牛頓第一定律教學(xué)設(shè)計.doc

6.1 牛頓第一定律 一、教學(xué)內(nèi)容分析牛頓第一定律這節(jié)課是普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書物理1（司南版）第6章第1節(jié)，這節(jié)課主要涉及到的物理知識為牛頓三大定律之一，主要內(nèi)容有牛頓第一定律、慣性、質(zhì)量是慣性量度等知識點。該定律所包含的意義深刻，在現(xiàn)實生產(chǎn)、生活中具有重要應(yīng)用，特別是該定律的獲得過程包含寶貴的科學(xué)方法和值得后人借鑒的科研精神。因此高中階段重新再學(xué)該課，仍十分有必要。二、學(xué)生學(xué)習(xí)情況分析 牛頓第一定律這節(jié)課主要涉及牛頓第一定律、慣性、質(zhì)量是慣性量度等知識點。學(xué)生通過初中階段學(xué)習(xí)對于伽利略理想斜面實驗、牛頓第一定律、慣性等內(nèi)容均已經(jīng)熟悉，如果簡單地重復(fù)初中的學(xué)習(xí)，甚至直接花十分鐘時間回憶一下，學(xué)生們肯定覺得乏味，甚至認為物理課本編排得不負責(zé)任，初中都已經(jīng)學(xué)過了，為何還花這么多篇幅。我們認為教材在此處再次設(shè)計牛頓第一定律，除了知識點之外更重要的是定律獲得過程所包含的研究方法和物理學(xué)家們的科學(xué)精神。三、設(shè)計思想學(xué)生通過初中階段學(xué)習(xí)對于伽利略理想斜面實驗、牛頓第一定律、慣性等內(nèi)容均已經(jīng)熟悉，我們一直在思考，他們到了高中階段再學(xué)這節(jié)課老師們該給學(xué)生什么呢？我們學(xué)校的教學(xué)習(xí)慣，喜歡帶學(xué)生回到問題的最原始階段，一起經(jīng)歷定律得到的過程，所以我們當(dāng)時一致認為這個定律的獲得過程所涉及到的一些方法是相當(dāng)有代表性的，對于學(xué)生終生學(xué)習(xí)物理相當(dāng)有用。另外質(zhì)量是慣性大小的量度這個知識點是新的，我們的基本理念就是經(jīng)過老師的引導(dǎo)，學(xué)生自己找到現(xiàn)象背后的規(guī)律。故此對于這節(jié)課就確定了兩個重點：伽利略的研究方法和質(zhì)量是慣性大小的量度。帶著學(xué)生回到問題產(chǎn)生的原始過程，上課過程一起經(jīng)歷伽利略的研究過程，感悟其研究方法，上完這節(jié)課學(xué)生會覺得是自己發(fā)現(xiàn)了這個定律，自己找到眾多慣性現(xiàn)象的共同衡量尺度-慣性；并且能體會科研的魅力與艱辛，培養(yǎng)敢于堅持真理、嚴(yán)謹認真的科學(xué)態(tài)度，產(chǎn)生獲得知識的成就感，激發(fā)求知的欲望，有助于幫助學(xué)生自我再學(xué)習(xí)。四、教學(xué)目標(biāo)1理解牛頓第一定律內(nèi)容；2理解慣性概念，慣性是物質(zhì)的固有屬性，由本身質(zhì)量量度；3回顧亞里斯多德、伽利略、笛卡爾及牛頓等物理學(xué)家的科研過程，經(jīng)歷感受他們的研究方法；重點感悟伽利略的物理方法；5從物理學(xué)家們身上看出科研的魅力與艱辛；體會他們?yōu)樘剿髡胬矶巫尾痪?