1、4.1牛顿第一定理一、教学目标：1、知识与技能：（1）了解亚里士多德和伽利略对运动和力的关系的不同观点。（2）认识伽利略理想实验的方式，感受这些研究问题的方式在数学学发展中的重要意义。（3）理解牛顿第一定理的内容和意义。（4）晓得惯性，晓得惯性的大小与质量有关，能解释相关现象。2、过程与方式：（1）从历史出发，和科学家一起探求运动背后的真相，通过学习伽利略的理想实验，感受他研究问题时的科学方式和勇于指责勇于挑战权威的探求精神。（2）通过生活中的实例，感受牛顿第一定理的意义，并尝试剖析与惯性相关的现象，通过实验感受惯性大小与质量的关系。3、情感心态与价值观：（1）通过了解伽利略破不仅2000年
2、的亚里士多德的错误观点的史实，培养尊重事实的科学精神。（2）通过牛顿第一定理的学习，培养敢于创新和实事求是的科学心态。二、教学过程引入：2010刘谦在新年团拜年会上的节目意念螺母/show/.html师：螺丝为何会运动呢？是老师的超能力吗？还是其他诱因呢，学完明天的内容，你就可以找到答案。实际上关于这个运动的问题早在公元前4世纪就有人提出来了，这个人就是古埃及的知名哲学家亚里士多德。通过他大量的观察，就这个问题提出了自己的观点：大屏幕：亚里士多德的图片在他所著的化学学一书中是这样抒发的：如马拉车行驶，奴隶曳船行驶，这种运动必需要有
3、劳动者，即运动必须有外力维持，否则就归于静止。也就是说：力是维持物体运动的诱因注意看上面的货车，如同这个货车一样，用手推它，他运动了，手离开后货车停止了。实验演示：用手推玩具车，车运动，撤掉手的推力，运动停止。师：大家同意亚里士多德的观点吗？能通过你身边的现象证明你的观点吗？生：举例说明力不是维持物体运动的缘由，（排球被提出后，脚不在给它力了，而且它就会在运动一段距离，而不会马上停止。）师：挺好，这种现象你们都应当见过，那篮球停出来是哪些缘由在引起的呢？生：磨擦力大屏幕介绍伽利略：伟大的美国化学学家和天文学家，是近代科学开始的奠基人。2000多年里，没有人指责过亚里士多德的观点，直至16世纪
4、，日本化学学家伽利略开始对亚里士多德的观点提出了指责。伽利略觉得将人们引入歪路的正是磨擦力的存在。指责：运动的物体之所以停出来，是遭到了磨擦力的作用，假定：假如没有磨擦力等，在水平面上运动的物体将如何运动下去呢？推测：仍然沿水平面运动下去。大屏幕：如果没有磨擦力、空气阻力，在水平面上运动的物体将仍然运动下去。师：现实生活中不可能没有磨擦力，所以这只是我们的猜测，我们怎么证明它呢？生：做实验师：如何做这个实验呢？下边我们就重现一下伽利略的研究过程。：伽利略注意到：一个小球沿斜面向上滚动时，速率减小，而向下滚动时，速率降低。于是他设计了一个斜面对接实验。实验演示1：在斜面上铺一块麻布，让小球从斜
5、面一端从静止下降，注意观察小球冲上另一斜面的高度。实验演示2：去除麻布，再做一遍。注意观察。师：两次实验对比，你观察到了哪些？生：第二次小球上升的高度更高了，师：哪些缘由导致的？生：磨擦力。师：但还是没有达到释放时的高度，缘由是哪些呢？生：尽管磨擦力减小了，但还是存在磨擦力。师：你们相想一想，假定没有磨擦没有空气阻力的影响，那又会如何呢？生：上升到同样的高度。师：这是我们在实验基础上的逻辑推理。记住这个推论，我们再看下边的实验。实验演示3：减少另左侧斜面的夹角，再一次释放小球。师：（做标记）和第二次的标记对比，小球运动的距离变更远了，你能解释一下为何吗？生：假若斜面光滑，小球将达到同样的高度
