4.1 牛顿第一定律
一、 教材分析
牛顿第一定律揭示了运动和力的关系，是牛顿物理学的基石，力学的第一原理，它破除了长达两千年以来亚里士多德的错误，改变了人类的自然观和世界观，本身还包含着力、惯性和参考系的科学概念，是物理学理论的支柱和基石.在教学中，不能把它看作牛顿第二定律的特殊情况，它意在引导学生了解科学的发现和发展.本节课采用的理想实验法，在物理研究中具有十分重要的地位和作用.
本课程的教学设计，主要是让学生通过动手实验和利用贴近学生生活的实例，达到突破重难点的目的.
二、 教学目标
知识与技能
1.理解力和运动的关系，知道物体的运动不需要力来维持.
2.理解牛顿第一定律，知道它是逻辑推理的结果，不受力的物体是不存在的.
3.理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度.
过程与方法
培养分析问题的能力，要能透过现象了解事物的本质，不能不加研究、分析而只凭经
验，对物理问题决不能主观臆断.正确地认识力和运动的关系.
情感态度与价值观
1.培养科学研究问题的态度.
2.利用生活中的例子来认识惯性与质量的关系.鼓励学生大胆发言，并学以致用.
三、 教学重点
1.理解力和运动的关系.
2.理解牛顿第一定律，知识惯性与质量的关系.
四、 教学难点
惯性与质量的关系.
五、 教学过程
导入新课
常识导入
1.我国公安交通部门规定，从1993年7月1日起，在各种小型车辆前排乘坐的人（包括司机）必须系好安全带，为什么？
2.常见的柴油机、电动机等机器的底座非常沉重，而参加作战任务的战斗机却要抛掉副油箱以减小质量，这是为什么呢？你能解释一下吗？
情景导入
用多媒体播放牛耕地的画面：牛耕地时，牛拉着犁前进；牛停止拉犁，犁也停止运动.边播放边介绍，牛拉犁，犁前进；牛停犁也停.由此看来，必须有力作用在物体上，物体才运动；没有力作用在物体上，物体就不运动——两千多年前古希腊科学家亚里士多德就得出了这样的结论，这个结论正确吗？
学生讨论，教师借机导入新课.
推进新课
一、理想实验的魅力
自主探究
让学生利用桌子上的器材，自主设计实验，分别研究：
1.力推物动，力撤物停.
2.力撤物不停.
供选用器材：小车、小球、毛巾、玻璃板、斜槽、刻度尺等.
学生操作时，教师巡回指导学生完成以下操作：
1.桌子上铺毛巾，小车放在毛巾上，推它就动，不推就停；
2.将毛巾换成玻璃板，或直接用桌面，把小车在桌面或玻璃板上推一下，它运动一段时间才停下来.
学生操作结束后，教师可以让一个学生说一下他的操作过程及看到的现象，由此可以得到结论.
结论：物体的运动不需要力来维持.
为了证明这个结论的正确性，再让学生举出一些其他的实例来说明.如：蹬一段时间自行车后停止蹬车，自行车还会滑行一段距离；在冰面上踢出去的冰块要运动一段距离才停止运动；空中飞行的飞机制动后仍然还会向前滑翔；射出枪蹚的子弹等等.
既然物体的运动不需要力来维持，刚才的两个实验为什么会出现两种现象呢？矛盾出现在哪里呢？下面用小球来做个对比实验.
实验探究
图4-1-1
A.使斜槽下端与桌子上铺好的毛巾吻合，让小球从斜槽上自由滚下，标出小球在毛巾上滚动的距离；
B.使斜槽下端直接与桌面吻合，让小球从斜槽上同一位置自由滚下，标出小球在桌面上滚动的距离；
C.使斜槽下端与桌面上的玻璃吻合，让小球从斜槽上同一位置自由滚下，标出小球在玻璃上滚动的距离.
通过观察对比实验，让学生分析实验，总结实验：
接触面越光滑，小球滚动的距离越远.
结论：运动小球停下来的原因是受到摩擦力的作用.
