牛顿第一定律（4课时）

八 年 级 科 学 教 案 第二章 运动过程的分析
第一节 牛顿第一定律（4课时）
教学目标
知识目标：
知道牛顿第一定律,常识性了解伽利略理想实验的推理过程.
能力目标：
1.通过斜面小车实验,培养学生的观察能力.
2.通过实验分析,初步培养学生科学的思维方法(分析、概括、推理).
情感目标：
1.通过科学史的简介,对学生进行严谨的科学态度教育.
2.通过伽利略的理想实验,给学生以科学方法论的教育.
教学建议
教材分析
教材首先通过回忆思考的形式提出问题：如果物体不受力，将会怎样？通过小车在不同表面运动的演示实验，使学生直观的看到物体运动距离与阻力大小的关系，为讲解伽利略的推理作准备。然后讲述伽利略的推理方法和通过推理得出的结论，再介绍迪卡儿对伽利略结论的补充，牛顿最后总结得出的牛顿第一定律。通过这些使学生了解定律的得出是建立在许多人研究的基础上的，正如牛顿所说：“如果说我所看的更远一点，那是因为站在巨人肩上的缘故”。最后指出牛顿第一定律不是实验定律，而是用科学推理的方法概括出来的，定律是否正确要通过实践来检验。给学生以科学方法论的教育。
本节课的重点是揭示物体不受力时的运动规律，即牛顿第一运动定律。
教法建议
1.学生学习牛顿第一定律的困难在于从生活经验中得到的一种被现象掩盖了本质的错误观念，认为物体的运动是力作用的结果。如推一个物体，它就动，不再推它时，它便静止。为使学生摆脱这种错误观念，首先要把运动和运动的变化区别开，树立从静到动和从动到静都是“运动状态改变”的概念，这是为了揭示力和运动的关系做的重要铺垫。其次，通过实验确立“力是改变运动状态的原因”的概念。再通过推理建立“不受力运动状态不变”的概念。
2.通过图9-1演示实验的比较、分析、综合、推理是本节课的核心，可对学生进行简单的科学推理方法的教育。在此演示实验中可通过设计不同的问题渗透研究方法。
3.本节课可按着人类对知识的认识顺序组织教学，让学生体会规律的认识过程，对学生进行学史教育。从亚里士多德的观点——伽利略的研究——笛卡尔的补充——牛顿的总结。
教学设计示例
牛顿第一定律
教学重点:通过对小车实验的分析比较得出牛顿第一定律。
教学难点:
1．明确“力是维持物体运动的原因”观点是错误的。
2．伽利略理想实验的推理过程
教学用具：斜面，小车，毛巾，棉布，玻璃板，微机,实物投影，大倍投电视。
教学过程
一、实验引入：批驳亚里士多德的观点
[演示1]在桌面上推动木块（或板擦）从静止开始慢慢向前运动，撤掉推力,木块立即停止。
分析:日常生活中也有许多类似的现象，（如推桌子）。这些现象从表面上看,“必须有力作用在物体上,才能使物体继续运动,没有力的作用,物体就要停下来.”即：板擦的运动需要推力去维持。于是,古希腊哲学家亚里士多德就根据这些现象总结出“物体的运动需要力去维持”。这种观点在历史上曾被沿用两千多年,但时沿用两千年是否就一定正确呢？也可能有人曾表示过怀疑或有人认为就是错误的,但没某能说服别人的理由。
[演示2] 在桌面上推动木块（或板擦）从静止使之向前运动，用力推出,木块向前运动一段距离后停止。
分析：推力撤掉，还要向前运动，与亚里士多德的观点不符。
分析：木块:静止——运动——静止。两个过程中是否都有力存在？在这两个过程中力的作用是维持原来的运动状态还是改变运动状态？
二、 讲授新课:
1.规律总结过程
方法1.教师引导
伽利略的贡献：理想实验
[演示]（通过实物投影仪把实验过程反映在大倍投电视上）
介绍器材
实验前提条件：每次实验都需从斜面上的同一高度下滑，为什么？
实验过程：让小球从同一斜面的同一位置滚下后分别在毛巾表面、棉布表面、玻璃表面上运动，每次记下小球停下时的位置。做标记的位置是什么位置？（停下来的位置）
实验纪录：
实验次数表面材料 阻力大小 滑行距离
