§8.1《牛頓第一定理》教學設計
★整體設計說明★
牛頓第一定理和慣性是全章的重點和難點，為讓中學生學好這種知識，并有充足的時間進行科學探究，所以本節(jié)安排了2課時，第一課時通過科學探究完善牛頓第一定理，第二課時鞏固牛頓第一定理，學習慣性知識。第一課時由實驗引出亞里士多德和伽利略的觀點，造成中學生思索：維持運動須要力嗎？再通過探究阻力對物體運動的影響及科學推理得出牛頓第一定理，第二課時由慣性實驗引出慣性概念，再通過對生活中的慣性現(xiàn)象的認識加大對慣性的理解。
★教材剖析★
《課程標準》要求中學生通過自己的探究來認識“物體都有保持原先靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)的性質”，要求中學生能用自己的話來敘述牛頓第一定理。教材在編撰時，將“運動和力的關系”安排在學習了運動和力的基本概念以后，且“運動和力的關系”的內容和方式既是上面所學熱學知識的延續(xù)，又是旁邊學習浮力、浮力、功和能等知識的基礎，牛頓第一定理又是精典熱學的核心內容之一牛頓第一定律原因，因而本節(jié)是全章的重點和難點。
★教法建議★
新課的引入在本節(jié)教學中十分重要，通過實驗引入，可以迸發(fā)中學生探究實驗的興趣；探究阻力對物體運動的影響是一個比較完整的探究實驗，教學時重點應置于設計實驗和進行實驗剖析論證等環(huán)節(jié)上，通過班主任的合理引導，發(fā)揮中學生的主導作用，培養(yǎng)中學生的設計能力；慣性現(xiàn)象的認識和解釋是培養(yǎng)中學生思維能力和語言抒發(fā)能力的好環(huán)節(jié)，班主任應留足時間讓中學生思索和敘述。
★學情剖析★
中學生對運動和力的關系有簡單的認識，但中學生的認識是經驗知識，大部份是錯誤的，這是導致中學生學習牛頓定理時倍感困難的誘因之一；熱學知識比較具象這是導致中學生學習牛頓定理時倍感困難的另一緣由。
★學法引導★
高中中學生思維活躍，動手的欲望強，但邏輯思維能力差，語言抒發(fā)能力弱。牛頓第一定理比較具象，與生活經驗又不盡相符，中學生只有多動手、多體驗、多觀察、多實驗，打破原有的定式思維，能夠構建起新的知識體系；課堂上應讓中學生通過自己的剖析、推理、想象總結出規(guī)律；理論聯(lián)系實際時，多讓中學生用語言敘述，既鍛練中學生的思維能力又培養(yǎng)中學生語言抒發(fā)能力。
★課時安排★
2課時
第一課時
★《課標》要求★
2.2.3通過常見例子或實驗，了解磨擦力。
2.2.4曉得二力平衡條件。
2.2.5通過實驗，認識牛頓第一定理。用物體的慣性解釋自然界和生活中的有關現(xiàn)象。
★教學目標★
1.通過實驗，確認阻力對物體運動的影響。
2.經歷完善牛頓第一定理的科學推理過程，認識牛頓第一定理。
3.能通過生活經驗和大量事實認識一切物體本都具有慣性。能用物體的慣性解釋生活和自然中的有關現(xiàn)象。
★重點難點★
重點：牛頓第一定理的構建過程。
難點：牛頓第一定理的理解。
★教學過程★
一、新課引入（約2分鐘）
實驗1：鐵塊靜止置于實驗桌上。
班主任：鐵塊處于哪些運動狀態(tài)？
中學生：靜止
班主任：要它運動應當如何辦？
中學生：用手推進
班主任：不推呢？
中學生：鐵塊不動。
班主任：鐵塊的運動須要哪些條件？
中學生：推力。
實驗2：鐵塊靜止置于實驗桌上，用手推鐵塊，鐵塊運動，放手后鐵塊繼續(xù)滾動。
班主任：放手后運動的鐵塊有沒有遭到推力？
中學生：沒有。
班主任：沒有推力，鐵塊仍可以運動。
班主任：運動和力的關系是牛頓熱學的核心內容，從本節(jié)課開始我們來探究這個問題。
【設計意圖】課始，通過兩個實驗現(xiàn)象引出互相矛盾的兩種觀點，通過中學生討論，引起中學生的思索，迸發(fā)中學生對“運動和力的關系”產生興趣，引出本課的主題。
