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1、“牛頓第一定理”教學(xué)設(shè)計(jì)【教材剖析】牛頓第一定理是牛頓數(shù)學(xué)學(xué)的基石，它定性地闡明了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，提出慣性的概念，為定量研究力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系拉開了帷幕。小學(xué)教材與高中相比，主要有四方面的不同。一是定理內(nèi)容深淺不同：小學(xué)教材表述為“一切物體在沒有遭到外力作用的時(shí)侯，總是保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”；小學(xué)教材表述為“一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它前面力促使它改變這些狀態(tài)”。小學(xué)教材中的敘述具有更為豐富的內(nèi)涵，它指出了力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的緣由，突出了第一定理的獨(dú)立性和重要意義，也為學(xué)習(xí)牛頓第二定理做了一定的鋪墊。二是慣性的認(rèn)識(shí)層次不同：小學(xué)指出一切物體都有慣性，中學(xué)注重
2、慣性與質(zhì)量的關(guān)系。三是實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、探究及思維深度不同：小學(xué)為斜面貨車實(shí)驗(yàn)；中學(xué)為伽利略理想實(shí)驗(yàn)，突出了理想實(shí)驗(yàn)這些科學(xué)方式的價(jià)值所在。四是情感、態(tài)度、價(jià)值觀的彰顯不同：小學(xué)對(duì)牛頓第一定理構(gòu)建的歷史一語帶過，小學(xué)教材回顧了歷史，讓中學(xué)生感受一個(gè)規(guī)律的獲得是一代又一代人努力的結(jié)果，才能迸發(fā)中學(xué)生追求科學(xué)，敢于創(chuàng)新的情感。【學(xué)情剖析】經(jīng)過小學(xué)的學(xué)習(xí)，中學(xué)生初步曉得了牛頓第一定理的內(nèi)容和慣性的概念，并且缺少對(duì)牛頓第一定理構(gòu)建歷史的了解，對(duì)內(nèi)容也是一知半解。中學(xué)生對(duì)于“質(zhì)量是慣性惟一的量度”更是缺少認(rèn)識(shí)，憑著自己的生活經(jīng)驗(yàn)，覺得速率也是慣性的量度。班主任要在課堂上充分引導(dǎo)，結(jié)合生活例子來澄清概念。教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)
3、生在腦子中構(gòu)建正確的力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的過程，并非一帆風(fēng)順，經(jīng)常產(chǎn)生與亞里士多德相像的觀點(diǎn)，且根深蒂固。處理具體的實(shí)際問題時(shí)，一些直覺的錯(cuò)誤觀點(diǎn)不時(shí)冒下來，存在著嚴(yán)重的“口是心非”問題。【教學(xué)目標(biāo)】知識(shí)與技能：感受伽利略的理想實(shí)驗(yàn)思想。理解牛頓第一定理的內(nèi)容及意義；理解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。理解慣性的概念，曉得質(zhì)量是慣性大小的量度。過程與方式：通過回顧歷史探究過程理解牛頓第一定理的產(chǎn)生過程。學(xué)習(xí)在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上概括推理得到科學(xué)推論的研究方式（理想實(shí)驗(yàn)）。情感、態(tài)度與價(jià)值觀：通過科學(xué)史的滲透，感受科學(xué)發(fā)展的歷程飽含艱難和磨難。通過伽利略理想實(shí)驗(yàn)，給中學(xué)生以科學(xué)方式論教育。具有主動(dòng)與別人合作的精神，勇于提出與他人不
4、同看法。【重點(diǎn)難點(diǎn)】重點(diǎn)：通過回顧歷史探究過程理解牛頓第一定理；慣性的理解。難點(diǎn)：力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。【教學(xué)用品】多媒體、單擺、伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)演示儀、氣墊滑軌、滑塊1個(gè)、小車。【教學(xué)過程】一、創(chuàng)設(shè)情景，引入課題視頻：嫦娥衛(wèi)星發(fā)射示意圖。師：多復(fù)雜啊，嫦娥衛(wèi)星老老實(shí)實(shí)才能絲毫不差步入預(yù)定軌道，之后精確運(yùn)行，這肯定首先要曉得運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系。二、回顧歷史，探究定理1.提出問題a:沒有力,會(huì)有運(yùn)動(dòng)嗎？b:沒有力，會(huì)是哪些運(yùn)動(dòng)？c:沒有力，運(yùn)動(dòng)會(huì)改變嗎?2.亞里士多德的觀點(diǎn)：力是維持物體運(yùn)動(dòng)的誘因（生活經(jīng)驗(yàn)）3.伽利略的觀點(diǎn)：物體的運(yùn)動(dòng)不須要力來維持師：對(duì)于這個(gè)問題啊，早在公元前4世紀(jì)，亞里士多