为了引出伽利略的理想实验，教师可继续设疑：若接触面光滑无摩擦小球会怎样？
学生讨论、交流，大胆猜想.（充分发挥学生的想象空间，发散思维）
在学生讨论交流的基础上，结合实验进一步总结.
结论：物体的运动不需要力来维持.力撤物停的原因是因为摩擦力.若无摩擦力，运动物体会一直运动下去.最早发现这一问题的科学家是伽利略，他是怎样研究这个问题的呢？
（课件展示）用多媒体播放伽利略的理想实验（边播放边介绍）要动态出以下效果：
图4-1-2
A.对称斜面，无摩擦小球滚到等高.
B.减小另一侧斜面倾角，小球从同一位置自由释放要滚到等高，滚动距离越远.
C.把另一侧斜面放平，小球要到等高，就会一直滚下去.
根据这一现象伽利略得出了：运动的物体若不受力，物体将匀速运动下去.
为了验证这个理论的正确性，下面通过气垫导轨实验来验证一下：
（介绍气垫导轨、光电门工作原理）
演示1：利用气垫导轨消除摩擦，让滑块在导轨上滑动，利用光电门测出滑块在不同位置的速度.
学生记录数据并比较，感受伽利略理论的正确性.
让学生阅读课本找出：
1.伽利略的观点.
2.笛卡儿的补充和完善.
3.牛顿第一定律.
对比三个人的观点，他们都是叙述力和运动关系的，谁的更全面？
学生回答问题：
1.伽利略：物体不受力时，运动的物体一直做匀速直线运动.
2.笛卡儿：物体不受力时，物体将永远保持静止或运动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动.
3.牛顿：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.
综上所述，牛顿第一定律更全面、更完善.
二、牛顿物理学的基石——惯性定律
为了进一步加深对牛顿第一定律的理解，培养学生理解问题的能力，教师可继续设疑：既然牛顿第一定律更完善，那么它从几个方面阐述了力和运动的关系？
让学生讨论交流并回答：
两个方面：不受力时，物体保持匀速直线运动状态或静止状态；受力时，力迫使它改变运动状态.
在学生回答基础上，进一步总结：
力不是维持物体运动状态的原因，力是改变物体运动状态的原因.
设疑：牛顿第一定律能否用实验来验证？
结论：不能，因为不受力作用的物体是不存在的.
受力但合力为零可看作不受力.在学生回答的基础上，作出肯定，并指出：牛顿第一定律虽然所描述的是一种理想化状态，但它却正确揭示了自然规律.
三、惯性与质量
演示2：在小车上竖放一长条木块，让小车在光滑玻璃板上运动，前面固定一个物体，
当车被物块挡住时，车上的木块向前倾倒，为什么？
图4-1-3
引导学生分析：木块随车一起运动，当车被挡住时，车停止运动，木块的下半部分受到车的摩擦作用也随车停止运动，而上半部分由于要保持原来的运动状态，故向前倾倒.物体这种保持原来运动状态不变的性质叫惯性.
举例说明：①木块立在静止的车上，忽然拉动小车，木块后倾.
②人站在匀速行驶的车厢内竖直向上跳起，仍落回原地.
总结：惯性是指物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质.
从牛顿第一定律我们得知，一切物体都有保持它们原来的匀速直线运动或静止状态的性质，所以牛顿第一定律又叫惯性定律.当力迫使它改变这种状态时，它就会有抵抗运动状态改变的“本领”.这个“本领”与什么因素有关？请大家通过实例分析.
讨论交流：载重货车启动时，由静止到高速得需要较长一段时间；百米冲刺到终点后，体重大的运动员较难停下来.
通过这样的实例分析，使学生总结出：运动状态变化的难易程度与质量有关.
结论：惯性大小与质量有关，质量大的物体惯性大；质量小的物体惯性小.
六、 课堂小结
通过本节的学习，我们知道了：
1.历史上几位科学家对力和运动关系的看法和研究.
2.伽利略得到力和运动关系的研究方法.
3.牛顿第一定律的内容.
4.惯性及应用惯性知识解决实际问题的方法.
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