物理《牛顿第一定律》教案

2023-01-29 教案

　　一、教学目标

　　知识与技能：理解牛顿第一定律的内容及意义;理解力和运动的关系。

　　过程与方法：理解理想实验是科学研究的重要方法。

　　情感态度价值观：通过理想斜面的教学，体会理想实验的魅力。

　　二、教学重难点

　　教学重点：通过回顾历史探究过程理解牛顿第一定律;惯性的理解。

　　教学难点：力和运动的关系;惯性和质量的关系。

　　三、教学方法

　　讨论法、启发法、讲解法

　　四、教学过程

　　(一)导入新课

　　撕纸游戏

　　猜一猜：

　　1.一张纸已剪成两截，但未完全剪断，如果迅速用力撕两边，纸会断成几截?

　　2.现在把纸剪成三截，但未完全剪断，如果迅速用力撕两边，纸会断成几截?

　　大家不要动手，先猜一猜。

　　3.如果在中间的纸下面夹一个夹子，然后迅速撕两边，纸会断成几截?

　　请大家想一想：为什么是这样一个结果呢?怎样解释我们的游戏呢?其实，在我们的游戏中还涉及到一个古老的话题──力和运动：用力撕纸，纸条断开运动起来。运动和力之间到底有什么关系呢?带着这些问题，我们一起来体验古人的探究过程，学习古人的探究方法，进一步理解论述运动和力关系的牛顿第一定律。

　　(二)新课教学

　　1.情景设问，经验猜想

　　在人类历史的长河中，运动和力如影随形，总是和人们的生活、生产密切相关。比如：马拉车则车前进，不再拉，前进的车会停下来;人象推车则车前进，不再推，前进的车会停下来;踢球，球沿草地向前滚动，不再踢，滚动的球会慢慢停下来。

　　思考：运动和力之间有什么关系呢?

　　最早提出这个问题并给出经验猜想的是古希腊学者亚里士多德。

　　他根据生活生产经验猜想：必须有力作用在物体上，物体才能运动;没有力的作用，物体就要静止在一个地方。运动需要力维持。

　　他的观点来自实际经验，还能用实际经验验证，所以被人们广泛接受，并维持了近两千年。

　　设问：我们现在知道，他的观点是错误的。那么他有贡献吗?

　　亚里士多德的贡献：开创了一个新的研究领域。

　　首先质疑并深入研究的是十六世纪的伽利略。他观察了球的滚动。

　　2.质疑假设，科学猜想

　　当球沿斜面向下滚动时，它的速度增大，而向上滚动时，速度减小。他由此猜想：当球沿水平面滚动时，它的速度应该不增不减。实际观察的结果是：沿水平面滚动的球越来越慢，最后停下来。

　　①现象：沿水平面滚动的球越来越慢，最后停下来。

　　按照亚里士多德的观点，球停下来是因为没有力的作用。伽利略恰恰从这一现象出发，对亚里士多德的观点提出质疑。

　　②质疑：滚动的球之所以停下来，真的是因为没有力的作用吗?

　　设问：球停下来的原因是什么呢?

　　在伽利略之前，人们还没有意识到摩擦力这种无形的力，伽利略是第一个意识到摩擦力的人。

　　他改变了水平面的粗糙程度，发现：水平面越光滑，球滚得越远。于是，他推断这是摩擦阻力作用的结果。

　　结论：滚动的球停下来，是摩擦阻力作用的结果。

　　③假设：若没有摩擦阻力，沿水平面滚动的球将怎样运动呢?

　　④猜想：若没有摩擦阻力，球将永远滚动下去。

　　过渡：伽利略设计了一个双斜面实验。

　　3.实验探究，得出结论

　　(1)双斜面实验

　　左斜面固定，右斜面倾角可变。实验中我们设定小球始终从左斜面定位卡处由静止释放。

　　①固定右斜面，改变小球所受的摩擦，观察小球上升的最大高度怎样变化。重复一次。

　　思考：

　　1.小球所受摩擦阻力的大小与小球上升的最大高度之间有什么关系?

　　2.摩擦阻力的大小与释放点到上升的最高点的高度差是什么关系?

　　3.如果没有摩擦，小球会上升到多高的地方?

　　②减小右斜面倾角，观察小球沿斜面运动的最远距离怎样变化。重复一次。

　　思考：

　　1.减小右斜面倾角，小球沿斜面运动的最远距离如何变化?

　　2.如果没有摩擦，减小右斜面倾角，沿斜面滚动的最远距离怎样变化?小球将上升到多高的地方?

　　③将右斜面放平，释放小球，观察小球的运动。

　　思考：

　　1.如果水平木板足够长，小球会停下来吗?

　　2.如果没有摩擦，水平木板足够长，小球将滚到哪里去呢?

　　过渡：伽利略的双斜面实验是一个理想实验。

　　(2)理想实验的魅力：

　　实验(事实)+逻辑推理

　　通过可靠的实验事实，加上合理的逻辑推理，得出规律的一种方法。

　　理想实验的魅力：实验不能实现的地方，思维向前一步。

　　这种方法非常了不起!爱因斯坦是这样评价的：伽利略的发现以及他所应用的科学的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。这个评价实事求是，从亚里士多德到伽利略，经历了2000多年，物理学徘徊不前;从伽利略到爱因斯坦，只经历300多年，物理学的大厦初步建立，大师辈出。这都得益于伽利略首创的实验研究方法。

　　过渡：通过双斜面理想实验，伽利略得出了结论。

　　(3)伽利略：若没有摩擦阻力，沿水平面滚动的球将永远滚动下去。运动不需要力维持。

　　回顾、思考：

　　①静止的车、足球为什么运动起来?

　　②运动的车、足球为什么会停下来?

　　③力和运动之间有什么关系?

　　力是改变物体运动状态的原因。

　　设问：运动状态是用什么物理量描述?

　　车由静止变为运动，受到了推、拉力;由运动变为静止，受到了摩擦阻力。足球由静止变为运动，受到了脚的力;由运动变为静止，受到了草地的摩擦阻力。

　　过渡：与伽利略同时代的法国科学家笛卡尔对他的观点进行了补充。

　　4.补充完善，形成定律

　　(1)笛卡尔的补充：除非物体受到力的作用，物体将永远保持其静止或运动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动。这应成为一个原理，它是人类整个自然观的基础。