5、德就有研究，他提出了力是維持物體運(yùn)動(dòng)的誘因。而2000多年后，日本化學(xué)學(xué)家伽利略卻提出了另一種相反的觀點(diǎn)：物體的運(yùn)動(dòng)不須要力來支持。你們談?wù)効矗l的觀點(diǎn)正確啊？生：伽利略。師：亞里士多德的觀點(diǎn)也沒錯(cuò)啊。手拉貨車，不拉就停，一拉就動(dòng)，所以貨車的運(yùn)動(dòng)須要力來維持啊！是嗎？師：是不是這樣啊？我們?cè)賮碛^察（手停了，貨車是不是立刻就停？）生：不是，能夠運(yùn)動(dòng)一小段。師：那前面貨車的運(yùn)動(dòng)為何會(huì)停下呢？生：有磨擦力師：那降低f，貨車會(huì)如何運(yùn)動(dòng)？；生：運(yùn)動(dòng)距離變大。師：假如沒有f，貨車如何運(yùn)動(dòng)下去？師：小學(xué)實(shí)驗(yàn)里有沒有類似沒有f的環(huán)境呢？演示1：（氣墊滑軌演示）師：滑塊在做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)過程需不須要力
6、來維持呢？生：不須要師：這么在伽利略那種年代，有沒有如何先進(jìn)的設(shè)備儀器啊？生：沒有師：那他憑哪些提出，物體的運(yùn)動(dòng)不須要力來維持呢？我們一起步入伽利略的探究過程。演示2：針和單擺實(shí)驗(yàn)（伽利略是研究單擺專家）顯示單擺（圖1）師：（延后放），放了之后這個(gè)球做哪些運(yùn)動(dòng)？生：小球加速下去牛頓第一定律優(yōu)質(zhì)課教學(xué)設(shè)計(jì)，之后減速上升。師：球能擺多高呢？（等高）師：假如放上鐵釘，改變小球不同的路徑，小球也能擺到相同的高度嗎？改變鐵釘?shù)奈恢脦煟盒∏蛩坪跤杏洃浌δ苎菔?：伽利略從擺的實(shí)驗(yàn)到得啟發(fā)，倘若不是繩子拉著，而是在斜面頂著，小球是不是能夠記住原先的高度？a：粗糙報(bào)紙：（還差一截）b：拿去報(bào)紙：（只差一點(diǎn)吧？）（假如軌道光滑，是不
7、是應(yīng)當(dāng)?shù)雀撸浚ヽ：改變斜面路徑，應(yīng)當(dāng)?shù)雀甙桑浚◣煟盒∏蛟谛泵嫔弦簿哂杏洃浌δ埽煟杭偃缰糜谒矫嫔希∏蚴遣皇且惨业鹊忘c(diǎn)啊？能找到嗎？生：找不到（演示）師：假如軌道光滑，但是無限長，小球就仍然這樣運(yùn)動(dòng)下去。而事實(shí)上：這個(gè)軌道會(huì)不會(huì)無限長啊？能不能清除一切磨擦啊？師：所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)就稱作理想實(shí)驗(yàn)。交流感受1：伽利略設(shè)計(jì)的這個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓大家最敬佩的地方在那里？（請(qǐng)思索）師：他是不是找到了沒有阻力的環(huán)境啊？生：沒有師：伽利略設(shè)計(jì)的這個(gè)實(shí)驗(yàn)，卻又能否說明在沒有阻力的環(huán)境下，小球仍然運(yùn)動(dòng)下去，它靠的是哪些啊？生：推理師：既然是推理，這么推理是有前提，他的前提就我們之前做的一系列實(shí)驗(yàn)。總結(jié)：理想實(shí)驗(yàn)方式就
8、是可靠實(shí)驗(yàn)+合理推理（經(jīng)過理想化的處理，充分發(fā)揮理智思維的力量），這正是理想實(shí)驗(yàn)的魅力所在，他可以大大趕超我們實(shí)際水平的限制（即使我們?nèi)缃瘢瑲鈮|滑軌也絕不是沒有一切阻力，起碼還有空氣阻力啊，所以不可能無止境的勻速啊。）因而，愛因斯坦對(duì)他的評(píng)價(jià)是：“伽利略的發(fā)覺以及他所應(yīng)用的科學(xué)推理方式是人類思想史上最偉大的成就之一，它標(biāo)志著化學(xué)學(xué)的真正開端。”師：到現(xiàn)今為止，實(shí)驗(yàn)+推理，任然是我們崇尚的科學(xué)研究方式。三、力與運(yùn)動(dòng)的后期觀點(diǎn)1.伽利略的推論：假如不遇阻力，物體將仍然運(yùn)動(dòng)下去。但是，伽利略同時(shí)又覺得這些運(yùn)動(dòng)只能發(fā)生在水平面上，月球是圓的，這樣物體的軌跡最終是曲線（圓周運(yùn)動(dòng)），而不是直線，不夠徹底