二、新課教學
1．兩種觀點（20分鐘）
班主任：首先讓我們來瞧瞧亞里士多德和伽利略對“運動和力的關系”的觀點。（多媒體演示）
亞里士多德：要使一個靜止的物體運動上去,就必須對它使勁；假如這個力被撤消，物體都會停止運動。
伽利略：運動的物體并不須要力來維持，運動之所以會停出來，是由于遭到了磨擦阻力。
班主任：亞里士多德和伽利略，究竟誰的觀點正確呢？物體的運動須要力來維持嗎？
實驗：將貨車靜止置于桌面上。
班主任：貨車處于哪些運動狀態(tài)？
中學生：靜止。
班主任：要它運動應當如何辦？
中學生：用手推進。
班主任用手推到貨車，貨車運動上去，放手后貨車繼續(xù)運動一段距離后停下。
班主任：推進的貨車受哪幾個力的作用？
中學生：重力、支持力、推力、摩擦力。
班主任用多媒體展示下來
班主任：放手后到停出來貨車受哪幾個力的作用？
中學生：重力、支持力、摩擦力。
班主任用多媒體展示下來。
班主任：貨車為何會停出來？
中學生：因為磨擦力。
班主任：假如沒有磨擦力，貨車會停下嗎？
中學生甲：會
中學生乙：不會
班主任：貨車因為受磨擦力的作用而停下，說明磨擦阻力對貨車的運動有影響,這么阻力的大小對貨車運動的影響究竟是哪些？下邊讓我們用實驗來進行探究。
【制定計劃與設計實驗】既然實驗研究的是“阻力對物體運動的影響”，這么就要保持貨車開始時運動狀態(tài)相同，改變貨車所遇阻力的大小，觀察貨車運動的情況。我們采取的這些化學研究方式叫哪些？
中學生：控制變量法。
班主任：如何能夠使貨車運動上去？
中學生：使勁推。
班主任邊演示邊講解：若每次的推力大小不同，貨車開始運動的速率相不相同？
中學生：不相同。
班主任出示一個斜面幫助中學生思索。
班主任：控制變量法要求貨車在平面上運動的初速率相同，怎么能夠做到？
中學生：將貨車從同一斜面的同一高度自由下降牛頓第一定律原因，貨車在抵達水平平面時具有相同的速率。
班主任：貨車在水平面上運動上去的過程中，還受推力嗎？
中學生：不受推力。
班主任：貨車運動一段距離后為何又會停出來？
中學生：由于貨車遭到了磨擦力的作用，妨礙了貨車的運動。
班主任：磨擦力的大小與壓力和接觸面的粗糙程度有關，怎樣改變貨車遭到的磨擦力大小？
中學生：讓貨車分別在粗糙程度不同的表面上運動。
班主任：浴巾、棉布、木板表面粗糙程度怎樣？同一輛貨車分別在這三種表面上運動，在哪種表面上運動阻力最大？
中學生：浴巾最粗糙，其次是麻布，木板較光滑，所以貨車在浴巾表面上運動阻力最大，其次是麻布，木板表面對貨車的阻力最小。
【實驗探究】學生進行分組實驗與搜集數(shù)據(jù)，班主任巡視并指導。
接觸面
阻力
貨車運動距離s/m
速率降低情況
浴巾
大
短
快
麻布
較大
較長
較慢
木板
小
長
慢
【交流評價】
班主任：觀察搜集到的數(shù)據(jù)，你能發(fā)覺三次實驗有何相同之處？
中學生：①用的都是同一輛面包車；②小車都是從同一高度自由滑下。
班主任：為何要這樣做？
中學生：保證貨車在平面上開始運動時的速率相同。
班主任：不同的是？
中學生：水平表面的粗糙程度不同和貨車通過的距離不同。
班主任：貨車在水平面上的速率有哪些變化？
中學生：降低。
班主任：為何貨車最后就會停出來？
中學生：由于遭到磨擦阻力。
班主任：阻力的大小跟貨車運動的距離有何關系？
引導中學生回答后總結：水平面越光滑，車遭到的磨擦力就越小，貨車的速率增大得越慢，貨車運動的距離就越遠。
【設計意圖】通過實驗將“物體的運動須要力嗎”這一問題轉化為“阻力的大小對物體運動的影響”這一具體問題，致使實驗探究目的更明晰；實驗的設計較復雜，班主任應有合理的引導；實驗較顯著，可以放手讓中學生去做。
2．構想和推理（約2分鐘）
班主任：若水平面足夠長且足夠光滑（完全沒有磨擦阻力），貨車又將如何？
中學生：會永遠運動下去。
