《牛頓第一定理》教學(xué)設(shè)計(jì)山東省單縣小學(xué)一、設(shè)計(jì)思想本節(jié)課的設(shè)計(jì)圍繞數(shù)學(xué)規(guī)律的發(fā)覺和發(fā)展展開，科學(xué)家的創(chuàng)造性思維品質(zhì)和勇于置疑、堅(jiān)持真理的獻(xiàn)身精神成為情感心態(tài)價值觀教育的好素材。另外，實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證和生活現(xiàn)象的列出是本節(jié)課必須要的。適當(dāng)介紹一些數(shù)學(xué)學(xué)史的知識，通過對大量實(shí)例的剖析，讓中學(xué)生真正理解力不是維持物體速率的緣由，而是改變物體速率的誘因。先是介紹人類對力和運(yùn)動關(guān)系的發(fā)展歷史，并注重述說伽利略的理想實(shí)驗(yàn)及其重要的實(shí)驗(yàn)思想。在此基礎(chǔ)上引入牛頓第一定理、分析牛頓第一定理的涵義、引入慣性概念，借助慣性知識剖析有關(guān)的現(xiàn)象，進(jìn)一步加強(qiáng)力是改變物體速率的誘因。二、教材剖析牛頓第一定理是牛頓定理的基石，正是由于它破不僅歷時近兩千年的亞里士多德的錯誤，改變了人類的自然觀和世界觀，才造成牛頓第二定理得出。與此同時，它本身還包含著重、慣性和參考系這種極富成果的科學(xué)概念，成為數(shù)學(xué)學(xué)理論的支柱和基石。另外，伽利略的研究過程蘊(yùn)含了重要的科學(xué)方式，教學(xué)中要引導(dǎo)中學(xué)生領(lǐng)會牛頓第一定理的含意，充分說明伽利略“理想實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和推理過程，展示伽利略斜面理想實(shí)驗(yàn)的猜測根據(jù)、推斷結(jié)果這一思維過程，通過教學(xué)讓中學(xué)生明晰運(yùn)動和力的關(guān)系，提高對力、慣性、質(zhì)量等基本概念的理解。
慣性是中學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)動和力的基礎(chǔ)牛頓第一運(yùn)動定律的內(nèi)容，因其具象難懂而成為難點(diǎn)。新課標(biāo)中本節(jié)內(nèi)容對中學(xué)生有以下基本要求：1．了解亞里士多德對力和運(yùn)動關(guān)系的闡述及存在的錯誤。2．認(rèn)識伽利略研究運(yùn)動和力關(guān)系的思想方式，了解理想實(shí)驗(yàn)的作用。3．曉得速率是描述物體運(yùn)動狀態(tài)的數(shù)學(xué)量。4．理解牛頓第一定理的內(nèi)容，才能運(yùn)用牛頓第一定理解釋有關(guān)現(xiàn)象。5．曉得慣性是物體的固有屬性，曉得質(zhì)量是物體慣性大小的量度。6．運(yùn)用慣性概念，解釋有關(guān)實(shí)際問題。三、學(xué)情剖析本節(jié)所述內(nèi)容在中學(xué)課本上已涉及到，小學(xué)課本中用到的標(biāo)題是慣性定理，所以中學(xué)生已有一定的基礎(chǔ)牛頓第一運(yùn)動定律的內(nèi)容，關(guān)鍵是怎么讓中學(xué)生加深對牛頓第一定理的理解。對力和運(yùn)動的關(guān)系，從日常經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，人們常常會形成錯誤的認(rèn)識，所以使中學(xué)生構(gòu)建起運(yùn)動改變的緣由在于物體間的互相斥力的觀點(diǎn)，不是輕而易舉的事情。在對慣性的學(xué)習(xí)中，這仍是中學(xué)生難于理解的問題。許多中學(xué)生把物體具有保持勻速直線運(yùn)動和靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)與物體在這些狀態(tài)下的特性混為一談。四、教學(xué)目標(biāo)1．知識、技能目標(biāo)（1）曉得發(fā)覺牛頓第一定理的歷史過程（2）曉得伽利略的理想實(shí)驗(yàn)及其推理過程和推論（3）能理解牛頓第一定理的內(nèi)容和含意（4）理解慣性，能舉例說明物體的質(zhì)量是其慣性大小的量度。
