資源簡介

第八章 運動和力
第1節 牛頓第一定律
設計說明
在本節課的教學中，首先把物體的運動狀態和物體是否受力聯系起來，從而使學生初步認識力和運動的關系，然后選取運動物體水平方向只受阻力的實例引入課題，最后展示兩種對立觀點。通過實驗探究阻力對物體運動的影響，在此基礎上進行科學推理、建立規律，引導學生認識一切物體都有慣性及慣性是物體本身的屬性，并會利用慣性解釋有關現象。
在探究“阻力對物體運動的影響”這部分內容時，要注意教給學生科學的研究方法。實驗前必須向學生交代清楚實驗的條件和做法，使其明確每次實驗用的是同一輛小車，而且讓小車從同一斜面的同一高度由靜止下滑。不同的是，三次實驗小車通過的平面的粗糙程度不同，使學生知道實驗中哪些條件不變，哪些條件變化了，從而滲透一種重要的研究方法——控制變量法。
該實驗結束后，要在實驗的基礎上進行合理地推理，讓學生結合自己對生活經驗的認識分析問題，若能將阻力不斷減小下去，物體不就會越滑越遠嗎？通過推理得出結論，從而引出牛頓第一定律。在本節課中，要強調牛頓第一定律并非是由實驗直接得出，而是建立在一定實驗的基礎上的，通過分析事實，進一步概括、推理得出的，要向學生滲透“理想實驗”和“實驗、猜想和推理”等重要的物理思想和研究方法。
教學目標
1.通過實驗，認識阻力對物體運動的影響。
2.經歷建立牛頓第一定律的科學推理過程，認識牛頓第一定律，從中感悟科學推理的方法，領會科學思維過程。
3.能通過生活經驗和大量事實認識一切物體都具有慣性。能用慣性知識解釋生活和大自然中的有關現象。
4.培養學生不迷信權威、大膽質疑和實事求是的科學態度和創新精神，激發學生學習自然科學的濃厚興趣。
教學重點難點
1.重點：通過實驗研究阻力對物體運動的影響、慣性。
2.難點：建立牛頓第一定律的科學推理過程，用慣性解釋生活和自然中的有關現象。
教具
學生用：木板、斜面、小車、毛巾、棉布、刻度尺。
教師用：小木塊、木板、斜面、小車、毛巾、棉布、刻度尺，另有電化教學器材、教學光盤、粉筆盒。
教學過程
回顧思考
1.物體沿著________且________不變的運動，叫做勻速直線運動。
2.運動狀態不變是指物體做________運動或保持________。
導入新課
1.小實驗導入
演示實驗1：在水平桌面上推一木塊，木塊運動，撤去推力，木塊停止運動。
生活情景回顧1：足球靜止在地面上，運動員不踢，球不動，運動員踢球，球運動。
學生討論后教師引導：如果要使一個物體維持運動，就要對它施加力的作用，如果撤去這個力，物體就停止運動，也就是說，“運動需要力來維持”。
演示實驗2：在水平桌面上用尺子水平敲擊小木塊，尺子離開木塊后，木塊滑動了一段距離停下來。
生活情景回顧2：運動員將球踢出瞬間，運動員的腳離開球后，球運動一段距離才停下來。
學生討論后教師引導：從演示2和情景2結果看，“物體的運動不需要力來維持”。
教師對比兩種認識提出疑問：兩種認識，一種是運動要靠力來維持，另一種是運動不需要力來維持，哪一種認識是正確的呢？力和運動是一種什么樣的關系呢？
2.多媒體導入
視頻展示：玩滑板車、火車進站。
問：這些運動的物體，停止施加動力，還會繼續運動嗎？為什么最終要停下來？
簡介歷史上亞里士多德和伽利略的不同觀點。
問：你們同意誰的觀點？究竟誰的觀點正確？學完本節課就清楚了。
進行新課
探究點一　研究阻力對物體運動的影響
1.提出兩種觀點
實驗演示：老師用手推講桌上的粉筆盒，用手推粉筆盒，盒子運動，停止用力，粉筆盒也停下來？
教師：生活中還有哪些類似的現象？（由學生思考后回答）
學生：騎自行車的時候，腳踩踏板，車運動起來，不踩踏板，車最終停下來……
教師：正是由于生活中的這些現象，歷史上有一個偉大的哲學家亞里士多德提出了這樣的觀點：力是維持物體運動的原因。
你認為這個觀點有沒有問題？學生思考回答。學生持有不同觀點，有的認為正確，有的認為錯誤。
