學習案例——“牛頓第一定理”
一、教學目標
知識技能：了解牛頓第一定理的內容和意義； 了解力和運動之間的關系。
過程與方法：了解理想實驗是科學研究的重要方法。
情感心態與價值觀：通過理想斜坡的教學感受理想實驗的魅力。
2、教學難點
教學重點：通過回顧歷史探究的過程來理解牛頓第一定理； 對慣性的理解。
教學難點：力與運動的關系； 慣性和質量之間的關系。
三、教學方法
討論法、啟發法、解釋法
四、教學過程
(1)導出新課程
撕紙游戲
猜一下：
1. 一張紙已被切成兩片，但未完全切割。 如果快速有力地撕下兩側，紙張會碎成多少片？
2. 現在將紙切成三塊，但不要完全切開。 如果你快速而用力地撕開紙張的兩側，紙張會被分成多少碎片？
不做，先猜一下。
3、如果在中間的紙下面放一個夾子，然后將兩側快速撕下，紙會碎成多少片？
請大家想一想：為什么會出現這樣的結果呢？ 如何解釋我們的游戲？ 盡管如此，我們的游戲仍然涉及一個老話題——力量和動作：用力撕紙，紙條破裂并向上移動。 運動和力之間有什么關系？ 帶著這個問題，我們就上去體驗古人的探究過程，學習古人的探究方法，進一步理解解釋運動與力關系的牛頓第一定理。
（二）新課教學
1.情境聯覺、經驗推測
在人類歷史的長河中，運動與力量齊頭并進，始終與人們的生活生產息息相關。 例如：馬車向前行駛，不再拉動，前進的車就會停下來； 人如雨傘車前行牛頓第一定律教學，不再推，前進的車就會停下來； 打球時，球沿著草地向前滾動，不再踢球，滾動的球會逐漸停止。
問：運動和力之間有什么關系？
最先提出這個問題并給出實證推測的是古埃及學者亞里士多德。
他根據生活和生產經驗推測：物體上必定有力作用，物體才能運動； 如果沒有力的作用，物體就會靜止在一處。 運動需要力量來維持。
他的觀點來源于實踐經驗，可以被實踐經驗所驗證，因此被人們廣泛接受，并維持了近兩千多年。
聯覺：我們現在知道他錯了。 那么他有貢獻嗎？
亞里士多德的貢獻：創建了一個新的研究領域。
最先提出指控并深入研究的是十六世紀的伽利略。 他看著球滾動。
2. 指責假設、科學猜測
當球滾上斜坡時，其速度減小；當球向下滾動時，速度減小。 他由此推論：當球沿水平面滾動時，其速度既不增加也不減少。 實際觀察的結果是：球沿著水平面滾動的速度越來越慢，最后停了下來。
①現象：球沿水平面滾動的速度越來越慢，最后停了下來。
根據亞里士多德的說法，球因為缺乏力量而停止。 伽利略從這一現象出發，批評了亞里士多德的觀點。
②問：球滾動停止的原因是因為力量不足嗎？
聯覺：球停下來的原因是什么？
在伽利略之前，人們并沒有意識到無形的摩擦力，而伽利略是第一個認識到摩擦力的人。
他改變水平面的粗糙度，發現：水平面越光滑，球滾得越遠。 所以，他推測這是摩擦阻力的結果。
推論：球滾動停止，是摩擦阻力的結果。
③假設：如果沒有摩擦阻力，沿水平面滾動的球將如何運動？
④ 猜想：如果沒有摩擦阻力，球將永遠滾動。
過渡：伽利略設計了一個雙斜率實驗。
3.實驗研究、推論
(1)雙斜率實驗
左斜面固定，右斜面夾角可變。 實驗中，我們將球設置為始終從左側斜坡上的定位卡上釋放。
①固定右側斜面牛頓第一定律教學，改變球的摩擦力，觀察球的最大高度如何變化。 重復。
思維：
1、球的摩擦阻力與球的最大高度之間有什么關系？
2、摩擦阻力的大小與釋放點到上升最低點的高度差有什么關系？
3. 如果沒有摩擦力，球會升到多高？
②減小右側斜坡之間的角度，觀察球沿斜坡移動的最遠距離如何變化。 重復。
思維：
1、如果減小右斜面的夾角，小球沿斜面移動的最遠距離會如何變化？
2、如果沒有摩擦力，右側斜坡的角度減小，沿斜坡滾動的最遠距離會如何變化？ 球會升到多高？
③將右斜面放平，釋放球，觀察球的運動情況。
思維：
1. 如果水平木板足夠長，球會停下來嗎？
2. 如果沒有摩擦力，水平木板足夠長，球會滾到哪里？
