人教版—牛顿第一定律教学设计

高中物理必修一?牛顿第一定律教学设计

（一）教学任务分析

1.内容分析：

牛顿第一定律揭示了力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因，推翻了亚里士多德的错误观点，改变了人类的自然观和世界观，为进一步探究力和运动之间的定量关系指明了方向，以此为基础建立了牛顿第二定律。它是在真实实验的基础上，利用理想化方法建立起来的。并且，牛顿第一定律揭示了物体存在惯性、确立了惯性参考系，所以，牛顿第一定律被称为牛顿力学的基石、力学的第一原理。在牛顿第一定律的建立过程中使用的理想化方法，伽利略、牛顿等科学家自身的创造性思维品质以及敢于质疑、坚持真理的科学精神，对学生能力和德育的发展具有重要作用。

2.高中物理课程标准的要求：

课程标准中要求“理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生活中的有关问题”。在本内容标准条目中要求学生理解牛顿运动定律，包含牛顿第一、二、三定律的理解。与初中课程标准中的“2.2.5通过实验，认识牛顿第一定律。能用物体的惯性解释生活和自然中的有关现象”要求比较可知，知识的要求由初中的“认识”提高到了高中的“理解”。说明高中的教学应加深学生的理解、拓宽学生的知识和能力。

3.教材分析：

人教版教材中，牛顿第一定律的前面安排的“运动的描述”“匀变速直线运动的研究”“相互作用”等3章内容，为本节内容的学习奠定了基础；本节内容后面紧跟着安排了“实验：探究加速度与力、质量的关系”“牛顿第二定律”，这样有利于学生加深对牛顿第一定律的理解。

因此，牛顿第一定律是力学教学的重点内容。

（二）学情分析

在初中阶段的学习中，除了“惯性与质量”这一问题没有专门涉及外，学生关于本节其他的知识都有了大致地了解。但是大多数学生只知道亚里士多德的观点是错误的；只知道伽利略是通过一个理想实验得出的牛顿第一定律。同时，经过初中阶段的学习与日常生活经验的积累，学生头脑中，也形成了一些错误的前概念，例如，“物体受到了惯性作用”“产生了惯性”“受到惯性力”等。高中阶段的学习，应该在学生已有认识的基础上，纠正学生头脑中这些片面、不恰当的认识，进一步深化和提高对相关问题的认识。

因此，正确形成惯性概念是教学的难点。

（三）教学目标及重难点

1.了解牛顿第一定律建立的历史过程。

2.理解牛顿第一定律（惯性定律）与惯性。

3.知道质量是惯性的唯一度量，质量越大，惯性越大。

4.能举例说明一切物体具有惯性。

5.在建立牛顿第一定律的过程中，学习理想化实验方法。

6.在学习牛顿第一定律的发现历史及探究过程中，学习伽利略、牛顿等科学家的创造性思

维品质和敢于质疑、坚持真理的科学精神，建立科学运动观。

其中，理解牛顿第一定律为重点，正确形成惯性概念是难点。

（四）教学器材

木块、小车、单摆实验仪、伽利略斜面实验教具、惯性演示仪（演示气体、液体、固体

具有惯性）、不同质量的塑料袋、铁架台等。

（五）教学方法

问答法、讲授法、演示法

（六）教学结构与过程

1.利用图片创设情境，导入新课

PPT展示小男孩推玩具车的图片

教师：在上课之前呀，我们看到这张图片。这是一个小男孩在推玩具车玩，小女孩将手中的玩具车推出去后，玩具车就停了下来，女孩问妈妈：妈妈，怎么才能让小车一直动呢？

母亲这样回答：想要小车一直运动，就必须一直用力推它呀。母子的对话其实展示了一个物理上的问题：力与运动关系的问题。我们今天所要学习的牛顿第一定律，正是解决这个问题的关键。下面，我们开始今天的学习。

长期以来，人们对力和运动关系问题的研究，就像刚才图片中的母亲一样：经过观察和归纳，人们发现，想要一个物体运动，就必须推他，或者拉他。早在两千多年前，古希腊的哲学家亚里士多德就根据这类生活经验，提出了他的观点，即：力是维持物体运动的原因。

请问大家，你赞同亚里士多德的观点吗？如果不赞成，能举出例子吗？

学生可能的回答：踢出去的足球还能继续运动一段距离。

冰壶离开运动员的手之后还能继续运动。

........

