1、4.1牛頓第一定理一、教學目標：1、知識與技能：（1）了解亞里士多德和伽利略對運動和力的關系的不同觀點。（2）認識伽利略理想實驗的方式，感受這些研究問題的方式在數學學發展中的重要意義。（3）理解牛頓第一定理的內容和意義。（4）曉得慣性，曉得慣性的大小與質量有關，能解釋相關現象。2、過程與方式：（1）從歷史出發，和科學家一起探求運動背后的真相，通過學習伽利略的理想實驗，感受他研究問題時的科學方式和勇于指責勇于挑戰權威的探求精神。（2）通過生活中的實例，感受牛頓第一定理的意義，并嘗試剖析與慣性相關的現象，通過實驗感受慣性大小與質量的關系。3、情感心態與價值觀：（1）通過了解伽利略破不僅2000年
2、的亞里士多德的錯誤觀點的史實，培養尊重事實的科學精神。（2）通過牛頓第一定理的學習，培養敢于創新和實事求是的科學心態。二、教學過程引入：2010劉謙在新年團拜年會上的節目意念螺母/show/.html師：螺絲為何會運動呢？是老師的超能力嗎？還是其他誘因呢，學完明天的內容，你就可以找到答案。實際上關于這個運動的問題早在公元前4世紀就有人提出來了，這個人就是古埃及的知名哲學家亞里士多德。通過他大量的觀察，就這個問題提出了自己的觀點：大屏幕：亞里士多德的圖片在他所著的化學學一書中是這樣抒發的：如馬拉車行駛，奴隸曳船行駛，這種運動必需要有
3、勞動者，即運動必須有外力維持，否則就歸于靜止。也就是說：力是維持物體運動的誘因注意看上面的貨車，如同這個貨車一樣，用手推它，他運動了，手離開后貨車停止了。實驗演示：用手推玩具車，車運動，撤掉手的推力，運動停止。師：大家同意亞里士多德的觀點嗎？能通過你身邊的現象證明你的觀點嗎？生：舉例說明力不是維持物體運動的緣由，（排球被提出后，腳不在給它力了，而且它就會在運動一段距離，而不會馬上停止。）師：挺好，這種現象你們都應當見過，那籃球停出來是哪些緣由在引起的呢？生：磨擦力大屏幕介紹伽利略：偉大的美國化學學家和天文學家，是近代科學開始的奠基人。2000多年里，沒有人指責過亞里士多德的觀點，直至16世紀
4、，日本化學學家伽利略開始對亞里士多德的觀點提出了指責。伽利略覺得將人們引入歪路的正是磨擦力的存在。指責：運動的物體之所以停出來，是遭到了磨擦力的作用，假定：假如沒有磨擦力等，在水平面上運動的物體將如何運動下去呢？推測：仍然沿水平面運動下去。大屏幕：如果沒有磨擦力、空氣阻力，在水平面上運動的物體將仍然運動下去。師：現實生活中不可能沒有磨擦力，所以這只是我們的猜測，我們怎么證明它呢？生：做實驗師：如何做這個實驗呢？下邊我們就重現一下伽利略的研究過程。：伽利略注意到：一個小球沿斜面向上滾動時，速率減小，而向下滾動時，速率降低。于是他設計了一個斜面對接實驗。實驗演示1：在斜面上鋪一塊麻布，讓小球從斜
5、面一端從靜止下降，注意觀察小球沖上另一斜面的高度。實驗演示2：去除麻布，再做一遍。注意觀察。師：兩次實驗對比，你觀察到了哪些？生：第二次小球上升的高度更高了，師：哪些緣由導致的？生：磨擦力。師：但還是沒有達到釋放時的高度，緣由是哪些呢？生：盡管磨擦力減小了，但還是存在磨擦力。師：你們相想一想，假定沒有磨擦沒有空氣阻力的影響，那又會如何呢？生：上升到同樣的高度。師：這是我們在實驗基礎上的邏輯推理。記住這個推論，我們再看下邊的實驗。實驗演示3：減少另左側斜面的夾角，再一次釋放小球。師：（做標記）和第二次的標記對比，小球運動的距離變更遠了，你能解釋一下為何嗎？生：假若斜面光滑，小球將達到同樣的高度