在學生提出觀點后指出：亞里士多德的這個觀點維持和統治人們的思想近兩千年，后來另一位科學家伽利略才提出力不是維持物體運動的原因，物體的運動不需要力來維持，就像被踢出去的足球之所以會停下來，是因為受到了阻力。
提出問題：我們該怎樣證明運動的物體停下來是因為阻力的影響？
學生思考、交流展示討論結果。
2.實驗探究
教師：既然實驗研究的是“阻力對小車運動的影響”，那在開始時小車的運動狀態就要保持相同，然后改變阻力的大小，觀察小車運動的遠近。我們采取的這種方法是哪一種物理研究方法？
教師：怎樣才能控制小車開始時的運動狀態相同？然后又怎樣改變小車受到的阻力？
（先讓學生自由討論，再指導學生參考教材圖8.1-2）
共同設計實驗與制訂計劃：如圖所示，讓一輛小車分別從同一斜面的同一高度由靜止滑下后，在粗糙程度不同的水平面上運動，比較在幾種不同平面上的運動距離。
　 　
毛巾表面 棉布表面 木板表面
學生進行實驗與收集證據：
實驗序號 接觸面 阻力的大小 小車運動的距離 小車速度減小的快慢
1 毛巾表面
2 棉布表面
3 木板表面
教師：觀察收集到的證據，你能發現三次實驗有何相同和不同之處？為什么要這樣做？
引導學生，觀察圖找出不同點，并解釋。
教師：為什么小車最后都會停下來？
引導學生從小車受到阻力方面考慮。
教師：阻力的大小跟小車運動的距離有何關系？
引導學生回答后總結：平面越光滑，小車受到的阻力就越小，小車運動的距離就越遠，速度減小得就越慢。
3.設想和推理
教師：若平面足夠光滑（完全沒有阻力），它又將怎樣運動？
這是本實驗的關鍵點，引導學生思考平面越光滑小車運動的距離越遠，推理平面足夠光滑時小車將怎樣運動？
①三種表面誰的阻力最小？從三次實驗現象得到怎樣的描述？
②若表面再光滑一些，則小車所受的阻力將怎樣？小車前進距離呢？速度減小的程度呢？
初步結論：小車受到的阻力越小，小車在水平面上前進的距離越長。若表面再光滑一些，小車所受阻力更小，前進距離會更遠，速度減小得也更慢。
③沿著這個推理，如果水平面絕對光滑，沒有任何阻力，小車將會怎樣運動？
推理：如果小車不受外力，將會怎樣運動？
將永遠保持勻速直線運動狀態。
提問：原來靜止的物體呢？
引導歸納：如果不受力的作用，原來靜止的物體將一直保持靜止狀態，原來運動的物體將保持其速度一直運動下去。
例題講解：（學生先練習，若有問題，教師補充講解）
例1　（2019·四川宜賓中考）關于“阻力對物體運動的影響”問題，某學習小組進行了如下探究實驗：依次將毛巾、棉布分別鋪在水平木板上，讓小車分別從斜面頂端由靜止自由下滑，觀察小車在水平面上滑行的最大距離，三種情況下的運動如圖所示。
（1）實驗中每次均讓小車從斜面頂端由靜止自由下滑，目的是使小車在水平面上開始滑行時獲得的速度大小________（選填“相等”或“不相等”），本實驗中的“阻力”是指小車受到的________；
（2）分析圖中小車運動情況可知，在毛巾表面上滑行的距離最短，說明小車受到的阻力越大，速度減小得越________（選填“快”或“慢”）；
（3）牛頓在伽利略等人的研究基礎上，概括出牛頓第一定律：一切物體在沒有受到力的作用時，總保持______狀態或________狀態；
（4）牛頓第一定律________（選填“是”或“不是”）直接由實驗得出的，其符合邏輯的科學推理為科學研究提供了一個重要方法。
解析：（1）每次都讓小車從斜面上同一位置由靜止釋放，目的是使小車運動到斜面底端時的速度相等；本實驗中的“阻力”是指小車受到的摩擦力。（2）根據圖中運動情況可知：小車在毛巾表面上滑行的距離最短，毛巾表面最粗糙，小車受到的阻力最大，這說明小車受到的阻力越大，速度減小得越快。（3）牛頓第一定律的內容：一切物體在沒有受到力的作用時，總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。（4）牛頓第一定律是在實驗的基礎上，通過推理得出的，不是由實驗直接得出的。