1 毛巾 最大最短
2 棉布 较大 较长
3 玻璃 较小 长
推理想象 光滑表面阻力为零 无限长
实验分析：
三次实验，小车最终都静止，为什么？
三次实验，小车运动的距离不同，这说明什么问题？
小球运动距离的长短跟它受到的阻力有什么关系？
若使小车运动时受到的阻力进一步减小，小车运动的距离将变长还是变短？
根据上面的实验及推理的思想，还可以推理出什么结论？
推理：小球在光滑的阻力为零的表面，将会怎样运动？
实验结论：通过伽利略的实验和科学推理得出“运动的物体，如果受到的阻力为零，它的速度将不会减慢，将以恒定不变的速度永远运动下去。”即作匀速运动。
[微机模拟实验]:简介伽利略理想实验
迪卡儿的补充
如果运动物体不受任何力的作用，不仅速度大小不变，而且运动方向也不变，将沿原来的方向匀速运动下去。
牛顿的成果：补充与概括
师:物体除了运动的以外,还有静止的。那么，静止的物体在没有受到外力作用时，保持什么状态呢？（牛顿补充：将保持静止状态）
师（引导学生概括）:我们现在已经有了伽利略的研究成果,又有了迪卡儿和牛顿的补充,把两者进行一下概括：一切物体在没有受到外力作用时，将如何呢？（对概括出来大致意思的同学给予鼓励）
介绍：牛顿抓住时机,概括总结得出著名的牛顿第一运动定律
方法2：学生探究式学习
针对基础较好的学生，可以由学生在老师的指导下自己完成斜面小车实验，根据现象学生分组讨论,明确亚里士多德的观点的问题根源．由学生互相补充确定实验结论。
2.定律分析
定律成立条件：不受外力作用
运动规律：总保持匀速直线运动状态或静止状态。
师（回应课题引入实验）：
回想我们最开始的实验，有推力板擦运动,撤去推力板擦停下来，从表面现象上得到的结论运动需要力维持是错误的，但这种现象是千真万确摆在我们面前的，我们如何用牛一的观点正确的解释这个现象呢
三、巩固练习
1． 一物体放在桌上静止,假若某瞬间撤掉所有的外力,物体将怎么样
2． 对于牛顿第一定律的看法，下列观点正确的是( )
A．验证牛顿第一定律的实验可以做出来，所以惯性定律是正确的
B．验证牛顿第一定律的实验做不出来，所以惯性定律不能肯定是正确的
C．验证牛顿第一定律的实验做不出来，但可以经过在事实基础上，进一步科学推理得出惯性定律
D．验证牛顿第一定律的实验虽然现在做不出来，但总有一天可以用实验来验证。
四、小结
人们对物体的运动规律的认识是经历了漫长的时间的。物体在不受力时的运动规律，它是经过亚里士多德对人们近两千年的思想束缚，伽利略的科学推理，才最终由牛顿总结出来的。牛一的重要贡献是：1）力不是维持物体运动的原因，2）力是改变物体运动状态的原因。
教学设计的基本思路:
一、 理论依据
英国迁尔喜大学(University of London,Chelsea College)理科课程研究教授亚瑟·莫里斯·路卡斯(Arthur Maurice Lucas)指出运用探究式教学的目的是为了培养学生象科学家那样去思考问题、分析问题，使他们学会科学的思维方法和进行科学实验的本领。自然科学研究的三个主要因素是：问题(课题)—方法—结果。在本节课中，我是采用了“教学八式”中的外国比较常用的第二种方式—即教师向学生提出要探索的问题，然后教给学生研究方法，结果由学生自己去探索获得。
二、 教学目标
1. 学生能正确判断以下三句话的正确与否。(1) 力是维持物体运动的原因。(2) 力是使物体运动的原因。(3) 力是改变物体运动状态的原因。
2. 学生能正确观察实验现象并能正确分析原因。
3. 学生能正确处理实验过程中出现的一些问题。
4. 学生能回忆起力学发展史上的三个重要人物。
5. 学生能正确得出实验结论并能进行科学的推论。
6. 学生能正确运用实验结论解释实例。
