高中物理人教版必修1同步教案(系列一): 第四章第1节 牛顿第一定律

发布于:2021-12-01 02:27:52

《牛顿第一定律》
一、三维目标 1.知识与技能 ⑴体会伽利略的理想实验思想。 ⑵理解牛顿第一定律的内容及意义;理解力和运动的关系。 ⑶理解惯性的概念,知道质量是惯性大小的量度。 2.过程与方法 ⑴通过回顾历史探究过程理解牛顿第一定律的形成过程。 ⑵理解理想实验是科学研究的重要方法。 3.情感态度与价值观 ⑴通过运动和力的关系的历史探究过程,使学生体会规律的形成都有一个从感性到理性、从低级到高级的 产生、发展和演变的过程。 ⑵通过理想斜面的教学,体会理想实验的魅力。 二、教材分析 牛顿运动定律是整个力学体系的基石,而牛顿第一定律又是这个“基石”中的“基石”,它定性地揭示了力和 运动的关系,提出惯性的概念,为定量研究力和运动的关系拉开了序幕。 高中教材与初中相比,主要有四方面的不同。 一是定律内容深浅不同:初中教材叙述为“一切物体在没有受到外力作用的时候,总是保持静止状态或匀 速直线运动状态”;高中教材叙述为“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改 变这种状态为止”。高中教材中的表述具有更为丰富的内涵,它强调了力是改变物体运动状态的原因,突 出了第一定律的独立性和重要意义,也为学*牛顿第二定律做了一定的铺垫。 二是惯性的认识层次不同:初中强调一切物体都有惯性,高中侧重惯性与质量的关系。 三是实验的设计、探究及思维深度不同:初中为斜面小车实验;高中为伽利略理想实验,突出了理想实验 这种科学方法的价值所在。 四是情感、态度、价值观的体现不同:初中对牛顿第一定律建立的历史一语带过,高中教材回顾了历史, 让学生体会一个规律的获得是一代又一代人努力的结果,能够激发学生追求科学,勇于创新的情感。 三、学情分析 经过初中的学*,学生初步知道了牛顿第一定律的内容和惯性的概念,但是缺乏对牛顿第一定律建立历史 的了解,对内容也是一知半解。

学生对于“质量是惯性唯一的量度”更是缺乏认识,凭借自己的生活经验,认为速度也是惯性的量度。教师 要在课堂上充分引导,配合实验、结合生活事例澄清概念。 教学实践表明,学生在头脑中建立正确的力和运动关系的过程,并非一帆风顺,常常形成与亚里士多德相 似的观点,且根深蒂固。处理具体的实际问题时,一些直觉的错误观点不时冒出,存在着严重的"口是心 非"问题。 四、教学重难点 1.教学重点:通过回顾历史探究过程理解牛顿第一定律;惯性的理解。 2.教学难点:力和运动的关系;惯性和质量的关系。 五、教学活动设计 (一)创设游戏,引入课题 撕纸游戏 猜一猜: 1.一张纸已剪成两截,但未完全剪断,如果迅速用力撕两边,纸会断成几截? 2.现在把纸剪成三截,但未完全剪断,如果迅速用力撕两边,纸会断成几截? 大家不要动手,先猜一猜。 3.如果在中间的纸下面夹一个夹子,然后迅速撕两边,纸会断成几截? 请大家想一想:为什么是这样一个结果呢?怎样解释我们的游戏呢?其实,在我们的游戏中还涉及到一个 古老的话题──力和运动:用力撕纸,纸条断开运动起。运动和力之间到底有什么关系呢?带着这些问题, 我们一起体验古人的探究过程,学*古人的探究方法,进一步理解论述运动和力关系的牛顿第一定律。 (二)回顾历史,探究定律 1.情景设问,经验猜想 在人类历史的长河中,运动和力如影随形,总是和人们的生活、生产密切相关。比如:马拉车则车前进, 不再拉,前进的车会停下;人象推车则车前进,不再推,前进的车会停下;踢球,球沿草地向前滚动,不 再踢,滚动的球会慢慢停下。 思考:运动和力之间有什么关系呢? 最早提出这个问题并给出经验猜想的是古希腊学者亚里士多德。 他根据生活生产经验猜想:必须有力作用在物体上,物体才能运动;没有力的作用,物体就要静止在一个 地方。运动需要力维持。 他的观点自实际经验,还能用实际经验验证,所以被人们广泛接受,并维持了*两千年。 设问:我们现在知道,他的观点是错误的。那么他有贡献吗? 亚里士多德的贡献:开创了一个新的研究领域。