，激發(fā)學(xué)生共鳴，產(chǎn)生求知欲望；6培養(yǎng)敢于堅持真理，嚴(yán)謹認真的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神；7能不被一些表面現(xiàn)象迷糊，明白“眼見不一定為實”。五、教學(xué)重點和難點 （一）教學(xué)重點：牛頓第一定律獲得的過程所涉及到的物理學(xué)家特別是伽利略在其中的重要作用以及他經(jīng)典的研究方法和值得后人借鑒的科研精神；牛頓第一定律內(nèi)容、質(zhì)量是慣性的量度等知識點。 （二）教學(xué)難點：質(zhì)量是慣性量度的引導(dǎo)過程。六、教學(xué)過程設(shè)計（一）引入與歷史回顧大家都熟悉亞里士多德和伽利略，你們對亞里士多德的印象如何？生：他都是錯的；鄙視他我們來看看伽利略是如何評價亞里士多德？伽利略曾說過一句話，他說：“老實說，我贊成看亞里士多德的著作，并精心進行研究，我只是責(zé)備那些把自己完全淪為亞里士多德奴隸的人”從這句話可以看出伽利略對亞里士多德是如何評價呢？生：贊成看他的著作伽利略并沒有鄙視亞里士多德，反而贊成看亞里士多德的著作，據(jù)歷史記載，伽利略有段時間曾在大學(xué)里教書，教的內(nèi)容正是亞里士多德的著作；“并精心研究”，伽利略用精心形容自己的研究，前面的學(xué)習(xí)中，大家有沒體驗過伽利略的精心之處呢？生：自由落體研究；亞里士多德太主觀.伽利略利用實驗研究，數(shù)學(xué)推理等在亞里士多德的著作，記載著這樣一個結(jié)論：有力才有運動，力撤去運動就停止。Ppt展示“力是維持物體運動的原因”，關(guān)于力和運動的關(guān)系，伽利略又展開一次精心的研究，等會我們一起用我們的眼睛來看看伽利略究竟 “精心”在哪里？亞里士多德真的錯了嗎？我們不妨來演示一下生活中一個常見的現(xiàn)象：一個物塊靜止在水平面上，手用力推，小車運動起來（老師的手扶著，邊推邊解釋手松開，小車慢慢停止。老師演示的時候，稍微力大些，讓小車運動一段時間再停?。┬≤囋瓉盱o止，當(dāng)我用力推時，小車運動；手松開后，小車停止；亞里士多德的結(jié)論很正確呀，有力小車運動，力撤去小車停止。ppt展示生活習(xí)慣生活中類似的剛才演示實驗的現(xiàn)象很多，長期以來，人們的經(jīng)驗是：要使一個物體運動，必須推或拉。推拉停止，物體也就停止運動。距今2000多年前，當(dāng)亞里士多德觀察到生活中這些現(xiàn)象時，他憑直覺就得出，力是維持物體運動的原因，意思就是：有力才有運動，力撤去運動即停止；從剛才的演示我們也看到似乎有力才有運動，力撤去運動隨即也就停止了。ppt展示亞里士多德圖片及其結(jié)論生：小車運動了一段才停止的觀察得很仔細（跟當(dāng)年的加利略一樣觀察細致），手松開后，小車沒有馬上停下來。當(dāng)初伽利略恰恰注意到了“那一段”，他認為如果力撤去物體停止運動，那么為什么有些現(xiàn)象會運動一段時間才停下來呢？他最早悟出了地球上的物體運動時，都不可避免要受到摩擦力和空氣阻力作用。他認為物體之所以停下來是受了摩擦力的作用，物體停下來恰恰是因為力的作用，所以力不是用于維持運動，恰恰相反這里的摩擦力卻是產(chǎn)生減速的原因。伽利略的精心研究表現(xiàn)在：觀察認真。細微，微小變化的現(xiàn)象也觀察到了。ppt展示伽利略一半的結(jié)論至此，伽利略已經(jīng)找到，導(dǎo)致物體運動停止的原因是由于摩擦力的原因，但他沒有停留在這里，而是繼續(xù)想象，如果沒有摩擦力，那么物體會怎么運動呢？