3.1伽利略的理想实验和牛顿第一定理一、教学任务剖析中学阶段所学习的惯性和牛顿第一定理，是在小学已学知识基础上的进一步推进。学习惯性和牛顿第一定理将为后续的牛顿第二定理，乃至整个热学的学习奠定基础。通过小游戏，让中学生初步感受伽利略的观点：“物体的运动不须要力来维持”。通过演示“推铁块”现象，介绍亚里士多德关于“力是维持物体运动的诱因”的观点，引出两种观点的矛盾。通过演示将小铁块装上轮子，磨擦力大大降低，小铁块速率降低得很慢，发觉现象：“摩擦力的大小会影响速率降低的快慢”。通过引导中学生讨论设计实验细节，研究磨擦力大小对速率变化快慢的影响，运用已学过的知识剖析实验中须要控制的变量和须要变化的条件。通过演示实验比较在三种不同磨擦系数的表面上小球滑行距离的大小，发觉越光滑的平面，速率变化得越慢这一规律；通过运用DIS光电门传感检测水平气垫滑轨上的滑块的瞬时速率大小，观察在磨擦力十分小的情况下速率变化也十分小的情况。总结演示实验的规律牛顿第一定律演示实验，并按照实验发觉的规律进行合理推理，得出“摩擦力为零时，物体将保持匀速直线运动”的推论，体验伽利略理想斜面实验的思维推理过程和技巧。用演示实验模拟伽利略对斜面实验的推理过程，并介绍伽利略依据斜面实验得出的推论“维持物体运动不须要力”，之后介绍笛卡儿对伽利略推论的补充，牛顿最后总结得出牛顿第一定理。
强调牛顿第一定理并不是真实的实验定理，而是以可靠的实验为根据，突出主要诱因，忽视次要诱因，用科学推理的方式概括下来的，定理是否正确要通过实践来检验，给中学生以科学方式的教育。最后让中学生剖析生活中常见的惯性现象，巩固所学知识，同时使中学生感受知识与现实生活的紧密联系，迸发求知的欲望。二、教学目标1、知识与能力（1）晓得牛顿第一定理。（2）理解伽利略理想实验的推理过程。（3）理解力和物体运动的关系。（4）初步学会剖析、概括、推理等科学思维方式。2．、过程与技巧（1）观察惯性现象，体会从错综的现象中探索事物本质的思想方式。（2）在观察演示实验的过程中体验伽利略理想实验的思维方式与过程，体会概括、推理的科学研究方式。3、情感心态价值观（1）通过伽利略的斜面实验，了解理想实验，迸发热爱科学、乐于探究的兴趣。（2）通过科学史的简介，展现去伪存真的科学心态和严谨的科学作风。三、教学重点与难点重点：牛顿第一运动定理、惯性。难点：伽利略理想实验的推理过程；对牛顿第一运动定理和惯性的正确理解。四、教学资源：1、三根滑轨，一根线绳，一根浴巾条，小球等。2、自行拍摄的气垫滑轨实验视频。3、伽利略斜面实验模拟装置4、惯性小实验：小车、木块、玻璃杯、塑料片、小球、硬币、尺等。
五、教学思路本设计包括伽利略理想实验、牛顿第一定理和惯性的借助和避免三部份内容。本设计的基本思路：以实验和推理为基础，按人类对力和运动关系的认识过程组织教学，将原先完全具象的理想实验具体化，重点置于实验设计、观察演示实验、体验伽利略理想斜面实验的思维和推理过程，并介绍牛顿第一定理的得出过程，使中学生在获得知识的过程中，了解化学学发展的历史，经历人类对规律的认知过程。本设计要突出的重点是：牛顿第一运动定理和惯性。方式是：以实验为基础，加上合理的推理，体验伽利略理想斜面实验的思想方式和思维过程，进一步理解牛顿第一定理的得出过程，结合中学生的亲身感受，应用实验和动漫演示对日常生活的实例进行剖析，巩固对牛顿第一定理和惯性的认识。本设计要突破的难点是：伽利略理想实验的推理过程；对牛顿第一运动定理和惯性的正确理解。方式是：通过引入部份的演示实验，阐明生活中一些被其假象所掩藏现象的本质，为理解力和运动的关系做好必要的铺垫，之后通过演示实验和逻辑推理体验伽利略对斜面实验的推理过程，使中学生能亲身体验伽利略的思维过程；在得出牛顿第一定理并定义惯性后，通过对比牛顿第一定理和惯性的区别和联系，以正确理解牛顿第一定理和惯性。