首先质疑并深入研究的是十六世纪的伽利略。他观察了球的滚动。 2.质疑假设,科学猜想 当球沿斜面向下滚动时,它的速度增大,而向上滚动时,速度减小。他由此猜想:当球沿水*面滚动时, 它的速度应该不增不减。实际观察的结果是:沿水*面滚动的球越越慢,最后停下。 ①现象:沿水*面滚动的球越越慢,最后停下。 按照亚里士多德的观点,球停下是因为没有力的作用。伽利略恰恰从这一现象出发,对亚里士多德的观点 提出质疑。 ②质疑:滚 动 的 球 之 所 以 停 下 , 真 的 是 因 为 没 有 力 的 作 用 吗 ? 设问:球停下的原因是什么呢? 在伽利略之前,人们还没有意识到摩擦力这种无形的力,伽利略是第一个意识到摩擦力的人。 他改变了水*面的粗糙程度,发现:水*面越光滑,球滚得越远。于是,他推断这是摩擦阻力作用的结果。 结论:滚动的球停下,是摩擦阻力作用的结果。 ③假设:若没有摩擦阻力,沿水*面滚动的球将怎样运 ④猜想:若没有摩擦阻力,球将永远滚动下去。 过渡:伽利略设计了一个双斜面实验。 3.实验探究,得出结论 (1)双斜面实验 左斜面固定,右斜面倾角可变。实验中我们设定小球始终从左斜面定位卡处由静止释放。 ①固定右斜面,改变小球所受的摩擦,观察小球上升的最大高度怎样变化。重复一次。 思考: 1.小球所受摩擦阻力的大小与小球上升的最大高度之间有什么关系? 2.摩擦阻力的大小与释放点到上升的最高点的高度差是什么关系? 3.如果没有摩擦,小球会上升到多高的地方? ②减小右斜面倾角,观察小球沿斜面运动的最远距离怎样变化。重复一次。 思考: 1.减小右斜面倾角,小球沿斜面运动的最远距离如何变化? 2.如果没有摩擦,减小右斜面倾角,沿斜面滚动的最远距离怎样变化?小球将上升到多高的地方? ③将右斜面放*,释放小球,观察小球的运动。 思考: 1.如果水*木板足够长,小球会停下吗? 2.如果没有摩擦,水*木板足够长,小球将滚到哪里去呢?

实验事实
右斜面固定 摩擦越小,球滚得越高 减小右倾角 球沿斜面滚得越远
放*右斜面 球滚得最远

逻辑推理(无摩擦,右斜 面足够长) 球将滚上原的高度 球沿斜面滚得越远,一直 滚到原的高度 球将一直滚动下去

过渡:现在通过动画模拟没有摩擦阻力时小球的运动。我们为动画配了一段话剧。 (2)动画模拟 (老师扮演伽利略,学生扮演小球。) 伽利略:小球先生(小姐),如果没有摩擦,你会爬上什么高度呢? 小球:我会搭乘梦想的阶梯一步一步往上爬,直到爬上原的高度。 伽利略;如果我减小右斜面的倾角,你还会爬到原的高度吗? 小球:梦想有多高,我就可以爬多高,只是我要走的路程更长了。 伽利略:如果我继续减小右斜面的倾角呢? 小球:我心依旧,只是又多了一段山水之程。 伽利略:如果我把右斜面放*,你还会为了自己的梦想而前行吗? 小球:路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。既然选择了高度,留给世界的便只能是背影。 播放周杰伦的《蜗牛》节选:我要一步一步往上爬/在最高点乘着叶片往前飞 /小小的天 留过的泪和汗/ 总有一天我有属于我的天 希望同学们像小球一样怀着梦想,沿着人生的轨道一步一步往前行!总有一天,你有属于你的天! 过渡:伽利略的双斜面实验是一个理想实验。 (3)理想实验的魅力: 实验(事实)+逻辑推理 通过可靠的实验事实,加上合理的逻辑推理,得出规律的一种方法。 理想实验的魅力:实验不能实现的地方,思维向前一步。 这种方法非常了不起!爱因斯坦是这样评价的:伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想 史上最伟大的成就之一,而且标志着物理学的真正开端。这个评价实事求是,从亚里士多德到伽利略,经 历了 2000 多年,物理学徘徊不前;从伽利略到爱因斯坦,只经历 300 多年,物理学的大厦初步建立,大 师辈出。这都得益于伽利略首创的实验研究方法。 过渡:通过双斜面理想实验,伽利略得出了结论。

