物理《牛頓第一定律》教案

物理《牛頓第一定律》教案

　　一、教學(xué)目標(biāo)

　　知識(shí)與技能：理解牛頓第一定律的內(nèi)容及意義;理解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。

　　過程與方法：理解理想實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的重要方法。

　　情感態(tài)度價(jià)值觀：通過理想斜面的教學(xué)，體會(huì)理想實(shí)驗(yàn)的魅力。

　　二、教學(xué)重難點(diǎn)

　　教學(xué)重點(diǎn)：通過回顧歷史探究過程理解牛頓第一定律;慣性的理解。

　　教學(xué)難點(diǎn)：力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系;慣性和質(zhì)量的關(guān)系。

　　三、教學(xué)方法

　　討論法、啟發(fā)法、講解法

　　四、教學(xué)過程

　　(一)導(dǎo)入新課

　　撕紙游戲

　　猜一猜：

　　1.一張紙已剪成兩截，但未完全剪斷，如果迅速用力撕兩邊，紙會(huì)斷成幾截?

　　2.現(xiàn)在把紙剪成三截，但未完全剪斷，如果迅速用力撕兩邊，紙會(huì)斷成幾截?

　　大家不要?jiǎng)邮�，先猜一猜�?/p>

　　3.如果在中間的紙下面夾一個(gè)夾子，然后迅速撕兩邊，紙會(huì)斷成幾截?

　　請(qǐng)大家想一想：為什么是這樣一個(gè)結(jié)果呢?怎樣解釋我們的游戲呢?其實(shí)，在我們的游戲中還涉及到一個(gè)古老的話題──力和運(yùn)動(dòng)：用力撕紙，紙條斷開運(yùn)動(dòng)起來。運(yùn)動(dòng)和力之間到底有什么關(guān)系呢?帶著這些問題，我們一起來體驗(yàn)古人的探究過程，學(xué)習(xí)古人的探究方法，進(jìn)一步理解論述運(yùn)動(dòng)和力關(guān)系的牛頓第一定律。

　　(二)新課教學(xué)

　　1.情景設(shè)問，經(jīng)驗(yàn)猜想

　　在人類歷史的長(zhǎng)河中，運(yùn)動(dòng)和力如影隨形，總是和人們的生活、生產(chǎn)密切相關(guān)。比如：馬拉車則車前進(jìn)，不再拉，前進(jìn)的車會(huì)停下來;人象推車則車前進(jìn)，不再推，前進(jìn)的車會(huì)停下來;踢球，球沿草地向前滾動(dòng)，不再踢，滾動(dòng)的球會(huì)慢慢停下來。

　　思考：運(yùn)動(dòng)和力之間有什么關(guān)系呢?

　　最早提出這個(gè)問題并給出經(jīng)驗(yàn)猜想的是古希臘學(xué)者亞里士多德。

　　他根據(jù)生活生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)猜想：必須有力作用在物體上，物體才能運(yùn)動(dòng);沒有力的作用，物體就要靜止在一個(gè)地方。運(yùn)動(dòng)需要力維持。

　　他的觀點(diǎn)來自實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，還能用實(shí)際經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證，所以被人們廣泛接受，并維持了近兩千年。

　　設(shè)問：我們現(xiàn)在知道，他的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。那么他有貢獻(xiàn)嗎?

　　亞里士多德的貢獻(xiàn)：開創(chuàng)了一個(gè)新的研究領(lǐng)域。

　　首先質(zhì)疑并深入研究的是十六世紀(jì)的伽利略。他觀察了球的滾動(dòng)。

　　2.質(zhì)疑假設(shè)，科學(xué)猜想

　　當(dāng)球沿斜面向下滾動(dòng)時(shí)，它的速度增大，而向上滾動(dòng)時(shí)，速度減小。他由此猜想：當(dāng)球沿水平面滾動(dòng)時(shí)，它的速度應(yīng)該不增不減。實(shí)際觀察的結(jié)果是：沿水平面滾動(dòng)的球越來越慢，最后停下來。

　�、佻F(xiàn)象：沿水平面滾動(dòng)的球越來越慢，最后停下來。

　　按照亞里士多德的觀點(diǎn)，球停下來是因?yàn)闆]有力的作用。伽利略恰恰從這一現(xiàn)象出發(fā)，對(duì)亞里士多德的觀點(diǎn)提出質(zhì)疑。

　　②質(zhì)疑：滾動(dòng)的球之所以停下來，真的是因?yàn)闆]有力的作用嗎?