6、，減少夾角后，小球要達到同樣的高度，運動的距離都會越遠。師：說的挺好啊，通過昨天的推論，小球要想抵達等高的位置，走過的距離就更遠了。假如繼續減少斜面的角度，直至斜面水平了，從同一高度釋放小球，注意觀察注意想像實驗演示4：將斜面放置水平，釋放小球，小球沿水平軌道飛出。師：如果斜面光滑，沒有磨擦，如果斜面足夠長，小球將怎樣運動呢？生：仍然運動下去。師：永遠到不了那種高度了，仍然運動下去。通過這個實驗否認了我們昨天的觀點。我們再想，忽視磨擦等阻力的影響，小球在水平方向其他的作用了么？生：沒有。師：這個實驗說明亞里士多德的觀點是有問題的，物體的運動不須要力來維持。力不是維持物體運動的誘因。大屏幕，師：
7、那力和運動究竟是哪些關系呢？(停一小會兒)想讓運動的小球停出來，改變它這些運動狀態應當如何做呢？生：給物體一個斥力。師：這說明了哪些？生：力是改變物體運動狀態的誘因。大屏幕師：你能列舉生活中的實例來說明力是改變物體運動的緣由嗎？生：（討論舉例）師：你們回顧一下剛剛的研究過程，想一想伽利略采用怎樣的研究方式，和亞里士多德相比較在研究方式有哪些不同呢？生：伽利略的研究方式有猜測，有推理牛頓第一定律的意義，有實驗。而亞里士多德只是逗留在觀察現象憑經驗得推論的高度上。師：總結的挺好。伽利略的在化學實驗的基礎進行推理，這些技巧稱作理想實驗的方式。愛因斯坦曾這樣評價伽利略的貢獻：大屏幕：伽利略的發覺以及他所應用的科學的推
8、理方式，是人類思想史上最偉大的成就之一，并且標志著數學學的真正開端。希望你們就能學會這些技巧。師：與伽利略同時代的數學學家笛卡爾也研究了這個問題。他強調：“如果運動中的物體沒有遭到力的作用，他將繼續以同一速率沿同一條直線運動，既不會停出來也不會偏離原先的方向”。在哪個時代，實際上力還沒有一個明晰的概念，局限于推、或拉的作用。直至這個人的出現。師：1642年伽利略逝世了，但歷史的步伐不會就此停下，在伽利略逝世的第二年，牛頓誕生了。牛頓科學定義了力這個重要概念。它使原先關于推、拉這些關于力的模糊認識上升到了科學概念，因而大大擴寬了人們對于力的認識，擴寬了力的范圍。它在伽利略和笛卡爾的基礎上，把力和
9、運動的關系進行了全面的論述并記錄在他的專著自然哲學的物理原理一書中，其中第一條定理是這樣描述的：大屏幕牛頓第一定理：一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，除非作用在它前面的力促使它改變這些狀態。師：我們先來看前半句：“一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態”說的是哪些呢？生：物體具有慣性。師：一切物體都具有慣性，這是物體與生俱來的一種性質，也就是物體保持勻速直線運動狀態是物體本身的一種性質，其實不須要力來維持。中學我們早已學習了許多生活當中與慣性相關的現象，請你舉例。生：中學生舉例。（車輛制動等大屏幕看視頻）師：你能解釋一下嗎？生：中學生討論并解答師：這個視頻告訴我們人據有慣性，桌面上為每組
10、同學打算了兩個蛋黃，豬肉有慣性嗎？實物投影在桌面上分別轉動兩個蛋黃，用手按一下，看我演示，觀察現象，思索為何會形成這些想像？這兩個蛋黃的區別是哪些？思索為何會形成這些現象。生：把手拿開，觀察，一個鵝蛋不再轉動，一個蛋黃繼續轉動。把兩個蛋黃磕碎。（討論為何）師：這是因為熟鴨蛋殼和蛋黃、蛋黃是一體的，而生豬肉的殼體與蛋黃和雞蛋不是一體，所以用手按住蛋殼后，盡管蛋殼停止了轉動，但上面的面糊和雞蛋因為具有慣性還在繼續轉動，因為磨擦，握住手，蛋黃推動蛋殼繼續轉動。師：物體具有慣性，可以保持原先的運動狀態，也可以說物體具有抵抗運動狀態變化的本領。而不同的物體的這中本領大小是不同的。這么物體這些抵抗運