過渡：伽利略的雙斜率實驗是一個理想的實驗。
（二）理想實驗的魅力：
實驗（事實）+邏輯推理
一種通過可靠的實驗事實并結合合理的邏輯推理推導出定律的方法。
理想實驗的魅力：在實驗無法實現的地方，思維前進了一步。
這些技能都非常了不起！ 愛因斯坦評論說：伽利略的發現和他所應用的科學推理是人類思想史上最偉大的成就之一，標志著化學的真正開始。 本評價實事求是。 從亞里士多德到伽利略，兩千多年過去了，數學停滯不前； 從伽利略到愛因斯坦，僅僅只有三百多年的時間。 數學的大廈已初步建成，大師輩出。 這都要歸功于伽利略首創的實驗研究方法。
過渡：伽利略從雙斜率理想實驗中得出了他的推論。
(3)伽利略：如果沒有摩擦阻力，沿水平面滾動的球將永遠滾動。 運動不需要力量來維持。
回顧并思考：
① 為什么靜止的汽車和足球會向上移動？
② 跑車和足球為什么會停下來？
③ 力與運動的關系是什么？
力是改變物體運動狀態的原因。
聯覺：用什么數學量來描述運動狀態？
當汽車由靜止變為運動時，受到推、拉； 從運動到靜止，都會遇到摩擦阻力。 籃球由靜止變為運動，受到腳部的力量； 從動到靜，遇到草的摩擦阻力。
過渡：伽利略得到了與伽利略同時代的波蘭科學家笛卡爾的補充。
4.補充建立、生成定理
（1）笛卡爾補充：除非物體受到力的作用，否則物體將始終保持靜止或運動的狀態，永遠不會使自己沿曲線運動，而只保持直線運動。 這應該是一個原則，是人類整個自然概念的基礎。
笛卡爾補充說，當物體不受力時，它保持靜止或勻速直線運動狀態。
過渡：伽利略于 1642 年去世，牛頓于 1643 年出生于美國。牛頓是人類歷史上最偉大的科學家之一。 他的主要貢獻包括微積分的發明、萬有引力定律和經典熱力學的發現、第一臺反射望遠鏡的設計和制造等。
牛頓在1687年出版的《自然哲學的物理原理》一書中闡述了三個運動定律。牛頓將伽利略和笛卡爾的正確推論總結為牛頓第一定理，該定理是牛頓數學的基石。
（2）牛頓第一定理：所有物體始終保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，除非作用在它前面的力促使它改變這些狀態。
過渡：現在讓我們理解這個定理。
（三）鞏固提高
思考：牛頓第一定理中描述的運動和力之間的關系是什么？
1、運動與力的關系：力是改變物體運動狀態的誘因。
2、阻力很小的現象：冰球
從視頻中可以看出，冰球的速度和方向在一段時間內幾乎保持不變，直到撞到另一個冰球。
思考：定理還解釋了什么？
3、慣性：
①概念：物體保持其原始勻速直線運動狀態或靜止狀態的性質。
聯覺：所有物體都有慣性。 運動的物體有慣性嗎？
當物體變速運動時，由于慣性，物體對速度變化感到阻力，需要一段時間才能改變速度。 例如，車輛緊急剎車時，不會立即停止，而是繼續向前滑行一定距離。
②一切物體都具有慣性，具有抵抗運動狀態變化的“能力”。
慣性大的物體“功力”大，運動狀態難以改變； 慣性小的物體，“功力”小，運動狀態容易改變。
思考和推測：與物體的慣性有關的因素有哪些？
（四）總結作業
1.理解探索運動與力之間關系的過程。
在探究過程中，亞里士多德是開拓者。 伽利略開創了理想實驗方法； 笛卡爾補充了伽利略的觀點； 牛頓提出了慣性、力和慣性參考系的概念。
2.感受理想實驗的魅力：實驗（事實）+邏輯推理
3.深入理解牛頓第一定理，知道質量是慣性的量度。
4、后來愛因斯坦等科學家進一步發展了牛頓第一定理。 沒有定理就是真理，化學的大廈永遠不會封頂，等待大家為其添磚加瓦！
課外探索：有人說劉謙的螺母魔法顛覆了牛頓第一定理：螺絲無需外力即可移動。 你怎么認為？ 請在百度搜索“劉謙堅果魔術揭秘”，了解劉謙堅果魔術的原理。
5、黑板設計
牛頓第一定理
一、歷史回顧
2.第一定理的探索實驗
3.慣性定理
六、教學反思