2．能力、方法目標(biāo)：培養(yǎng)中學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评砟芰Γ煌ㄟ^對大量實(shí)例的剖析，培養(yǎng)中學(xué)生歸納、綜合能力。擅于思索、善于總結(jié)，把數(shù)學(xué)與實(shí)際生活緊密結(jié)合。3．情感、態(tài)度目標(biāo)：讓中學(xué)生曉得科學(xué)研究過程的艱辛，感悟?qū)嶒?yàn)加推理的科學(xué)研究方式。五、重點(diǎn)難點(diǎn)本節(jié)的重點(diǎn)是伽利略理想實(shí)驗(yàn)，牛頓第一定理及含意，難點(diǎn)是對慣性的理解。六、教學(xué)策略與手段探究式教學(xué)。七、教學(xué)用品：貨車若干、白紙若干、自制伽利略理想實(shí)驗(yàn)演示儀、彈簧若干、砝碼等八、教學(xué)設(shè)計(jì)班主任活動中學(xué)生活動設(shè)計(jì)思想達(dá)到目標(biāo)跳高運(yùn)動員跳離地面后為何能夠繼續(xù)往前？警察提示駕駛員系安全帶，為何？中學(xué)生回答后，班主任說明：這種現(xiàn)象都與中學(xué)我們學(xué)過的慣性有關(guān)，引人牛頓第一定理。觀察圖片，思索問題通過化學(xué)知識在生活中的應(yīng)用導(dǎo)致中學(xué)生探索化學(xué)知識的興（教案展示學(xué)習(xí)目標(biāo)）（1）曉得發(fā)覺牛頓第一定理的歷史過程（2）曉得伽利略的理想實(shí)驗(yàn)及其推理過程和結(jié)論（3）能理解牛頓第一定理的內(nèi)容和含意（4）理解慣性，能舉例說明物體的質(zhì)量是其慣性大小的量度。中學(xué)生了解學(xué)習(xí)目標(biāo)降低學(xué)習(xí)的目的性并易于中學(xué)生對學(xué)習(xí)的自我評一、亞里士多德首提力與運(yùn)動的關(guān)系實(shí)驗(yàn)：把自己桌上的貨車車輪向下置于桌面上用手輕傘車，車前進(jìn)，停止使勁，車停止。
由此人們得到這樣的經(jīng)驗(yàn)：物體的運(yùn)動是與推、拉等行為相聯(lián)系的，假如不再推、拉，原先運(yùn)動的物體便停止出來。兩千多年前，正是基于這樣的經(jīng)驗(yàn)，古埃及哲學(xué)家亞里士多德就得出結(jié)中學(xué)生動手實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)象呈現(xiàn)面論：必須有力作用在物體上，物體能夠運(yùn)動；沒有力的作用，物體就要靜止在一個地方。即力是維持物體運(yùn)動的緣由通感：物體的運(yùn)動是不是一定須要力？你們可以借助桌上貨車在做一個小實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證你的觀念，怎么做可以相互討論。（車輪向上重復(fù)剛剛的實(shí)驗(yàn)）有哪些現(xiàn)象？貨車沒有立刻停出來，而是往前走了一段距離才停出來。這說明了哪些？物體的運(yùn)動是不須要力來維持的。迸發(fā)矛盾：同一貨車兩次實(shí)驗(yàn)為何兩種現(xiàn)象？中學(xué)生思索后回答：兩次實(shí)驗(yàn)車與桌面的磨擦不同，磨擦小的就運(yùn)動的遠(yuǎn)當(dāng)完全沒有磨擦?xí)r，小球?qū)⒆髂男┻\(yùn)動？仍然運(yùn)動下去，不會停止。這說明了亞里士多德的觀點(diǎn)是錯誤的。恩格斯曾說:亞里士多德是最博學(xué)的人，由于亞里士多德的研究涉及生物、天文、氣象、數(shù)學(xué)和化學(xué)，成果非常豐富，是西方文化的奠基人，回顧他得出力與運(yùn)動關(guān)系的過程，想一想，那位了不起的人為哪些會犯錯誤?只是通過常見現(xiàn)象做簡單的推論是不夠的。導(dǎo)致亞里士多德錯誤觀點(diǎn)的“罪魁幫兇”是磨擦力。
最早指責(zé)亞里士多德觀念的是美國的科學(xué)家伽利略。二、伽利略的研究——理想實(shí)驗(yàn)的魅力當(dāng)年，伽利略是如何研究這個問題的呢？他用了不同于亞里士多德的依據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出推論的方式，而是采用了科學(xué)的方式——實(shí)驗(yàn)。科學(xué)的理論必需要有實(shí)驗(yàn)來支持。（中學(xué)生看書思索）伽利略“若沒有磨擦阻力，球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾下去?！钡乃枷胧窃鯓有纬傻?伽利略實(shí)驗(yàn)是怎樣設(shè)計(jì)的？伽利略實(shí)驗(yàn)的推論是哪些？