生：靜止或勻速直線運動學(xué)情分析：很多高一的學(xué)生因為初中的學(xué)習(xí)很看不起亞里士多德，有些甚至是不加思索地鄙視。設(shè)計意圖：借著伽利略對亞里斯多德的評價與學(xué)生對亞里士多德評價的沖突引出本節(jié)課要討論的范圍；通過簡單的演示實驗引出本節(jié)課要討論的確切問題，開始了伽利略的精心非凡的研究過程。澄清了學(xué)生對亞里士多德的誤會，引導(dǎo)他們?nèi)绾握_對待前人及其研究結(jié)論這個結(jié)論我們已經(jīng)學(xué)過，但當(dāng)年他是如何得到這個結(jié)論的呢？生：斜面，對接斜面我們一起來回顧一下，大家初中學(xué)過的加利略理想實驗對接斜面（展示flash），我們一起回味一下，伽利略是怎樣推理的？1.讓一個小球從一個斜面的頂端滾下，緊接著又滾上另一個對接的斜面，同一個斜面，打磨得越光滑，小球上升的高度越接近原來；故設(shè)想如果沒有摩擦力，這個小球?qū)⑦_到跟原來同樣的高度；f0的試驗他并沒有條件做，依據(jù)事實基礎(chǔ)，進行了合理的外推。2. 如果減小對接斜面的傾角，小球仍會達到同一高度，通過的路程呢？（需要經(jīng)過更長的路程；）3 .同理，如果再減小對接斜面的傾斜度，小球經(jīng)過的路程就會越來越長。4 .如果把對接斜面變成水平面，小球無法達到原來的高度，只能以原速度一直運動下去（無加速也無減速原因）（3-4利用合理外推思想）。插板書，提煉伽利略的研究方法師：伽利略利用這個斜面實驗成功地得到力不是維持物體運動的原因，推翻了亞里士多德的錯誤結(jié)論。這個結(jié)論已經(jīng)被人們接受了2000多年，直到伽利略提出疑問，并推翻。我們知道伽利略這個實驗是個理想實驗，并非真實的實驗（因為在地球上不能達到完全沒有摩擦的條件），這是伽利略用自己的大腦想象出來的，語氣加強，轉(zhuǎn)話鋒“任何想象離不開現(xiàn)實，均是基于現(xiàn)實的，絕不能憑空想象”，那么大家知道伽利略當(dāng)時依據(jù)的是什么現(xiàn)實呢？生：師：伽利略17歲那年，當(dāng)時他還在醫(yī)學(xué)院讀書時，有一次在教堂做禮拜，風(fēng)吹進教堂，導(dǎo)致教堂中的吊燈擺動，他回去就立即做了個實驗，（演示伽利略針和單擺實驗）這是一個簡單的擺球，一端固定，將擺球拉向一邊，由靜止釋放小球，擺球會擺動到另一邊，用水平尺子標(biāo)記其高度；大家知道伽利略從這個實驗得到多個結(jié)論，如單擺等時性等，今天這節(jié)課我們關(guān)注其中一個結(jié)論，那就是擺球運動到右邊時，能達到等高度的位置嗎？老師演示：擺球拉到左邊，與尺子同高度的地方，靜止釋放小球，小球運動到右邊等高的地方嗎？（擺動兩次后，師順手抓住小球）接著，伽利略在懸掛小球懸點的正下方，固定一根針，當(dāng)球往右邊擺動時，碰到針，他還會擺到相同的高度嗎？師演示，生觀擦并回答當(dāng)時伽利略用一根針多次改變小球的懸點，重復(fù)實驗。在當(dāng)時的測量條件下，伽利略得到的結(jié)論是：擺球能上升到原來的高度。