完成本设计的内容需1课时。六、教学流程1、教学流程图2、教学流程说明引入新课：小实验班主任：**，让我们先来做一个吹兵乓球的小实验。每组同事都有一个兵乓球和一个杯子，一个朋友设法使兵乓球以一定的速率沿直线运动。在与兵乓球路径相垂直的方向上放一个杯子。当兵乓球经过杯口时，另一个朋友对着球纵向吹气，看能不能将球吹进纸杯？观察现象并讨论剖析，如今开始。教师：**一位朋友来谈一谈能够将球吹进纸杯，为何？总结：这个实验中，包含了力和运动的关系这一问题的讨论。小球在原先运动的方向上几乎没有遭到力的作用，可它的运动仍然维持。这就得到了一个推论：维持物体运动不须要力的作用，这就是伽利略的观点。班主任：**是力和运动的关系的讨论，在历史上以前有过另一个观点。请你们观察桌面上静止的粉笔盒，之后轻推粉笔盒，粉笔盒都会平缓运动，当手一离开粉笔盒，粉笔盒几乎立刻停止运动。由这一现象可以得出推论：维持物体运动须要力的作用，这就是亚里士多德的观点，是亚里士多德通过日常生活中的观察得到的推论。这就是历史上力和运动关系的争活动III讨论2牛顿第一定理笛卡儿的补充活动IV演示3视频2惯性与惯性现象亚里士多德的观点批判亚里士多德的观点情境演示1通感1通感1演示1通感II演示2活动I讨论1活动2视频1通感III伽利略的观点班主任：**在我们面前有两个矛盾的观点，它们都来自于生活中的现象，但起码有一个是错误的。
要看清事物的真相，我们就要厘清楚在推粉笔盒的事例中粉笔盒停止运动的诱因。问：构想假如把粉笔罐装在一辆货车上做同样的实验，我们将会看见如何的现象？演示：将粉笔罐装上货车，促使小铁块运动后，当手离开小铁块后，小铁块就会继续往前滑动一段较长的距离后才停下。问：将粉笔罐装上货车后，是哪些数学量的变化使它出现了不同的运动情况？问题提出：将粉笔罐装上货车后，磨擦力显著减少了，这一现象说明，很可能是磨擦力对速率变化形成了影响，这么它们之间又是如何一种定性关系呢？我们通过实验来加以探班主任：**每两个朋友都有一根滑轨、一个小钢珠、一根浴巾条和一根线绳。运用提供的器材，我们可以将小钢珠从高处滑下，通过小钢珠在水平轨道上的运动情况比较磨擦力大小对速率变化快慢的影响。问题1：在实验中我们须要控制什么变量，怎样控制这种变量？总结：在实验中我们须要控制小钢珠运动到水平轨道上的初速率相同。这就须要我们每次从轨道上的同一点静止释放小钢珠，同时浴巾或绷带在轨道上的位置也必须相同，我已为每组同事在轨道上做了标记。问题2：在实验中我们须要改变什么条件，怎样改变这种条件？总结：在实验中我们须要改变水平轨道的粗糙程度，这儿我们可以比较在浴巾条、布条和平板上小钢珠的运动。
问题3：在实验中我们须要比较什么数据，这种数据怎么反映速率变化的快慢。总结：在实验中因为检测时间相对麻烦，我们可以更直观地比较小球在不同接触面上运动的位移，假如把小钢珠在水平轨道上的运动看作是匀变速直线运动，按照运动学的公式，我们可以得出位移越小，加速度越大，即速率变化得越快。接出来请朋友们进行实验，并将实验结果记录在实验报告上。中学生活动：中学生进行演示实验——研究磨擦力的大小对速率变化快慢的影响。交流实验结果：得出初步推论：越光滑的平面小钢珠滑行距离越大，说明速率变化得越慢。班主任：我们早已得到初步推论：越光滑的平面小钢珠速率变化得越慢。这么假如我们设法找到比平板更光滑的平面，是否可以使小钢珠速率变化得更慢呢？讲台上的装置称作气垫滑轨。通过水泵，可以使轨道上的小孔喷吐二氧化碳，使小滑块漂浮上去，获得磨擦力较小的环境。而两个光电门传感可以通过DIS实验系统测出瞬时速率。接出来请你们看在水平气垫滑轨上做刚刚的实验会有哪些样的疗效。班主任演示：用水平气垫滑轨和DIS实验系统光电门传感检测瞬时速率，数据显示摩擦力十分小的时侯，速率的变化也十分小。总结并深入提问：当磨擦力越来越小，可以发觉速率变化也越来越慢。