教师：很好，那有同学知道他们有什么共同点吗？

学生可能的回答：它们在脱离力的作用后仍能运动。

它们二者在运动一段距离之后最终都要停下来。

教师：没错，它们在脱离施力物体后都能继续运动，这反驳了亚里士多德的观点。

那请问大家，为什么在生活中，运动的物体为什么最终会停下来呢？

学生分析得出原因：受到摩擦力和空气阻力的作用。

教师：很好，正是由于摩擦力和空气阻力的作用。当年的伽利略也像各位同学一样，认

识到了生活中极易被忽视的因素，他不畏权威，勇敢地对亚里士多德的观点提出了质疑：运

动需要力来维持吗？

除了观察、归纳生活现象，伽利略还进行了大量的实验研究，他大胆猜想，力不是维持

物体运动的原因，并设计了一个非常巧妙地实验来驳斥亚里士多德的观点，那么伽利略是如

何设计实验的呢？这个实验的巧妙之处又在哪些地方呢？今天，我们就一起感受一下。

【设计意图】采用启发式教学，引导学生创设情景，积极思考，产生兴趣，引入新课。

2.运用理想实验，探索规律

（1）演示单摆实验

教师：究竟伽利略是由什么想到了设计实验的方法的呢？首先我想请同学们观看老师演示一个单摆实验。板前用绳竖直悬挂一个小球，板上有两条水平等高线，意味着在每条等高线上的各点都是等高的。接下来，我将从一条等高线的一端，由静止释放小球，请大家仔细观察，小球的运动情况是怎样的呢？

教师：有同学说，小球到达了等高的位置。其实啊，由于空气阻力的影响，小球并不能严格到达等高的位置，只能近似到达。可以想象：若假设没有空气阻力，小球就可以再次严格的到达等高位置了。

伽利略就是观察到了这样的实验现象，从摆中得到了启发。伽利略想，如果让小球从一个斜面滚下，滚上第二个斜面，应该也能到达等高的位置呀。由此设计斜面实验。

【设计意图】由单摆实验引导学生思考斜面实验的设计方法和目的

（2）展示自制的斜面实验仪器，演示实验

教师：轨道的两端固定在两个木板上，更接近于伽利略当时设想的斜面实验。整条轨道只有中间空档处可以弯折，第一个斜面固定，第二个斜面倾角可调。

下面我请一名同学协助实验，请同学们认真观察实验中小球滚动的高度。

1、小球从对接斜面由固定高度从静止释放，学生在小球沿第二个斜面滚动的最高位置做黄色标记。

2、改变第二个斜面倾角，小球由同一高度从静止释放，再滚上第二个斜面，并请学生在小球沿第二个斜面滚动的最高位置做红色标记。

3、再次改变第二个斜面倾角，小球由同一高度从静止释放，再滚上第二个斜面，并请学生在小球沿第二个斜面滚动的最高位置做蓝色标记。

提问：通过实验发现，无论怎么改变斜面倾角，小球都不能回到原来的高度，这是因为什么？

学生回答：因为有摩擦力。

设疑：假如没有摩擦，小球将上升到怎样的高度？

引导学生在实验基础上进一步科学地想象推理，理解当斜面没有摩擦时，小球在第二个斜面上将滚动到与第一个斜面等高的位置，认识没有摩擦这一理想状况。

提问：通过刚才的实验，我们发现，减小第二个斜面的倾角时，小球运动得更远了，如果继续减小斜面倾角，减小、减小……，直到斜面水平放置。假如说水平轨道无限长，假如说没有摩擦，小球会怎样运动？

引导学生在实验基础上进一步科学地想象、推理，没有摩擦这一理想情况。

【设计意图】演示斜面实验，引导学生进行想象、推理，进一步理解斜面实验，初步认识理想实验。

（3）总结理想实验结论。

教师：伽利略观察到了这样的实验现象，并加以逻辑推理，得出结论，即：如果没有摩擦力、流体阻力的影响，在水平面上运动的物体将永远的运动下去。这就是伽利略的斜面实验。

请大家来思考一下，无限光滑的水平面在现实中能不能找到？那无限长的水平面呢？对，不能找到，因此，伽利略的斜面实验是一个理想实验。而理想实验就是指，在真实的科学实验基础之上，经过逻辑推理进行的思维过程，它是头脑中的实验，在现实操作中无法完成。

强调：“假如没有摩擦”“假如轨道足够长”都是理想的情况，这在实际中无法实现，但这又是在实验基础上的想象，是科学、合理的。

【设计意图】启阐明理想实验的概念及无法完成性，使学生进一步理解理想实验的过程及方法

3.建立牛顿第一定律

教师：但是伽利略研究得出的结论依旧存在局限性，法国科学家笛卡尔经过研究得出的结论是：如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向。

隔了一代人，英国科学家牛顿在伽利略、笛卡儿等科学家研究的基础上，总结成动力学的一条基本定律，就是牛顿第一定律。内容：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。