( 3) 伽 利 略 : 若没有摩擦阻力,沿水*面滚动的球将永远滚动下去。运动不需要力维持。 回顾、思考: ①静止的车、足球为什么运动起? ②运动的车、足球为什么会停下? ③力和运动之间有什么关系? 力是改变物体运动状态的原因。 设问:运动状态是用什么物理量描述? 车由静止变为运动,受到了推、拉力;由运动变为静止,受到了摩擦阻力。足球由静止变为运动,受到了 脚的力;由运动变为静止,受到了草地的摩擦阻力。 过渡:与伽利略同时代的法国科学家笛卡尔对他的观点进行了补充。 4.补充完善,形成定律 (1)笛卡尔的补充: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。这应成为一个原理,它是人类整个自然观的基础。 笛卡尔补充了物体不受力时保持静止状态或匀速直线运动状态。 过渡: 1642 年,伽利略逝世,1643 年牛顿在英国诞生。牛顿是人类历史上最伟大的科学家之一。主要贡 献有发明了微积分,发现了万有引力定律和经典力学,设计并制造了第一架反射式望远镜等等。 牛顿在 1687 年出版的《自然哲学的数学原理》一书中提出了三条运动定律。牛顿把伽利略、笛卡尔的正 确结论总结成为牛顿第一定律,它是牛顿物理学的基石。 (2)牛顿第一定律: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。 过渡:现在我们理解定律。 (三)理解定律,了解惯性 思考:牛顿第一定律中论述的运动和力的关系是怎样的? 1.运动和力的关系:力是改变物体运动状态的原因。 物体不受力,保持匀速直线运动状态或静止状态;运动状态变化,物体一定受到力的作用。 思考:物体不受力时“总保持匀速直线运动状态或静止状态”,这能不能通过实验验证呢? 不能。由于不受力作用的物体是不存在的。许多阻力很小的现象可以帮助我们理解牛顿第一定律。 2.阻力很小的现象:冰壶 从视频可以看出,冰壶在一段时间内速度的大小和方向几乎不变,直到碰上另一个冰壶。 思考:定律中还论述了什么呢? 3.惯性:

①概念:物体保持原的匀速直线运动状态或静止状态的性质。 设问:一切物体都有惯性。做变速运动的物体有惯性吗? 当物体做变速运动时,由于惯性,物体会抵抗速度的改变,从而使速度的改变需要一段时间。比如汽车紧 急刹车时不会立即停下,而是继续向前滑行一段距离。 ②一切物体有惯性,有抵抗运动状态变化的“本领”。 物体惯性大,“本领”大,运动状态难改变;物体惯性小,“本领”小,运动状态易改变。 思考并猜想:物体的惯性大小和什么因素有关? 游戏:用嘴吹书 提起书,用最大力气吹垂下的封面;用手提起封面,用最大力气吹垂下的书。 思考:你观察到了什么现象?这个现象能说明惯性和质量的关系吗? ③惯性与质量:质量是惯性大小的量度。 质量只有大小,没有方向,是标量。在国际单位制中,质量的单位是千克,单位符号为 kg。 在初中质量定义为物体所含物质的多少;现在进一步从惯性的角度认识了质量;以后还要从物体间的引力 认识质量。 过渡:现在,就可以解释撕纸游戏了。 (四)再设情景,规律应用 1.思考:怎样解释撕纸游戏? 有夹子,增大了中部的质量,增大了惯性。当迅速撕开两边时,中部仍保持静止状态,所以撕成三截。无 夹子,中间纸条惯性很小,静止状态易改变。由于撕开纸条的力左右有差异,所以撕成两截。 过渡:了解了惯性的知识,我们还能用它判断是非。 2.美国空军 UFO 档案记载,1952.12.6 黎明前,一架 B29 轰炸机在墨西哥湾上空训练时,一个很大的 不明飞行物以 4000km~15000km 的时速靠*、经过、远离它。在目击描述中,不明飞行物能迅速增减速 度,甚至还能骤然停止。 思考:1.如果没有特别的装置,UFO 骤然停止时,外星人飞行员的命运是怎样的? 2.人们想象外星人持有惯性消除器,用消除自身的惯性,以便应对速度的迅速变化,你怎么看? 我们利用惯性的知识发现了 UFO 档案记载中的疑点。希望大家在遇到问题时利用所学知识,冷静分析。 (五)课堂总结,课外探究 1.了解了运动和力关系的探究过程。 在探究过程中,亚里士多德是开拓者。伽利略首创了理想实验方法;笛卡尔补充了伽利略的观点;牛顿提 出了惯性、力、惯性参考系的概念。 2.体会了理想实验的魅力:实验(事实)+逻辑推理

3. 深入理解了牛顿第一定律,知道了质量是惯性大小的量度。 4.后爱因斯坦等科学家又进一步发展了牛顿第一定律。没有哪一个定律是终极真理,物理学的大厦永不 封顶,还等待你们为它添砖加瓦! 课外探究:有人说刘谦的螺丝魔术颠覆了牛顿第一定律:不给螺帽力的作用,螺帽也能运动起。你怎么看? 请在百度中搜索“刘谦螺丝魔术揭秘”,弄清刘谦螺丝魔术的原理。


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