11、動狀態變化的本領與哪些誘因有關呢？也就是慣性的大小和哪些誘因有關呢？生：質量，師：你能設計一個實驗來證明你的觀點嗎？簡單一點的生：（中學生討論）師：看我手中有兩個小球，外型是一樣的。請一個朋友來幫助我完成。師生合作實驗：老師出示兩個用細線拴好的，外形相同的小球，找一個肺活量的朋友分別嘗試吹動小球，發覺其中一個小球能被吹動，另外一個卻很難，老師和中學生同時打開小球，發覺一個是空的，一個上面裝了鋼球。師：物體的質量大，抵抗運動狀態變化的本領越大，慣性大，既質量是物體慣性大小的量度。師：生活中好多現象都彰顯了慣性和質量的關系。如舉重運動員和相撲運動員對比。下邊我們再來看牛頓第一定理的后半句：“除非作用在
12、它前面的力促使它改變這些狀態?！边@句話又說明了哪些呢？生：力是改變物體運動狀態的誘因。師：物體的運動狀態發生了改變，也就是物體的速率發生了改變，通過上面的學習我們曉得，速率改變了，物體也就有了加速度，所以力也是形成加速度的誘因。師：如今我們在想想開始之前的那種魔術演出，墊圈由靜止狀態變為運動狀態，運動狀態改變了，緣由是哪些么呢？生：受力了師：如今就為你們解開它的神秘面紗。（走到中學生中，為你們演示）師：通過這節課的學習，我們順著歷史的足跡，一步一步的逐步揭露了力和運動的關系背后的真相，曉得了力是改變物體運動狀態的緣由，是形成加速度的誘因，而物體本身有質量，有慣性又要抵抗運動狀態的變化，那力、質量
13、、加速度之間又有哪些定量的關系呢？這就是我們下節課要研究的內容。下邊請你們思索：在一節列車車箱內有一個水平的光滑桌面，桌上有一個小球，假如列車停在水平的鐵軌上，小球才能靜止在桌面上牛頓第一定律的意義，才能保持它的靜止狀態。這是符合牛頓第一定理的。若果列車忽然往前開動，小球的狀態會有哪些變化嗎？再列車加速的同時，小球會運動嗎？這是他遭到水平方向的斥力了嗎？用加速運動的車箱作為參考系，牛頓第一定理還適用嗎？閱讀：P70科學徜徉板書設計：4.1牛頓第一定理一、理想實驗的魅力亞里士多德：提出問題伽利略：科學研究方式笛卡爾：思索牛頓：總結二、牛頓第一定理（慣性定理）（1）物體具有保持原先勻速直線
14、運動狀態或靜止狀態的性質，這個性質稱作慣性。質量是物體慣性大小的量度（2）力是改變物體運動狀態的誘因力是形成加速度的誘因牛頓第一定理教學對象：初一中學生教材：人教版數學選修1第四章第一節教學剖析：1.教材的地位和作用：本節內容是在前三章學習運動學與熱學的基礎上進一步學習牛頓第一定理，本節知識是上面所學運動學與熱學知識的綜合應用，是全面學習牛頓運動定理的開始，并與本章其他節內容構成完整的牛頓運動知識體系。本節內容包括兩大知識點：一是伽利略的理想實驗，二是牛頓第一定理。前者是后者的綜述與發展。學情剖析（1）中學生早已系統學過運動學和熱學等相關的知識，在中學也接觸過伽利略的理想實驗，但不清楚伽
