4.1 牛顿第一定律 课时教案（表格式）2025--2026年教科版高中物理必修第一册

4.1《牛顿第一定律》课时教案
学科 物理 年级册别 高一上册 共1课时
教材 教科版高中物理必修第一册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节课是教科版高中物理必修第一册第四章《牛顿运动定律》的开篇内容，具有承前启后的关键作用。在学习了运动学基本概念和规律后，学生开始从“怎样运动”转向“为什么这样运动”的动力学研究。牛顿第一定律作为经典力学的基石，不仅揭示了力与运动之间的本质关系，更打破了亚里士多德延续两千年的错误观点，标志着物理学思维方式的重大转变。教材通过伽利略的理想斜面实验引入，逐步引导学生理解惯性概念和力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。这一节为后续学习牛顿第二、第三定律奠定了思想基础和逻辑起点。
学情分析
高一学生已经具备一定的观察推理能力，但对“力与运动”关系仍存在大量前科学概念，普遍认为“力是维持物体运动的原因”，如“推车才动、不推就停”。这种日常经验形成的错误直觉根深蒂固，成为本节课的主要认知障碍。学生虽已掌握位移、速度、加速度等运动学概念，但尚未建立力与运动变化之间的因果联系。心理发展上，高中生抽象思维逐步成熟，适合开展理想实验和逻辑推理教学。突破措施是设计真实情境与认知冲突实验，利用数字化传感器直观展示运动趋势，通过历史演进帮助学生理解科学发展的曲折性，从而实现概念转变。
课时教学目标
物理观念
1. 理解牛顿第一定律的内容，明确其揭示了物体在不受外力作用时将保持静止或匀速直线运动状态的本质规律。
2. 掌握惯性的概念，知道质量是物体惯性大小的唯一量度，并能用惯性解释生活中的常见现象。
科学思维
1. 经历伽利略理想斜面实验的推理过程，体会从实验现象出发，通过理想化、合理外推得出科学结论的思维方法。
2. 能够运用牛顿第一定律分析实际问题，区分“运动需要力维持”与“运动状态改变需要力”的本质区别，纠正前概念误区。
科学探究
1. 通过气垫导轨或数字传感器实验，观察物体在近似无摩擦条件下的运动情况，收集数据并分析其运动规律。
2. 在教师引导下提出假设、设计简易实验方案（如不同表面滑行距离比较），体验科学探究的基本流程。
科学态度与责任
1. 感受伽利略敢于挑战权威、坚持理性推理的科学精神，理解科学理论的发展是一个不断修正和完善的过程。
2. 认识到交通安全中安全带、头枕等装置的设计正是基于对惯性规律的应用，增强将物理知识应用于生活实践的责任意识。
教学重点、难点
重点
1. 牛顿第一定律的内容及其物理意义的理解。
2. 惯性概念的建立及质量是惯性大小的量度。
难点
1. 突破“力是维持物体运动原因”的前概念，建立“力是改变物体运动状态的原因”的正确认知。
2. 理解理想实验的思想方法及其在物理学发展中的重要作用。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、合作探究法、讲授法
教具准备
气垫导轨、滑块、光电门、数字计时器、斜面轨道、小球、毛巾、木板、玻璃板、多媒体课件
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入：古希腊的困惑
【6分钟】 一、重现历史场景，引发认知冲突 （一）、讲述亚里士多德的观点：
