牛顿第一定律教学设计

《牛顿第一定律》教学设计
鲁科版高中物理必修一第6章第一节
石阡民族中学：朱洋
一、设计思想
本节课的设计特点是注重物理规律的发现和发展，对科学家的创造性思维品质和敢于置疑、坚持真理的献身精神成为情感态度价值观教育的好素材。另外，实验的验证是本节课必需要的。适当介绍一些物理学史的知识，通过对大量实例的分析，让学生真正理解力不是维持物体速度的原因，而是改变物体速度的原因。先是介绍了人类对力和运动关系的发展历史，并着重讲述了伽俐略的理想实验及其重要的实验思想。然后引入了牛顿第一定律，引入了惯性概念，并由此分析出力不是维持物体速度的原因，而是改变物体速度的原因。
二、教材分析
牛顿运动定律是整个力学体系的基石，而牛顿第一定律又是这个“基石”中的“基石”， 它破除了长达近两千年的亚里士多德的错误观点，改变了人类的自然观和世界观；它定性地揭示了力和运动的关系，提出惯性的概念，为定量研究力和运动的关系拉开了序幕。本节内容在初中教材中已有体现，但高中教材与初中相比，主要有四方面的不同：一是定律内容深浅不同；二是惯性的认识层次不同；三是实验的设计、探究及思维深度不同；四是情感、态度、价值观的体现不同。
三、学情分析
本节所述内容在初中课本上已涉及，初中课本中用到的标题是惯性定律，学生已初步知道了牛顿第一定律的内容和惯性的概念，但是缺乏对牛顿第一定律建立历史的了解，对内容也是一知半解，现在关键是如何让学生加深对牛顿第一定律的理解。让学生在头脑中建立正确的力和运动关系的过程，并非一帆风顺，常常形成与亚里士多德相似的观点，且根深蒂固。对于“质量是惯性唯一的量度”更是缺乏认识，凭借自己的生活经验，认为速度也是惯性的量度。教师要在课堂上充分引导，配合实验、结合生活事例来澄清概念。
四、教学目标
1、知识与技能目标：　　
（1）体会伽利略的理想实验思想。（2）理解牛顿第一定律的内容及意义。
（3）理解惯性，知道日常生活中由于惯性而产生的简单现象，会解释日常生活中的惯性现象。
2、能力与方法目标：　通过回顾历史探究过程培养学生归纳、综合分析能力；　理解理想实验培养学生严谨的逻辑推理能力；善于思考、善于总结，把物理与实际生活紧密结合。
3、情感、态度目标：
（1）通过运动和力的关系的历史探究过程，使学生体会规律的形成都有一个从感性到理性、从低级到高级的产生、发展和演变的过程。
（2）通过理想斜面的教学，体会理想实验的魅力。
五、重点、难点
本节的重点是伽利略理想实验，难点是对惯性的理解。
六、教学方法：
1、对比实验、自主探究、合理推理。
2、利用生活中的实例理解惯性与质量的关系，贴近生活更易理解。
七、课前准备
多媒体、自制理想斜面实验器（用有很小凹槽的柔软铝塑板作为轨道）、小球、滑块、气垫导轨。
八、教学过程
1．创设情景、分组回答、新课引入
①第一组问题：太空仓中（ 相当于不受力的环境）宇航员为什么能做匀速直线运动？????
②第二组问题：机动车行驶时，司机为什么必须使用安全带？
③第三组问题：教师做演示实验，问实验中纸板被快速离开后，鸡蛋为什么没有随纸板一块?飞出去。??????????????????
④第三组问题：教师做演示实验，气球中的水在气球被扎破的瞬间，为什么还保持原来的形状不变。??
