第1节 牛顿第一定律（教学设计）
一、教学目标
【知识与技能】
1.了解发现牛顿第一定律的历史过程，并能做出初步评述。
2.能清楚地描述伽利略设计的理想实验和推理结论。
3.能准确表述牛顿第一定律，并能对定律有深入地理解。
4.理解惯性的概念，会用惯性解释有关实际问题。
【过程与方法】
1.通过重做伽利略的理想斜面实验，体会理想实验的科学方法
2.通过气垫导轨的实验，进一步深入理解牛顿第一定律，体会理想情况和现实情境的差别与近似处理的方法
【情感态度与价值观】
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。
二、教学重点、难点
重点 ：理想斜面实验、牛顿第一定律
难点：惯性的理解
三、教具准备
演示实验：气泵、气垫导轨、滑块、位移传感器、数据采集器、DISLab数字实验软件
四、教学方法
思维点拨 实验探究 自学引导
五、课时安排
1课时
六、教学过程
教学
环节
教 学 活 动
设计说明
引入
新课
教师：视频引入：请大家观看一段汽车的特技表演视频：播放视频，视频展示的是汽车在空中向前飞跃的情景。
教师：我们看到汽车离开地面后，已经失去了向前的动力，但是它依然向前飞跃了很长的距离。物体的运动和其所受力之间具有怎样的关系呢？带着这个问题，我们一起开始本节课的学习，牛顿第一定律。学生：观察视频，引发思考。
通过创设情境，激发学习兴趣，同时快速进入课题。
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课
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学
历史的回顾
教师：在牛顿之前，关于力和运动关系的研究，历史上有三位科学家做出了重要的贡献。请大家结合课本，完成学案“历史的回顾”部分的表格。
学生：阅读课本，完成学案。
教师：下面，咱们全班同学分为三个学派，最左边两列的同学是亚里士多德学派，中间四列是伽利略学派，最右边两列是笛卡尔学派。请大家交流一下各自学派的代表观点。
学生：交流观点，达成共识。
师：下面有请各学派陈述自己的观点。
生：分别陈述。
师：点评，引导。
生：完善，记录。
明确任务，划分学派，使学生积极思考。
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课
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学
伽利略理想斜面实验
师：现在，我们都知道亚里士多德的观点是错误的。但是在他提出观点后的将近两千年里，人们都认为他是正确的。一方面是因为人们受到了生活经验的误导，忽略了摩擦力的存在。另一方面是因为人们受到了权威观点的限制，一直不敢提出质疑，直到伽利略的出现。那么，伽利略采取了什么方法取得了突破呢？
生：做实验。
师：很好，正是伽利略确立了实验在物理学中的基础地位。伽利略为了说明他的思想，设计了一个实验。下面，让我们一起来重复这个实验。
仪器介绍：这里有一个弯曲的凹槽，相当于将两个斜面平滑的连接在一起。首先，我将一个小球从一个斜面静止释放，请大家注意观察小球冲上另一个斜面时，所能到达的最远位置。
助手选择：我想请一位同学用我手中的彩色胶带，帮助大家记录下这个位置。哪位同学愿意上来？好，这位同学。彩色胶带交给你，当你看清位置后，就紧接着将彩色胶带粘到相应的位置后面。清楚了吗？好我们开始实验。
学生：观察实验，描述现象。
师生讨论。
实验回顾：整个实验分为五个步骤，第一步，将小球静止释放，小球冲上了另一个斜面。第二步，取出棉布，小球上升到了更高的地方。第三步，我们推测，如果没有摩擦，小球会上升到同一高度。第四步，减小第二个斜面的倾角，小球上升到同一高度时，会运动到更远的地方。第五步，将第二个斜面水平放置，小球为了达到原来的高度，会一直运动下去。
师：通过实验，我们得到的结论是什么？
生：如果没有摩擦力，运动物体会永远运动下去。
师：实际情况中，我们不可能完全消除摩擦力，斜面轨道也不可能无限长。因此我们将这个实验称作理想斜面实验。
师：实验中，哪些是客观事实，哪些是我们的逻辑推理？
生：思考、回答。
师：伽利略在一定实验事实的基础上，充分发挥逻辑推理的作用，克服了客观条件的限制，这就是理想实验的魅力之处。
