《牛頓第一定律》優(yōu)化設(shè)計(jì)

方雪冬 楊琴

一、教材分析

1.地位和作用

本節(jié)課是人教版九年義務(wù)教育八年級下冊《物理》教材第八章第一節(jié)的內(nèi)容.它是在學(xué)生學(xué)習(xí)了上冊第一章“機(jī)械運(yùn)動(dòng)”和本冊第七章“力”的概念等基礎(chǔ)知識之后，進(jìn)一步研究運(yùn)動(dòng)和力之間的關(guān)系，以加深對力的概念的理解，正確認(rèn)識力和運(yùn)動(dòng)二者之間的關(guān)系（即力不是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，而是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因）.為進(jìn)一步學(xué)習(xí)二力平衡，為高中進(jìn)一步學(xué)習(xí)牛頓第一、第二定律等動(dòng)力學(xué)知識打下良好的基礎(chǔ)，所以，本節(jié)內(nèi)容是整個(gè)經(jīng)典力學(xué)的奠基石，具有承上啟下的作用.

運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系問題不僅深化了人類對自然的認(rèn)識，而且體現(xiàn)了科學(xué)研究的基本方法，對人類的思維發(fā)展產(chǎn)生了重要影響.

2.學(xué)情分析

八年級學(xué)生經(jīng)過半年物理知識的學(xué)習(xí)，具有了初步的物理思維和觀察分析物理現(xiàn)象的能力，并且對物理學(xué)科也培養(yǎng)了比較深厚的興趣.但是，由于學(xué)生在學(xué)習(xí)牛頓第一定律之前已經(jīng)在生活中通過自己的觀察積累了大量關(guān)于運(yùn)動(dòng)和力的知識的前概念，即力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因.這一前概念在學(xué)生潛意識里會(huì)深深地影響學(xué)生的思維和判斷，要讓學(xué)生把這種比較牢固的然而又是錯(cuò)誤的認(rèn)知糾正過來，真正領(lǐng)會(huì)和接受牛頓第一定律，并不是一件輕而易舉的事情.所以做好教材上的實(shí)驗(yàn)，并在此實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析、推理成了本課成敗的關(guān)鍵問題.

3.教學(xué)目標(biāo)

（1）知識與技能

①知道牛頓第一定律的內(nèi)容，能用自己的語言表述牛頓第一定律;

②通過分析牛頓第一定律的內(nèi)容，了解牛頓第一定律的內(nèi)涵;

③知道物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來維持，知道力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因;

④能通過生活經(jīng)驗(yàn)和大量事實(shí)認(rèn)識一切物體都具有慣性.能用物體的慣性解釋生活和自然中的有關(guān)現(xiàn)象.

（2）過程與方法

①通過實(shí)驗(yàn)的觀察、分析、推理，概括出牛頓第一定律，讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)加推理的科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)推理和想象能力;

②經(jīng)歷牛頓第一定律的發(fā)現(xiàn)過程，體驗(yàn)“分析與論證”這一探究要素;

③體會(huì)伽利略對日常生活中常見的現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法，并加上科學(xué)的推理這一具有開創(chuàng)性的研究方法，這一方法為物理學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ).

（3）情感態(tài)度與價(jià)值觀

①通過對生活現(xiàn)象的分析，感受物理就在身邊;

②通過介紹牛頓第一定律的發(fā)現(xiàn)史，了解人類認(rèn)識事物本質(zhì)的曲折過程，對學(xué)生進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度的教育;

③認(rèn)識交流與合作的重要性，有主動(dòng)與他人合作的精神，敢于提出與別人不同的見解，也勇于放棄或修正自己的錯(cuò)誤觀點(diǎn).

4.教學(xué)重點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)分析和推理，牛頓第一定律.

教學(xué)難點(diǎn)：牛頓第一定律，用慣性解釋生活中的現(xiàn)象.

5.學(xué)時(shí)：1課時(shí)

6.教具：多媒體投影儀、斜面、小車、棉布、毛巾、長木板.

學(xué)具：斜面、小車、棉布、毛巾、長木板.