探究式教学除了预定的教学目标以外，还要有高层次的目标：(1) 让学生能深入理解“改变”物体运动状态与受到外力之间关系”，在获得感性认识的基础上，通过理性分析以及科学的推理从而获得规律。(2) 教给学生成为优秀的“科学家”的方法，以使他们能建立如何进行科学实验的基本思路。
三、 教学策略
在本节课中为实现教学目标使用的教学策略如下：
1. 直觉地推测——导谬。
2. 问题定向性策略：提出的问题必须要求学生在记忆中找到和提[取与解决方案有关的适当的知识。
3. 操作式讨论——怎样动手完成特定的任务：实验式讨论。(实验过程)
4. 探索性的讨论——怎样发现原先未知的定律：完型式(填空、问题)式练习结果交流；
5. 综合能动性策略：提供情景的初始变量和条件；评估学生提出的解决问题的办法；根据学生不断努力后提出下一轮重复的变量和条件。
6. 有步骤地变换因素——选择具有可对比性的水平面来控制变量。
7. 提出假设—科学推理(能够超越感官及现实的界限)—正确结论。
[教学案例]
教学目标：1. 了解牛顿第一定律。2. 通过学生实验让学生进行科学探究，培养学生勇于质疑、大胆推理的科学意识。
教学准备：斜面、斜面小车、木板、毛巾、棉布、玻璃、钩码。(八组)
活动目的：使学生能正确理解科学探究的实验思路
教学程序的安排：
一、 引入新课
学生实验(1)：用手推动小车，使其前进一段距离。
问题(1) 小车为什么会运动？(2) 为什么会停下来？
分析根据学生的观察以及直觉的推测导出错误的结论—力是维持物体运动的原因。
学生实验(2)：用的推动小车后放手，小车继续运动一段距离后停了下来。
分析：根据学生以前学过的知识得出另一个结论—力是改变物体运动状态的原因。
提出问题：物体受到的力与物体运动状态的改变之间有什么关系呢？
二、 讲授新课
科学探究：
1. 探究目标：物体运动状态的改变与受到外力的关系。
2. 实验思路：(1) 根据科学实验的特点(要人为地控制实验条件：相同条件和不同条件)，相同条件：由于运动状态包括速度和方向，要实验采用小车在平面上做直线运动(即人为地控制了相同条件：方向)，使同一小车从同一斜面、同一高度静止放手(即人为地控制了相同条件：速度的大小)。(2) 不同条件：在本实验中的外力是指阻力(阻碍物体运动的力)。本实验采用控制表面的粗糙程度来控制阻力的大小，毛巾—阻力大；棉布—阻力较大；木板—阻力较小。
3. 让学生分组进行实验探究，这个实验观察到什么现象？为什么会产生这种现象？(请把实验现象及分析填入表格中)(教师巡回观察指导)
4. 实验过程中，把你们小组碰到的疑难问题记录下来，以便大家共同探讨解决。
5. 本实验得出的结论是什么？(接第25页)运动的物体受到的阻力越小，物体运动的距离越长，速度改变越慢。
6. 若放在玻璃(阻力更小时)上，物体运动的距离就更长，速度改变就更慢了。
推理：若阻力变得很小很小(小到0)时，物体运动的距离将很长很长(一直运动下去)，速度改变将很慢很慢(速度将会不变，即为“匀速”)。
7. 问题(1)：若物体的运动速度为V，在光滑的平面(阻力为0)上如何运动？
问题(2)：若物体的运动速度为0，在光滑的平面(阻力为)上如何运动？
一切物体在没有受到外力作用的时候，总是保持匀速直线运动状态或静止状态。
(1) 要提醒学生注意定律中的“或”字不能写成“和”字。
(2) 对定律的理解：任何物体，如果不受外力的作用，原来静止的，将永远保持静止；原来运动的将永远保持匀速直线运动。
(3) 让学生在理解的基础上记住这个定律，并知道这个定律的因果关系。
(4) 这个定律是在实验的基础上经过科学的推理得出的。
简单介绍意大利科学家伽利略的实验结论和英国科学家牛顿的研究成果，介绍少年牛顿故事，让学生(尤其是暂差生)能树立起学习的信心。
[板书设计]
牛顿第一定律
一、 科学探究
1. 探究目标：物体运动状态的改变与受到外力的关系