15、利略理想實驗的構建過程與其重大的意義。因而，在教學過程中，重視對伽利略理想實驗的構建過程與其重大的意義進行詳盡的介紹；（2）中學生對慣性這個具象概念很是憤慨。在教學過程中，將數學概念實例化。通過做演示實驗和用慣性去解釋日常生活中的一些現象，加深中學生對慣性的理解，引導中學生正確把數學知識用在實踐上。（3）中學生在學習“質量是慣性的惟一量度”時，她們還存在著一些錯誤的觀念，教學中盡量使用不涉及速率等其他誘因的實例。教學目標：1、知識與技能：（1）了解亞里士多德和伽利略對運動和力的關系的不同觀點。（2）認識伽利略理想實驗的方式，感受這些研究問題的方式在數學學發展中的重要意義。（3）理解牛頓第一定理的內容和
16、意義。（4）曉得慣性，曉得慣性的大小與質量有關，能解釋相關現象。2、過程與方式：（1）從歷史出發，和科學家一起探求運動背后的真相，通過學習伽利略的理想實驗，感受他研究問題時的科學方式和勇于指責勇于挑戰權威的探求精神。（2）通過生活中的實例，感受牛頓第一定理的意義，并嘗試剖析與慣性相關的現象，通過實驗感受慣性大小與質量的關系。3、情感心態與價值觀：（1）通過了解伽利略破不僅2000年的亞里士多德的錯誤觀點的史實，培養尊重事實的科學精神。（2）通過牛頓第一定理的學習，培養敢于創新和實事求是的科學心態。教學重點（1）牛頓第一定理獲得的過程所涉及的化學學家非常是伽利略在其中的重要作用以及他精典的研究方
17、法和值得后人借鑒的科研精神；（2）牛頓第一定理的內容、質量是慣性的量度等知識點教學方式（1）實驗演示法化學是一門以實驗為基礎的科學。本節教學設計著重以問題為先導，把主要內容的教學過程弄成一種解決問題和科學研究的過程。在多媒體技術與課堂演示實驗的幫助下，中學生嘗試觀察并描述實驗現象，剖析和總結實驗的特征，經歷了科學探究與邏輯思辨的過程，進而獲取知識。整個過程滲透數學學研究方式、科學思維方式。（2）講授法通過班主任形象生動、富于引導式的講解，輔以演示實驗、各種直觀教具和現代教學技術，啟發中學生思維，通過引導中學生觀察實驗現象，經歷了科學探究與邏輯思辨的過程，充分地理解伽利略理想實驗的精妙之處。之后在班主任的
18、引導下，得出牛頓第一定理。因而把數學知識應用到日常生活當中去，用慣性去解釋日常生活中的現象，把中學生的感性認識上升到理智認識，在較短的時間內，使中學生獲得較多的知識。在講授知識的同時滲透探究的數學思想與化學方式，重視培養中學生的數學探究精神。教學用品多媒體課件、小車輛、對接斜面、雞蛋（中學生分組）、鋼球、塑料球教學過程設計教學環節和教學內容班主任活動中學生活動設計意圖【情景引入】老師演出魔術意念螺母提問：為何螺絲會運動呢？運動的緣由是哪些呢？【回顧歷史】亞里士多德部份：師：實際上關于這個運動的問題早在公元前4世紀就有人提出來了，這個人就是古埃及的知名哲學家亞里士多德。通過他大量的觀察，就這個問題提出了自
19、己的觀點，在他所著的化學學一書中是這樣抒發的：如馬拉車行駛，奴隸曳船行駛，這種運動必需要有勞動者，即運動必須有外力維持，否則就歸于靜止。也就是說：力是維持物體運動的誘因伽利略部份2000多年里，沒有人指責過亞里士多德的觀點，直至16世紀，歐洲化學學家伽利略開始對亞里士多德的觀點提出了指責。伽利略覺得將人們引入歪路的正是磨擦力的存在。實驗與推理：介紹伽利略的科學研究方式：1.指責：原先運動的物體之所以停出來，是由于沒有力的作用嗎？2.假定：假如沒有磨擦阻力，空氣阻力的作用，在水平面上運動的物體又會是如何的呢？3.推測：若沒有磨擦阻力、空氣阻力，在水平面上運動的物體將永遠運動下去4.理想實驗：
