資源簡介

3.4 牛頓第一定律（第1課時）（教學設計）
年級 七年級 授課時間
課題 3.4 牛頓第一定律（第1課時）
教學 目標 科學觀念：了解牛頓第一定律的內容，確認力并不是維持物體運動狀態的原因，而是改變物體運動狀態的原因；了解亞里士多德與伽利略的思想沖突，知道伽利略的理想實驗及其主要推理方法和結論； 科學思維：通過理性分析以及科學的推理從而獲得規律，了解如何建立進行科學實驗的基本思路； 探究實踐：通過小實驗，獲得改變物體運動狀態與受到外力之間的感性認識；提高實驗設計、現象描述和總結歸納、推理的能力； 態度責任：初步認識科學推動技術進步，技術又促進科學發展的相互關系；樹立勇于質疑、大膽推理的科學精神；提升合作、交流的能力，樹立團隊合作精神，共建良好的學習氛圍。
教學 重難點 重點：通過對小車實驗的分析比較得出牛頓第一定律； 難點：力不是維持物體運動的原因；伽利略的理想實驗的推理過程；
學情 分析 本節內容選自浙教版七下第三章第4節，本節主要內容：通過實驗活動獲得牛頓第一定律的內容及進一步形成運動和力的關系，此前學習了機械運動和力的相關知識，本課再進一步研究運動和力的關系是將力和運動聯系起來的一條紐帶，同時牛頓第一定律是經典力學的三大定律之一，是整個力學的基礎，也是進一步分析和處理運動和力學問題的基礎。慣性及利用慣性知識解釋相關的現象，這是在牛頓第一定律及力和運動關系基礎上的深化和延伸。要求通過實驗探究理解物體的慣性，學生已具備一定的實驗動手和探究能力但缺乏對問題的深入思考和理性的思維過程，所以在接受牛頓第一定律這一抽象的概念具有一定的難度，故應鼓勵學生多動手、動腦。 本節內容擬用2課時完成教學。第1課時主要內容是牛頓第一定律、力和運動的關系，第2課時主要內容是慣性。
教學 準備 課件、課本、活動器材等
教學過程
教師活動 學生活動
新 課 導 入 我們已經知道，力能改變物體的運動狀態。但是，物體運動狀態的改變是否一定是因為受到力的作用？力又是怎樣改變物體運動狀態的？面對這些復雜的問題，我們先思考一個更基本的問題：物體不受力的作用時，將做什么運動？ 回顧力的作用效果，力能改變物體的運動狀態，思考物體不受力時，將做什么運動？
新 知 講 授 一、牛頓第一定律 事實上，我們無法用實驗顯示物體不受力作用時的運動，因為自然界中并不存在完全不受力作用的環境。我們采用的方法是：先用實驗探究不同阻力對物體運動的影響，然后再推測出物體不受力作用時將做什么運動。 1.活動：探究阻力對物體運動狀態的影響 【實驗步驟】 （1）在水平木板上分別鋪上毛巾和棉布，如圖甲和乙，讓小車從斜面的頂端由靜止開始滑下，觀察小車在水平面上運動的距離，并將結果記錄在下表中。 （2）水平木板上不鋪任何材料，如圖丙，重復上述實驗。 水平面的材料小車受到的阻力（大、較大、?。┬≤囘\動的距離（大、較大、小）棉布大小絲綢較大較大木板小大
【實驗現象】 小車在不同平面上的運動距離不同，隨著水平面越來越光滑，小車運動的距離也越來越遠。 【實驗分析】 小車在不同水平面上受到的阻力大小不同。水平面越光滑，小車受到的阻力越小，其速度減小得越慢，運動距離越遠。 （把無法直接測量的阻力對運動的影響轉化為可直接比較的小車的運動距離，運用了轉換法。） 【實驗結論】 阻力改變了小車的運動狀態。阻力越小，小車運動狀態改變越慢，運動的距離越大。阻力越大，小車運動狀態改變得越快，運動的距離越小。 【實驗推理及猜想】 如果小車在水平面上運動時不受阻力的作用，那么它將以恒定不變的速度永遠運動下去，即物體將做勻速直線運動。 【實驗注意事項及問題】 （1）為什么每次實驗時小車都要從斜面同一位置開始滑下？ 為了保證小車進入水平面時的速度相同。 （2）當小車在水平面上運動時，只改變水平面的粗糙程度，其他因素保持不變。（注意控制變量） （3）木板要盡量長一些，防止小車滑出木板影響實驗。 2.兩個觀點 3.牛頓第一定律 牛頓總結了伽利略等人的研究成果，進一步得出：一切物體在沒有受到外力作用的時候，總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態。