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1、“牛頓第一定理”教學設計【教材剖析】牛頓第一定理是牛頓數學學的基石，它定性地闡明了力和運動的關系，提出慣性的概念，為定量研究力和運動的關系拉開了帷幕。小學教材與高中相比，主要有四方面的不同。一是定理內容深淺不同：小學教材表述為“一切物體在沒有遭到外力作用的時侯，總是保持靜止狀態或勻速直線運動狀態”；小學教材表述為“一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，除非作用在它前面力促使它改變這些狀態”。小學教材中的敘述具有更為豐富的內涵，它指出了力是改變物體運動狀態的緣由，突出了第一定理的獨立性和重要意義，也為學習牛頓第二定理做了一定的鋪墊。二是慣性的認識層次不同：小學指出一切物體都有慣性，中學注重
2、慣性與質量的關系。三是實驗的設計、探究及思維深度不同：小學為斜面貨車實驗；中學為伽利略理想實驗，突出了理想實驗這些科學方式的價值所在。四是情感、態度、價值觀的彰顯不同：小學對牛頓第一定理構建的歷史一語帶過，小學教材回顧了歷史，讓中學生感受一個規律的獲得是一代又一代人努力的結果，才能迸發中學生追求科學，敢于創新的情感。【學情剖析】經過小學的學習，中學生初步曉得了牛頓第一定理的內容和慣性的概念，并且缺少對牛頓第一定理構建歷史的了解，對內容也是一知半解。中學生對于“質量是慣性惟一的量度”更是缺少認識，憑著自己的生活經驗，覺得速率也是慣性的量度。班主任要在課堂上充分引導，結合生活例子來澄清概念。教學實踐表明，學
3、生在腦子中構建正確的力和運動關系的過程，并非一帆風順，經常產生與亞里士多德相像的觀點，且根深蒂固。處理具體的實際問題時，一些直覺的錯誤觀點不時冒下來，存在著嚴重的“口是心非”問題。【教學目標】知識與技能：感受伽利略的理想實驗思想。理解牛頓第一定理的內容及意義；理解力和運動的關系。理解慣性的概念，曉得質量是慣性大小的量度。過程與方式：通過回顧歷史探究過程理解牛頓第一定理的產生過程。學習在實驗基礎上概括推理得到科學推論的研究方式（理想實驗）。情感、態度與價值觀：通過科學史的滲透，感受科學發展的歷程飽含艱難和磨難。通過伽利略理想實驗，給中學生以科學方式論教育。具有主動與別人合作的精神，勇于提出與他人不
4、同看法。【重點難點】重點：通過回顧歷史探究過程理解牛頓第一定理；慣性的理解。難點：力和運動的關系。【教學用品】多媒體、單擺、伽利略理想斜面實驗演示儀、氣墊滑軌、滑塊1個、小車。【教學過程】一、創設情景，引入課題視頻：嫦娥衛星發射示意圖。師：多復雜啊，嫦娥衛星老老實實才能絲毫不差步入預定軌道，之后精確運行，這肯定首先要曉得運動和力的關系。二、回顧歷史，探究定理1.提出問題a:沒有力,會有運動嗎？b:沒有力，會是哪些運動？c:沒有力，運動會改變嗎?2.亞里士多德的觀點：力是維持物體運動的誘因（生活經驗）3.伽利略的觀點：物體的運動不須要力來維持師：對于這個問題啊，早在公元前4世紀，亞里士多
5、德就有研究，他提出了力是維持物體運動的誘因。而2000多年后，日本化學學家伽利略卻提出了另一種相反的觀點：物體的運動不須要力來支持。你們談談看，誰的觀點正確啊？生：伽利略。師：亞里士多德的觀點也沒錯啊。手拉貨車，不拉就停，一拉就動，所以貨車的運動須要力來維持啊！是嗎？師：是不是這樣啊？我們再來觀察（手停了，貨車是不是立刻就停？）生：不是，能夠運動一小段。師：那前面貨車的運動為何會停下呢？生：有磨擦力師：那降低f，貨車會如何運動？；生：運動距離變大。師：假如沒有f，貨車如何運動下去？師：小學實驗里有沒有類似沒有f的環境呢？演示1：（氣墊滑軌演示）師：滑塊在做勻速直線運動，在這個過程需不須要力
6、來維持呢？生：不須要師：這么在伽利略那種年代，有沒有如何先進的設備儀器啊？生：沒有師：那他憑哪些提出，物體的運動不須要力來維持呢？我們一起步入伽利略的探究過程。演示2：針和單擺實驗（伽利略是研究單擺專家）顯示單擺（圖1）師：（延后放），放了之后這個球做哪些運動？生：小球加速下去牛頓第一定律優質課教學設計，之后減速上升。師：球能擺多高呢？（等高）師：假如放上鐵釘，改變小球不同的路徑，小球也能擺到相同的高度嗎？改變鐵釘的位置師：小球似乎有記憶功能演示3：伽利略從擺的實驗到得啟發，倘若不是繩子拉著，而是在斜面頂著，小球是不是能夠記住原先的高度？a：粗糙報紙：（還差一截）b：拿去報紙：（只差一點吧？）（假如軌道光滑，是不