答案：（1）相等　摩擦力　（2）快　（3）靜止　勻速直線運動　（4）不是
探究點二　牛頓第一定律
1.回顧猜想
教師：實驗探究前面所提到的兩個科學家的觀點，你現在認為誰的正確？
引導學生利用實驗推理的結論“如果小車不受外力，將永遠保持勻速直線運動”判斷哪個科學家的觀點正確。
教師：300多年前，伽利略就是這樣通過實驗推理得出他的觀點的。后來，牛頓經過研究和整理，總結出更加全面和完整的牛頓第一定律：
一切物體在沒有受到力的作用時，總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。
說明：牛頓第一定律不是從實驗直接得出的，而是在實驗的基礎上，經過推理、歸納得出的。這恰是科學家豐富的想象力與科學分析相結合的偉大之處。（進一步對學生進行情感、態度與價值觀的教育）
2.理解牛頓第一定律
教師：通過實驗和推理，我們得出了牛頓第一定律，這條定律對于一切物體都適用，但定律成立要滿足一定的條件，是什么條件呢？在什么條件下，物體一定處于勻速直線運動狀態？在什么條件下，物體一定處于靜止狀態？
教師結合定律詞語“一切”“沒有受到力的作用”“總”“或”四個方面分析，幫助學生理解牛頓第一定律的內容。
強調說明：①“一切”表明這條規律的普遍適用性，不符合這條規律的物體不存在。
②“不受力”是定律成立條件。這是一個理想情況，也包含物體在某一個方向上不受力。
③“總保持”指物體在沒有受到力的作用時，只有保持靜止狀態或勻速直線運動兩種可能，要改變這種狀態，物體必須受力的作用。
④力不是維持物體運動的原因，而是改變物體運動狀態的原因。
3.過程小結
教師：通過前面的實驗和我們的共同討論，我想同學們一定有很多感想吧？下面就請大家互相交流一下，說說自己的收獲或者還有哪些疑問吧！
引導學生小組討論合作完成。
例題講解：（學生先練習，若有問題，教師補充講解）
例2　如圖所示，若小球向右擺動到最低點時繩子斷裂，假設所有力同時消失，此后，小球的運動情況是（　　）
A.勻速直線下落
B.勻速直線上升
C.勻速直線斜向上運動
D.沿水平方向向右做勻速直線運動
解析：小球向右擺動到最低點時，其運動方向是水平向右的，當繩子斷裂、所有力突然消失時，小球仍然保持原來的運動狀態，即小球沿水平方向向右做勻速直線運動，故D選項正確。　　
答案：D
方法規律：物體不受外力作用時，只以兩種狀態存在：靜止狀態或勻速直線運動狀態，即原來靜止的物體將保持靜止狀態，原來運動的物體將以原來的速度做勻速直線運動。
探究點三　慣性
教師：同學們已經理解了牛頓第一定律的內容，現在請同學們一起來完成下面的實驗。
[想想做做]
猜想下面的問題：
1.在勻速直線行駛的列車上的人向上拋出籃球，籃球落下時會落在________（選填“人的前方”“人的后方”或“人的手中”）。
2.仔細觀察“想想做做”實驗1，如圖所示，撥動簧片，把小球與支座之間的金屬片彈出時，小球沒有隨金屬片飛出，而是落入支座上的凹槽中。
分析現象并填寫下表
物體原有運動狀態 受打擊時物體的運動狀態 未受打擊時物體的運動狀態
金屬片________，小球________ 金屬片受打擊，由______變為______ 小球不受打擊，保持________，落入凹槽中
學生猜想后，教師引導學生進行探究，對于第一個問題通過播放視頻，尋找答案，并引導學生進行解釋。對于第二個問題通過實驗驗證，要做好實驗的指導，一只手按住底座，另一只手要用力撥動簧片，簧片形變要大，松手速度要快，一定要注意安全，金屬片飛出的方向，要提前用課本擋著。實驗完成后，再來分析上面的問題，然后指出它們的不同方面（動者恒動，靜者恒靜），引出慣性的定義。
教師：什么是慣性呢？