教师总结：从刚才的题目中，我发现大家对初中的知识还是掌握得很不错，但这里面也还存在着一些问题，我们通过今天的学习，再慢慢来解决。从刚才的题目中大家发现我们所用的是初中的那些知识？　
学生回答：牛顿第一定律（引入课题）
首先让同学看一个实验：用手推车，车前进，停止用力，车停止。
设问：生活中还有哪些类似此类的现象？（由学生思考后回答）
学生答：①可能有如静止的自行车用力踩脚踏板时自行车运动，如停止用力，它最终会停下来。
②静止的秋千用力时，它会摆动起来。停止用力时，它会最终停下来，等等。
2、两种主要观点：
（1）亚里士多德观点：力是维持物体运动的原因
（在得出亚里士多德的观点后）
设问：你认为这个观点有什么问题？（学生思考后回答）
在学生提出的观点后指出：亚里士多德（公元384—322）那个年代人们对盲科学然无知，人们认为世间的一切都由“神”来主宰，而亚里士多德却比别人更深入地来思虑些问题。比如说“他看见马拉车，车就可以运动；马停下来，车也跟着停下来。”他就对力和运动的关系提出了自己的观点。他的这个观点非常符合人“眼见为实”的直觉经验，因此这个观点被人们视为真理，一至延续到了十七世纪，这个时代的科学已经有了很大的进步，人们对待事物的看法开始注重从事实出发，从实践出发，而伽利略就是这个时代的伟大人物，他通过观察、实验，认为眼见并不一定为实，提出了自己的观点。
（2）伽俐略的观点：物体运动不需要力
设问：现在假设你是伽俐略，你会寻找怎样的“侦察”方法去推翻这维持两千年的“错案”。引起亚里士多德错误观点的“罪魁祸首”是什么呢？
（组织学生进行讨论思考：然后叫几组学生代表发言）
学生回答: ①沿斜面下滑的物体，到达水平面后，没受到动力的作用仍然能继续运动。
②扔出去的球也能继续运动。　
结论：由以上同学们所举例说明物体的运动不需要力来维持，而引起他们停下来的 “罪魁祸首”是：摩擦力
3、介绍和演示伽俐略的“理想斜面实验”
这个想法是如何产生的呢？伽俐略注意到，当一个小球沿斜面下滚时速度会增加，小球沿斜面上滚时时速度会减小，他由此猜想，当小球沿水平面滚动时，它的速度应该不增不减，实际上他发现，球越来越慢，最后停下来，伽俐略认为：这是由于摩擦阻力的缘故，他推理：若没有摩擦力，球将永远滚下去，为了说明他的思想，他设计理想斜面实验。
（1）阅读课本，体会伽利略当时做实验的过程和思想，然后请一位同学上台演示和讲解。　　
（2）再用视频动画演示理想斜面实验
通过对理想斜面实验的演示，说明物理研究中抓住主要因素，忽略次要因素的必要性，同时也展示了物理研究思想的美妙和逻辑的力量。（由于现实生活中不可能有绝对光滑的斜面，所以这个实验是个“理想实验”。）
实验：气垫导轨上物体近似匀速运动
视频观看：目前的一项体育项目——冰壶球运动，由于球运动过程阻力很小，能以几乎不变的速度前进。
教师总结（投影）：
①伽俐略理想实验对科学研究的意义。
②介绍伽俐略其人其事，强调指出，在我们今天看来是非常简单的道理。在它发现的最初往往是非常艰难的，如果没有坚强的意志和信念，没有足够的事实和理论依据去支持你，许多人可能会放弃，但伽俐略没有放弃。
让学生意识到：一个规律的发现并不是一帆风顺的，不是一开始认识就是对的，而是需要人类不断探索才能形成的，并明白科学研究过程的艰难和科学家为此所付出的努力和心血。
4、与伽俐略同时代的法国科学家笛卡儿，补充和完善了伽俐略观点，他认为：如果没有其他原因，运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。他支持了伽利略力不是物体的运动的观点，并且还强调没有力作用时物体的运动情况。他还认为，这应该要作为一个原理加以确立，并且是人类整个自然界的基础。
强调笛卡儿对伽俐略观点的提升与补充，指出两者之间的差异。
5．牛顿第一定律的学习、理解
在伽俐略和笛卡儿的正确结论隔了一代人后，由牛顿总结出牛顿力学的第一条基本定律。
牛顿第一定律（惯性定律）：一切物体总保持匀速直线运动状态或静上状态，直到有力迫使它改变这种状态——物理学的基石。
投影介绍牛顿——“经典力学之父”的成就，指出牛顿第一定律是牛顿力学系统中的基础。
对定律的理解指出：
明确惯性的概念：牛顿第一定律揭示了一切物体所具有的一种固有属性——惯性
揭示力的本质：力是改变物体运动状态的原因，不是维持物体运动状态的原因。