2. 实验思路：利用小车在水平面上作直线运动进行探究
3. 本实验人为地控制了实验条件：
相同条件：作直线运动(相同的方向)，同一小车同一斜面同一高度静止放手(相同的速度大小) 不同条件：外力大小(采用控制小车运动表面的粗糙程度)
二、 牛顿第一定律
一切物体在没有受到外力作用的时候，总是保持匀速直线运动状态或静止状态。
[《“牛顿第一定律”探究》探究实验表]
“牛顿第一定律”探究
1. 探究目标：物体运动状态改变的快慢与受到外力大小的关系。
2. 这个实验的相同条件是什么？不同条件又是什么？
3. 请把实验现象填入下列表格：




问题(1)：若物体的运动速度为V，在光滑的平面上如何运动？
问题(2)：若物体的运动速度为0，在光滑的平面上如何运动？
4. 在实验探究过程中，请把碰到的疑难问题记录下来，以便大家探计解决。
5. (1) 这个实验得出的结论是什么？
(2) 根据得出的结论，试分析“雨天路滑，请慢行”这句话的安全性和合理性。
(3) 判断:力是维持运动的原因。 ( )
力是使物体运动的原因。 ( )
力是改变物体运动状态的原因。 ( )
五、作业:阅读本节教材
探究活动
牛顿力学的建立
【组织形式】个人或自由结组
【活动目的】
牛顿力学的建立不是牛顿一个人的功劳，而是许多科学家努力研究的最终结果，查阅资料了解牛顿力学的建立过程，及牛顿力学的体系。
【活动流程】
制订查阅和查找方式；收集相关的材料；分析材料并得出一些结论；写出论文；与其他组交流。
【备注】
1、网上查找的资料要有学习的过程记录。
2、和其他成员交流。
斜面小车实验的再研究
【组织形式】个人或自由结组
【活动目的】
运用不同的物体表面，通过实验探究，加深对伽利略推理思维的理解。
【活动流程】
制订实验方案；准备器材；实验并记录现象，分析材料并得出一些结论；与老师所做实验比较优缺点；与其他组交流。
【备注】
1、要有完整的过程记录。
2、和其他成员交流。
第一节 牛顿第一定律
　　教学准备：
　　学生准备：玻璃杯、硬纸板、硬币。
　　教学器材：斜面一块、毛巾一条、纸板一块、玻璃一块、小车一辆（共26组）、惯性定律演示器、铁架台、细线下端悬挂有轻小物体、蜡烛、火柴。
　　教学设计：
教学内容 学生活动 教师活动
1．激趣设疑：新课引入。2．实验：静止的书本不受力时，将保持静止状态。3．实验探究：运动的小车在水平面上为什么会停下？4．牛顿第一定律5．惯性概念6．惯性现象的解释7．小结8．布置作业 1．思考。2．思考并回答，然后观察、分析、得出结论：原来是静止的物体，不受外力时，仍保持静止。3．思考后：提出问题、建立假设、设计方案、实验探究、分析数据、得出结论。体验实验探究过程。 4．大胆推理。体会科学的发展过程是共同努力的结果。5．思考，理解惯性的概念，小组讨论：明确惯性与牛顿第一定律的区别。6．仔细观察：思考看到什么现象？说明什么问题？明确如何解释惯性现象？7．自己归纳。 8．明确作业要求。 1．设问：亚洲第一飞人柯受良为什么能飞越黄河？2．设问：原来静止的物体，不受力时，运动状态会改变吗？引导分析：原来是静止的物体，不受外力时，仍保持静止。3．再设问：运动的物体，如果不再受到力的作用，它的运动状态会怎样呢？——实验探究：斜面小车实验4．引导推理。简介：牛顿第一定律得出的历史过程。⑴伽利略——⑵笛卡儿——牛顿总结了伽利略等人的研究成果。5．再设问：为什么物体不受力作用时，会保持匀速直线运动状态或静止状态呢？归纳出惯性概念；强调：惯性是一切物体固有的属性。讨论：惯性与牛顿第一定律的区别： 6．实验：运动的物体具有惯性实验：静止的物体也有惯性实验：气体也有惯性惯性现象的解释，归纳一般步骤。 7．引导学生归纳。8．要善于运用惯性知识解决实际问题。
　　教学过程设计：
　　新课引入
　　激趣设疑：