6、，减少夹角后，小球要达到同样的高度，运动的距离都会越远。师：说的挺好啊，通过昨天的推论，小球要想抵达等高的位置，走过的距离就更远了。假如继续减少斜面的角度，直至斜面水平了，从同一高度释放小球，注意观察注意想像实验演示4：将斜面放置水平，释放小球，小球沿水平轨道飞出。师：如果斜面光滑，没有磨擦，如果斜面足够长，小球将怎样运动呢？生：仍然运动下去。师：永远到不了那种高度了，仍然运动下去。通过这个实验否认了我们昨天的观点。我们再想，忽视磨擦等阻力的影响，小球在水平方向其他的作用了么？生：没有。师：这个实验说明亚里士多德的观点是有问题的，物体的运动不须要力来维持。力不是维持物体运动的诱因。大屏幕，师：
7、那力和运动究竟是哪些关系呢？(停一小会儿)想让运动的小球停出来，改变它这些运动状态应当如何做呢？生：给物体一个斥力。师：这说明了哪些？生：力是改变物体运动状态的诱因。大屏幕师：你能列举生活中的实例来说明力是改变物体运动的缘由吗？生：（讨论举例）师：你们回顾一下刚刚的研究过程，想一想伽利略采用怎样的研究方式，和亚里士多德相比较在研究方式有哪些不同呢？生：伽利略的研究方式有猜测，有推理牛顿第一定律的意义，有实验。而亚里士多德只是逗留在观察现象凭经验得推论的高度上。师：总结的挺好。伽利略的在化学实验的基础进行推理，这些技巧称作理想实验的方式。爱因斯坦曾这样评价伽利略的贡献：大屏幕：伽利略的发觉以及他所应用的科学的推
8、理方式，是人类思想史上最伟大的成就之一，并且标志着数学学的真正开端。希望你们就能学会这些技巧。师：与伽利略同时代的数学学家笛卡尔也研究了这个问题。他强调：“如果运动中的物体没有遭到力的作用，他将继续以同一速率沿同一条直线运动，既不会停出来也不会偏离原先的方向”。在哪个时代，实际上力还没有一个明晰的概念，局限于推、或拉的作用。直至这个人的出现。师：1642年伽利略逝世了，但历史的步伐不会就此停下，在伽利略逝世的第二年，牛顿诞生了。牛顿科学定义了力这个重要概念。它使原先关于推、拉这些关于力的模糊认识上升到了科学概念，因而大大扩宽了人们对于力的认识，扩宽了力的范围。它在伽利略和笛卡尔的基础上，把力和
9、运动的关系进行了全面的论述并记录在他的专著自然哲学的物理原理一书中，其中第一条定理是这样描述的：大屏幕牛顿第一定理：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它前面的力促使它改变这些状态。师：我们先来看前半句：“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”说的是哪些呢？生：物体具有惯性。师：一切物体都具有惯性，这是物体与生俱来的一种性质，也就是物体保持匀速直线运动状态是物体本身的一种性质，其实不须要力来维持。中学我们早已学习了许多生活当中与惯性相关的现象，请你举例。生：中学生举例。（车辆制动等大屏幕看视频）师：你能解释一下吗？生：中学生讨论并解答师：这个视频告诉我们人据有惯性，桌面上为每组
10、同学打算了两个蛋黄，猪肉有惯性吗？实物投影在桌面上分别转动两个蛋黄，用手按一下，看我演示，观察现象，思索为何会形成这些想像？这两个蛋黄的区别是哪些？思索为何会形成这些现象。生：把手拿开，观察，一个鹅蛋不再转动，一个蛋黄继续转动。把两个蛋黄磕碎。（讨论为何）师：这是因为熟鸭蛋壳和蛋黄、蛋黄是一体的，而生猪肉的壳体与蛋黄和鸡蛋不是一体，所以用手按住蛋壳后，尽管蛋壳停止了转动，但上面的面糊和鸡蛋因为具有惯性还在继续转动，因为磨擦，握住手，蛋黄推动蛋壳继续转动。师：物体具有惯性，可以保持原先的运动状态，也可以说物体具有抵抗运动状态变化的本领。而不同的物体的这中本领大小是不同的。这么物体这些抵抗运
