高中物理第四章第1节《牛顿第一定律》教学设计新人教版必修1

第一节 牛顿第一定律

一、教学目标

1.知识技能目标

进一步理解伽利略的研究结论，运动不需要力来维持。

理解牛顿第一定律的内容。

理解牛顿第一定律告诉了我们，什么是惯性，什么是力。

2.过程方法目标：

实验与思考相结合的思想方法。理想实验的方法。

3.情感态度价值观目标：

使学生学会从纷繁的现象中探求事物本质的科学态度和研究方法,理解实践是检验真理的惟一标准。

二、教学重点

牛顿第一定律的内容。惯性概念。

三、教学难点

理解牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能用实验验证。理解惯性是物体的固有属性。

四、教学方法

学生阅读，学生动手呈献事实，观察。思考。教师讲解。学生在教师创设的情景中练习 。

五、教学器材

电脑 投影 一些个小物体 桌面 大小两个钢球

六、教学设计

（一）从亚里斯多德到伽利略

1.介绍亚里士多德

亚里士多德

Aristotle (Greek: Ἀριστοτέλης Aristotélēs) (384 BC

- 322 BC)

亚里士(斯)多德（前384—前322年），古希腊斯吉塔拉人，是世界古代史上最伟大的哲学家、科学家和教育家之一。

亚里士多德是柏拉图的学生，亚历山大的老师。

亚里士多德一生勤奋治学，从事的学术研究涉及到逻辑学、修辞学、物理学、生物学、教育学、心理学、政治学、经济学、美学等，写下了大量的著作，他的著作是古代的百科全书，据说有四百到一千部，主要有《工具论》、《形而上学》、《物理学》、《伦理学》、《政治学》、《诗学》等。他的思想对人类产生了深远的影响。他创立了形式逻辑学，丰富和发展了哲学的各个分支学科，对科学作出了巨大的贡献。

2.介绍伽利略

伽利略(1564～1642) 是意大利文艺复兴后期伟大的意大利天文学家、力学家、哲学家、物理学家、数学家。也是近代实验物理学的开拓者，被誉为“近代科学之父”。 他是为维护真理而进行不屈不挠的战士。恩格斯称他是“不管有何障碍，都能不顾一切而打破旧说，创立新说的巨人之一”。1564年2月15日生于比萨，1642年1月8日卒于比萨。伽利略家族姓伽利雷(Galilei)，他的全名是Galileo Galilei，但现已通行称呼他的名Galileo，而不称呼他的姓。

1642年1月8日，78岁的伽利略停止了呼吸。但是他毕生捍卫的真理却与世长存。具有讽刺意味的是，300多年后，1979年11月，在世界主教会议上，罗马教皇提出重新审理“伽利略案件”。为此，世界著名科学家组成了一个审查委员会，负责重新审理这一冤案。其实，哪里还用得着审理什么呢？宇宙飞船在太空飞行，人类的足印深深地留在月球的表面，人造卫星的上天，宇宙测探器飞出太阳系发回的电波……所有这些现代科学技术的进步，早已宣告了宗教神学的彻底破产，人类将永远记住伽利略这个光辉夺目的名字。

伽利略怎样研究物体运动和受力的关系？

伽利略对水平方向的运动是否需要拉力或推力来维持的研究：

学生观察地板上运动的钢球，钢球能够几乎匀速运动到碰到墙为止。

学生回忆足球在平整的操场上能运动到很远。

目的明确的斜面实验。探究运动的原因。

在比较光滑的轨道上，小球几乎达到与出发点相同的高度，深刻的分析，阻力的觉察。推理知，如果没有阻力，将达到相同的高度。理想实验。

伽利略通过严密的实验与逻辑推理相结合的方法，否定了亚里士多德的，沿水平方向的运动要考外界的推或拉来维持的说法。得出正确结论：物体的运动并不需要拉力或推力来维持。

课堂小结：伽利略对科学发展的贡献。学生阅读70页课文。教师点评。

伽利略创建的科学研究的思想方法：

科学活动的本质是，通过思考和实验之间的相互作用来建立科学的理论。

实验是检验真理的标准。

实验观测的结果要用定量、逻辑的方法进行分析和合理的外推。

爱因斯坦对伽利略的评价：“伽利略的发现以及他所应用的科学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。”

