資源簡介

1．牛頓第一定律
★課標要求
理解牛頓運動定律，能用牛頓運動定律解釋生產、生活中的有關現象，解決現實情境中的有關問題。以牛頓運動定律為知識載體，提升學生的物理學科核心素養水平。
★教材分析
本節內容主要介紹了牛頓第一定律及慣性概念。在初中階段的學習中，除了“慣性與質量”之間的關系外，本節其他知識學生都有大致的了解。對于牛頓第一定律內容的得出，教材通過梳理人類對力和運動的認識過程，物理學史的介紹，研究方法的呈現，自然而然地總結出來，符合學生的認知規律，又增加了一些人文色彩。
本節包含四個小節：亞里士多德的運動理論、伽利略的研究工作、牛頓第一定律（慣性定律）、質量是慣性大小的量度。
第一小節，亞里士多德的運動理論，介紹了亞里士多德對運動的分類以及關于力和運動關系的觀點。
第二小節，伽利略的研究工作，重點介紹了伽利略的理想實驗及其對力和運動關系的貢獻，并介紹了笛卡爾對其觀點的完善。
第三小節，牛頓第一定律（慣性定律），介紹了慣性定律的內容和慣性的概念，并利用慣性解釋了一些常見的生活現象。
第四小節，質量是慣性大小的量度，重點探討了慣性大小的決定因素，展示了生產和生活中的一些應用實例，激發了學生的學習興趣。
★教學目標
1．物理觀念。
通過了解從亞里士多德到伽利略，再從笛卡爾到牛頓對力和運動的觀點，初步形成正確的運動與相互作用的觀念。正確理解牛頓第一定律的內容，并能運用慣性概念解釋生產和生活中一些常見的現象。
2．科學思維。
能夠結合生活現象進行推理分析，對亞里士多德的觀點提出質疑，基于實驗事實提出科學猜想，抽象概括出牛頓第一定律的內容。
3．科學探究。
觀察生活現象，能夠從中提出力和運動關系的相關問題和見解。通過理想實驗的事實依據，忽略次要因素，合理外推，用自己的語言描述牛頓第一定律的內容。
4．科學態度與責任。
了解人類對力與運動間關系的探究過程，形成不迷信權威、努力追尋科學本質的科學態度，針對歷史上不同科學家所提出的力和運動的觀點，能夠客觀地評價和認識。
★教學設計
牛頓第一定律是人類第一次系統地描述力和運動關系的實驗定律，其完善的過程本身就具有極大的科學和人文雙重教育意義，特別是伽利略第一次用科學的實驗方法改變了人類對物體運動的認識，標志著物理學的真正開端。基于此，牛頓第一定律的探究過程采取按人類認識進階的過程為序、呈現物理學史的教學方法，生動形象地引出牛頓第一定律的內容。
牛頓第一定律的敘述非常精煉，但內容卻內容非常豐富，需要教師引導進行深入解讀和應用。本教學設計整合了若干個小實驗和視頻教學資源，目的是讓學生參與體驗，深入觀察，力求理論和實際相結合，使學生的認知結構發生積極的變化，逐步形成運動和相互作用的物理觀念。
★教學過程
一、創設游戲，引入課題
我們先來一段行為模仿秀。大家坐在同一輛公共汽車上，我是駕駛員，你們是乘客。我們來模仿一段乘車中身體發生的動作，大家動作可以夸張一點。我開始開車了，車子平穩前進，突然剎車……汽車靜止，踩油門，加速……
大家說一說：剎車過程中我們的身體為什么有這樣的動作呢？再想一想，為什么有的物體做加速運動，有的物體做減速運動，為什么有的物體上升，有的物體下降，天上的日月星辰又為什么是那樣運動的呢？其實，這些為什么有一個共同的核心，那就是：運動的原因是什么？
二、回顧歷史，探究定律
1．情景設問，經驗猜想。
運動的原因是什么？古希臘哲學家亞里士多德認為必須有力作用在物體上，物體才能運動，沒有力的作用，物體就要靜止在一個地方。所以，力是維持物體運動的原因。
果真如此嗎？現在，我們也來討論一下這里涉及的兩個問題：
原來靜止的物體，要讓它運動起來，是否需要力來作用？
反之，原來運動的物體之所以停下來，難道真是沒有了力的作用嗎？
2．質疑假設，科學猜想。
演示：籃球在地面上運動。
結論：原來運動的物體之所以停下來，并不是沒有了力的作用，相反正是因為有力（摩擦等阻力）作用的結果。
提出問題：如果沒有摩擦等阻力的影響，在水平面上運動的物體會怎樣呢？
猜想：若沒有摩擦等阻力，滾動的球將永遠滾動下去。
這個猜想到底正確不正確呢？怎么來研究？伽利略開創了研究問題的最基本的方法——實驗。
過渡：伽利略發現，當球沿斜面向下滾動時，它的速度增大，而沖上斜面運動時，速度減小。
3．實驗探究，得出結論。
（1）對接斜面實驗。
左斜面固定，右斜面傾角可變，并且兩個支架等高。實驗中，我們設定小球始終從左斜面固定位置由靜止釋放。
①固定右斜面。先讓小球在鋪有布的斜面上運動，觀察現象，重復一次；撤去布，讓小球從同一高度開始運動，也重復一次。問：兩次有什么不同呢？
思考：
a．小球上升的高度不同是什么原因造成的？
學生回答：摩擦大時上升的高度小，摩擦小時上升的高度大。