演示過程與學(xué)生共同得出結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生實驗觀察與歸納能力下面我們用flash慢鏡頭展示一下剛才的實驗，在一定點O懸掛一單擺，在O的正下方O1用釘子改變單擺的運動路線，將擺球拉到離豎直位置一定距離的左側(cè)A點，釋放小球，小球?qū)[到豎直位置的右側(cè)與A等高的B點；提高針的位置至O2，小球運動到右邊等高的C，針位置繼續(xù)高，至O點，小球運動到右邊D點。ABCD四點在等高度，除了這個結(jié)論外，大家比較這三次運動，還看出什么規(guī)律？生：針的位置越高，擺球運動軌跡越長，運動越遠認真觀察，擺球的運動軌跡AB AC AD ，對大家有什么啟發(fā)？這個軌跡跟哪個實驗設(shè)想類似呢？生：哦，那個斜面試驗（ppt從上而下展示斜面試驗示意圖與擺球軌跡的比較），伽利略的想象實驗靈感來源于此。他將這個現(xiàn)象與斜面運動聯(lián)系在一起。伽利略指出，對于斜面會得出同樣的結(jié)論。（ppt展示伽利略圖片及其結(jié)論）伽利略設(shè)計的實驗雖是想象中的，但卻是建立在可靠的事實的基礎(chǔ)上。把研究的事物理想化，就可以更加突出事物的主要特征，化繁為簡，易于認識其規(guī)律。理想實驗是一種重要的物理方法，以事實為依據(jù)，將實驗和邏輯推理統(tǒng)一，達到思維超越當(dāng)時科學(xué)技術(shù)。伽利略的這一自然科學(xué)新方法，有力地促進物理學(xué)的發(fā)展，他因此被譽為是“經(jīng)典物理學(xué)的奠基人”。就是現(xiàn)在，理想化模型對科學(xué)研究仍然具有重要的意義。師：之后，與伽利略同時代法國科學(xué)家笛卡爾，把伽利略的結(jié)論推廣到?jīng)]有重力、沒有摩擦力、沒有空氣阻力的更理想的情況，進一步補充和完善了伽利略的觀點，指出：如果沒有其他原因，運動的物體將繼續(xù)以同一速度沿著一條直線運動，即不會停下來，也不會偏離原來的方向。（ppt展示笛卡爾圖片及其結(jié)論）學(xué)情分析：學(xué)生早已熟悉伽利略的理想斜面，但對于力與運動關(guān)系的研究過程不清楚；設(shè)計意圖：借著研究歷史的重演，帶著學(xué)生與科學(xué)家進行對話，重點體驗伽利略的研究過程的精彩之處，引導(dǎo)學(xué)生感悟其研究方法。此時教師的引導(dǎo)十分重要，做不好的話，就變成很無味的陳述，需要靈巧地引導(dǎo)學(xué)生自己回到歷史，親自參與了整個過程的研究。（二）牛頓第一定律學(xué)習(xí)師：依據(jù)伽利略和笛卡爾的研究結(jié)果，大家能用自己的語言概括一下2位科學(xué)家的結(jié)論嗎？（逼學(xué)生感受到可意會無法言傳的感覺，此時才引入牛頓）師：伽利略和笛卡爾等人的正確結(jié)論在隔了一代人之后，由牛頓用簡潔而準(zhǔn)確的語言總結(jié)出該定律，（ppt展示牛頓第一定律）師: 一切物體總保持勻速直線運動或靜止，直到外力迫使它改變運動狀態(tài)為止。師：（直到，until）我們用通俗的大白話來說就是，如果物體所受外力為0，那么原來靜止的keep靜止；原來運動的，從此一直勻速，until外力進來；另一方面，外力加進來后，就改變了原來的運動狀態(tài)（速度的大小或方向被改變）。師問：牛頓的結(jié)論是否比前人更深刻、更豐富呢？準(zhǔn)備展示“意義”我們一起來看一下后半句指出力是改變運動狀態(tài)的原因，這是重述前人的結(jié)論，同時也指出了物體不受力時的運動規(guī)律，補充說明一下，完全不受力的物體在地球上存在嗎？所以不受力指的是所受合外力為0。