同学们，请设想这样一个场景：你在平地上用力推一辆手推车，车子开始前进；当你停止用力，车子就会慢慢停下来。两千多年前，伟大的哲学家亚里士多德正是根据这类日常观察得出了一个结论：“必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就会静止。”这个观点听起来非常符合我们的生活经验，对吗？它统治了人类思想长达近两千年，几乎被视为真理。然而，这个看似合理的结论真的经得起推敲吗？让我们带着这个问题进入今天的学习——《牛顿第一定律》。
（二）、播放动画演示矛盾现象：
现在请大家看一段动画：一个冰球运动员在光滑的冰面上击打冰球，冰球离开球杆后继续向前滑行很远才停下；而同样的动作如果发生在沙地上，冰球几乎刚被击出就停下了。同样是“给了力之后不再施力”，为什么冰球在冰面上能滑那么远？难道冰面上有看不见的力在持续推动它吗？显然不是。这说明物体的“停”并不是因为“没力了”，而是因为受到了阻碍它运动的东西——比如摩擦力。那么，如果没有这些阻碍呢？物体会怎样运动？这就是我们今天要探索的核心问题。
（三）、引出课题并设问驱动：
伽利略正是敏锐地发现了这个矛盾。他质疑：如果地面绝对光滑，完全没有摩擦，那个被推动的物体是不是就会永远运动下去？为了回答这个问题，他设计了一个精妙的“理想实验”。接下来，我们就一起走进伽利略的思想世界，看看他是如何用智慧之光照亮力学迷雾的。 1. 回忆生活经验，认同亚里士多德的观点。
2. 观察动画差异，产生疑问：为何不同表面滑行距离不同？
3. 思考“若无摩擦，物体会如何运动？”
4. 带着好奇进入新课学习。
评价任务 观察细致：☆☆☆
提出疑问：☆☆☆
参与讨论：☆☆☆
设计意图 通过还原历史认知背景，激活学生已有的生活经验，制造“常识”与“反常现象”之间的强烈冲突，激发探究欲望。以“若无摩擦会怎样”作为驱动性问题，自然引出理想实验的研究主线，使学生意识到科学进步往往始于对习以为常现象的深刻质疑。
实验探究：理想斜面之光
【15分钟】 一、动手操作，感知运动趋势 （一）、分组实验：阻力对运动的影响
现在我们来做一个真实的实验。每组桌上都有一个小车、一个斜面轨道和三种不同材质的水平表面：毛巾、木板和玻璃板。实验步骤如下：首先将小车从斜面同一高度由静止释放，使其滑入水平面；观察并记录小车在三种表面上滑行的距离。请各小组分工合作，一人释放小车，一人观察距离，一人记录数据。注意每次都要从同一高度释放，保证初始速度相同。开始实验吧！（巡视指导，提醒控制变量）
（二）、汇总数据，发现规律
好，时间到。请各小组汇报你们的观察结果。第一组说在毛巾上只滑了约20厘米，在木板上滑了80厘米，在玻璃上接近150厘米。其他组是否也有类似发现？看来大家一致认为：接触面越光滑，摩擦力越小，小车滑行得就越远。这是一个非常重要的趋势！如果我们进一步设想，当水平面变得无限光滑，摩擦力趋近于零时，小车的运动状态又会怎样？它会不会一直运动下去？虽然现实中无法完全消除摩擦，但我们可以借助现代技术逼近这个理想状态。
二、升级实验，逼近理想境界 （一）、演示气垫导轨实验
请看老师这里的装置——气垫导轨。当通入压缩空气时，滑块下方会形成一层极薄的气膜，使滑块几乎不与轨道接触，从而极大减小摩擦力。我们将滑块轻轻一推，让它沿导轨运动，并用两个光电门连接数字计时器测量其通过两段相等距离的时间。大家注意观察屏幕上的数据显示：t = 0.50s，t = 0.51s。这两个时间几乎相等，说明滑块在这段路程中速度几乎没有变化！也就是说，在极小摩擦条件下，物体一旦运动起来，就能近似保持匀速直线运动状态。这正是伽利略理想实验所预言的结果。
（二）、讲解理想实验方法
伽利略当年没有这样的高科技设备，他是怎么得出结论的呢？他采用了“理想实验法”——一种基于真实实验、通过严密逻辑进行合理外推的科学思维方法。他的思路是这样的：现实中小球从斜面滚下后在水平面上总会停下；表面越光滑，滚得越远；那么，如果表面绝对光滑，没有任何阻力，小球就应该永远滚动下去。这不是直接观测的结果，而是通过实验事实+逻辑推理得出的伟大猜想。这种方法体现了物理学中“去伪存真、抓住本质”的深刻智慧。 1. 分组操作实验，记录小车在不同表面的滑行距离。