7、是應當等高？）c：改變斜面路徑，應當等高吧？（師：小球在斜面上也具有記憶功能）師：假如置于水平面上，小球是不是也要找等低點啊？能找到嗎？生：找不到（演示）師：假如軌道光滑，但是無限長，小球就仍然這樣運動下去。而事實上：這個軌道會不會無限長啊？能不能清除一切磨擦啊？師：所以這個實驗就稱作理想實驗。交流感受1：伽利略設計的這個實驗，讓大家最敬佩的地方在那里？（請思索）師：他是不是找到了沒有阻力的環境啊？生：沒有師：伽利略設計的這個實驗，卻又能否說明在沒有阻力的環境下，小球仍然運動下去，它靠的是哪些啊？生：推理師：既然是推理，這么推理是有前提，他的前提就我們之前做的一系列實驗。總結：理想實驗方式就
8、是可靠實驗+合理推理（經過理想化的處理，充分發揮理智思維的力量），這正是理想實驗的魅力所在，他可以大大趕超我們實際水平的限制（即使我們如今，氣墊滑軌也絕不是沒有一切阻力，起碼還有空氣阻力啊，所以不可能無止境的勻速啊。）因而，愛因斯坦對他的評價是：“伽利略的發覺以及他所應用的科學推理方式是人類思想史上最偉大的成就之一，它標志著化學學的真正開端。”師：到現今為止，實驗+推理，任然是我們崇尚的科學研究方式。三、力與運動的后期觀點1.伽利略的推論：假如不遇阻力，物體將仍然運動下去。但是，伽利略同時又覺得這些運動只能發生在水平面上，月球是圓的，這樣物體的軌跡最終是曲線（圓周運動），而不是直線，不夠徹底
9、！2.笛卡爾的補充和建立過渡：與伽利略同時代的波蘭科學家笛卡爾對他的觀點進行了補充和建立。在不受外界任何影響下,物體將永遠保持其靜止或運動狀態,永遠不會使自己沿曲線運動,而只保持在直線上運動。與中學生交流：補充了哪些？建立了哪些？過渡：兩位都早已明晰強調在沒有力的條件物體的運動情況，這么物體在受力的情況下，物體的運動會如何？很遺憾，兩位科學家并沒有給出回答。3.牛頓的總結牛頓在1687年出版的自然哲學的物理原理一書中提出了三條運動定理。牛頓把伽利略、笛卡爾的正確推論總結成為牛頓第一定理（又稱作慣性定理），它是牛頓數學學的基石。四、理解定理，了解慣性牛頓第一定理：一切物體總保持勻速直線運動狀態
10、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：如今我們來理解定理。思索：牛頓第一定理中闡述的運動和力的關系是如何的？1.運動和力的關系運動狀態指哪些？運動狀態不變指哪些？運動狀態改變指哪些？“運動狀態不變”可以說“速度的大小和方向都不變”。只要速率的方向和大小其中有一個發生變化，我們就說“運動狀態改變”。過渡：牛頓第一定理不僅部份地敘述了力與運動的規律以外，還蘊藏了哪些？2物體具有慣性。演示4：氣墊滑軌上的滑塊運動（理解牛頓第一定理）（氣墊滑軌的介紹）氣墊滑軌是中空的，表面好多氣孔，往滑軌里壓氣時，在滑軌和滑塊間有一層空氣使滑塊浮在里面，磨擦力很小，可忽視不計，把氣墊滑軌調水平。
11、在那里物體的運動狀態發生了改變？兩端翻車時。還有剛開始，讓滑塊從靜止運動上去，要用手推一下。這說明：“力是改變物體運動狀態的誘因”。推進一下，滑塊很長時間才停出來，這實際上是物體慣性的彰顯。3哪些是物體的慣性表現？物體受力做變速運動時有無慣性？假如有牛頓第一定律優質課教學設計，這時的慣性表現又是怎樣？以自由落體運動為例。釋放頓時，物體的速率為零，這時物體想保持v=0不變。可以如此理解：假想沒有重力作用，物體能夠保持v=0不變。事實上，重力不等于零，物體做加速運動。在這兒，物體自身是想保持靜止的，是重力促使它運動上去。在外力和物體慣性的共同作用下，物體的速率不可能頓時變化。以一定的水平速率v把物體拋出，軌跡設為1。構想重力變小，物體的軌跡從1變為2，從2變為3，當重力為零時，能夠保持v不變，做勻速直線運動。4哪些是物體的慣性量度？物體的慣性大小反映了物體運動狀態改變的難易程度。質量小，慣性小，物體的運動狀態容易改變；質量大，慣性大，物體的運動狀態難改變。（結合生活情景兩張圖片進行解釋）5結合實際說說慣性的優劣？交流感受2：你能把慣性應用到某一實際問題中去嗎?請列舉幾個借助慣性和避免慣性不利影響的實例。（小組討論，交流評估）慣性的利：短跑運動員的助跑等。慣性的弊：車輛碰撞時的情景等。五、體驗探求艱難，客觀評價偉人1請朋友們從歷史長河的足跡和牛一規律得出,說說你對幾位偉人的評價。5
