学习案例——“牛顿第一定理”
一、教学目标
知识技能：了解牛顿第一定理的内容和意义； 了解力和运动之间的关系。
过程与方法：了解理想实验是科学研究的重要方法。
情感心态与价值观：通过理想斜坡的教学感受理想实验的魅力。
2、教学难点
教学重点：通过回顾历史探究的过程来理解牛顿第一定理； 对惯性的理解。
教学难点：力与运动的关系； 惯性和质量之间的关系。
三、教学方法
讨论法、启发法、解释法
四、教学过程
(1)导出新课程
撕纸游戏
猜一下：
1. 一张纸已被切成两片，但未完全切割。 如果快速有力地撕下两侧，纸张会碎成多少片？
2. 现在将纸切成三块，但不要完全切开。 如果你快速而用力地撕开纸张的两侧，纸张会被分成多少碎片？
不做，先猜一下。
3、如果在中间的纸下面放一个夹子，然后将两侧快速撕下，纸会碎成多少片？
请大家想一想：为什么会出现这样的结果呢？ 如何解释我们的游戏？ 尽管如此，我们的游戏仍然涉及一个老话题——力量和动作：用力撕纸，纸条破裂并向上移动。 运动和力之间有什么关系？ 带着这个问题，我们就上去体验古人的探究过程，学习古人的探究方法，进一步理解解释运动与力关系的牛顿第一定理。
（二）新课教学
1.情境联觉、经验推测
在人类历史的长河中，运动与力量齐头并进，始终与人们的生活生产息息相关。 例如：马车向前行驶，不再拉动，前进的车就会停下来； 人如雨伞车前行牛顿第一定律教学，不再推，前进的车就会停下来； 打球时，球沿着草地向前滚动，不再踢球，滚动的球会逐渐停止。
问：运动和力之间有什么关系？
最先提出这个问题并给出实证推测的是古埃及学者亚里士多德。
他根据生活和生产经验推测：物体上必定有力作用，物体才能运动； 如果没有力的作用，物体就会静止在一处。 运动需要力量来维持。
他的观点来源于实践经验，可以被实践经验所验证，因此被人们广泛接受，并维持了近两千多年。
联觉：我们现在知道他错了。 那么他有贡献吗？
亚里士多德的贡献：创建了一个新的研究领域。
最先提出指控并深入研究的是十六世纪的伽利略。 他看着球滚动。
2. 指责假设、科学猜测
当球滚上斜坡时，其速度减小；当球向下滚动时，速度减小。 他由此推论：当球沿水平面滚动时，其速度既不增加也不减少。 实际观察的结果是：球沿着水平面滚动的速度越来越慢，最后停了下来。
①现象：球沿水平面滚动的速度越来越慢，最后停了下来。
根据亚里士多德的说法，球因为缺乏力量而停止。 伽利略从这一现象出发，批评了亚里士多德的观点。
②问：球滚动停止的原因是因为力量不足吗？
联觉：球停下来的原因是什么？
在伽利略之前，人们并没有意识到无形的摩擦力，而伽利略是第一个认识到摩擦力的人。
他改变水平面的粗糙度，发现：水平面越光滑，球滚得越远。 所以，他推测这是摩擦阻力的结果。
推论：球滚动停止，是摩擦阻力的结果。
③假设：如果没有摩擦阻力，沿水平面滚动的球将如何运动？
④ 猜想：如果没有摩擦阻力，球将永远滚动。
过渡：伽利略设计了一个双斜率实验。
3.实验研究、推论
(1)双斜率实验
左斜面固定，右斜面夹角可变。 实验中，我们将球设置为始终从左侧斜坡上的定位卡上释放。
①固定右侧斜面牛顿第一定律教学，改变球的摩擦力，观察球的最大高度如何变化。 重复。
思维：
1、球的摩擦阻力与球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最低点的高度差有什么关系？
3. 如果没有摩擦力，球会升到多高？
②减小右侧斜坡之间的角度，观察球沿斜坡移动的最远距离如何变化。 重复。
思维：
1、如果减小右斜面的夹角，小球沿斜面移动的最远距离会如何变化？
2、如果没有摩擦力，右侧斜坡的角度减小，沿斜坡滚动的最远距离会如何变化？ 球会升到多高？
③将右斜面放平，释放球，观察球的运动情况。
思维：
1. 如果水平木板足够长，球会停下来吗？
2. 如果没有摩擦力，水平木板足够长，球会滚到哪里？