(二)牛顿第一定律 惯性

1.学生阅读71页插图以及文字内容：

回忆前一节课中，伽利略的斜面实验。对伽利略理想实验的思考，地球是圆的，引出的问题。法国科学家笛卡儿的补充和完善。

对于图3－2－2的思考。

思想的升华。(教师点评)

2.牛顿第一定律的建立：

牛顿是伟大的英国物理学家、天文学家、数学家,1642年12月25日生于林肯郡，是近代科学的象征。他生前就成为科学界的主宰，几乎被当作偶像崇拜。他死后作为自然科学家又第一个获得国葬，长眠于历代帝王和第一流名人的墓地。他作《 自然哲学的数学原理》、《光学》等流传于世，他的思想观念长期统率着科学战线上的士卒。他在物理、数学研究上的主要成果，至今仍是各国大中学生必修的功课。

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,直到有外力迫使它改变这种状态为止。

牛顿第一定律告诉了我们什么？

(1)物体不受外力时的运动状态是匀速直线运动状态或静止状态。

(2) 定性明确了力的概念。力不是维持物体运动速度的原因。力是使物体运动状态改变的原因。

(3)揭示了一切物体都具有的一种固有属性――惯性。一切物体都有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质,这种性质叫惯性。

学生讨论：

怎样理解牛顿第一定律的文字表述：

其中“一切物体”是说，宇宙中无一物体例外。“总是”是说，只要物体不受外力，它一定会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。”是说，在物体受到外力之前，它一定会保持匀速直线运动状态或静止状态。至于受到外力之后，物体的运动状态会怎样改变，那是牛顿第二定律研究的内容。

在哪里的物体才能不受力？

试设想如果宇宙空间存在某一物体，该物体为距离其他一切物体为无限远的“孤立物体”，那么这一“孤立物体”将不受其他物体的任何作用力. 这是一种只能靠想象来实现的理想情况。

牛顿第一定律能够用实验来验证吗？

牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能用实验验证。但是，以牛顿第一定律为基础，建立起来的其他定律，经过实验验证，是正确的。

惯性的定义：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状体的性质，我们把这个性质叫做惯性。

什么叫做惯性大？什么叫做惯性小？

可以理解为物体抵抗运动状态变化的“本领”大，就是惯性大。物体抵抗运动状态变化的“本领”小，就是惯性小。

决定物体惯性大小的因素是什么？

惯性大小的实质是物体维持其运动状态不变的能力的大小。经验说明，物体抵抗运动状态变化的“本领”的大小，只与质量有关。无论物体受力怎样、运动状态怎样、形状怎样、温度怎样、压力怎样等等，只要物体的质量一定，物体惯性的大小也就一定。可见，质量是惯性大小的决定因素。也可以说质量是物体惯性大小的量度。

排球以一定的速度向你飞来，你并不害怕。但是铅球以同样的速度向你飞来，你就会赶快躲开。为什么？

排球质量小，惯性小，运动状态容易被改变，只要用手一拨，排球的运动方向就会改变。而铅球质量大，惯性大，它的运动状态不易被改变，你改变不了它的运动方向，它就会砸向你的身体。

什么叫做运动状态发生了改变？

物体的速度发生了变化，我们就说物体的运动状态发生了变化。

物体受到外力作用后，运动状态发生改变，物体的惯性还能表现出来吗？

惯性是物体的固有属性，一切物体都有惯性，与物体所处的运动状态、地理位置及受力与否均无关。当物体不受外力或所受外力的合力为零时，惯性表现为保持原来的运动状态不变；当物体受到外力作用，其运动状态正在改变时，惯性表现为运动状态改变的难易程度，惯性越大，它的运动状态越难以改变。从某时刻开始，物体不受外力了，物体就保持此时的运动状态不变了。