伽利略注意到：當(dāng)一個球沿斜面向上滾動時，它的速率減小，而向下滾動時，速率降低。他由此推測：當(dāng)球沿水平面滾動時，它的速率應(yīng)當(dāng)不增不減。并且實(shí)際情況卻是，雖然沿水平面滾動，球也越來越慢，最后停出來，伽利略覺得：這是磨擦阻力作用的結(jié)果，由于他同樣還觀察到，表面越光滑，球便會滾的越遠(yuǎn)。他推測：若沒有磨擦阻力，球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾下去。為了說明他的思想，他設(shè)計(jì)斜面實(shí)驗(yàn)。相互討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究化學(xué)規(guī)律的真假，思索實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。追憶推論獲得過程中學(xué)生帶著問題閱讀課本兩個實(shí)驗(yàn)、不同的現(xiàn)象，迸發(fā)矛盾，培養(yǎng)中學(xué)生自主學(xué)習(xí)，合作探感受正確的研究方式培養(yǎng)中學(xué)生閱讀、分析、歸納能力，同時指出課本的重要性這是伽利略實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，從這兒可以看出伽利略的實(shí)驗(yàn)過程分這些步觀察——猜想——推斷——實(shí)驗(yàn)——結(jié)論伽利略實(shí)驗(yàn)從實(shí)驗(yàn)可以得到：力不是維持物體運(yùn)動的誘因。
伽利略實(shí)驗(yàn)與通常實(shí)驗(yàn)有哪些不同？伽利略的實(shí)驗(yàn)是人們在真實(shí)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，捉住主要矛盾，對實(shí)際過程作出具象的剖析。為何說伽利略的實(shí)驗(yàn)是理想實(shí)驗(yàn)？伽利略的實(shí)驗(yàn)是一個理想化的過程，是在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，經(jīng)過思維過程進(jìn)行科學(xué)推理，不可能直接做到，稱為理想實(shí)驗(yàn)。至此，我們早已對力和物體運(yùn)動之間的關(guān)系有了一個正確的認(rèn)識。三、笛卡爾的建立與伽利略同時代的意大利科學(xué)家笛卡兒，補(bǔ)充和建立了伽利略觀點(diǎn)，明晰強(qiáng)調(diào)：假如運(yùn)動中的物體沒有遭到力的作用，它將繼續(xù)以同一速率沿同仍然線運(yùn)動，既不停出來也不偏離原先的方向。他支持了伽利略力不是物體的運(yùn)動的觀點(diǎn)。笛卡兒的觀念不同于伽利略觀念的是哪些？笛卡爾明晰強(qiáng)調(diào)運(yùn)動中的物體沒有遭到力的作用，沿同仍然線運(yùn)動；同時從大小和方向的角度，即從矢量的角度對不受力物體的運(yùn)動進(jìn)行了更準(zhǔn)確，更嚴(yán)格的描述。更為可貴的是笛卡爾覺得這應(yīng)當(dāng)成為一個原理。在伽利略和笛卡兒的正確推論隔了一代人后，牛頓把力與運(yùn)動的關(guān)系總締結(jié)整個牛頓熱學(xué)的一條基本定理。四、牛頓的總結(jié)——慣性定理1、牛頓第一定理的內(nèi)容：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它前面的力促使它改變這些狀態(tài)。牛頓第一定理基本內(nèi)容和伽利略和笛卡爾觀念相像，所以牛頓說他是站在巨人的右臂上，但牛頓給出了勻速直線運(yùn)動和靜止的運(yùn)動方式，從運(yùn)動的軌跡，運(yùn)動的快慢，運(yùn)動的方向諸方面高度概括總結(jié)了運(yùn)動和力的關(guān)系，更為重要的是牛頓給出了力、慣性的概念，所以這條規(guī)律稱為牛頓第一定律，牛頓第一定理是牛頓熱學(xué)系統(tǒng)中的基礎(chǔ)。