班主任：速率會不會降低？會不會手動轉彎？
中學生：都不會。
班主任：這些既不加速又不減速，也不轉彎的運動叫哪些運動？
中學生：勻速直線運動。
班主任：也就是假如運動物體不受力，它將以恒定的速率運動下去。
中學生將推論填寫在課本上。
班主任：運動的物體倘若不受力的作用，將如何運動？物體的運動一定須要力來維持嗎？
中學生：運動的物體倘若不受力的作用，將做勻速直線運動。物體的運動不須要力來維持。
班主任：這些以真實的科學實驗為基礎，經過合理推理，概括出事物的本質規(guī)律的過程叫理想實驗。“理想實驗”法是伽利略開創(chuàng)的研究數(shù)學的重要方式。
【設計意圖】使中學生經歷“理想實驗”的過程，進行科學思想和科學方式的教育。
3．牛頓第一定理（2分鐘）
班主任：實驗探究前所提及的兩個科學家的觀點，你如今覺得誰的正確？
中學生：伽利略。
班主任：300多年前，伽利略就是這樣通過實驗推理得出他的觀點。后來，牛頓經過研究和整理，總結出愈發(fā)全面和完整的數(shù)學規(guī)律：（板書）。
牛頓第一定理：一切物體在沒有遭到外力作用的時侯，總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)。
班主任：牛頓第一定理不是從實驗直接得出的，而是在實驗的基礎上，經過推理、歸納得出。這恰是科學家豐富的想像力與科學剖析相結合的偉大之處。
4．理解牛頓第一定理（6分鐘）
班主任：通過實驗和推理，我們得出了牛頓第一定理，這條定理對于一切物體都適用，既無論是固體、液體、還是二氧化碳，無論是運動物體還是靜止物體都適用該定理，但定理創(chuàng)立要滿足一定的條件，是哪些條件？
中學生：物體不受外力作用。
班主任：在哪些條件下，物體一定處于勻速直線運動狀態(tài)？
中學生：物體不受外力作用和物體原先是運動的。
班主任：在哪些條件下，物體一定處于靜止狀態(tài)？
中學生：物體不受外力作用和物體原先是靜止的。
班主任：“或”者說明物體只能處于其中一種狀態(tài),到底處于哪種狀態(tài),由原先的運動狀態(tài)決定。
引導中學生回答以上問題后，請中學生在課本中將這種關鍵詞用筆標下來。再做下邊的練習，比一比，看誰說的準。
1．關于物體不受力時如何運動，下述說法中錯誤的是（C）
A．運動的物體做勻速直線運動
B．靜止的物體永遠保持靜止
C．一切物體都將歸于靜止
D．一起物體都將保持原先的運動狀態(tài)不變
2．一個物體，在力F的作用下，在水平面上由靜止開始運動，當速率達到3m/s時，作用在它前面的力忽然全部消失，則物體將（D）
A．漸漸停出來
B．仍做勻速直線運動，但速率大于3m/s
C．立刻停出來
D．仍做勻速直線運動，且速率為3m/s
班主任小結：物體在不受外力作用的時侯，只有勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)兩種可能，要改變這兩種狀態(tài)，就必須遭到力的作用。所以，力只是改變物體運動狀態(tài)的誘因，而不是維持物體運動狀態(tài)的誘因。（板書）
【設計意圖】通過找關鍵詞和練習理解牛頓第一定理。
三、課堂小結（約2分鐘）
班主任：學習了本課，你們一定有好多看法吧，下邊就請你們談談自己的收獲或則疑惑吧！
中學生：原先總以為沒有力物體就不能運動，明天才明白了力不是維持而是改變物體運動狀態(tài)的誘因。
中學生：我認識到化學方式對學習數(shù)學的重要性。
中學生：化學實驗除了有動手的實驗還有理想實驗。
……
班主任：明天我們的收獲真不少！
四、達標測試（約5分鐘）
讓中學生在規(guī)定時間內獨立完成教案上當堂測量的4道題，對中學生錯誤的題目進行講解。
五、布置作業(yè)（約1分鐘）
完成下題：
小明說：“亞里士多德的觀點與我們的生活經驗相符，似乎是正確的。”小紅說：“教材上說，他的觀點是錯誤的！”請剖析，為何說亞里士多德的觀點是錯誤的？
