牛顿第一定律

总课时
1
第 1 课 时
课题
第四章牛顿运动定律
第一节牛顿第一定律
课型
新课
三维目标
知识与技能
体会伽利略的理想实验思想，理解运动和力的关系。
过程与方法
理解理想实验是科学研究的方法。
情感态度与价值观
体会规律的形成的演变过程。
教学重点，难点
理想斜面实验的思想
教具学具
理想斜面实验的思想
教 学 过 程
教学过程设计
学生活动
（一）.引子
在前面我们学习了如何描述物体的运动，接着又学习了物体之间相互作用，也就是力。运动和力之间是有一定的联系，在物理学当中研究运动和力的的关系的理论叫做动力学。在动力学中研究的基本方法是——牛顿运动定律。从今天开始我们要来学习第四章牛顿运动定律。今天这堂课我们一起来学习第一节——牛顿第一定律。
想象急刹车感觉
（二）. 过程
先请同学们思考这样一个问题：如何使放在水平桌面上物块运动起来呢？可以用什么方法？
（先请同学们思考，在请同学发言。）
我们可以推它<演示> ，也可以拉它<演示>
请同学们注意观察，等一下我要请几位同学来说说你所观察到的现象。<请学生发言>
总结：我推它或者拉它的时候，物块动起来了，而放手之后物块又停下来了。
说明：要使物体运动就必须要有力给他作用，没有力的作用运动的物体就会静止下来。
因此我们可以得出这样的结论：必须有力作用在物体上，物体才能运动；没有力的作用，物体就要静止在某个地方。在两千多年前古希腊著名的哲学家亚里士多德也得出这样的结论。对于亚里士多德同学们都知道，他的一些观点好像都是错误的。他好像就成了错误的代名词。在这里我要替他平反。同学们对亚里士多德应该有一个客观的认识，黑格尔称其为人类的导师，恩格斯称其为最博学的人，他的研究涉及各个领域，而且相当精通。他是一本活的百科全书。哈佛大学的校训：让柏拉图与你为友，让亚里士多德与你为友，更重要的，让真理与你为友。亚里士多德非常伟大。那么有同学就要说了，既然亚里士多德那么伟大，那么他得出的判断怎么会错误的呢？
伟大的科学家爱因斯坦说过：一代代科学家探索自然界奥秘的努力，好比福尔摩斯侦探小说中警员破案的过程。在侦探故事中，有时候明显可见的线索却把人引到错误的判断上去，也就是说，光凭经验来做判断常常是靠不住的。
同学们考虑一下亚里士多德得出的这个“物体的运动需要有力来维持”的判断是否正确的呢？——不正确。
那么引导亚里士多德作出错误的判断是什么呢？
就是前面看到的——物体的运动是与推、拉、等行为相联系的，当不再推、拉的话，原来的运动便停止下来。这就是“线索”，正是这个线索引导亚里士多德作出了如此错误的判断。
这个“错案”竟维持了近两千年。直到300多年前，物理学中的“福尔摩斯”伽利略才创造了有效的“侦察”方法，发现了正确的线索，揭示了现象的本质。
伽利略是怎么做到的呢？
伽利略注意到，当一个球沿斜面向下运动时，它的速度不断增大，而向上运动时速度不断减小。他由此猜想：当球沿水平面运动时，他的速度应该是不增不减。也就是说，物体一旦具有速度，只要没有加速或减速的原因物体将保持这个速度继续运动下去。但是在实际情况中，即使是沿着水平面运动，球的速度也越来越慢，最后停了下来。而对于不同的水平面，球运动的远近也是不同的。越光滑的水平面球运动的越远。于是他推断：球在水平面上运动越来越慢最后停下来是因为摩擦阻力作用的结果，如果没有摩擦阻力，球将永远运动下去。
要说明这个问题，就得拿出依据来！在我们物理学当中研究物理问题的基本手段是利用实验。伽利略设计了一个如图所示的实验：让小球从一个斜面从静止开始滚下，小球将滚上另一个斜面，如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度。减小后一斜面的倾角，小球在这个斜面上仍可以达到同一高度，但他在斜面上滚过的距离要远一些。继续减小第二个斜面的倾角，球达到同一高度时就会运动的更远。于是他就想：若将后一个斜面放平，球会运动多远呢？我们可以来看一下这个实验：
<在黑板上演示>
大家可以看见小球从第一个斜面从静止滚下来以后滚上第二个斜面，在第二个斜面上上升的高度比刚开始释放的时候要稍微的低一些，这是因为小球在运动过程中受到了摩擦阻力的作用。假如没有摩擦阻力小球可以上升到同一高度，当然我们不能消除一切摩擦阻力，所以说伽利略的这个实验是一个理想的实验