　　你知道亚洲第一飞人柯受良是怎样飞越黄河的吗？柯受良驾车飞越黄河，飞越宽度达55米，飞跃时间达11.58秒。如果柯受良腾空飞出后所受的一切力都突然消失，他和他的车将会怎样运动呢？我们今天通过实验探究来研究这个问题。
　　新课教学
　　设问：
　　原来静止的物体，不受力时，运动状态会改变吗？
　　一个静止的物体，如果不受力时，将保持静止的状态。
　　实验：
　　静止的书本不受力时，将保持静止状态。
　　引导分析：
　　原来是静止的物体，不再受到新的力，运动状态就不会改变，所以仍然保持静止状态。
　　运动物体不受力时，仍然保持原来的运动状态。
　　再设问：
　　运动的物体，如果不再受到力的作用，它的运动状态会怎样呢？是继续运动？还是立即停止？还是运动一段距离再停止？
　　讲解：
　　因为我们很难为运动的物体创造一个“不受到力的作用”的实验条件。因此只能采用实验加推测的方法。用从斜面上滑下的小车作为运动的物体。让小车在不同材料上运动，看它运动的距离大小与受到的摩察阻力有什么关系？
　　实验探究：
　　运动的小车在水平面上为什么会停下？
　　提出问题：
　　运动小车为什么会在水平面上停下？
　　建立假设：
　　运动物体速度变小的快慢跟什么因素有关？
　　⑴跟材料表面的粗糙程度有关？
　　⑵跟受到的阻力大小有关，阻力越大，小车运动速减小的越快。
　　⑶跟小车开始运动的速度有关，开始速度越达减小的越慢。
　　⑷ ……
　　设计实验：
　　小组讨论：应用所给的实验器材，如何制定实验方案检验你的假说是否正确？——比较水平面上铺不同的材料时，小车通过距离的长短；实验时需要记录哪些信息？——水平面铺设的材料；小车在水平面上所能通过的距离。在笔记本上设计一个记录表格，如下所示。应如何控制实验的条件？——每一次小车都要从同一位置由静止开始滑下。
材料种类 小车受到摩擦力的大小（填：大、较小、最小） 小车在水平面上运动的距离（填：短、较长、最长）
毛巾
棉布
玻璃
　　实验探究、收集实验数据 ：
　　将实验表格补充完整，采用合适的方法进行实验，并作好必要记录。注意：玻璃板易损坏，铺的材料应该铺平。
　　分析数据、得出结论：
　　水平表面越光滑，小车运动时受到的阻力越小，通过的距离越大，运动时间越长，速度减小的越慢。
　　引导推理：
　　假设小车在运动中不受任何阻力，情况又如何？（发挥同学的丰富的想象力）——小车将永远运动下去，运动的速度将保持不变。
　　牛顿第一定律：
　　教师简介：
　　牛顿第一定律得出的历史过程。
　　⑴伽利略：如果物体在运动中不受到力的作用，它的速度将保持不变。
　　⑵笛卡儿补充了伽利略的认识，指出：如果运动物体不受到任何力的作用，它不会向左、右方向偏，将永远沿原来的方向做匀速直线运动。
　　⑶牛顿总结了伽利略等人的研究成果，进一步得出：一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持匀速直线运动状态或静止状态。
　　其它表述方法：
　　一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持原来的运动状态不变。
　　牛顿第一定律的意义：
　　它告述我们“物体的运动不需要力来维持，力是改变物体运动状态的原因。”就是说：一切物体在不受外力作用时，原来静止的，将保持静止；原来运动的物体将保持匀速直线运动状态，纠正了人们的错误认识：以前人们认为力是维持物体运动状态的原因，即有力作用于物体，物体才会运动，没有力作用于物体，物体就不会运动。
　　设问：
　　牛顿第一定律的发现过程经历了几百年的时间，由此表明了什么？有何感想？科学往往是众多科学家智慧和劳动的结晶！科学也是一个不断探究、不断发展的过程。
　　再设问：
　　为什么物体不受力作用时，会保持匀速直线运动状态或静止状态呢？
　　惯性：