教师：我们再来看一看牛顿第一定律，这短短的两句话中蕴含着多少丰富的内涵。请同学们思考，从牛顿第一定律的内容上看，对力和运动的关系，是从几方面描述？

学生：两方面。

教师：分别是？

学生：受力时和不受力时。

教师：不受力时物体的运动状态怎样啊？

学生：保持匀速直线运动状态或静止状态，

教师：也就是说，原来运动的物体就保持匀速直线运动状态，原来静止的就保持静止状态。那如果受力呢？

学生：物体的运动状态将有所改变。

教师：这是牛顿第一定律的重要意义，它正确揭示了力和运动之间的关系。力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。

【设计意图】通过对牛顿第一定律的内容讲解，提问，引发学生思考，使学生理解牛顿第一定律的内涵

4.惯性以及对惯性的理解

（1）演示实验，验证惯性是一切物体的固有属性。

教师：我们再看牛顿第一定律的前半句话，一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，这是物体的什么属性？

学生：惯性。

教师：牛顿第一定律明确了惯性的含义，为物理学奠定了基础。牛顿第一定律也叫惯性定律。那生活中有哪些关于惯性的例子呢？

学生：刹车的时候，人会往前运动一段距离

.......

教师：我发现同学们提出来的都是固体具有惯性的例子。那液体和气体就没有惯性吗？可以举例吗？

学生思考。

演示两个实验：一是让盛水的连通器突然运动或突然静止的实验；二是击打蒙在茶叶桶一端的橡皮膜熄灭蜡烛的实验。

让学生解释观察到的实验现象发生的原因，认识到液体与气体也具有惯性。

教师在学生解释如上两个实验现象时，及时纠正学生的错误说法。

【结论】惯性是物体的固有属性，即一切物体都有惯性。

惯性与物体是否有速度及速度的大小、处于固液气哪种状态均无关。

【设计意图】通过对气体液体的惯性实验演示，纠正部分学生的错误想法，认为只有固体具有惯性。强调一切物体都具有惯性

（2）强调惯性只是一种属性，不是力

教师：惯性是力吗？

学生思考

教师：力是物体与物体间的相互作用。而惯性不是力，只是物体的固有属性。

那惯性与受力或者速度有关系吗？

学生：无关

教师：非常好，惯性是物体的固有属性，与外界的作用，受力，运动状态无关，只与物体的质量有关。

【设计意图】通过对力的概念阐述，强调惯性不是力，纠正学生“受到惯性力”等错误观念。

（3）通过演示实验分析惯性的量度

教师：牛顿在解释惯性的时候说，惯性是物体抵抗运动状态变化的本领。这种本领的大小是不一样的，这种本领的大小又和什么因素有关呢？也就是说惯性的大小和什么因素有关呢？同学们请阅读课本69页下面“思考与讨论”并通过实例或者是简单实验进行分析。

演示：请一位学生来讲台上吹铁架台上吊的两个外表相同，质量不同的袋子。

通过观察演示实验试分析：物体的惯性大小跟哪些因素有关系？

【结论】质量是物体惯性大小的量度。

总结：

①惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。

②质量是物体惯性大小的量度，质量越大，惯性越大。

5.当堂练习，深化理解

（1）运用规律解决问题，加深对牛顿第一定律的理解。

【练习1】关于牛顿第一定律的理解正确的是（）

A．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时的运动规律

B．在水平地面上滑动的箱子最终停下来，是因为没有外力维持箱子运动的结果

C．不受外力作用时，物体的运动状态可能变化

D．奔跑的小朋友，由于遇到障碍而被绊倒，这是因为他受到外力作用迫使他改变原来的运动状态

【设计意图】练习是在具体的情境中应用定律解决问题。在前面学习讨论的基础上，引导学生在具体生活情境中，分析问题，使学生从解决问题的过程中领会牛顿第一定律。

（2）对惯性的理解及应用。

【练习2】歼击机在进入战斗状态时，要丢掉副油箱，这样做的目的是（）

A．减小惯性，使运动状态易于改变

B．增大速度，有利于运动状态的改变

C．增大加速度，使运动状态不易改变

D．减小重力，使运动状态保持稳定

【设计意图】在具体情境中解决问题，进一步加深对惯性的理解。

6.课堂小结，梳理收获

引导学生总结学习的牛顿第一定律、惯性等知识；理想实验方法；以及科学家的创造性思维品质，敢于质疑、坚持真理的科学精神。

（七）板书

牛顿第一定律

1、伽利略的理想斜面实验

2、牛顿第一定律

3、力是改变物体运动状态的原因

4、惯性：

一切物体都具有惯性

惯性的唯一量度——质量