★板書設計★
牛頓第一定理
1．牛頓第一定理：一切物體在沒有遭到外力作用的時侯，總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)。
2．力只是改變物體運動狀態(tài)的誘因，而不是維持物體運動狀態(tài)的誘因。
★教學反省★
本節(jié)課首先借助演示實驗迸發(fā)中學生學習的興趣，形成疑惑，之后引導中學生進行剖析思索以發(fā)覺問題，通過中學生探究活動及推理得出牛頓第一定理，最后通過練習加深中學生對牛頓第一定理的理解。
第二課時
★《課標》要求★
2.2.3通過常見例子或實驗，了解磨擦力。
2.2.4曉得二力平衡條件。
2.2.5通過實驗，認識牛頓第一定理。用物體的慣性解釋自然界和生活中的有關現(xiàn)象。
★教學目標★
1.通過實驗，確認阻力對物體運動的影響。
2.經歷完善牛頓第一定理的科學推理過程，認識牛頓第一定理。
3.能通過生活經驗和大量事實認識一切物體本都具有慣性。能用物體的慣性解釋生活和自然中的有關現(xiàn)象。
★重點難點★
重點：慣性。
難點：慣性的意義，用慣性解釋生活現(xiàn)象。
★教學過程★
一、新課引入（約3分鐘）
中學生觀察兩個演示實驗：
（1）玻璃杯內裝水，玻璃杯用硬紙片遮住，硬紙片上放豬肉，用尺嚴打硬紙片，豬肉落入水底。
（2）鐵塊置于貨車上一起往前運動，貨車忽然停止，鐵塊仍繼續(xù)往前運動。
【設計意圖】通過兩個有趣的實驗，導致中學生的學習興趣，為旁邊學習慣性概念做好打算。
二、新課講解
1．慣性（約20分鐘）
班主任：嚴打紙片前，豬肉是靜止的還是運動的？
中學生：靜止的。
班主任：嚴打紙片，紙片由靜止變?yōu)檫\動，但豬肉落入水底，說明豬肉沒有隨紙片一起運動，假若水能托住豬肉，則豬肉是靜止的還是運動的？
中學生：靜止的。
班主任：貨車停止前，鐵塊是靜止的還是運動的？
中學生：運動的。
班主任：貨車停止后，鐵塊是靜止的還是運動的？
中學生：運動的。
班主任：靜止的豬肉在紙片飛出時仍然靜止，運動的鐵塊在貨車停止時仍然運動。也就是原先靜止的物體保持靜止狀態(tài)，原先運動的物體保持運動狀態(tài)。上節(jié)課我們所學的牛頓第一定理說：一切物體在不受外力作用時，總保持原先的運動狀態(tài)不變。這說明所有物體都有“保持原先的靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)的性質”，物體的這些性質叫慣性。牛頓第一定理也叫慣性定理。（板書）
班主任進一步述說對慣性的理解（用多媒體展示）
（1）慣性的普遍性：慣性是物體本身所具有的性質，一切物體無論是運動還是靜止，無論受力還是不受力,都有慣性。
（2）慣性的大小與物體的運動狀態(tài)、物體的形態(tài)、位置和受力情況無關，慣性的大小只與物體的質量有關，質量越大，慣性也越大。如以同樣大小速率運動的摩托車和列車，要使摩托車停出來很容易，要使列車停出來就很難。
（3）慣性與力的區(qū)別：慣性是物體的一種固有屬性，不是力；力是物體對物體的作用。在解答問題時,只能說“由于慣性”、“具有慣性”，而不能說“受到慣性”、“由于慣性的作用”。
班主任：慣性實驗極其有趣，讓我們一上去做一做。
中學生活動：
（3）把筆帽矗立在桌邊光滑的字條上，迅速抽出字條，觀察筆帽的情況；
（4）把小球置于書上，拉著書和小球一起運動，當書忽然停止運動，觀察小球的情況。
中學生活動時，班主任指導。
班主任：有趣的慣性實驗須要我們能用語言給與解釋。
班主任結合實驗1說明慣性現(xiàn)象的解題步驟：
A．確認研究對象
B．確認研究對象原先處于哪些狀態(tài)
C．發(fā)生了哪些變化？
D．因為慣性，研究對象將有如何的表現(xiàn)？