　　設(shè)問：球停下來的原因是什么呢?

　　在伽利略之前，人們還沒有意識(shí)到摩擦力這種無形的力，伽利略是第一個(gè)意識(shí)到摩擦力的人。

　　他改變了水平面的粗糙程度，發(fā)現(xiàn)：水平面越光滑，球滾得越遠(yuǎn)。于是，他推斷這是摩擦阻力作用的結(jié)果。

　　結(jié)論：滾動(dòng)的球停下來，是摩擦阻力作用的結(jié)果。

　�、奂僭O(shè)：若沒有摩擦阻力，沿水平面滾動(dòng)的球?qū)⒃鯓舆\(yùn)動(dòng)呢?

　�、懿孪耄喝魶]有摩擦阻力，球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾動(dòng)下去。

　　過渡：伽利略設(shè)計(jì)了一個(gè)雙斜面實(shí)驗(yàn)。

　　3.實(shí)驗(yàn)探究，得出結(jié)論

　　(1)雙斜面實(shí)驗(yàn)

　　左斜面固定，右斜面傾角可變。實(shí)驗(yàn)中我們?cè)O(shè)定小球始終從左斜面定位卡處由靜止釋放。

　�、俟潭ㄓ倚泵�，改變小球所受的摩擦，觀察小球上升的最大高度怎樣變化。重復(fù)一次。

　　思考：

　　1.小球所受摩擦阻力的大小與小球上升的最大高度之間有什么關(guān)系?

　　2.摩擦阻力的大小與釋放點(diǎn)到上升的最高點(diǎn)的高度差是什么關(guān)系?

　　3.如果沒有摩擦，小球會(huì)上升到多高的地方?

　�、跍p小右斜面傾角，觀察小球沿斜面運(yùn)動(dòng)的最遠(yuǎn)距離怎樣變化。重復(fù)一次。

　　思考：

　　1.減小右斜面傾角，小球沿斜面運(yùn)動(dòng)的最遠(yuǎn)距離如何變化?

　　2.如果沒有摩擦，減小右斜面傾角，沿斜面滾動(dòng)的最遠(yuǎn)距離怎樣變化?小球?qū)⑸仙�到多高的地�?

　�、蹖⒂倚泵娣牌�，釋放小球，觀察小球的運(yùn)動(dòng)。

　　思考：

　　1.如果水平木板足夠長(zhǎng)，小球會(huì)停下來嗎?

　　2.如果沒有摩擦，水平木板足夠長(zhǎng)，小球?qū)�滾到哪里去呢?

　　過渡：伽利略的雙斜面實(shí)驗(yàn)是一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)。

　　(2)理想實(shí)驗(yàn)的魅力：

　　實(shí)驗(yàn)(事實(shí))+邏輯推理

　　通過可靠的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，加上合理的邏輯推理，得出規(guī)律的一種方法。

　　理想實(shí)驗(yàn)的魅力：實(shí)驗(yàn)不能實(shí)現(xiàn)的地方，思維向前一步。

　　這種方法非常了不起!愛因斯坦是這樣評(píng)價(jià)的：伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端。這個(gè)評(píng)價(jià)實(shí)事求是，從亞里士多德到伽利略，經(jīng)歷了2000多年，物理學(xué)徘徊不前;從伽利略到愛因斯坦，只經(jīng)歷300多年，物理學(xué)的大廈初步建立，大師輩出。這都得益于伽利略首創(chuàng)的實(shí)驗(yàn)研究方法。

　　過渡：通過雙斜面理想實(shí)驗(yàn)，伽利略得出了結(jié)論。

　　(3)伽利略：若沒有摩擦阻力，沿水平面滾動(dòng)的球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾動(dòng)下去。運(yùn)動(dòng)不需要力維持。

　　回顧、思考：

　　①靜止的車、足球?yàn)槭裁催\(yùn)動(dòng)起來?

　�、谶\(yùn)動(dòng)的車、足球?yàn)槭裁磿?huì)停下來?

　�、哿�和運(yùn)動(dòng)之間有什么關(guān)系?