理想化状态：描述了物体不受外力作用时的运动状态。
思考与讨论：从牛顿第一定律可知，物体都有一种抵抗运动状态变化的“本领”，那么这种“本领”与什么因素有关？请大家通过实例进行分析。
由学生分组讨论，收集各组的实例和观点，老师对此进行总结并对错误的认识进行引导和纠正。指出：把物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫惯性。在此基础上，再提以下设问：
设问一：是不是说只有匀速直线运动或静止的物体才有惯性呢？变速的物体有没有惯性？
设问二：液体、气体有没有惯性？
由现象得出：惯性是物体固有的属性，与物体的运动状态无关，物体的质量是物体惯性的量度。
通过下面的问题来巩固和理解牛顿第一定律（由学生分析并回答）
问题：被踢出的冰块，在摩擦力可以忽略的冰面上匀速滑动，冰块受不受向前的作用力？
6、牛顿第一定律的应用
通过视频展示：①铁锹扬沙（设问：为什么沙可以被扬出？由学生回答）
?　　? ②实验演示车运动碰到障碍物后停止，车上物体反倒（要求解析车停后，车上物体反倒的原因）
提问：你能举出生活中还有哪些与惯性有关的现象？
在学生举出一些惯性的实例后，看两段视频材料：
①人在车上抛球，最后落回地面（可结合此理解为什么地球在自转，人起跳后还能落回原地）
②汽车实验厂里的汽车启动和刹车的过程，以及为什么要系安全带的必要性（呼应新课引入“司机为什么要系安全带”）
最后，在爱因斯坦的一句话中结束这节课：伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法，是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。（强调这节课中理想实验的科学思想方法的重要性。）
九、知识小结（通过提问的方式）
①通过本节课学到了什么知识，会用那些知识来解决问题。
②体会到了什么过程，学会了那些研究方法。
③对本节课有什么认识或学到了什么精神。
展示投影：
牛顿第一定律（小结）
1、知识与技能
①牛顿第一定律的内容及理解
②惯性的概念及应用
2、过程与方法
过程：体会牛顿第一定律的建立过程
方法：科学探究的一般方法，理想化、外推法
3、情感态度价值观
①对客观事物的正确认识需要经过由表及里、由片面到全面长时间的认识过程
②学习科学家们追求真理，勇于探索的精神
十：课后作业：
①请你谈谈在对力与运动关系的认识上，亚里士多德、伽利略、牛顿分别有何贡献。
②教科书P105 1．2．3．4. 5. 6.
③寻找可以观察的惯性现象以及惯性的利用与防止
八、课后反思
本堂课的教学，我采用演示实验为主，学生思考、分析讨论的教学方法，让学生知道力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。在讲解牛顿第一定律时，仍以实验演示为主，学生们观察、分析、讨论，教师再指导的教学方法，学生大部分知道牛顿第一定律的内容。本课的重点是给学生提供大量、丰富的感性认识，为下节课做好知识、技能和情感心理等方面的准备，同时让学生从身边发现物理问题，很好的渗透了“从生活走向物理，从物理走向生活”的理念。
这堂课的优点是充分发挥了演示实验的作用，充分调动了学生的学习激情，体现了学生是学习的主体，教师在教学中主导的教学理论，课堂氛围活跃，师生互动，生生互动较好。成功之处，在于教学中没有将目光泛泛局限于课本和课堂，而是着眼于学生全面物理素养的提高，从历史走向现在，从现在走向未来，从课外走向课内，从课内走向课外，从感性认识升华为理性认识，全面锻炼学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，尽力做到了“从上课之前就开始学习物理，到下课之后仍不忘物理”的大物理教学观和“用课本上课”而不是“照课本上课”的理念。
本堂课的不当之处是，学生只是观看，自己动手的机会少。有少部分学生对“物体总是保持匀速直线运动状态”这一现象不理解，不能和生活实际联系。还有就是教学时课堂练习较少，学生的应用理解程度不够。课堂活跃程度不好控制，有些学生的思维发散出去后没能及时的拉回来，造成思维间断，影响了学习效果。
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