班主任解釋實驗1起示范作用：豬肉原先靜止在硬紙片上，當紙片忽然飛出，豬肉因為慣性一直保持靜止，并且沒有了紙片的支持，所以落入水底。
中學生按要求解釋以上所做的實驗現(xiàn)象。中學生不能敘述清楚或不完整的部份，班主任補充。
【設計意圖】先通過剖析實驗得出慣性的概念，再通過中學生的親自體驗理解慣性，為培養(yǎng)中學生的語言抒發(fā)能力和邏輯思維能力，解答慣性問題要求中學生要有條理，因而要要求中學生按步驟回答。
2．慣性現(xiàn)象（約8分鐘）
班主任：物體因為慣性而表現(xiàn)下來的現(xiàn)象叫慣性現(xiàn)象，慣性現(xiàn)象是我們生活中時常遇見的一種現(xiàn)象。比如，當車輛忽然開動時，車上的旅客要向后仰，這是因為人和車原先是靜止的，當車輛忽然開動，腳隨車往前運動，而身體的下部因為慣性還要保持原先的靜止狀態(tài)，所以旅客要向后仰。
班主任：請朋友們列出生活中的慣性現(xiàn)象。
1．拍校服上的塵土
塵土以前和鞋子一起處于靜止狀態(tài)，衣物在拍擊之下而運動，而塵土因為慣性仍然保持原本的靜止狀態(tài)，故能從衣物上“飄”下來。
2．制動后車輪停止轉動，車輛還要滑行一段距離
車輛原先處于運動狀態(tài)，車輪因為煞車而停止轉動，但車輛因為慣性一直保持原有的運動狀態(tài)，故還要滑行一段距離。
3．將錘柄在地上敲幾下，錘頭能夠緊緊地套在錘柄上。
錘頭和錘柄一起向上運動，錘柄遇到地面停出來，而錘頭因為慣性繼續(xù)向上運動，所以錘頭緊緊地套在錘柄上
4．車輛制動，車上的旅客要向前傾
旅客和車原先是往前運動的，當車輛忽然制動，腳隨車減速，而身體的下部因為慣性還要保持原先往前運動的狀態(tài)，所以旅客要向前傾。
班主任：這種慣性現(xiàn)象有的是有利的，有的是不利的。有利的我們要加以借助，不利的我們要避免其帶來的害處。請談談以上什么是有利的現(xiàn)象，什么是不利的現(xiàn)象。
中學生：拍灰和套錘頭是有利的慣性現(xiàn)象，制動時車輛滑行和旅客前傾是不利的現(xiàn)象。
班主任：挺好，為了避免忽然制動對旅客的傷害，要求車輛在行駛時駕駛員和旅客必須使用安全帶，車輛后排還配有安全氣簾。中學生閱讀“科學世界”，了解車輛安全帶的有關知識。
【設計意圖】通過中學生的交流和敘述，進一步理解慣性，在中學生的解釋中使她們倍感化學是有用的，從數(shù)學邁向社會。
三、課堂小結（約2分鐘）
班主任：學習了本課，你們的看法是哪些，下邊就請你們聊聊吧！
中學生：慣性實驗十分有趣，似乎是變魔術。
中學生：先前我走路常常摔跤，明天我明白是如何回事了。
中學生：我明白了為何一上車就要使用安全帶的誘因了。
……
班主任：明天我們的收獲真不少！
四、課堂例題（約3分鐘）
想一想：列車沿直軌勻速行駛，坐在車上的旅客，豎直向下拋出蘋果，蘋果會落回手中嗎？
為了回答這個問題，可觀看視頻，也可以讓中學生做如下實驗：一位中學生兩個手指相對置于背部，把一本書夾在兩個手指心，往前走的過程中，把手向左右兩側伸開，之后再閉合。其余中學生會發(fā)覺書下落的同時，還是保持跟做實驗的中學生一樣的速率前進。
五、達標測試（約4分鐘）教案
讓中學生在規(guī)定時間內獨立完成教案上當堂測量的5道題，對中學生錯誤的題目進行講解。
六、布置作業(yè)（約1分鐘）
完成課后作業(yè)1、2兩題。
★板書設計★
慣性
1．物體保持運動狀態(tài)不變的特點稱作慣性。
2．牛頓第一定理也叫慣性定理
★教學反省★
本課通過實驗引出慣性的概念，再讓中學生親自動手做慣性實驗，在滿足了中學生的好奇心和動手欲望后，經過分解動作，引導中學生得出解答慣性現(xiàn)象的步驟。通過正規(guī)的加強訓練，讓中學生基本上把握解答慣性現(xiàn)象的方式，最后引導中學生認識慣性的借助和避免。