11、动状态变化的本领与哪些诱因有关呢？也就是惯性的大小和哪些诱因有关呢？生：质量，师：你能设计一个实验来证明你的观点吗？简单一点的生：（中学生讨论）师：看我手中有两个小球，外型是一样的。请一个朋友来帮助我完成。师生合作实验：老师出示两个用细线拴好的，外形相同的小球，找一个肺活量的朋友分别尝试吹动小球，发觉其中一个小球能被吹动，另外一个却很难，老师和中学生同时打开小球，发觉一个是空的，一个上面装了钢球。师：物体的质量大，抵抗运动状态变化的本领越大，惯性大，既质量是物体惯性大小的量度。师：生活中好多现象都彰显了惯性和质量的关系。如举重运动员和相扑运动员对比。下边我们再来看牛顿第一定理的后半句：“除非作用在
12、它前面的力促使它改变这些状态。”这句话又说明了哪些呢？生：力是改变物体运动状态的诱因。师：物体的运动状态发生了改变，也就是物体的速率发生了改变，通过上面的学习我们晓得，速率改变了，物体也就有了加速度，所以力也是形成加速度的诱因。师：如今我们在想想开始之前的那种魔术演出，垫圈由静止状态变为运动状态，运动状态改变了，缘由是哪些么呢？生：受力了师：如今就为你们解开它的神秘面纱。（走到中学生中，为你们演示）师：通过这节课的学习，我们顺着历史的足迹，一步一步的逐步揭露了力和运动的关系背后的真相，晓得了力是改变物体运动状态的缘由，是形成加速度的诱因，而物体本身有质量，有惯性又要抵抗运动状态的变化，那力、质量
13、、加速度之间又有哪些定量的关系呢？这就是我们下节课要研究的内容。下边请你们思索：在一节列车车箱内有一个水平的光滑桌面，桌上有一个小球，假如列车停在水平的铁轨上，小球才能静止在桌面上牛顿第一定律的意义，才能保持它的静止状态。这是符合牛顿第一定理的。若果列车忽然往前开动，小球的状态会有哪些变化吗？再列车加速的同时，小球会运动吗？这是他遭到水平方向的斥力了吗？用加速运动的车箱作为参考系，牛顿第一定理还适用吗？阅读：P70科学徜徉板书设计：4.1牛顿第一定理一、理想实验的魅力亚里士多德：提出问题伽利略：科学研究方式笛卡尔：思索牛顿：总结二、牛顿第一定理（惯性定理）（1）物体具有保持原先匀速直线
14、运动状态或静止状态的性质，这个性质称作惯性。质量是物体惯性大小的量度（2）力是改变物体运动状态的诱因力是形成加速度的诱因牛顿第一定理教学对象：初一中学生教材：人教版数学选修1第四章第一节教学剖析：1.教材的地位和作用：本节内容是在前三章学习运动学与热学的基础上进一步学习牛顿第一定理，本节知识是上面所学运动学与热学知识的综合应用，是全面学习牛顿运动定理的开始，并与本章其他节内容构成完整的牛顿运动知识体系。本节内容包括两大知识点：一是伽利略的理想实验，二是牛顿第一定理。前者是后者的综述与发展。学情剖析（1）中学生早已系统学过运动学和热学等相关的知识，在中学也接触过伽利略的理想实验，但不清楚伽
15、利略理想实验的构建过程与其重大的意义。因而，在教学过程中，重视对伽利略理想实验的构建过程与其重大的意义进行详尽的介绍；（2）中学生对惯性这个具象概念很是愤慨。在教学过程中，将数学概念实例化。通过做演示实验和用惯性去解释日常生活中的一些现象，加深中学生对惯性的理解，引导中学生正确把数学知识用在实践上。（3）中学生在学习“质量是惯性的惟一量度”时，她们还存在着一些错误的观念，教学中尽量使用不涉及速率等其他诱因的实例。教学目标：1、知识与技能：（1）了解亚里士多德和伽利略对运动和力的关系的不同观点。（2）认识伽利略理想实验的方式，感受这些研究问题的方式在数学学发展中的重要意义。（3）理解牛顿第一定理的内容和