二、教學(xué)方法：講解法 、實(shí)驗(yàn)探究法 、小組合作學(xué)習(xí)法

三、學(xué)法：實(shí)驗(yàn)探究法、小組合作學(xué)習(xí)法

四、教學(xué)過程

（一）復(fù)習(xí)：什么是力？力的作用效果有哪些？

（二）導(dǎo)入新課：一列高速列車正以300 km/h的速度勻速直線行駛，車上的小剛同學(xué)如果豎直地向上跳，當(dāng)他落下來的時(shí)候，會(huì)落在起跳點(diǎn)的前面、后面還是原地？

（三）新課教學(xué)

1.探究實(shí)驗(yàn)

（1）提出猜想

等學(xué)生猜測、爭論后，問：同學(xué)們想知道這個(gè)問題的答案嗎？大家認(rèn)真學(xué)習(xí)完本課內(nèi)容后就知道了.【板書課題：牛頓第一定律】

老師演示、提問：一個(gè)沒有動(dòng)力的實(shí)驗(yàn)小車放在水平面上，我推它一下，他就會(huì)運(yùn)動(dòng)起來，最后它會(huì)怎樣？是放手后立刻停下來嗎？這段距離有長有短，這個(gè)長度跟哪些因素有關(guān)呢？

學(xué)生討論后回答：可能與小車質(zhì)量有關(guān)、與水平面粗糙程度有關(guān)、與推力大小有關(guān).

（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

師：由于小車滑行距離可能與以上三個(gè)因素有關(guān)，所以在進(jìn)行研究的時(shí)候要注意控制變量.教師指出本節(jié)課我們重點(diǎn)研究小車滑行距離與粗糙程度的關(guān)系，其它兩個(gè)影響因素同學(xué)們課余時(shí)間自行探究.請各小組設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案.

在小組設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上在全班進(jìn)行交流，對設(shè)計(jì)思想不科學(xué)和不嚴(yán)密的方案進(jìn)行糾正，對設(shè)計(jì)不完善的方案進(jìn)行補(bǔ)充.特別提醒學(xué)生注意如何解決控制推力大小相同的問題.教師適時(shí)提示：推力大小直接影響物體初始的速度，人工控制是困難的，改為從斜面上同一高度自由釋放.

（3）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

師：請各小組根據(jù)自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，注意自行設(shè)計(jì)表格記錄結(jié)果，并加以分析、比較，并注意歸納出結(jié)論.

教師巡回指導(dǎo).

（4）分析與交流

師：請各小組將自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與鄰近的小組交流，看看彼此有哪些相同之處與不同之處.

師：請各小組將你們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果拿到展臺上與全班交流.

部分小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表1所示.

討論：

師問1：比較表1中三種表面粗糙程度有什么不同？

師問2：小車在三種表面運(yùn)動(dòng)距離遠(yuǎn)近又有何不同？

師問3：小車在三種表面運(yùn)動(dòng)時(shí)減速的快慢有何不同？

師問4：根據(jù)以上三組數(shù)據(jù)，你們得出了什么結(jié)論？

老師在表格末尾補(bǔ)充一列“減速快慢”，并在對應(yīng)欄填上相應(yīng)內(nèi)容：很快、較快、較慢.

師問5：同一個(gè)小車，從同一高處滑下，即初速度是相同的.那為什么在三種表面運(yùn)動(dòng)距離遠(yuǎn)近不同呢？

學(xué)生分析出是因?yàn)樾≤囘\(yùn)動(dòng)時(shí)受到的摩擦阻力不同造成的.此時(shí)教師在表格末尾補(bǔ)充一列“摩擦力大小”，并引導(dǎo)學(xué)生在對應(yīng)欄填上相應(yīng)內(nèi)容：很大、大、小.

師問6：有沒有辦法讓小車運(yùn)動(dòng)的距離更遠(yuǎn)些？請各小組的同學(xué)討論一下，提出本組有些什么方案.

討論結(jié)束后請一個(gè)組的同學(xué)提出自己小組的方案，其它組補(bǔ)充.

我們還能否想出更“絕”的方案呢？此時(shí)老師演示氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)，指出，在滑塊與導(dǎo)軌之間會(huì)形成一層空氣“膜”，這樣滑塊就不與導(dǎo)軌接觸，而是在空氣“膜”表面上滑動(dòng)，此時(shí)導(dǎo)軌受到的摩擦力相當(dāng)小，滑塊可以運(yùn)動(dòng)很長時(shí)間.

師問7：我們采取這一系列方法最終起到一個(gè)什么作用？

師問8：研究進(jìn)行到此，你能想像到一個(gè)什么問題？

生：如果表面絕對光滑，沒有絲毫阻力，那么小車速度不會(huì)減小，將一直運(yùn)動(dòng)下去.

師：這位同學(xué)說，如果完全沒有受到阻力，小車會(huì)這樣（邊說邊模擬一直運(yùn)動(dòng)，永不停息狀）一直運(yùn)動(dòng)下去？會(huì)嗎？同意的同學(xué)請舉手.不同意的同學(xué)說說你不同意的理由？

讓同意和反對這一觀點(diǎn)的兩方同學(xué)充分思考、辯論，展開師生對話、生生對話和交流，讓學(xué)生充分把潛意識里的、根深蒂固的錯(cuò)誤觀念都暴露出來，通過大家討論甚至爭論，加以澄清.