師：回過來，前半句：一切物體總保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，指出了一個一切物體都具有的性質(zhì)慣性（ppt展示慣性，老師解釋慣性）：慣性：是物體抵制運動狀態(tài)改變的固有傾向，就是不想改變原來的狀態(tài)，故與人的惰性是非常類似的。英文名稱inertia，解釋為慣性或惰性。也就是說，若原來靜止的，就不想動；原來若以某一個速度運動，就趨于保持者一速度運動。師：仔細分析前后兩句話，點出了兩個概念，“力和慣性”師：這兩個概念是什么關(guān)系呢？生：.師：慣性： 總企圖保持原來運動狀態(tài)力：一參與就要改變運動狀態(tài)。二者是對立的，但又統(tǒng)一在牛頓第一定律里面，對立統(tǒng)一關(guān)系。學(xué)情預(yù)設(shè)：估計此時學(xué)生會覺得牛頓沒有什么了不起，所以借著解讀牛頓第一定律所包含的兩個概念，一方面讓學(xué)生了解定律的內(nèi)容，一方面引導(dǎo)學(xué)生欣賞牛頓的高明之處（三）慣性我們完整來看一下慣性。老師解釋慣性：英文名稱inertia，解釋為慣性或惰性。慣性：是物體抵制運動狀態(tài)改變的固有傾向。師：一切物體都有慣性，對我們來說是利還是弊呢？（單獨展示，相撲運動員與小孩的照片）要求學(xué)生想象這個小孩跑向相撲運動員，后果會是如何？生回答，把大家的想象模擬一下展示小孩撞胖子影片：胖子原來是靜止的，后來還是，他的運動狀態(tài)不容易改變；小孩原來向前運動，后來向后摔倒，運動狀態(tài)容易改變。胖子運動狀態(tài)不容易改變意味著什么呢？保持原來的運動狀態(tài)本領(lǐng)大，也就是慣性大；所以不同物體慣性大小是不一樣的。那么慣性大小究竟由什么因素決定呢？請大家?guī)е@個問題，看一組圖片（ppt展示）ppt展示體操隊員與相撲運動員師：當(dāng)你看到體操隊員時，要求你用幾個詞來形容她，你會用什么？ 相撲呢？生：苗條，靈活。師：依你們判斷，老師這身材能否當(dāng)相樸運動員？生：不可以師：為什么不可以？生：太苗條，不夠重。師：為何相撲運動員都需要很fat？這其中有什么物理道理呢？生：.師：相撲運動員不喜歡苗條，需要重，輕的話容易被搬倒，也就是原來靜止的狀態(tài)被改變（變動起來），也就是輕的物體慣性小，所以相撲運動員需要慣性是很大的，從中我們可以看出慣性大小跟什么因素有關(guān)呢？生：重量，質(zhì)量。用月球上的例子排除重量的影響因素，從而得到結(jié)論師：慣性大小用質(zhì)量來量度，質(zhì)量越大，慣性越大；質(zhì)量越小，慣性越小。所以體操運動員為了能夠有靈活的動作表現(xiàn)，質(zhì)量就要小，需要苗條；而相撲隊員則不希望被別人摔倒 （Ppt展示同樣速度的自行車與火車、空軍殲擊機與民航客運機圖片）學(xué)情預(yù)設(shè)：通過老師的引導(dǎo)學(xué)生會自己得出慣性的大小與輕重有關(guān)，但是到底是質(zhì)量還是重量，需要老師進一步的引導(dǎo)，故此我們最后展示了宇航員在月球上的運動情況；設(shè)計意圖：以上所給出的慣性大小比較的素材逐漸展示給學(xué)生，引導(dǎo)他們出眾多現(xiàn)象中找出共同的規(guī)律，由以上討論，“逼著學(xué)生思考，慣性大小究竟跟什么因素有關(guān)”，學(xué)習(xí)牛頓從眾多現(xiàn)象和實驗事實中找到統(tǒng)一的規(guī)律。