揭示意义：爱因斯坦曾这样评价到，“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的最伟大的发现之一。”
师：在这一科学方法的引领下，人们不断加深对力和运动关系的认识，最终提出了牛顿第一定律。
伽利略理想斜面实验蕴含重要的思维方法，是牛顿第一定律的实验基础，是本节课的重要教学部分，因此单独列为一部分。
采取了演示实验、师生探究的模式。重点引导学生在观察实验现象的基础上进行合理的逻辑推理，体会理想实验的思想。
为了进一步明晰实验的思维过程，在进行实验后，用课件进行了模拟。并通过对实验中客观事实与逻辑推理部分的区分，加强学生对实验的理解。
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牛顿第一定律
教师：牛顿第一定律解读。
学生：了解牛顿第一定律的内容，完成学案上的填空。
师：这句话的前半句指出物体不受力时可能存在两种情况，运动的物体会保持相同的速度做匀速直线运动，静止的物体会一直保持静止。进而明确了，力不是维持物体运动状态的原因。【板书】2.理解(1) 力不是维持物体运动状态的原因。
师：这句话的后半句指出，如果物体的运动状态改变了，就表明物体受到了力的作用。进而明确了力是改变物体运动状态的原因。【板书】（2）力是改变物体运动状态的原因。
师：引入气垫导轨实验。
师：在自然界中，不受力的物体是不存在的。但是我们可以创造一些几乎不受力的条件，来近似感受这种情况。下面，我们就来进行一个实验。
生：观察实验，体会物体近似不受力的运动状态。
师：仪器介绍。
这里有一个气泵，一个平直导轨，一个滑块。在平直导轨上有很多细小的排气孔，当我打开气泵，会有气体喷出，将滑块托起，进而形成空气护垫，能大大减小滑块与轨道之间的摩擦力。在水平方向上，可近似认为滑块处于不受力的状态。
同时，滑块上固定了一个位移传感器，导轨的一侧固定了数据采集器。借助于数字实验室软件，可以获得滑块的位移时间图像。下面，我们打开软件，打开位移传感器。点击开始按钮，可以看到屏幕中出现了滑块的位移信息，此时，滑块静止，位移没有变化。当我推动滑块，位移发生了变化。点击停止记录按钮，我们可以回看刚才记录的情况。
生：了解器材、原理。
师：实验操作。
下面，我们开始进行实验。首先，打开气泵，将导轨调节水平。当滑块几乎不动时，可认为水平已调节好。将滑块放到导轨的一端，请大家注意观察屏幕上的位移时间图像。
生：观察实验。
师：实验分析。
可以看出在摩擦力非常小的情况下，物体的速度几乎保持不变，近似于匀速直线运动。牛顿第一定律是利用逻辑思维对客观事实进行分析的产物，他不能被实验直接证实，但大量事实都显示了他的正确性。牛顿本人也非常谦虚，他说过一句话，如果说我看的比别人更远一些，是因为我站在了巨人的肩膀上。
师：引入思考问题。
下面，我们依据牛顿第一定律，回答本堂课开始时，我们提出的那个问题。在汽车特技表演的视频中，汽车离开地面后，已经失去了动力，依然能够向前飞跃很长的距离，这是为什么呢？
生：思考讨论，得出结论。
对牛顿第一定律的理解设计了三个环节：首先由教师进行初步解读，分为不受力的状态和受力的状态。然后通过气垫导轨实验体会物体近似不受力的状态，以及受力后运动状态改变的情况。最后通过具体情境的分析，在应用中加深理解。
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惯性与质量
师：引入惯性。
同学们提到了一个概念，惯性。这也是牛顿第一定律的精髓所在。为什么物体的运动不需要力来维持呢？牛顿归结为物体的一种固有属性，称为惯性。牛顿第一定律也被称为惯性定律。
师：理解惯性。
牛顿指出，原本静止的物体总想保持静止，原本运动的物体总想以相同的速度做运动。
【生】列举生活实例。
【师】点评、总结。
牛顿指出，所有的物体都具有这样的一种性质，一切物体都有惯性。而且任何情况下，物体都具有这种性质，惯性是物体的固有属性。
【师】一切物体，在任何状态下都具有这样的一种性质。具体有两种体现：不受力时，保持匀速直线运动状态或静止；受到力时，表现为运动状态改变的难易程度。
师：引入吹球实验
生：观察现象，得出结论。