2.歷史回顧

課件展示：伽利略當(dāng)年所作的凹面實(shí)驗(yàn)及伽利略的論點(diǎn)：

如果運(yùn)動(dòng)的物體不受阻力，將會(huì)以恒定不變的速度永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去.

課件展示：笛卡爾的觀點(diǎn)：如果沒有其它原因，運(yùn)動(dòng)的物體將繼續(xù)以同一速度沿著一條直線運(yùn)動(dòng)，既不會(huì)停下來，也不會(huì)偏離原來的方向.

師：笛卡爾發(fā)展了伽利略的觀點(diǎn)，指出不僅快慢不變，而且運(yùn)動(dòng)方向也不會(huì)改變.

【板書課題：牛頓第一定律內(nèi)容】

一切物體在沒有受到外力作用時(shí)，總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài).

師：首先，牛頓進(jìn)一步擴(kuò)展了定律的內(nèi)容，它不僅包含運(yùn)動(dòng)的物體，也包括靜止的物體.前者在研究時(shí)，只關(guān)心是否受到阻力，牛頓進(jìn)一步假設(shè)如果不受任何力物體的運(yùn)動(dòng)情況.

師結(jié)合課件介紹牛頓第一定律建立歷程，指出伽利略發(fā)現(xiàn)的結(jié)論的意義不僅使人們獲得了對于運(yùn)動(dòng)與力之間關(guān)系的正確認(rèn)識，更在于他把科學(xué)實(shí)驗(yàn)引入到物理研究中來，使物理真正成為一門科學(xué)，而不是單純的想像和經(jīng)驗(yàn).并且在實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行科學(xué)推理，這一思想方法更是人類思想史上偉大的成就.愛因斯坦認(rèn)為伽利略開創(chuàng)的科學(xué)研究方法，標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端.

師指出：牛頓第一定律是在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上經(jīng)過推理過程中得出的，不能用實(shí)驗(yàn)來直接驗(yàn)證，但是由此得出的很多推論卻經(jīng)受住了實(shí)踐的檢驗(yàn).

3.解讀牛頓第一定律

（1）定律成立的條件是什么？

（2）定律的適用范圍呢？一切物體運(yùn)動(dòng)的、靜止的、固體、液體、氣體.

師問：定律中“總”是什么意思？“或”該怎么理解？

師小結(jié)：“總”是“永遠(yuǎn)、永恒”的意思;“或”是兩者選其一的意思.那么根據(jù)你的理解，在沒有受到外力作用時(shí)，哪些物體會(huì)保持靜止？哪些物體會(huì)保持勻速直線運(yùn)動(dòng)？

師小結(jié)：用一句通俗的話概括：[靜者恒靜，動(dòng)者恒動(dòng)（板書）].

（3）現(xiàn)在我們來搞一個(gè)小比賽，請你把牛頓第一定律的意思正確地表述一遍，但是在表述的過程中，不能出現(xiàn)“一切物體”、“總”、“或”這些字.看看誰說得更好.“犯規(guī)”的同學(xué)就“罰”把別人的話復(fù)述一遍.

4.慣性的概念

師：根據(jù)牛頓第一定律，我們已經(jīng)明白了，靜者會(huì)恒靜，動(dòng)者會(huì)恒動(dòng)，現(xiàn)在我們更進(jìn)一來思考一下，造成靜者恒靜是它自身的原因還是外界強(qiáng)加給它的？

而造成動(dòng)者恒動(dòng)的原因又是什么呢？對了，原來靜止的物體繼續(xù)保持靜止，原來運(yùn)動(dòng)的物體繼續(xù)保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并不是外界造成的，而是它自身的原因.也就是說，所有物體都有這么一種“脾氣”，或者說是“習(xí)慣”，它原來是運(yùn)動(dòng)的，就不“想”靜止;它原來是靜止的，也就不“想”運(yùn)動(dòng)，物體的這種“習(xí)慣”，我們給它起個(gè)什么名字好呢？

【板書：慣性】

那么，原來運(yùn)動(dòng)的物體繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，需要力來維持嗎？

師小結(jié)：【板書：力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因】

但是我們通?？吹竭\(yùn)動(dòng)的物體最終停下來，他的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化了，是什么因素造成的？

那么，力到底起到了什么作用？

師小結(jié)：這說明【板書：力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因】

5.慣性現(xiàn)象

（1）演示實(shí)驗(yàn)：課本P18圖和8.1-3實(shí)驗(yàn).問：如何解釋這一現(xiàn)象？

師小結(jié)：解釋慣性現(xiàn)象，第一，明白原來兩個(gè)相關(guān)物體（或者一個(gè)物體的兩個(gè)部分 ）原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài);第二，當(dāng)其中一個(gè)物體（或者物體的一個(gè)部分）受力改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)后，另外一個(gè)物體由于慣性保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài);第三，得出最后的結(jié)論.