2、牛頓第一定理的涵義：通感：剖析牛頓第一定理的內(nèi)容，物體若果不受力將會如何？不受力時，運(yùn)動物感受仍然運(yùn)動出來，靜止的物體仍然靜止。了解探究過程朋友參與實(shí)驗(yàn)觀察實(shí)驗(yàn)中學(xué)生思索內(nèi)容。曉得探究的通常過程迸發(fā)興趣對中學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方式的教育培養(yǎng)中學(xué)生分析能力，自主學(xué)習(xí)能（1）描畫了不受力時物體的運(yùn)動狀態(tài)。通感：哪些是物體的運(yùn)動狀態(tài)？（中學(xué)生看書69頁歸納）物體的速率大小或方向改變，運(yùn)動狀態(tài)就變了，故物體運(yùn)動狀態(tài)用物體的速率表示。由于不可能把自然界的任何物體完全孤立上去，也就是說，不受力的物體是不存在的，所以，牛頓第一定理是借助邏輯思維對事實(shí)進(jìn)行剖析的產(chǎn)物，從理想實(shí)驗(yàn)得來的，不可能用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證。并且生活中我們還是可以找到和牛頓第一定理描述的相仿的現(xiàn)象，你能想得到嗎？視頻:體育項(xiàng)目——冰壺球運(yùn)動，因?yàn)榍蜻\(yùn)動過程阻力很小，能以幾乎不變的速率前進(jìn)。通感：剖析牛頓第一定理內(nèi)容中的第二句話，你能得出哪些？（2）提出了力的概念——力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的緣由即力是改變物體速率的緣由，力是形成加速度的誘因。通感：剖析牛頓第一定理內(nèi)容中的第一句話中，你能得出哪些？物體都要保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，或則說它們都具有抵抗運(yùn)動狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”，我們把這個性質(zhì)稱作慣性。
（3）確立了慣性概念，所以牛頓第一定理又稱作慣性定理。3、慣性與質(zhì)量（1）慣性定義：物體具有保持原先勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性慣性是指能保持原先速率，不是保持原先的運(yùn)動性質(zhì)，假若物體原先勻變速運(yùn)動，靠慣性是不能保持勻變速運(yùn)動的。（2）一切物體都具有慣性，慣性是物體固有的屬性。慣性現(xiàn)象在生活中有好多。中學(xué)生實(shí)驗(yàn):紙從書下快速抽出。你們能不能解釋一下？視頻：車輛啟動、剎車，鏟子揚(yáng)沙。通感：慣性與哪些誘因有關(guān)呢？與物體的運(yùn)動狀態(tài)、受力情況有關(guān)嗎？慣性是物體本身的一種屬性，應(yīng)當(dāng)與本身的誘因有關(guān)，而力是外界施加的，物體的運(yùn)動狀態(tài)改變由于受力，所以慣性與物體的運(yùn)動狀態(tài)、受力情況無關(guān)。實(shí)驗(yàn)：不同質(zhì)量貨車在相同力作用下運(yùn)動狀態(tài)改變不同。實(shí)驗(yàn)說明，質(zhì)量大的物體運(yùn)動狀態(tài)不易改變。（3）質(zhì)量是物體慣性大小的量度。質(zhì)量大，慣性大。你能夠列舉這樣的事例嗎？不同的車在相同速率時受相同的剎車力制動時，小車滑行的距離遠(yuǎn)，加觀看視頻中學(xué)生剖析數(shù)學(xué)知識與生活實(shí)際緊密結(jié)合，體現(xiàn)知識的實(shí)借助學(xué)過的知識解釋有關(guān)現(xiàn)象，提高學(xué)習(xí)的興速率小，運(yùn)動狀態(tài)無法改變，慣性大。如今我們又從慣性的角度認(rèn)識質(zhì)量，對于科學(xué)概念的認(rèn)識就是這樣一步一步深入的。
1、力與運(yùn)動的關(guān)系：亞里士多德首先提出——伽利略的研究（理想實(shí)驗(yàn)）——笛卡爾的建立——牛頓的總結(jié)2、牛頓第一定理內(nèi)容及涵義物體不受力時運(yùn)動狀態(tài)力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的誘因確立了慣性的概念3、物體的質(zhì)量是慣性大小唯一的量度?？偨Y(jié)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)歸納總結(jié)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，使知識點(diǎn)明自學(xué)課本P70慣性參考系問題與練習(xí)1．2．3．4。中學(xué)生課下完成板書設(shè)計(jì)：一、亞里士多德首提力與運(yùn)動的關(guān)系二、伽利略的研究——理想實(shí)驗(yàn)的魅力