這就是牛頓第一定律。 牛頓第一定律是在大量實驗事實的基礎上，通過推理概括出來的。這種以可靠的實驗事實為基礎，通過推理得出結論的研究方法是科學研究的重要方法。（實驗推理法） 加深理解： （1）“沒有受到外力作用” 包含兩種情況： ①不受到任何力的作用，這是一種理想情況； ②物體受力，但所受的力相互抵消，即合力為0，相當于物體不受力。 如 所受的力相互抵消，相當于物體不受力。 （2）“或”指一個物體只能處于一種狀態，到底處于哪種狀態，由原來的狀態決定，若物體原來是靜止的，則保持靜止；若物體原來是運動的，則保持勻速直線運動。 （3）牛頓第一定律是推理得到的，不可能用實驗來直接驗證。 二、力和運動的關系 1. 力是維持物體運動的原因 2．力不是維持物體運動狀態的原因，而是改變物體運動狀態的原因 斜面絕對光滑，一旦物體具有某一速度，如果不受力就將一直運動下去。即物體運動不需要力來維持。 3.笛卡爾觀點 4.觀點演變 因為物體在不受力作用時總保持勻速直線運動或靜止狀態，所以，要改變物體的速度大小和運動方向，必須對物體施加力的作用。由此可見，牛頓第一定律為我們深刻地揭示了力和運動之間的關系，即力不是維持運動的原因，而是改變物體運動狀態的原因。 思考與討論 1．如圖甲，小球豎直下落的運動中，為什么速度越來越大？ 豎直下落的小球，只受豎直向下的重力的作用，受到的外力的合力不為零，且合力的方向與小球運動的方向相同，所以小球做加速運動，速度越來越大。 2．如圖乙，小球豎直向上拋出的運動中，為什么速度越來越小？ 小球豎直向上拋出的運動中，只受豎直向下的重力的作用，由于合力的方向與小球運動的方向相反，所以小球做減速運動，速度越來越小。 3．如圖丙，小球沿斜向上方向拋出的運動中，為什么運動方向會發生變化？ 小球斜向上方向拋出的運動中，只受重力的作用，由于小球的運動方向與重力的方向成一定角度，所以小球的運動方向會發生變化。 由以上活動可知： 若物體運動的方向與受到的合力的方向相同，則物體加速運動； 若物體運動的方向與受到的合力的方向相反，物體減速運動； 若物體運動方向與合力的方向成一定角度，物體運動方向逐漸改變，即進行曲線運動，最終運動方向與合力方向相同。 綜上，力是改變物體運動狀態的原因。 新知閱讀：關于力和運動關系的一個假想的實驗 在愛因斯坦（Albert Einstein）、英費爾德（L.Infeld）合著的《物理學的進化》一書中，有這樣一個用來說明力和運動關系的假想的實驗：假如有人推著一輛小車在平路上行走，然后突然停止推那輛小車，小車不會立刻停止運動，它還會繼續運動一段很短的距離。怎樣才能增加這段距離呢？這可以有許多辦法。例如，在車輪上涂油或把路修得更平滑等。車輪轉動得越容易、路越平滑，車便可以繼續運動得越遠。但是歸根到底，在車輪上涂油和把路修平等都只有一種作用：減小外部的影響，即車輪內及車輪與路之間的摩擦力減小了……假想路是絕對平滑的，而車輪也毫無摩擦，那么就沒有什么會阻礙小車運動，而它就會永遠運動下去。 進行活動，觀察并分析現象得出結論，進行推理猜想。 總結實驗注意事項及問題。 了解兩個觀點，知道牛頓第一定律是在這些觀點基礎上得出的。 加深理解牛頓第一定律內容。 了解力和運動關系的觀點演變，知道各個科學家及其對應觀點。 思考力和運動的關系，能推出運動軌跡。
課 堂 練 習 典例1“后裔射日”是大家熟悉的我國上古時期的神話故事。后裔將箭射出去后，假設箭突然不受任何力的作用，那么它會（ ） A.落回地面 B.繞地球轉動 C.停在空中 D.飛向太陽 【答案】D 【解析】將箭射出去后，假設箭突然不受任何力的作用，根據牛頓第一定律，箭將保持原來的運動狀態，飛向太陽。故ABC不符合題意，D符合題意。 故選D。 典例2 投籃時，籃球運動軌跡如圖，若該籃球運動到最高點時一切外力消失（ ） A.保持空中靜止 B.勻速向下運動 C.勻速斜下運動 D.勻速向右運動 【答案】D 【解析】籃球運動到最高點時，水平方向速度不為0，若外力消失籃球將保持原有的狀態，即水平勻速向右直線運動。 故選D。 