（2）學(xué)生舉例討論生活中的慣性現(xiàn)象.

步行時(shí)腳下被障礙物拌倒了都是向前摔倒，而學(xué)習(xí)滑冰的人一般都是向后摔倒，這是什么原因？

學(xué)生閱讀“科學(xué)世界”，教師友情提示學(xué)生自覺遵守交通安全法，坐在小車前排的時(shí)候自覺系上安全帶，珍愛自己的生命.

老師小結(jié)指出：慣性有利也有弊，有利的地方要利用，有弊的地方要注意防止.

（四）鞏固練習(xí)

1.討論課前在“導(dǎo)入新課”時(shí)提出問題.

師：現(xiàn)在請同學(xué)們考慮一下，這輛汽車運(yùn)動(dòng)情況會(huì)怎樣？

2.一本原來放在桌上的書，如果受到的一切外力突然消失，這本書運(yùn)動(dòng)情況會(huì)怎樣？

3.一個(gè)小球用一根細(xì)線吊著在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，（如圓錐擺運(yùn)動(dòng)）如果細(xì)線突然斷了，小球會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)？

4.飛機(jī)在高空沿水平方向勻速飛行，每隔相同的時(shí)間投下一枚炸彈，若不計(jì)空氣阻力，則炸彈落地前在空中的排列是

A.在飛機(jī)的斜前下方B.在飛機(jī)的正下方

C.在飛機(jī)的斜后下方D.成一曲線，但不是拋物線

5.下列現(xiàn)象中，不屬于利用慣性現(xiàn)象的是

A.用手拍打衣服上的灰塵

B.錘頭松了，將錘柄在地上撞擊幾下

C.運(yùn)動(dòng)員采用助跑跳遠(yuǎn)

D.騎自行車時(shí)為了減速捏剎車閘

6.以下現(xiàn)象與慣性知識有關(guān)的是

A.洗衣機(jī)將衣服甩干

B.人踩到香蕉皮上易滑倒

C.汽車駕乘人員系安全帶

D.汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)應(yīng)減速慢行

7.小睿坐在一列火車上，他想從車尾走到車頭，為了省力，他應(yīng)該在下列哪個(gè)時(shí)候走

A.火車加速前進(jìn)時(shí)B.火車減速前進(jìn)時(shí)

C.火車勻速行駛時(shí)D.任何時(shí)候都一樣

五、板書設(shè)計(jì)

牛頓第一定律

一、內(nèi)容：一切物體在沒有受到外力作用時(shí)總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài).

二、解讀：一切物體靜者→恒靜

動(dòng)者→恒動(dòng)

三、實(shí)質(zhì)：力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因

力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因

設(shè)計(jì)思路有力作用在物體上，物體就運(yùn)動(dòng)，撤去外力，物體的運(yùn)動(dòng)就會(huì)停止——力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因——這一結(jié)論的形成，既是順理成章的，又是根深蒂固的，自然界中的無數(shù)現(xiàn)象都“印證”著這一結(jié)論.所以要讓這么一個(gè)錯(cuò)誤的前概念得以糾正，是一件很不容易的事情.很多教師在教學(xué)牛頓第一定律時(shí)，學(xué)生簡單做完教材上三個(gè)典型實(shí)驗(yàn)，就直接問學(xué)生“如果沒有阻力，物體會(huì)怎樣”這么一個(gè)科學(xué)史上具有劃時(shí)代意義的偉大設(shè)問，感覺太過突然，不符合人類對這一現(xiàn)象的認(rèn)知規(guī)律，思維跳躍太大，轉(zhuǎn)彎太急，學(xué)生潛意識里面的錯(cuò)誤概念很難完全糾正過來.所以本課在設(shè)計(jì)時(shí)，在學(xué)生完成三個(gè)典型實(shí)驗(yàn)后，并不急于由教師直接提出這一設(shè)問，而是設(shè)計(jì)了8個(gè)環(huán)環(huán)相扣的問題鏈，在前面三個(gè)典型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上循序漸進(jìn)地拓展學(xué)生的思維和想像，力求讓學(xué)生水到渠成地萌發(fā)出“沒受阻力的物體會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)”這一關(guān)鍵設(shè)問.

另外，由牛頓第一定律得出慣性概念，很多老師也是非常直接地處理，這樣不利于學(xué)生很好地理解慣性概念.所以，筆者對此也進(jìn)行了一些敘述和交待，用“脾氣”這一比喻來突出慣性是物體自身的屬性，從而得出慣性概念和物體運(yùn)動(dòng)不要力來維持這一科學(xué)結(jié)論.