師：慣性既然是物體的固有屬性，就與物體運動狀態(tài)以及受力情況無關(guān)，無論何時何地均有慣性。質(zhì)量大，慣性大（惰性）；質(zhì)量是慣性大小的量度。師問：生活中你們有沒有親自經(jīng)歷過一些慣性現(xiàn)象呢？學(xué)生回答：.（四）慣性的應(yīng)用與防止首先請學(xué)生講一些印象深刻的經(jīng)歷。下面給大家播放一段剎車模擬錄像，大家看的同時思考影片中包含了哪些物理現(xiàn)象？剎車時存在哪些安全隱患？并提出你的意見來防止這些隱患。學(xué)生觀看，并提問。（師邊引導(dǎo)，邊播放相應(yīng)的ppt）安全帶：當(dāng)汽車急劇減速時，前座安全帶將人緊緊限制在座位上，不至于前額受傷頭靠：避免撞車時的鞭打效應(yīng)（頸部來回劇烈運動）氣囊：車輛發(fā)生，人會前傾；氣囊在碰撞時充氣，以緩解對人的沖擊力備用：學(xué)生觀看神話及阿諾影片，要求生找出其中的物理現(xiàn)象。（五）課堂小結(jié)今天這節(jié)課，我們花了很多時間跟大家一起回憶牛頓第一定律研究的歷史，讀歷史目的是使人明智，從中看到經(jīng)驗，我們共同經(jīng)歷了伽利略的觀察實際實驗-理想實驗合理外推的研究方法；牛頓第一定律的內(nèi)容及其意義，慣性（惰性）、質(zhì)量是慣性的量度、慣性的應(yīng)用及其防止。設(shè)計意圖：展示物理現(xiàn)象在生活中的應(yīng)用之處，激發(fā)學(xué)習(xí)動力和興趣（六）作業(yè)1讀史使人明智，這段研究史，給你最大的啟發(fā)是什么？今天的你能超越伽利略嗎？2請細心觀察生活并把遇到的慣性現(xiàn)象記錄下來。3以慣性，慣性應(yīng)用為關(guān)鍵詞，上網(wǎng)或圖書館搜索相應(yīng)資料。4課本P105頁2，5。作業(yè)設(shè)計意圖：課后練習(xí)題可加強對知識的理解；另外增加了一些搜索資料與促進思考的主觀題，目的在于養(yǎng)成學(xué)生思考和查找資料、留心觀察生活等習(xí)慣板書設(shè)計6.1 牛頓第一定律（一） 歷史回顧1亞里士多德2伽利略 精心觀察 實際實驗 理想實驗 得到結(jié)論3笛卡爾4牛頓（二 ）牛頓第一定律對立統(tǒng)一力慣性1內(nèi)容2意義副板書形容體操運動員的詞：輕 靈活 容易改變運動狀態(tài) 慣性小形容相撲運動員的詞：重 笨拙 不易改變運動狀態(tài) 慣性大設(shè)計意圖：主板書展示本節(jié)課的主要流程及其重點知識、方法；副板書展示課中的分析過程，目的在于形象清晰地展示老師所要表達的重點；另外不能一味地使用ppt放映，需要將二者完美結(jié)合著使用。七、教學(xué)反思牛頓第一定律這節(jié)課是司南版高中物理必修一第六章第一節(jié)，作為牛頓三大定律之一。這節(jié)課主要涉及牛頓第一定律、慣性、質(zhì)量是慣性量度等知識點。學(xué)生通過初中階段學(xué)習(xí)對于伽利略理想斜面實驗、牛頓第一定律、慣性等內(nèi)容均已經(jīng)熟悉，我們一直在思考，他們到了高中階段再學(xué)這節(jié)課老師們該給學(xué)生什么呢？每節(jié)課的教學(xué)我們的基本理念就是借著一連串的問題，帶學(xué)生回到問題的最原始階段，師生一起一步步經(jīng)歷定律得到的過程，我們當(dāng)時認為這個定律的獲得過