教師引導同學們分析：牛頓第一定律告訴我們，物體不受外力時，原來靜止的物體將一直保持靜止狀態，原來運動的物體將保持其速度一直運動下去，這表明無論靜止的物體還是運動的物體，都有保持原來運動狀態不變的性質，即慣性，所以牛頓第一定律也叫慣性定律。
教師從以下四點分析慣性，加深學生對慣性的認識：（1）慣性的普遍性；（2）慣性大小的決定因素；（3）慣性與力的區別；（4）慣性與慣性定律的區別。
[演示]
小車突然運動和突然停下來時，木塊表現出的慣性現象，如圖所示。
　
教師：為什么突然拉動小車時，木塊向后倒；而小車突然停止時，木塊向前倒？根據木塊的運動能不能解釋汽車在突然啟動和急剎車時乘客表現出的狀態？
教師引導同學們分析：木塊向后倒或向前倒，是因為木塊上部和下部的運動狀態不一樣。當小車突然啟動時，木塊的下部受小車的摩擦力隨小車一起運動，而木塊的上部由于慣性還要保持靜止狀態，于是木塊向后倒。當運動的小車突然停下時，木塊的上部由于慣性還要保持向前運動的狀態，而木塊的下部由于和小車間的摩擦使木塊的下部隨小車靜止，于是木塊向前倒。
教師：了解了上面的內容，請同學們再來看汽車安全帶的作用。
閱讀教材P19科學世界“汽車安全帶和安全氣囊”
教師分析：汽車安全帶主要是為了防止汽車突然剎車時，由于慣性對人體造成的傷害。
教師：請同學們說說你還知道有哪些生產和生活中的慣性現象？
教師引導同學們分析：踢球、用鐵鍬鏟雪、潑水、滑冰、燒鍋爐時用鐵鍬往爐膛內添煤、跳遠運動員起跳前的助跑、用手可以拍掉身上的灰塵、跑步的人當腳碰到障礙物時總是會向前摔倒、撞擊錘柄可以使錘頭緊緊地套在錘柄上、騎自行車太快容易發生事故……
教師結合演示實驗的分析方法，讓學生學會解釋慣性現象時的一般步驟（以撞擊錘柄可使錘頭緊緊套在錘柄為例）：（1）明確研究對象（錘頭）；（2）物體原來處于什么狀態（錘頭隨錘柄一起向下運動）；（3）什么原因使與研究對象有關的物體或同一物體的某一部分運動狀態發生改變（錘柄因撞擊而停止運動）；（4）由于物體具體慣性，被研究物體（或物體的一部分）要保持原來的運動狀態可出現什么現象（錘頭由于慣性而向下運動，從而緊緊地套在錘柄上）。
教師：從同學們舉出的這些例子中，我們能夠看到人們可以利用慣性給我們的生活和生產帶來許多的方便，同時也有慣性給我們帶來的危害，因此，我們在利用慣性的同時還要注意防止慣性對我們造成的傷害。
例題講解：（學生先練習，若有問題，教師補充講解）
例3　（2019·四川涼山中考）在涼山州舉行的中小學運動會中，來自各校的運動員們奮力拼搏，取得了優異的成績。比賽中涉及到一些物理現象，下列說法正確的是（　　）
A.乒乓球比賽時，球在空中飛行，所有力全部消失，球一定落向地面
B.百米比賽時，運動員沖線后不能立即停下，是因為運動員受到慣性力的作用
C.跳遠比賽時，運動員需要助跑，是為了增大慣性，跳得更遠
D.足球比賽時，抱在守門員手中的足球也具有慣性
解析：乒乓球在空中飛行，處于運動狀態，若所有力全部消失，球將做勻速直線運動，故A錯誤；百米比賽時，運動員沖線后不能立即停下，是因為運動員具有慣性，慣性不是力，不能說受到慣性力的作用，故B錯誤；慣性只與物體的質量有關，跳遠運動員助跑是為了加快自己的速度，不能增加慣性，故C錯誤；任何物體在任何時候都具有慣性，故守門員手中的足球也具有慣性，故D正確。　　
答案：D
點撥：①慣性是物體本身的屬性，不是力，不能將慣性錯誤地表達為“慣性力”或“受慣性”；②衡量物體慣性大小的量度只有質量，質量越大，慣性越大。慣性大小與物體的運動速度、所處的狀態和是否受力均無關。
課堂小結
本節課我們主要學習了阻力對物體運動的影響、牛頓第一定律和慣性三部分內容，為了檢驗一下學習效果，請完成“ 當堂達標”測試題。
當堂達標
1.如圖所示，在探究“阻力對物體運動的影響”的實驗中，下列說法正確的是（　　）
A.實驗中不需要控制小車每次到達斜面底端時速度相同
B.小車最終會停下來說明力是維持物體運動狀態的原因
C.如果小車到達水平面時所受外力全部消失，小車將做勻速直線運動