牛顿第一定律又叫惯性定律。

惯性和惯性定律的区别与联系：

惯性定律 惯性

区

别 它是一条物理规律，揭示了在不受力时，物体的运动规律，它说明了力是改变物体运动状态的原因。惯性定律的成立是有条件的，只有在惯性参照系中，它才成立。 这是一个物理概念，描述了物体具有保持运动状态不变的本性，它说明了惯性是维持物体运动的原因，惯性是物体固有属性，物体的惯性不受任何外界条件影响。

联系 惯性定律所揭示的“物体自身具有保持静止或匀速直线运动状态的性质”叫惯性，而“物体在不受力时，能保持速度不变”的原因正是由于物体有惯性，这就是惯性定律和惯性之间的联系，也是牛顿第一定律又叫惯性定律的道理。

甲汽车在高速公路上以30米每秒的速度前进，完全相同的汽车乙以5米每秒的速度在辅路上前进，哪辆车的惯性大？

使甲车停下来要比使乙车停下来空难得多，它们的惯性怎么会一样大呢？

比较两物体的惯性的大小，要看改变它们的运动状态的难易。刚才两车从运动状态到停下来，速度的改变量不同，导致使它们停下来的难易不同。

惯性不是速度。

甲汽车高速前进中，不慎撞在了巨大的桥墩上，产生了很大的作用力，车和桥墩都严重损坏了，完全相同的汽车乙在前进中，不慎冲到了路边的玉米地里，撞到了一些玉米后，停了下来，车并没有损坏，说明受到的力不大。哪辆车的惯性大？

惯性不是力。

牛顿第一定律典型例题

【例1】 火车在长直水平轨道上匀速行驶，门窗紧闭的的车厢内有一人向上跳起，发现仍落回到车上原处，这是因为 [ ]

A．人跳起后，车厢内空气给他以向前的力，带着他随同火车一起向前运动．

B．人跳起的瞬间，车厢的地板给他一个向前的力，推动他随同火车一起向前运动．

C．人跳起后，车在继续向前运动，所以人落下后必是偏后一些，只是由于时间很短，偏后距离太小，不明显而已．

D．人跳起后直到落地，在水平方向上人和车始终有相同的速度．

【分析】 人从跳起到落地的过程中，水平方向不受外力作用，保持着原来所具有的速度作匀速直线运动，所以仍落回车上原处．

【答】D．

【说明】如果人跳起的瞬间，车厢沿水平直轨以加速度a作匀加速运动或匀减速运动，那么人将不会落回车上原处，落地点在原处后方

【例2】有人设想，乘坐气球飘在高空，由于地球的自转，一昼夜就能周游世界．请你评价一下，这个设想可行吗？

【分析】 因为地球上的一切物体（包括地球周围的大气）都随着地球一起在自转．气球升空后，由于惯性，它仍保持原来的自转速度．当忽略其他与地球有相对运动（如风）的作用产生的影响时，升空的气球与它下方的地面处于相对静止的状态，不可能使它相对地球绕行一周的．

这个设想不符合物理原理，不可行．

【说明】1632年，伽利略观察了一个关闭的船舱内发生的现象后，写道：“在这里（只要船的运动是匀速的），你在一切现象中观察不出丝毫的改变，你也不能够根据任何现象来判断船究竟是在运动还是停止着：当你在地板上跳跃的时候，你所通过的距离和你在一静止的船上跳跃时所通过的距离完全相同，也就是说，你向船尾跳时并不比你向船头跳时——由于船的迅速运动——跳得更快些，虽然当你跳在空中时，在你下面的地板是在向着和你跳跃的相反的方向奔驰着；当你抛一东西给你的朋友时，如果你的朋友在船头而你在船尾，你所费的力并不比你们两个站在相反的位置时所费的力更大．从挂在天花板下的装着水的酒杯里滴下的水滴，将垂直地落到地板上，没有任何一滴水滴落向船尾方向，虽然当水滴尚在空中时，船在向前走．苍蝇将继续自己的飞行，在各方面都是一样，毫不发生苍蝇（好像它很疲倦地跟在疾驶着的船后）集聚在船尾方面的情形．”