可以看到，减小第二个斜面的倾角，小球在斜面上走过的距离也越远，可以知道当第二个斜面为水平面时，小球将一直运动下去。这就是说，物体在水平面上运动时并不需要力来维持，也就是说力不是维持物体速度的原因。而我们前面看到的推或拉物体，是使物体从静止开始运动起来，这个力的作用不是维持物体的运动，而是使物体从静止到运动，是改变了物体的运动状态，像这种：一个物体由静止变为运动或由运动变为静止，我们就说它的运动状态发生了变化，而由静止变为运动也就是物体的速度发生了变化，换句话说：如果一个物体的速度（包括大小和方向）发生变化我们就说物体的运动状态发生了变化。所以速度是描述物体运动状态的物理量。因此伽利略的出结论：力不是维持物体运动的原因，即维持速度的原因，而恰恰是改变物体运动状态即改变物体速度的原因。
与伽利略同时代的法国科学家笛卡尔后来补充和完善了伽利略的观点，明确指出：除非物体受到力的作用，物体将永远保持其静止或运动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动。他还认为，这应该成为一个原理，它是人类整个自然观的基础。
几十年以后英国的物理学家牛顿总结了前人的研究基础上提出了一条基本定律：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。这就是牛顿第一定律。
大家知道牛顿是一位非常伟大的科学家，但他非常谦虚，非常值得我们学习。他有一句经典名言值得我们深思：我之所以看的比别人远，是因为我站在巨人的肩膀上。
牛顿第一定律向我们表明两层涵义：①一切物体都具有保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质
第二层含义是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②力是改变物体运动状态的原因
也就是说如果没有外力的话，静止的物体仍然静止不动，运动的物体就一直做匀速直线运动。对于静止我们可以理解，但对于运动我们好像从没看到过。那是因为在现实生活中运动的物体都会受到摩擦阻力的作用。假如运动物体不受摩擦阻力，物体的运动会怎么样呢？接下来我们来做一个实验。当然完全没有摩擦阻力我们是做不到的，但是我们可以尽量减小摩擦阻力。
在我们的实验室里经常用来减小摩擦阻力的一种仪器——气垫导轨。在这里我也做一介绍。
<这是导轨，在导轨两侧有许多小孔，上面放上一个滑块，这是一个气泵，打开电源气泵会将气体充入导轨，气体就会从小孔喷出，将物块顶在空中，当物块运动起来以后还有没有摩擦阻力？（学生会回答没有。）——物块与导轨之间的摩擦阻力就没有了，但空气对它的阻力还是有的，但相比之下要小得多。我们可以来看一下><演示气垫导轨上物块的运动>通电后，让物体动起来， 可以看到当运动的物体不受其他力的作用的时候物体将会一直保持原来的运动状态运动下去。像这种物体都具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性，所以牛顿运动定律又叫做惯性定律。
牛顿第一定律告诉我们一切物体都有惯性，接下来我要请一些同学来举一些现实生活中关于惯性的例子。每位同学限举一个。<请学生举例>
有同学这样想：我早上迟到是因为早上起床铃声响起来，我因为惯性就是起不来。请问这是什么？——惰性，不是惯性。
刚才同学们列举了许多生活中的惯性例子，在这里我也准备了几个请大家看一下：
1、图片——运动员跳远<前不久的兰溪运动会上的跳远冠军余捷>
2、录像——冰球场上：冰球离开球杆后，能以几乎不变的速度继续前进，直到它再次碰到球杆的打击或其他障碍物才改变这种运动状态
3、录像——溜冰场上：溜冰运动员如果保持一个姿势不变的话，她就会以几乎不变的速度一直运动下去
4、录像——洗衣服的时候，抖一下水珠的惯性
5、录像——打不飞的木偶
6、录像——转动的惯性
7、录像——扎水球：形状的惯性
8、录像——汽车刹车时的惯性
在这里我们先来做个互动。假设我们大家现在坐在一辆大巴车里。听我口令，同学们将会出现的情况做出来。
突然加大油门前进——人向后仰
汽车向左急转弯——人向右倒
汽车向右急转弯—— 人向左倒
前方事故紧急刹车——人向前倒
9、录像——汽车的启动和刹车
10、录像——汽车厂的安全检测：所以小车上都设有安全带，我们乘车时一定要系好安全带
在自然界里物体之间并不是相互孤立的，在运动过程中总会受到摩擦阻力的作用，牛顿第一定律的得出是在没有摩擦阻力的前提下得出的，所以牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，是不可能用实验直接验证。