D.小車停止運動時慣性也隨之消失
2.（2020·黑龍江龍東地區中考）轎車除了安全帶以外，還有一種安全裝置——頭枕，對人起保護作用，能減輕下列哪種情況可能對人體造成的傷害（　　）
A.緊急剎車
B.左右轉彎
C.前方碰撞
D.后方追尾
3.（多選）如圖所示，木塊與小車一起運動，某時刻觀察到如圖乙所示的現象，由此可判斷（　　）
A.小車向右運動，突然加速
B.小車向左運動，突然減速
C.小車向右運動，突然減速
D.小車向左運動，突然加速
4.（2019·陜西中考）如圖所示，用尺子快速水平擊打蓋在杯口的硬紙片，雞蛋由于具有________并未隨紙片一起飛出。假設紙片飛出后不再受任何力的作用，紙片將保持________狀態。
5.（2019·山西中考）小明是個科幻迷，他創作了一篇科幻題材的短篇小說——《我是超人》。小說中有這樣的故事情節：超人小明上天入海無所不能，有次為營救小伙伴，情急之下讓地球驟然停止自轉，結果小伙伴卻被甩向了天空。他這樣幻想的科學依據是________________。地球驟然停止自轉，你認為可能發生的現象還有____ __
__ （寫出一條即可）。
布置作業
教材第19頁“動手動腦學物理”第1至4題。
板書設計
一、阻力對物體運動的影響 1.兩種觀點 2.實驗探究阻力對物體運動的影響 （1）實驗結論：運動時小車所受阻力越小，向前滑行距離越大，小車速度減小得越慢。 （2）推理：如果小車運動時不受阻力，它將以恒定速度永遠運動下去。 二、牛頓第一定律 1.內容：一切物體在沒有受到力的作用時，總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。 2.理想實驗法（科學推理法） 三、慣性 1.定義：一切物體都具有保持原來運動狀態不變的性質，我們把這種性質叫做慣性。 2.影響因素：慣性是由物體的質量決定的，質量越大，慣性越大，與物體的形狀、運動狀態、所處位置、受力情況等外界條件均無關。 3.生活應用： （1）利用慣性：撞擊斧柄斧頭套緊、潑水、跳遠。 （2）防止慣性危害：安全帶或安全氣囊、保持車距、限速行駛。
參考答案
1.C　解析：實驗時應使小車到達水平面時的速度相等，因此每次實驗時，應使小車從同一高度由靜止開始滑下，故A選項錯誤；小車最終會停下來是受到了摩擦阻力的作用，這說明力是改變物體運動狀態的原因，而不是維持物體運動的原因，故B選項錯誤；如果小車到達水平面時所受外力全部消失，根據牛頓第一定律可知，小車將做勻速直線運動，故C選項正確；慣性是物體保持運動狀態不變的性質，一切物體都有慣性，小車停止運動時慣性不會消失，故D選項錯誤。
2.D　解析：頭枕是當頭突然后仰時，對頭部起保護作用。緊急剎車和前方碰撞時，由于慣性，人的身體會前傾，而不是后仰；左右轉彎時，由于慣性，人的身體會左右傾斜，也不會后仰。只有當后方追尾或突然加速時，人的身體會后仰。故選D。
3.CD　解析：木塊與小車一起運動，有兩種情況，一是一起向左運動，二是一起向右運動，兩種情況下都有可能出現乙圖所示的現象。一是向右運動，突然減速，木塊底部由于受摩擦隨小車一起減速，而其他部分由于慣性要保持原來的速度向右運動，所以向右傾倒；二是向左運動，突然加速，木塊底部隨小車一起加速，而其他部分由于慣性要保持原來的運動狀態，所以向右傾倒。
4.慣性　勻速直線運動　解析：雞蛋沒有受水平方向的力，故因為慣性保持原來的靜止狀態；紙片不受任何力之前是運動的，故紙片會保持原來的運動狀態，做勻速直線運動。
5.人具有慣性　地球上的汽車等物品也會被甩向天空　解析：若地球驟然停止自轉，小伙伴由于慣性，會繼續維持原來的運動狀態，故會被甩向天空；當地球驟停時，地球上的汽車等物品也會由于慣性，維持原來的運動狀態，甩向天空。
教學反思

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