2. 分析数据，总结“表面越光滑，滑行越远”的规律。
3. 观察气垫导轨实验，验证低摩擦下速度基本不变。
4. 理解理想实验是基于实验的逻辑推理。
评价任务 操作规范：☆☆☆
数据分析：☆☆☆
得出结论：☆☆☆
设计意图 通过“真实实验→数据归纳→理想外推”的递进式探究路径，让学生亲历科学发现的过程。先用低成本实验建立感性认识，再用高精度仪器提供有力证据，最后回归思想方法的提炼，帮助学生理解“理想实验”并非凭空想象，而是以实验为基础的高级思维创造。这种设计既尊重认知规律，又凸显科学本质。
定律建构：惯性之魂
【12分钟】 一、归纳定律，定义惯性 （一）、引导学生总结规律
结合刚才的所有实验和推理，请大家思考：如果一个物体原本静止，且不受任何外力作用，它的运动状态会改变吗？不会，它将保持静止。如果一个物体正在运动，且不受任何外力作用，根据我们的实验推测，它将保持匀速直线运动状态。这两种情况其实反映的是同一个本质属性——物体自身有一种“维持原有运动状态不变”的内在特性。三百多年前，牛顿在伽利略等人工作的基础上，系统总结并明确提出：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。这就是著名的牛顿第一定律，也叫惯性定律。
（二）、深入剖析定律内涵
请注意，“总保持”三个字极为重要，它强调了这是物体本身的属性，而不是某种外部条件的结果。“除非……迫使……”则明确了力的作用效果不是“维持运动”，而是“改变运动状态”，即产生加速度。这一定律首次清晰划定了“惯性”与“力”的界限。所谓惯性，就是物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质。一切物体都具有惯性，它是物质的固有属性，与是否受力无关。例如，静止的足球不会自己飞进球门，因为它有保持静止的惯性；高速行驶的汽车刹车后还会前行一段，是因为它有保持前进的惯性。
二、辨析概念，深化理解 （一）、讨论惯性与质量的关系
现在请大家思考一个问题：同样受到风吹，一个乒乓球和一个铅球，哪个更容易被吹动？显然是乒乓球。这说明不同的物体抵抗运动状态改变的能力不同。物理学中用“质量”来描述这种能力的强弱。质量越大，惯性越大，越难被加速或减速；质量越小，惯性越小，越容易改变运动状态。所以，质量是物体惯性大小的唯一量度。记住：惯性只与质量有关，与速度、受力情况都没有关系。哪怕是一列高速行驶的火车，只要它的质量不变，惯性就不变。
（二）、澄清常见误解
有些同学可能会说：“速度快的车更难停下，所以速度大惯性大。”这种说法是错误的。之所以难停下，是因为它需要更大的制动力来克服其动量（mv），但惯性本身只取决于质量。一辆静止的重型卡车，即使速度为零，它的惯性依然巨大，推动它起步非常困难。因此，我们必须区分“惯性”与“动量”这两个概念。惯性是属性，动量是状态量。 1. 根据实验现象，尝试归纳物体不受力时的运动规律。
2. 理解并复述牛顿第一定律内容。
3. 举例说明生活中物体具有惯性的表现。
4. 明确质量是惯性大小的唯一量度。
评价任务 表述准确：☆☆☆
举例恰当：☆☆☆
辨析清晰：☆☆☆
设计意图 在充分探究的基础上，引导学生自主建构核心概念，实现从现象到规律的飞跃。通过对比分析、反例辨析等方式，精准界定“惯性”“质量”“力的作用效果”等关键概念，防止形成新的误解。强调“质量是惯性唯一量度”这一易错点，夯实物理观念基础。
应用拓展：生活中的惯性