　　力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。

　　設(shè)問：運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是用什么物理量描述?

　　車由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)，受到了推、拉力;由運(yùn)動(dòng)變?yōu)殪o止，受到了摩擦阻力。足球由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)，受到了腳的力;由運(yùn)動(dòng)變?yōu)殪o止，受到了草地的摩擦阻力。

　　過渡：與伽利略同時(shí)代的法國(guó)科學(xué)家笛卡爾對(duì)他的觀點(diǎn)進(jìn)行了補(bǔ)充。

　　4.補(bǔ)充完善，形成定律

　　(1)笛卡爾的補(bǔ)充：除非物體受到力的作用，物體將永遠(yuǎn)保持其靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，永遠(yuǎn)不會(huì)使自己沿曲線運(yùn)動(dòng)，而只保持在直線上運(yùn)動(dòng)。這應(yīng)成為一個(gè)原理，它是人類整個(gè)自然觀的基礎(chǔ)。

　　笛卡爾補(bǔ)充了物體不受力時(shí)保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

　　過渡： 1642年，伽利略逝世，1643年牛頓在英國(guó)誕生。牛頓是人類歷史上最偉大的科學(xué)家之一。主要貢獻(xiàn)有發(fā)明了微積分，發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律和經(jīng)典力學(xué)，設(shè)計(jì)并制造了第一架反射式望遠(yuǎn)鏡等等。

　　牛頓在1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中提出了三條運(yùn)動(dòng)定律。牛頓把伽利略、笛卡爾的正確結(jié)論總結(jié)成為牛頓第一定律，它是牛頓物理學(xué)的基石。

　　(2)牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。

　　過渡：現(xiàn)在我們來理解定律。

　　(三)鞏固提高

　　思考：牛頓第一定律中論述的運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系是怎樣的?

　　1.運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系：力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。

　　2.阻力很小的現(xiàn)象：冰壺

　　從視頻可以看出，冰壺在一段時(shí)間內(nèi)速度的大小和方向幾乎不變，直到碰上另一個(gè)冰壺。

　　思考：定律中還論述了什么呢?

　　3.慣性：

　�、俑拍睿何矬w保持原來的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)。

　　設(shè)問：一切物體都有慣性。做變速運(yùn)動(dòng)的物體有慣性嗎?

　　當(dāng)物體做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于慣性，物體會(huì)抵抗速度的改變，從而使速度的改變需要一段時(shí)間。比如汽車緊急剎車時(shí)不會(huì)立即停下來，而是繼續(xù)向前滑行一段距離。

　�、谝磺形矬w有慣性，有抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”。

　　物體慣性大，“本領(lǐng)”大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)難改變;物體慣性小，“本領(lǐng)”小，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)易改變。

　　思考并猜想：物體的慣性大小和什么因素有關(guān)?

　　(四)小結(jié)作業(yè)

　　1.了解了運(yùn)動(dòng)和力關(guān)系的探究過程。

　　在探究過程中，亞里士多德是開拓者。伽利略首創(chuàng)了理想實(shí)驗(yàn)方法;笛卡爾補(bǔ)充了伽利略的觀點(diǎn);牛頓提出了慣性、力、慣性參考系的概念。

　　2.體會(huì)了理想實(shí)驗(yàn)的魅力：實(shí)驗(yàn)(事實(shí))+邏輯推理

　　3. 深入理解了牛頓第一定律，知道了質(zhì)量是慣性大小的量度。

　　4.后來愛因斯坦等科學(xué)家又進(jìn)一步發(fā)展了牛頓第一定律。沒有哪一個(gè)定律是終極真理，物理學(xué)的大廈永不封頂，還等待你們?yōu)樗�添磚加瓦!

　　課外探究：有人說劉謙的螺絲魔術(shù)顛覆了牛頓第一定律：不給螺帽力的作用，螺帽也能運(yùn)動(dòng)起來。你怎么看?請(qǐng)?jiān)诎俣戎兴阉鳌皠⒅t螺絲魔術(shù)揭秘”，弄清劉謙螺絲魔術(shù)的原理。

　　五、板書設(shè)計(jì)

　　牛頓第一定律

　　一、歷史回顧

　　二、第一定律探究實(shí)驗(yàn)

　　三、慣性定律

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