（按PPT）由此我们可以得出哪些新的结论吗？总结：假如磨擦力足够小，物体的速率大小几乎不改变，若磨擦力变为零，物体就可以始终运动下去，速率大小不改变。问：磨擦力为零可能吗？这个推论能够从实验直接得出？继续提问：生活中磨擦力为0是不存在的，所以这个推论不可能从实验中直接得出。那么这个推论还可靠吗？提出理想实验的思想：当磨擦力为0时，物体将保持匀速直线运动的推论是按照实验中磨擦力越小对速率的影响越小这一事实，经过推理忽视了磨擦力这一次要诱因的影响，得出物体运动的主要性质是：维持原先的运动状态。这就是伽利略创造的理想实验的思想方式：以可靠的实验事实为基础，突出主要诱因，忽视次要诱因，通过具象思维深刻阐明自然规律。理想实验并不是一个真实的实验。理想实验不可能用真实的实验来直接验证，只能在实验条件不断迫近理想情况时，其实验结果也不断向理想情况迫近。介绍伽利略的观点和理想斜面实验，演示斜面实验装置。班主任：对于我们刚刚讨论的问题，伽利略是怎样来研究的呢？首先，他通过对摆的观察和研究，发觉在阻力很小时，摆总是来回运动到相同的高度，虽然有障碍物罩住细线也不会改变这一结果，这就是以可靠的实验事实为基础。
接着他通过具象思维提出倘若有一个小球在两个对接的斜面上运动，在忽视阻力的情况下，小球也总是能运动到相同的高度。（取出伽利略假想的斜面）假如我们减少旁边斜面的夹角，小球仍能运动到相同的高度，速率也变化得越慢。假如把旁边的斜面改成平面，小球将永远到不了相同的高度，速率也将不再改变。按照这一理想实验伽利略得到推论：维持物体运动不须要力的作用。看来我们明天对于力和运动关系的研究的思想方式，正是和伽利略不谋而合了。讨论：比较伽利略的推论、笛卡尔的提炼与牛顿第一定理的区别班主任：在此基础上，笛卡尔发展了伽利略的推论，提出了惯性定理：只要物体开始运动，就将继续以同一速率并顺着同仍然线方向运动，直至遇见某种外来缘由引起的制约或偏离为班主任：而牛顿在前人的基础上，又一次将理论建立牛顿第一定律演示实验，提出了牛顿第一定理：一切物体总保持匀速直线运动状态或则静止状态，直至有外力改变它为止。班主任：由牛顿第一定理，我们可以看见一切物体都有保持静止与匀速直线运动状态的性质，我们把物体的这一性质称作惯性。惯性是物体的固有属性，其大小仅与质量有关。班主任演示：接出来我们来看一个有关惯性现象小实验。推论：一切物体(固体、液体和二氧化碳）都存在惯性。
重新讨论上课前的小实验，巩固新知识问：如今请朋友们再来思索我们刚上课时做的那种吹兵乓球的实验，按照明天我们所学的内容，能够解释对着球纵向吹气，为何不能将球吹进纸杯？深入提问：假如我要求必须对着球纵向吹气，又要将球吹进纸杯，应当如何吹呢？课堂总结班主任：最后，我们对昨天所学的内容作一个整理回顾。3、教学主要环节本节课可以分为四个教学环节。第一环节，通过创设情境引入课题，介绍对亚里士多德关于力和运动关系的认识。第二环节，通过设计实验、演示实验、逻辑推理，体验伽利略斜面实验的探究过程和思维方式，初步认识关于力和运动的关系认识，了解理想化实验的科学研究方式。第三环节，学习牛顿在前人研究的基础上，结合自己的研究，提出牛顿第一定理。第四环节，通过对应用实例的演示和讨论，巩固对惯性、惯性现象和牛顿第一定理的认第五环节，总结本节课重点内容和主要环节小结第六环节，作业布置：阅读课本P76历史回望——《牛顿生平》及完成配套练习上述教学环节中，第二、三教学环节是本节课教学的重点。广州市承德小学