6.1 科学探究：牛顿第一定律

本资料来自于资源最齐全的２１世纪教育网www.21cnjy.com
6.1科学探究：牛顿第一定律
【教学目标】
1、知识目标：
⑴理解力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因。
⑵知道牛顿第一定律的内容。
⑶了解理想实验推得物理规律的方法。
2、能力目标：
初步培养学生的科学的思维方法，提高学生的观察、想像能力和逻辑推理能力。
3、情感目标：
⑴通过伽利略的理想实验,给学生以科学方法论的教育.
⑵通过介绍牛顿的故事，使学生了解牛顿对物理学的贡献，学习牛顿勤奋好学、悉心钻研的科学精神以及其崇高的品格.
【教学重点、难点分析】
牛顿第一定律这节内容是由简单演示实验结果，理想假设下的推理、严密的定律内容所构成的一个复合体，就其定义本身的表述学生不难记住，但初三学生由于接触物理时间比较短，学生年龄比较小，抽象思维能力及认知结构上尚不成熟，因此对牛顿第一定律的理解，使其认识由直观的感觉上升到科学理性认识则是本节的难点，也是本节的重点。
【教学用具】
斜面，小车，毛巾，棉布，玻璃板，多媒体。
【教材分析】
在本节之前学生们已经了解了简单的机械运动，又知道力学一些简单知识，牛顿第一定律就是在基础上将运动和力联系起来的一条纽带，对真正建立运动和力的辨证关系起着承上启下的作用，是本册书中的一个重要内容，也是本节、本章的重点。
力是运动的原因还是改变物体运动状态的原因，这是本节教材的中心议题，第一定律这节教材首先对人类认识运动和力的关系作了历史的回顾，着重介绍了伽利略究运动和力的关系的思想方法及卓越贡献．而后讲述牛顿第一定律的内容。
亚里士多德提出的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要停下来的看法，不但在历史上延续了两千多年，就是今天也常常有人据自己的直觉印象而产生和亚里士多德相同的看法．由于这种看法来源于直觉印象而深蒂固，致使相当一部分学生在学过牛顿第一定律之后，还保留着力是运动的原的潜在影响：如分析具体力学问题时，看到物体在运动，就认为它一定受到力的作用，若物体向东运动就认为物体受的力向东；有的认为物体的速度大是为它受力大或认为物体受力为零，它的速度也应为零等等．直觉的印象之所以会产生这种错误的认识，是为它没有经过科学的分析，忽略了摩擦的作用而成的．认真地讲述枷利略的理想实验，有助于学生理解牛顿第一定律，也可使学生领会到一种究物理学的科学方法．
【学法指导】
　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.
教学过程
引入
㈠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？
一、牛顿第一定律
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]多媒体课件演示
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：
①三次实验，小车最终都静止，为什么？
②三次实验，小车运动的距离不同，这说明什么问题？
③小球运动距离的长短跟它受到的阻力有什么关系？
④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？
⑤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。
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
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。
㈣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。
【作业布置】万向思维 p67基础练习
【板书设计】
6.1科学探究：牛顿第一定律
一、伽利略斜面实验：
1、三次实验小车都从斜面同一高度滑下的目的是：保证小车开始沿着平面运动的速度相同。
2、结论：在同样条件下，平面越光滑，小车前进地越远。
3、伽利略的推论是：在理想情况下，如果表面绝对光滑，物体将以恒定不变的速度永远运动下去。
二、牛顿第一定律：
1、内容：一切物体在没有受到力的作用的时候，总保持静止状态或匀速直线运动状态。
2说明：
【教学反思】
一、做好实验是关键，通过实验，既能为学生提供生动具体 的感性形象，又能培养学生的实验观察能力及实事求是的科学态度。
该实验是让同一小车从同一高度沿斜面滑下，分别滑到铺有毛巾、棉布和光滑木板的平面上，做该实验之前，应让学生思考两个问题：一是为什么要用同一小车从同一高度沿斜面滑下？二是毛巾、棉布、木板这些不同表面对同一小车的摩擦阻力有何影响？并指明让学生观察的内容，这样学生对该实验的目的、方法及注意的问题就会十分清楚，也就能把握关键抓住要害，结合实验，学生就会兴趣盎然，形象深刻，记忆牢固，思维活跃，取得实效。
二、想象推理是桥梁，学生通过实验直接得到的只是具体的感性认识，要上升为理性认识，还需要教师的启发引导，通过学生的想象、思维，加以推理来实现，从而使学生的思维能力得以培养。
实验结果是表面越光滑，小车速度改变的就越缓慢，它运动的距离就越长，教师在这直接经验的基础上，层层深入，提出问题，引导学生思考解决。若表面逐渐光滑，直到没有摩擦时，小车速度的改变及前进的距离将如何？学生会很顺利地得出，若表面绝对光滑，阻力为零时，小车将以恒定不变的速度永远运动下去，这就是伽利略的观点。教师再进一步提问，小车不受阻力，速度大小不变，方向会改变吗？学生也会肯定方向不变，这也就是法国科学家笛卡儿对伽利略结论的补充发展。牛顿在前人研究成果的基础上，对运动的物体不受外力以及静止的物体不受外力这两种情况作了总结概括，得出牛顿第一定律，这样的过程就是引导学生想象推理的过程。然后说明该定律是在大量事实基础上，经过实验，并接受住了实践的检验。对定律中“没有受到外力作用”的实际含义作何理解给予解释，实现难点的突破。
这样的教学过程，我认为具有如下几个方面的作用，首先，符合学生的认识规律，以直接经验为基础，阶梯上升、逐渐深化，使认识从感性上升到理性，体现了对学生思维能力的培养。其次，真实地反映了知识产生发展的历史过程，人类对知识的创造和发展，都需要付长期的艰辛劳动，从而培养学生进行创造发明远大理想和坚定不移的意志品质。第三，培养了学生“真理来源于实践，实践是检验真理唯一标准”的辩证唯物主义思想。第四，更重要是突出地体现了解决物理问题的思路和方法。物理学中很多的概念和规律都是在对物理事实的分析概括中得出的。学会这种方法将受益终身。总之，这样的教学程序把传授知识、培养能力、进行情感思想教育有机地结合起来，效果良好。
21世纪教育网 -- 中国最大型、最专业的中小学教育资源门户网站。 版权所有@21世纪教育网