20、【重點剖析】牛頓部份：班主任給出牛頓第一定理的確切敘述。解釋：班主任對牛頓第一定理的內容與意義進行詳盡的解釋，引出慣性的概念，給出慣性的確切敘述。中學生列舉一些日常生活中常見的現象，并用所學慣性的知識去解釋播放視頻：車輛慣性試驗分組實驗：分辨兩個蛋黃的不同之處剖析慣性大小的影響誘因。演示實驗：兩個外觀相同的小球，讓中學生吹兩個小球，觀察兩個小球運動狀態改變的情況中學生舉例：舉重運動員體型靈活，質量小，容易改變運動狀態，慣性?。幌鄵溥\動員體型龐大，質量大，不容易改變運動狀態，慣性大”逐步闡述出“質量是物體慣性的唯一量度”的推論。解釋后半句的內容，明晰力和運動的關系。課堂小結演出小魔術，引導中學生思索螺絲為什
21、么會動，從而擴充到中學生身邊物體的運動。使中學生思索物體運動的誘因講解介紹亞里士多德關于力與運動的觀點：力是維持物體運動的誘因。提問：你是否同意亞里士多德的觀點？遵照伽利略思辨的思路，演示實驗：一步一步引導中學生認真思索實驗的內容：（1）構想假如對接斜面沒有磨擦力，小球將達到跟原先同樣的高度；（2）減少對接斜面的傾斜度，小球仍達到同一高度，通過的路程更長；（3）對接斜面的傾斜度越小，小球經過的路程越長；（4）把對接斜面弄成水平面，小球難以達到原先的高度，只能以原速率仍然運動下去。講解：前半句“一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態”，這兒道出了一切物體的一個固有屬性：慣性！慣性：物體保持原先勻速
22、直線運動狀態或靜止狀態不變的性質。提問：你能列舉生活中與慣性有關的現象嗎？播放視頻指導中學生操作提問：通過學習高中數學的知識想一想慣性大小與哪些誘因有關。與中學生一起合作完成實驗內容，引導中學生思索慣性大小與這些誘因有關。講：慣性大小用質量來量度，質量越大，慣性越??；慣性越小，質量越小。后半句：“除非作用在它前面的力促使它改變這些狀態。”給出了力和運動的關系，力是改變物體運動狀態的緣由，力也是形成加速度的誘因。解密意念螺母魔術的真正緣由。回顧本節內容觀察思索思索回答思索回答思索回答思索討論回答討論回答分組討論思索回答思索回答用魔術的神奇演出引入課題，為中學生學習創設了問題情境，迸發其學習興趣。引導中學生
23、通過與生活中的現象對比，說出她們的觀點，借以為下邊講解伽利略理想實驗做鋪墊。有了對亞里士多德權威的懷疑才有伽利略的理想實驗，能夠發覺牛頓第一定理。經歷由經驗得出推論到實驗推翻推論的過程，培養中學生科學嚴謹的求實心態。一步一步引導中學生認真思索理想實驗的內容，能讓中學生對伽利略理想實驗有深入的理解，并在此過程中丟掉錯誤觀點，完善新的正確的觀點。備考小學知識，把學過的知識與實際現象相聯系。通過應用所學慣性的知識去解釋一些日常生活中常見的現象，能加深中學生對慣性概念的理解。用實驗和實例直觀對比，防止引入速率這個令學生容易搞混的數學量。用事實說話，讓中學生借助本節課學習的知識解釋想像，是中學生獲得滿足感和成就感?！菊n后思索】火車靜止在水平的鐵軌上，一個小球靜止在車箱里的水平的桌面。這時侯小球在桌面上保持它的靜止狀態不變，這是符合牛頓第一定理的。但是，列車忽然前向開動，坐在車箱里的人將見到小球將向后運動。提問：你看見小球向后運動，說明它的在水平方向的運動狀態已改變。但是，它在水平方向遭到力的作用嗎？或則是牛頓第一定理在這些情況不適用了呢？到底是哪些緣由呢？請朋友們課后思索一下。思索致力讓中學生更深層次地理解牛頓第一定理，清楚牛頓第一定理的適用范圍。