　　一切物体都具有保持原有的速度大小和运动方向不变的性质。
　　强调：
　　惯性是一切物体固有的属性，无论是固体、液体或气体，无论物体是运动还是静止，都有惯性。
　　讨论：
　　惯性与牛顿第一定律的区别：惯性描述的是物体保持匀速直线运动或静止状态的性质；牛顿第一定律反映的是：物体在不受外力作用时，将会保持匀速直线运动状态或静止状态。正因为物体有惯性，才能使物体在不受外力作用时，会保持原来的运动状态不变；当物体受到外力作用时，物体仍然具有惯性，但它却不能再保持匀速直线运动状态或静止状态。
　　惯性现象：
　　实验：
　　运动的物体具有惯性——向右拉动小车，当小车受阻碍而停止运动时，车上的小木块向右倾倒。
　　学生观察：看到什么现象？
　　学生思考：为什么？
　　引导分析：
　　开始小车和木块一起是运动的，小车受阻而停止时，车上的木块的下部由于和小车之间有摩擦也随着停止下来，木块的上部由于惯性要保持原来的运动状态，所以就会倒向右方。
　　实验：静止的物体也有惯性——用手指弹击卡片，卡片上的硬币落在杯子的水中。
　　学生观察：看到什么现象？
　　学生思考并回答。
　　实验：
　　气体也有惯性——用开有洞的纸板箱，让洞对着点燃的蜡烛，用力拍箱子时蜡烛熄灭。
　　学生观察：看到什么现象？如何解释？
　　学生实验：将橡皮块压在一小纸条上，用力迅速拉出小纸条，又看到什么现象？说明了什么？
　　惯性现象在日常生活中经常见到，如何解释呢？
　　惯性现象解释的一般步骤：
　　确定研究对象：
　　研究对象原来做什么运动；
　　发生了什么变化；
　　由于惯性，研究对象有怎样的表现。
　　学生应用：读图P74图2—68、2—69，并解释图中现象？
　　像所有的事物一样，惯性也是有利有弊的，这是难以避免的，学生讨论生活中惯性利弊现象，知道在实际中要注意客观地看待这个问题，要注意防止有害的惯性现象可能造成的危害，利用有益的惯性现象为我们服务。
　　板书设计:
第 七节　牛顿第一定律（第一课时）
　　亚洲第一飞人柯受良是怎样飞越黄河？
　　1．一个静止的物体，如果不受力时，将保持静止的状态。
　　2．运动物体不受力时，仍然保持原来的运动状态。
　　实验探究：运动的小车实验
　　提出问题：
　　建立假设：
　　设计实验：
　　实验探究、收集数据：
材料种类 小车受到摩擦力的大小（填：大、较小、最小） 小车在水平面上运动的距离（填：短、较长、最长）
毛巾
棉布
玻璃
　　分析数据、得出结论：水平表面越光滑，小车运动时受到的阻力越小，通过的距离越大，运动时间越长，速度减小的越慢。
　　引导推理：小车在运动中不受任何阻力，小车将永远运动下去，运动的速度将保持不变。
　　3．牛顿第一定律：一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持匀速直线运动状态或静止状态。
　　意义：它告诉我们“物体的运动不需要力来维持，力是改变物体运动状态的原因。”
第七节　牛顿第一定律（第2课时）
　　惯性：一切物体都具有保持原有的速度大小和运动方向不变的性质。
　　强调：惯性是一切物体固有的属性，无论是固体、液体或气体，无论物体是运动还是静止，都有惯性。
　　惯性与牛顿第一定律的区别：惯性描述的是物体保持匀速直线运动或静止状态的性质；牛顿第一定律反映的是：物体在不受外力作用时，将会保持匀速直线运动状态或静止状态。
　　惯性现象
　　实验：运动的物体具有惯性
　　引导分析：
　　实验：静止的物体也有惯性
　　实验：气体也有惯性
　　惯性现象解释的一般步骤：
　　确定研究对象：
　　研究对象原来做什么运动；
　　发生了什么变化；
　　由于惯性，研究对象有怎样的表现。
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