过渡：伽利略的双斜率实验是一个理想的实验。
（二）理想实验的魅力：
实验（事实）+逻辑推理
一种通过可靠的实验事实并结合合理的逻辑推理推导出定律的方法。
理想实验的魅力：在实验无法实现的地方，思维前进了一步。
这些技能都非常了不起！ 爱因斯坦评论说：伽利略的发现和他所应用的科学推理是人类思想史上最伟大的成就之一，标志着化学的真正开始。 本评价实事求是。 从亚里士多德到伽利略，两千多年过去了，数学停滞不前； 从伽利略到爱因斯坦，仅仅只有三百多年的时间。 数学的大厦已初步建成，大师辈出。 这都要归功于伽利略首创的实验研究方法。
过渡：伽利略从双斜率理想实验中得出了他的推论。
(3)伽利略：如果没有摩擦阻力，沿水平面滚动的球将永远滚动。 运动不需要力量来维持。
回顾并思考：
① 为什么静止的汽车和足球会向上移动？
② 跑车和足球为什么会停下来？
③ 力与运动的关系是什么？
力是改变物体运动状态的原因。
联觉：用什么数学量来描述运动状态？
当汽车由静止变为运动时，受到推、拉； 从运动到静止，都会遇到摩擦阻力。 篮球由静止变为运动，受到脚部的力量； 从动到静，遇到草的摩擦阻力。
过渡：伽利略得到了与伽利略同时代的波兰科学家笛卡尔的补充。
4.补充建立、生成定理
（1）笛卡尔补充：除非物体受到力的作用，否则物体将始终保持静止或运动的状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只保持直线运动。 这应该是一个原则，是人类整个自然概念的基础。
笛卡尔补充说，当物体不受力时，它保持静止或匀速直线运动状态。
过渡：伽利略于 1642 年去世，牛顿于 1643 年出生于美国。牛顿是人类历史上最伟大的科学家之一。 他的主要贡献包括微积分的发明、万有引力定律和经典热力学的发现、第一台反射望远镜的设计和制造等。
牛顿在1687年出版的《自然哲学的物理原理》一书中阐述了三个运动定律。牛顿将伽利略和笛卡尔的正确推论总结为牛顿第一定理，该定理是牛顿数学的基石。
（2）牛顿第一定理：所有物体始终保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它前面的力促使它改变这些状态。
过渡：现在让我们理解这个定理。
（三）巩固提高
思考：牛顿第一定理中描述的运动和力之间的关系是什么？
1、运动与力的关系：力是改变物体运动状态的诱因。
2、阻力很小的现象：冰球
从视频中可以看出，冰球的速度和方向在一段时间内几乎保持不变，直到撞到另一个冰球。
思考：定理还解释了什么？
3、惯性：
①概念：物体保持其原始匀速直线运动状态或静止状态的性质。
联觉：所有物体都有惯性。 运动的物体有惯性吗？
当物体变速运动时，由于惯性，物体对速度变化感到阻力，需要一段时间才能改变速度。 例如，车辆紧急刹车时，不会立即停止，而是继续向前滑行一定距离。
②一切物体都具有惯性，具有抵抗运动状态变化的“能力”。
惯性大的物体“功力”大，运动状态难以改变； 惯性小的物体，“功力”小，运动状态容易改变。
思考和推测：与物体的惯性有关的因素有哪些？
（四）总结作业
1.理解探索运动与力之间关系的过程。
在探究过程中，亚里士多德是开拓者。 伽利略开创了理想实验方法； 笛卡尔补充了伽利略的观点； 牛顿提出了惯性、力和惯性参考系的概念。
2.感受理想实验的魅力：实验（事实）+逻辑推理
3.深入理解牛顿第一定理，知道质量是惯性的量度。
4、后来爱因斯坦等科学家进一步发展了牛顿第一定理。 没有定理就是真理，化学的大厦永远不会封顶，等待大家为其添砖加瓦！
课外探索：有人说刘谦的螺母魔法颠覆了牛顿第一定理：螺丝无需外力即可移动。 你怎么认为？ 请在百度搜索“刘谦坚果魔术揭秘”，了解刘谦坚果魔术的原理。
5、黑板设计
牛顿第一定理
一、历史回顾
2.第一定理的探索实验
3.惯性定理
六、教学反思