【8分钟】 一、解释现象，服务生活 （一）、列举并分析惯性实例
牛顿第一定律虽是在理想条件下提出的，但它深刻影响着我们的现实生活。请看这几个场景：公交车突然启动时，乘客身体会向后倾；急刹车时，身体会向前冲；抖落衣服上的灰尘时，衣服运动而灰尘由于惯性保持静止从而脱落；锤头松了，把锤柄在地上撞击几下，锤柄停止运动，锤头由于惯性继续向下运动就紧套在柄上了。这些都是惯性现象的具体体现。请大家再想一想，还有哪些类似的例子？（鼓励发言）很好，有同学提到泼水时盆停水飞、跳远助跑等，都非常典型。
（二）、聚焦交通安全教育
特别值得注意的是，在交通事故中，惯性常常扮演“隐形杀手”的角色。当车辆高速行驶时，驾驶员和乘客都随车以相同速度运动。一旦发生碰撞，车身瞬间停止，但人由于惯性仍会以原速度向前冲，极易撞上方向盘、挡风玻璃造成严重伤害。这就是为什么要系安全带——安全带能在人向前冲的过程中施加拉力，延长减速时间，减小冲击力；头枕则能防止追尾时头部剧烈后仰造成的颈椎损伤。我国《道路交通安全法》明确规定驾驶人和乘客必须使用安全带，这不仅是法律要求，更是对生命规律的尊重。每一个扣上的安全带，都是对牛顿第一定律最庄重的致敬。
二、设置开放性思考题 （一）、提出挑战性问题
最后留给大家一个思考题：假如你乘坐的宇宙飞船在远离星球的太空中关闭发动机，飞船会立即停下吗？根据牛顿第一定律，它将如何运动？如果你在飞船内松开手中的笔，它会下落吗？为什么？这些问题将在下一节“失重与超重”中继续探讨，但希望你能用今天的知识去初步思考。 1. 举出至少两个生活中的惯性现象并解释。
2. 理解安全带、头枕的物理原理。
3. 思考太空中的运动与失重问题。
4. 意识到物理规律与法律法规的联系。
评价任务 联系实际：☆☆☆
解释合理：☆☆☆
安全意识：☆☆☆
设计意图 将抽象定律与具体生活紧密结合，体现“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。通过交通安全案例，强化社会责任意识，实现知识价值与育人功能的统一。设置开放性问题，为后续学习埋下伏笔，激发持续探究的兴趣。
课堂总结：定律之光
【4分钟】 一、回顾主线，升华认知 （一）、结构化梳理知识脉络
今天我们经历了一场跨越千年的思想之旅。从亚里士多德的经验直觉，到伽利略的理想实验，再到牛顿的系统总结，人类终于揭开了力与运动关系的神秘面纱。我们明白了：力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因；一切物体都具有保持原有运动状态的惯性，而质量正是这种惯性大小的量度。牛顿第一定律不仅是一条物理规律，更是一种思维方式——它教会我们透过现象看本质，用理想化的方法探索自然的深层秩序。
（二）、激励性结语提升境界
正如爱因斯坦所说：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界，推动进步，是知识进化的源泉。”伽利略正是凭借非凡的想象力，在头脑中完成了那个永不停歇的小球实验，照亮了经典力学的第一缕曙光。希望同学们也能像科学家一样，敢于质疑“理所当然”，善于从平凡中发现不凡。愿牛顿第一定律这颗智慧的种子，不仅扎根于你的知识体系，更能生长为一种理性思维的习惯——在未来的人生道路上，无论遇到怎样的“摩擦阻力”，都能凭借内心的“惯性”坚定前行，也懂得适时用“力”调整方向，驶向理想的远方。 1. 复述牛顿第一定律内容。
2. 理解其科学史意义。
3. 感受科学精神的力量。
4. 建立学习物理的信心。
评价任务 知识掌握：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