9、！2.笛卡爾的補(bǔ)充和建立過渡：與伽利略同時(shí)代的波蘭科學(xué)家笛卡爾對(duì)他的觀點(diǎn)進(jìn)行了補(bǔ)充和建立。在不受外界任何影響下,物體將永遠(yuǎn)保持其靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài),永遠(yuǎn)不會(huì)使自己沿曲線運(yùn)動(dòng),而只保持在直線上運(yùn)動(dòng)。與中學(xué)生交流：補(bǔ)充了哪些？建立了哪些？過渡：兩位都早已明晰強(qiáng)調(diào)在沒有力的條件物體的運(yùn)動(dòng)情況，這么物體在受力的情況下，物體的運(yùn)動(dòng)會(huì)如何？很遺憾，兩位科學(xué)家并沒有給出回答。3.牛頓的總結(jié)牛頓在1687年出版的自然哲學(xué)的物理原理一書中提出了三條運(yùn)動(dòng)定理。牛頓把伽利略、笛卡爾的正確推論總結(jié)成為牛頓第一定理（又稱作慣性定理），它是牛頓數(shù)學(xué)學(xué)的基石。四、理解定理，了解慣性牛頓第一定理：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
10、或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它前面的力促使它改變這些狀態(tài)。過渡：如今我們來理解定理。思索：牛頓第一定理中闡述的運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系是如何的？1.運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系運(yùn)動(dòng)狀態(tài)指哪些？運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變指哪些？運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變指哪些？“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變”可以說“速度的大小和方向都不變”。只要速率的方向和大小其中有一個(gè)發(fā)生變化，我們就說“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變”。過渡：牛頓第一定理不僅部份地?cái)⑹隽肆εc運(yùn)動(dòng)的規(guī)律以外，還蘊(yùn)藏了哪些？2物體具有慣性。演示4：氣墊滑軌上的滑塊運(yùn)動(dòng)（理解牛頓第一定理）（氣墊滑軌的介紹）氣墊滑軌是中空的，表面好多氣孔，往滑軌里壓氣時(shí)，在滑軌和滑塊間有一層空氣使滑塊浮在里面，磨擦力很小，可忽視不計(jì)，把氣墊滑軌調(diào)水平。
11、在那里物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變？兩端翻車時(shí)。還有剛開始，讓滑塊從靜止運(yùn)動(dòng)上去，要用手推一下。這說明：“力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的誘因”。推進(jìn)一下，滑塊很長時(shí)間才停出來，這實(shí)際上是物體慣性的彰顯。3哪些是物體的慣性表現(xiàn)？物體受力做變速運(yùn)動(dòng)時(shí)有無慣性？假如有牛頓第一定律優(yōu)質(zhì)課教學(xué)設(shè)計(jì)，這時(shí)的慣性表現(xiàn)又是怎樣？以自由落體運(yùn)動(dòng)為例。釋放頓時(shí)，物體的速率為零，這時(shí)物體想保持v=0不變。可以如此理解：假想沒有重力作用，物體能夠保持v=0不變。事實(shí)上，重力不等于零，物體做加速運(yùn)動(dòng)。在這兒，物體自身是想保持靜止的，是重力促使它運(yùn)動(dòng)上去。在外力和物體慣性的共同作用下，物體的速率不可能頓時(shí)變化。以一定的水平速率v把物體拋出，軌跡設(shè)為1。構(gòu)想重力變小，物體的軌跡從1變?yōu)?，從2變?yōu)?，當(dāng)重力為零時(shí)，能夠保持v不變，做勻速直線運(yùn)動(dòng)。4哪些是物體的慣性量度？物體的慣性大小反映了物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度。質(zhì)量小，慣性小，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)容易改變；質(zhì)量大，慣性大，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)難改變。（結(jié)合生活情景兩張圖片進(jìn)行解釋）5結(jié)合實(shí)際說說慣性的優(yōu)劣？交流感受2：你能把慣性應(yīng)用到某一實(shí)際問題中去嗎?請(qǐng)列舉幾個(gè)借助慣性和避免慣性不利影響的實(shí)例。（小組討論，交流評(píng)估）慣性的利：短跑運(yùn)動(dòng)員的助跑等。慣性的弊：車輛碰撞時(shí)的情景等。五、體驗(yàn)探求艱難，客觀評(píng)價(jià)偉人1請(qǐng)朋友們從歷史長河的足跡和牛一規(guī)律得出,說說你對(duì)幾位偉人的評(píng)價(jià)。5