接下来请同学们思考下面的问题：
<思考与讨论>：从牛顿第一定律可知，物体都要保持它们原来的
匀速直线运动或静止的状态；或者说它们都有抵抗运动状态变化的“本领”，<这种本领就是惯性>但是这种“本领”的大小是不一样的。物体抵抗运动状态变化的本领与什么因素有关？请大家通过实例进行分析。
<利用录像进行演示>
得出结论：质量是惯性大小的量度。
质量越大物体的惯性越大，运动状态改变越困难；反之质量越小物体的惯性越小，运动状态改变越容易；也就是说物体的惯性与物体的受力情况和运动状态无关，仅决定于物体的质量。
一切物体在任何状态下都有惯性，惯性是物体的固有属性
在现实中有些惯性是有利的要加以利用，有些是不利的我们一定要注意防护。
接下来先请同学们考虑一个问题
思考1：“飞机下弹”：飞行中的飞机在目标的正上方才开始投弹，能否击中目标？<利用动画演示>：炸弹随飞机一起飞行因为惯性所以投弹时应有提前量
下面请大家来思考这个问题。——“坐地日行八万里”
思考2：我们知道地球是在不断的自转的，我们人也是随着地球一起转。假如有这样一个气球将我们提起来停在空中，我们低头向下看，地球从我们脚下转过去。地球上的美好风景不都展现在我们眼前。这不就轻松实现环球旅行吗？可不可以？
最后请同学们思考下面的问题：
思考3：仔细思考是否会出现这种情况：在火车上的桌面上放上一个苹果，有时候我们并没有用手去动它而他自己却运动起来了？不是说物体不受其他力作用时物体时保持原来的运动状态，那么没有力的作用静止的苹果怎么会动起来了。是否牛顿第一定律不适用了呢？
请同学们阅读书本70页的《科学漫步》。<利用动画演示>
在这里并非牛顿第一定律不适用，实际上是涉及到参考系的问题。如果桌面光滑，在地面上的人看来，苹果还是静止不动的，符合牛顿第一定律。在火车上看来，不受力的苹果会运动起来，是选择了火车的车厢为参考系，这样的参考系叫做非惯性参考系<也就是牛顿第一定律不适用的参考系>，同样道理牛顿第一定律适用的参考系叫做惯性参考系，简称惯性系。在研究地面物体运动时一般可以把地面看成惯性系；相对地面匀速运动的其他参考系也是惯性系。在高中里我们主要研究惯性参考系。
小结：毛主席在《实践论》中对感性认识和理性认识的关系作出如下的论述：“感性材料固然是客观外界某些真实性的反映，但它们仅是片面的和表面的东西，这种反映是不完全的，是没有反映事物本质的。要完全地反映整个的事物，反映事物的本质，反映事物的内部规律性，就必须经过思考作用，将丰富的感觉材料加以去粗取精，去伪存真，由此及彼，由表及里的改造制作工夫，造成概念和理论的系统。就必须从感性认识跃进到理性认识。”人们对运动和力的关系的认识经过了从感性认识到理性认识的跃进。这个过程经历了两千多年的时间，在此过程中伽利略作出了主要贡献。由此可以看出伽利略的伟大和工作的卓越。就是这样一个伟大的科学家，因为他的科学思想不符合教会的统治思想，受到教会的禁锢。直到最近，梵帝冈教庭才给他公开平反。科学思想得来不易，科学的真理总是要战胜不科学的东西。
接最后我们一起来看几个问题
练习1、做自由落体运动的物体，如果下落过程中某时刻重力突然消失，物体的运动情况是（C）
A.悬浮在空中不动 B.速度逐渐减小
C.保持一定速度向下匀速直线运动 D.无法判断
练习2、火车在长直轨道上匀速行驶,坐在门窗密闭的车厢内的一人将手中的钥匙相对车竖直上抛,钥匙将落在（C）
A.手的后方 B.手的前方
C.落在手中 D.无法确定 <录像说明>
练习3、以下说法正确的 （ ABD ）
A、牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的规律
B、不受外力作用时物体的运状态不变C、在水平地面上滑动的木块最终停下来，是由于没有外力维持运动D、飞跑的运动员由于通过障碍而被绊倒，这是由于它受到外力作用，迫使他改变原来运动状态
练习4、关于牛顿第一定律，下列说法正确的是（BD）
A.牛顿第一定律是一条实验定律
B.牛顿第一定律说明了力是改变物体运动状态的原因
C.惯性定律和惯性的实质是相同的
D.物体的运动不需要力来维持
课外作业：发挥自己的想象，写一篇题为《世界假如没有了惯性》的小论文，并与同学交流

学生做实验，让静止的物理动起来。
模拟理想斜面实验
做气垫导轨实验
观看视频分析现象
阅读课本阅读材料
做练习
让学生参与到课堂的讨论中来
教学反思