思维提升：☆☆☆
设计意图 采用“结构化+激励性”双重复合总结方式，既系统回顾知识主线，又升华至科学精神与人生哲理层面。引用爱因斯坦名言增强文化底蕴，将物理定律转化为成长隐喻，实现知识传授与价值引领的深度融合，给学生留下持久的精神印记。
作业设计
一、基础巩固题
1. 判断下列说法是否正确，错误的请说明理由：
（1）物体只有在运动时才具有惯性，静止的物体没有惯性。（ ）
（2）速度大的物体惯性大，更难停下来。（ ）
（3）在月球上物体的质量变小，所以惯性也变小。（ ）
（4）牛顿第一定律是在实验基础上通过推理概括出来的。（ ）
2. 当行驶中的公交车突然刹车时，乘客的身体会向前倾。请用牛顿第一定律解释这一现象。
二、能力提升题
3. 阅读材料并回答问题：
伽利略在《两种新科学的对话》中写道：“……一个运动的物体将沿着水平面以恒定的速度持续运动下去，除非有外在原因使它减速或停止。”
（1）这里的“水平面”应理解为怎样的平面？
（2）“外在原因”指的是什么？
（3）这段话体现了怎样的科学思维方法？
三、实践探究题
4. 观察家庭中的惯性现象：寻找家中至少两个利用或防止惯性的事例（如洗衣机脱水、锅盖防溢条等），拍照或绘制简图，并用文字说明其物理原理。下节课进行分享交流。
【答案解析】
一、基础巩固题
1. （1）× 错误。一切物体在任何状态下都具有惯性。
（2）× 错误。惯性大小只与质量有关，与速度无关。
（3）× 错误。质量是物体本身的属性，不随位置改变；惯性也不变。
（4）√ 正确。牛顿第一定律无法直接实验验证，是理想实验与逻辑推理的产物。
2. 公交车刹车前，乘客随车一起向前运动；刹车时，车受到阻力迅速减速，而乘客由于惯性仍要保持原来的向前运动状态，所以身体会向前倾。
二、能力提升题
3. （1）应理解为绝对光滑、无摩擦的理想平面。
（2）“外在原因”指摩擦力、空气阻力等阻碍物体运动的力。
（3）体现了理想实验法和科学推理法，即基于现实实验进行合理外推，揭示事物本质规律。
板书设计
第四章 第1节 牛顿第一定律
┌─────────────────────────────┐
│ 亚里士多德：力是维持运动的原因（错误） │
│ ↗ 实验观察 → 数据归纳 │
│ ↓ │
│ 伽利略：理想斜面实验 → 合理外推 → 力改变运动状态 │
│ ↓ │
│ 牛顿：系统总结 → 牛顿第一定律（惯性定律） │
└─────────────────────────────┘
● 内容：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，
除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。
● 惯性：物体保持原有运动状态的性质。
↑
└── 唯一量度：质量（m）
● 力的作用效果：改变物体的运动状态（产生加速度）
教学反思
成功之处
1. 以“历史演进”为主线串联教学，通过亚里士多德与伽利略的观点冲突有效激发学生认知兴趣，实现了从“接受知识”到“参与发现”的转变。
2. 实验设计层次分明，从传统斜面实验到现代气垫导轨演示，形成证据链，有力支撑了理想实验的合理性，增强了学生的实证意识。
3. 将安全带、头枕等生活实例融入教学，不仅加深了对惯性的理解，更渗透了生命教育，体现了物理学科的社会责任感。
不足之处
1. 部分学生在“理想实验”环节仍表现出思维困难，难以完全脱离具体形象进行纯逻辑推理，说明抽象思维训练还需加强。
2. 小组实验中个别学生参与度不高，存在“一人操作、多人旁观”现象，合作学习的深度有待提升。
3. 对“惯性”与“动量”“动能”等易混概念的辨析时间略显不足，部分学生课后作业仍出现混淆。