線也不會改變這一結果，這就是以可靠的實驗事實為基礎。
接著他通過具象思維提出倘若有一個小球在兩個對接的斜面上運動，在忽視阻力的情況下，小球也總是能運動到相同的高度。（取出伽利略假想的斜面）假如我們減少旁邊斜面的夾角，小球仍能運動到相同的高度，速率也變化得越慢。假如把旁邊的斜面改成平面，小球將永遠到不了相同的高度，速率也將不再改變。按照這一理想實驗伽利略得到推論：維持物體運動不須要力的作用。看來我們明天對于力和運動關系的研究的思想方式，正是和伽利略不謀而合了。討論：比較伽利略的推論、笛卡爾的提煉與牛頓第一定理的區別班主任：在此基礎上，笛卡爾發展了伽利略的推論，提出了慣性定理：只要物體開始運動，就將繼續以同一速率并順著同仍然線方向運動，直至遇見某種外來緣由引起的制約或偏離為班主任：而牛頓在前人的基礎上，又一次將理論建立牛頓第一定律演示實驗，提出了牛頓第一定理：一切物體總保持勻速直線運動狀態或則靜止狀態，直至有外力改變它為止。班主任：由牛頓第一定理，我們可以看見一切物體都有保持靜止與勻速直線運動狀態的性質，我們把物體的這一性質稱作慣性。慣性是物體的固有屬性，其大小僅與質量有關。班主任演示：接出來我們來看一個有關慣性現象小實驗。推論：一切物體(固體、液體和二氧化碳）都存在慣性。
重新討論上課前的小實驗，鞏固新知識問：如今請朋友們再來思索我們剛上課時做的那種吹兵乓球的實驗，按照明天我們所學的內容，能夠解釋對著球縱向吹氣，為何不能將球吹進紙杯？深入提問：假如我要求必須對著球縱向吹氣，又要將球吹進紙杯，應當如何吹呢？課堂總結班主任：最后，我們對昨天所學的內容作一個整理回顧。3、教學主要環節本節課可以分為四個教學環節。第一環節，通過創設情境引入課題，介紹對亞里士多德關于力和運動關系的認識。第二環節，通過設計實驗、演示實驗、邏輯推理，體驗伽利略斜面實驗的探究過程和思維方式，初步認識關于力和運動的關系認識，了解理想化實驗的科學研究方式。第三環節，學習牛頓在前人研究的基礎上，結合自己的研究，提出牛頓第一定理。第四環節，通過對應用實例的演示和討論，鞏固對慣性、慣性現象和牛頓第一定理的認第五環節，總結本節課重點內容和主要環節小結第六環節，作業布置：閱讀課本P76歷史回望——《牛頓生平》及完成配套練習上述教學環節中，第二、三教學環節是本節課教學的重點。廣州市承德小學