师：质量是惯性大小的唯一量度。
对惯性概念的理解是把握牛顿第一定律的关键。通过教师阐述、学生举例、师生共析、实例感知，逐层加深对惯性的理解。
课堂
总结
教师活动： 出示PPT总结板书
学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来
充分肯定学生的表达，适当加以补充。
巩固练习
强化对牛顿第一定律和惯性的认识。
突出重点
七、板书设计：
4.1牛顿第一定律
一、历史的回顾。
二、理想斜面实验。
：实验+推理
三、牛顿第一定律。
1.内容：
2.理解：
（1）物体的运动不需要力来维持
（2）力是改变物体运动状态的原因
四、惯性。
1.内容：
2.理解：
质量是惯性大小的唯一量度 八、课后作业
【科学漫步】
《小球与桌子的对话》
球：你为什么推我？
桌：我没有推你呀？
球：你没推我，我怎么可能向后退呢？你肯定推了！
桌：我没推！
……
请你当一次法官，评判小球和桌子的对错？思考牛顿第一定律的适用条件是什么？
课件14张PPT。第四章 牛顿运动定律 自然和自然的法则在黑夜中隐藏；上帝说，让牛顿去吧！于是一切都被照亮。
——蒲柏（英）高中物理必修14.1牛顿第一定律课本
导学案、笔记本
红黑笔等课前准备学习目标
1.了解发现牛顿第一定律的历史过程,并能作出初步评述;
2.能清楚地描述伽利略设计的理想实验和推理结论 ;
3.能准确表述牛顿第一定律，并能对定律有深入地理解;
4.理解惯性的概念，会用惯性解释有关实际问题。一、历史的回顾 亚里士多德:伽利略笛卡尔物体的运动需要力来维持物体的运动不需要力来维持如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动（3）（4）（5）（1）“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的最伟大的发现之一。”二、理想斜面实验（2）三、牛顿第一定律 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。2.物体受到力时，运动状态被迫改变。1.物体不受力时:总保持匀速直线状态或静止状态。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【思考与讨论】
在汽车特技表演的视频中，汽车离开地面后，已经失去了动力，依然能够向前飞跃很长的距离，为什么？气垫导轨实验气泵导轨滑块四、惯性1.概念：物体总保持匀速直线运动状态或静止状态的性质。牛顿第一定律又叫做惯性定律（1）一切物体都有惯性。2.理解：（2） 惯性是物体的固有属性。（3）惯性的表现：不受力时：受力时：保持匀速直线运动状态或静止运动状态改变的难易程度四、惯性 亚里士多德
伽利略的研究（理想实验）
牛顿的经典描述 物体不受力时运动状态
力是改变物体运动状态的原因
惯性是物体本身固有的属性1. 历史回顾：2. 牛顿第一定律内容及含义：3. 惯性：物体的质量是惯性大小惟一的量度 1.关于力和运动的关系，下列说法正确的是（ ）
A．物体不受力就一定处于静止状态
B．物体不受力就一定做匀速直线运动
C．物体受力才能运动
D．物体的运动状态发生改变，说明物体一定受到了力的作用
2.火车在长直水平轨道上匀速行驶，门窗紧闭的车厢内有一个人向上跳起，发现仍落回到车上原处，这是因为（ ）
A．人跳起后，厢内空气给他以向前的力，带着他随同火车一起向前运动
B．人跳起的瞬间，车厢的地板给他一个向前的力，推动他随同火车一起向前运动
C．人跳起后，车在继续向前运动，所以人落下后必定偏后一些，只是由于时间很短，
偏后距离太小，不明显而已
D．人跳起后直到落地，在水平方向上人和车具有相同的速度
?
?3.关于惯性，下列说法中正确的是（ ）
A．小球由于重力的作用而自由下落时，它的惯性就不存在了
B. 物体受到惯性力的作用，所以要保持原有的运动状态
C．静止的物体和运动的物体都有惯性，运动的物体惯性较大
D．惯性的唯一量度是质量 《小球与桌子的对话》
球：你为什么推我？
桌：我没有推你呀？
球：你没推我，我怎么可能向后退呢？你肯定推了！
桌：我没推！
…… 请你当一次法官，评判小球和桌子的对错？思考牛顿第一定律的适用条件是什么？