典例3 牛頓第一定律揭示了力和運動的關系，由此判斷下列說法正確的是（ ） A.物體受到外力的作用運動狀態一定會改變 B.物體處于靜止狀態不一定是受到平衡力的作用 C.牛頓第一定律是通過實驗得出的力學基本定律之一 D.加速、減速的物體運動狀態一定是改變了，但勻速轉動的物體運動狀態沒有改變 【答案】B 【解析】A.物體受到外力的作用時，其運動狀態不一定會改變，例如物體受到平衡力的作用時，其運動狀態不變，故A錯誤； B.物體處于靜止狀態可能是受到平衡力的作用，也可能不受力的作用，故B正確； C.牛頓第一定律指出：一切物體在不受力時，總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態；現實生活中的物體都受到力的作用，絕對不受力的物體不存在，所以牛頓第一定律不是通過實驗得出的，而是在實驗的基礎上概括推理得出的，故C錯誤； D.勻速轉動的物體，其運動方向時刻發生變化，其運動狀態時刻改變，故D錯誤。 故選B。 典例4小明同學為模仿伽利路斜面實驗“探究阻力對物體運動的影響”(如圖甲)。讓同一輛小車分別滑到鋪有毛巾、棉布和未鋪任何材料的木板觀察并記錄小車水平滑行的距離。(不計空氣阻力) （1）在實驗過程中，該同學讓小車從斜面的同一位置靜止釋放，這一操作的目的是為了控制小車到達水平面時的 相等； （2）小明根據圖甲實驗繪制出小車速度--時間關系圖，并推測繪制出小車在光滑水平面上運動的圖像，如圖乙所示；其中可表示水平面光滑的是 ；（填圖中的序號） （3）圖丙是各科學家先后對“運動和力”關系的不同觀點，下列說法正確的是（ ）（可多選）。 A.亞里士多德認為運動物體在不受力時會停止運動 B.伽利略提出力是維持物體運動狀態的原因 C.相對牛頓的觀點，笛卡爾觀點未涉及靜止物體 D.“牛頓第一定律”是牛頓通過實驗得出的結論 E.科學觀點的形成是一個不斷完善、修正的過程 【答案】（1）速度（2）①（3）AE 【解析】（1）實驗中運用控制變量法，探究陽力對物體運動的影響時，應控制小車的速度相同，所以讓小車從斜面的同一位置由靜止釋放，為了小車到達水平面時的初速度相同。 （2）由圖甲可得，小車的速度相同，水平面越光滑，小車運動的越遠，所以可以推理，小車在絕對光滑水平面上運動時，速度不再減小，保持原來的速度一直運動下去，故①符合題意。 （3）A.亞里士多德認為力是維持物體運動狀態的原因，運動物體不受力時會停止運動，故A正確； B.伽利略提出力不是維持物體運動狀態的原因，物體不受力時，將保持原來的速度一直運動下去，故B錯誤； C.笛卡爾認為任何物體都要保持勻速直線運動或靜止狀態，直到外力迫使它改變運動狀態為止，故C錯誤； D.“牛頓第一定律”是牛頓通過大量實驗和合理的推理得出的結論，故D錯誤； E.每一個科學觀點被提出時，都是不完整的，科學觀點的形成是一個不斷完善、修正的過程，故E正確。故選AE。
課 堂 小 結 1.牛頓第一定律 （1）內容：一切物體在沒有受到外力作用的時候，總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態。這就是牛頓第一定律。 （2）牛頓第一定律是在大量實驗事實的基礎上，通過推理概括出來的。這種以可靠的實驗事實為基礎，通過推理得出結論的研究方法是科學研究的重要方法，這種方法叫實驗推理法。 （3）注意沒有外力作用可以是不受力的情況或受到的力相互抵消，合力為0，相當于不受力。力的方向相同，則合力等于各個力之和，力的方向相反，合力等于各個力作減。 2.力和運動的關系 （1）亞里士多德認為：力是維持物體運動狀態的原因； （2）伽利略的理想實驗（小車阻力實驗）：推理結論：力不是維持物體運動的原因，力是改變物體運動狀態的原因。實驗方法：理想實驗法； （3）阻力對物體運動的影響：讓同一小車從同一斜面的同一高度自由滑下（控制變量法），使小車滑到斜面底端時有相同的速度；阻力的大小用小車在木板上滑動的距離的長短來體現（轉換法）。
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