b．如果沒有摩擦，小球會上升到多高的地方？
學生推理：上升到與左側釋放位置同樣的高度。
②減小右斜面傾角。大家推斷一下，小球沿斜面運動的最遠距離變大還是變小呢？
結果：傾角變小后，要達到同一高度，小球運動的距離變大。
③將右斜面放平，釋放小球，觀察小球的運動。
思考：如果沒有摩擦，水平木板足夠長，小球如何運動呢？
根據以上實驗現象，能得出什么結論呢？大家討論一下。
到此為止，我們驗證了前面的猜想。
伽利略的觀點：若沒有摩擦阻力，沿水平面滾動的球將永遠滾動下去，不再需要什么力去推動。這就是說：力不是維持物體運動的原因。
結合表格，回顧一下伽利略設計的實驗，引導學生認識到伽利略的這個實驗是在事實的基礎上經過合理的外推的理想實驗
實驗事實 邏輯推理 （無摩擦，右斜面足夠長）
右斜面固定 摩擦越小，球滾得越高 球將滾到原來的高度
減小右傾角 球沿斜面滾得更遠 球沿斜面滾得更遠，一直滾到原來的高度
放平右斜面 球滾得最遠 球將一直滾動下去
過渡：伽利略的對接斜面實驗是一個理想實驗。
（2）理想實驗的魅力。
理想實驗：通過可靠的實驗事實，加上合理的邏輯推理，得出規律的一種方法。
理想實驗的魅力：實驗不能實現的地方，思維向前一步。
愛因斯坦是這樣評價的：伽利略的發現以及他所應用的科學的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，標志著物理學的真正開端。這個評價實事求是，從亞里士多德到伽利略，經歷了2000多年，物理學徘徊不前；從伽利略到愛因斯坦，只經歷300多年，物理學的大廈初步建立，大師輩出——這要得益于伽利略首創的實驗研究方法。
過渡：與伽利略同時代的法國科學家笛卡爾對他的觀點進行了補充。
4．補充完善，形成定律。
（1）笛卡爾的補充：不受其他物體作用時，原來運動的物體將會做勻速直線運動。
過渡：一位“大師級”人物出現了，他就是牛頓。牛頓在他的《自然哲學的數學原理》一書中提出了三條運動定律，其中一條就是牛頓在伽利略等人研究的基礎上得出的牛頓第一定律。伽利略理想斜面實驗為牛頓第一定律提供了實驗依據，它是牛頓物理學的基石。
（2）牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，直到有外力迫使它改變這種運動狀態為止。
過渡：現在我們來理解牛頓第一定律。
三、理解牛頓第一定律，了解慣性
1．運動和力的關系：力是改變物體運動狀態的原因。
思考：牛頓第一定律中論述的運動和力的關系是怎樣的？
力是改變物體運動狀態的原因。
設問：運動狀態是用什么物理量描述？
物體不受力，保持勻速直線運動狀態或靜止狀態；運動狀態變化，物體一定受到力的作用。
思考：物體不受力時“總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態”，這能不能通過實驗驗證呢？
不能。由于不受力的作用的物體是不存在的，但阻力很小時的現象可以幫助我們理解牛頓第一定律。
2．阻力很小的現象：冰壺運動。
冰壺在一段時間內速度的大小和方向幾乎不變，直到碰上另一個冰壺。
過渡：定律中還論述了什么呢？
3．慣性。
（1）概念：物體保持原來的勻速直線運動狀態或靜止狀態的性質。
（2）一切物體都有慣性，都有抵抗運動狀態變化的“本領”。
物體慣性大，“本領”大，運動狀態難改變；物體慣性小，“本領”小，運動狀態易改變。
思考并猜想：物體的慣性大小和什么因素有關？
（3）慣性與質量：質量是慣性大小的量度。
延伸：在初中階段，我們知道質量定義為物體所含物質的多少，現在進一步從慣性的角度認識了質量，以后還要從物體間的引力認識質量。
四、再設情景，規律應用
小實驗1：吹球。
通過吹，不用手碰，來判斷哪個球是鐵球。你能解釋看到的現象嗎
小實驗2：撕紙。
一張紙已剪成兩截，但未完全剪斷。請只用一只手想辦法把紙分成兩段。問題：請說說你是如何做到的？怎樣解釋撕紙游戲呢？
請你用本課所學知識解釋生活中的現象：汽車行駛時，為什么一定要系安全帶？
另外，開車、乘車要系好安全帶，不僅是遵守交通法規的一種行為，更是一種珍惜生命，熱愛生活的態度。
五、課堂總結，課外探究
思考一：
力——產生加速度的原因。
質量——慣性大小的量度。
那么物體運動的加速度與力、質量有關嗎？有什么樣的定量關系？
思考二：學完這節課后，你最大的收獲是什么？
第一層次：掌握了牛頓第一定律。
第二層次：理解了伽利略研究問題的基本方法。
第三層次：產生了新問題，即力、質量、加速度之間有沒有關系呢？

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