16、意义。（4）晓得惯性，晓得惯性的大小与质量有关，能解释相关现象。2、过程与方式：（1）从历史出发，和科学家一起探求运动背后的真相，通过学习伽利略的理想实验，感受他研究问题时的科学方式和勇于指责勇于挑战权威的探求精神。（2）通过生活中的实例，感受牛顿第一定理的意义，并尝试剖析与惯性相关的现象，通过实验感受惯性大小与质量的关系。3、情感心态与价值观：（1）通过了解伽利略破不仅2000年的亚里士多德的错误观点的史实，培养尊重事实的科学精神。（2）通过牛顿第一定理的学习，培养敢于创新和实事求是的科学心态。教学重点（1）牛顿第一定理获得的过程所涉及的化学学家非常是伽利略在其中的重要作用以及他精典的研究方
17、法和值得后人借鉴的科研精神；（2）牛顿第一定理的内容、质量是惯性的量度等知识点教学方式（1）实验演示法化学是一门以实验为基础的科学。本节教学设计着重以问题为先导，把主要内容的教学过程弄成一种解决问题和科学研究的过程。在多媒体技术与课堂演示实验的帮助下，中学生尝试观察并描述实验现象，剖析和总结实验的特征，经历了科学探究与逻辑思辨的过程，进而获取知识。整个过程渗透数学学研究方式、科学思维方式。（2）讲授法通过班主任形象生动、富于引导式的讲解，辅以演示实验、各种直观教具和现代教学技术，启发中学生思维，通过引导中学生观察实验现象，经历了科学探究与逻辑思辨的过程，充分地理解伽利略理想实验的精妙之处。之后在班主任的
18、引导下，得出牛顿第一定理。因而把数学知识应用到日常生活当中去，用惯性去解释日常生活中的现象，把中学生的感性认识上升到理智认识，在较短的时间内，使中学生获得较多的知识。在讲授知识的同时渗透探究的数学思想与化学方式，重视培养中学生的数学探究精神。教学用品多媒体课件、小车辆、对接斜面、鸡蛋（中学生分组）、钢球、塑料球教学过程设计教学环节和教学内容班主任活动中学生活动设计意图【情景引入】老师演出魔术意念螺母提问：为何螺丝会运动呢？运动的缘由是哪些呢？【回顾历史】亚里士多德部份：师：实际上关于这个运动的问题早在公元前4世纪就有人提出来了，这个人就是古埃及的知名哲学家亚里士多德。通过他大量的观察，就这个问题提出了自
19、己的观点，在他所著的化学学一书中是这样抒发的：如马拉车行驶，奴隶曳船行驶，这种运动必需要有劳动者，即运动必须有外力维持，否则就归于静止。也就是说：力是维持物体运动的诱因伽利略部份2000多年里，没有人指责过亚里士多德的观点，直至16世纪，欧洲化学学家伽利略开始对亚里士多德的观点提出了指责。伽利略觉得将人们引入歪路的正是磨擦力的存在。实验与推理：介绍伽利略的科学研究方式：1.指责：原先运动的物体之所以停出来，是由于没有力的作用吗？2.假定：假如没有磨擦阻力，空气阻力的作用，在水平面上运动的物体又会是如何的呢？3.推测：若没有磨擦阻力、空气阻力，在水平面上运动的物体将永远运动下去4.理想实验：
20、【重点剖析】牛顿部份：班主任给出牛顿第一定理的确切叙述。解释：班主任对牛顿第一定理的内容与意义进行详尽的解释，引出惯性的概念，给出惯性的确切叙述。中学生列举一些日常生活中常见的现象，并用所学惯性的知识去解释播放视频：车辆惯性试验分组实验：分辨两个蛋黄的不同之处剖析惯性大小的影响诱因。演示实验：两个外观相同的小球，让中学生吹两个小球，观察两个小球运动状态改变的情况中学生举例：举重运动员体型灵活，质量小，容易改变运动状态，惯性小；相扑运动员体型庞大，质量大，不容易改变运动状态，惯性大”逐步阐述出“质量是物体惯性的唯一量度”的推论。解释后半句的内容，明晰力和运动的关系。课堂小结演出小魔术，引导中学生思索螺丝为什
21、么会动，从而扩充到中学生身边物体的运动。使中学生思索物体运动的诱因讲解介绍亚里士多德关于力与运动的观点：力是维持物体运动的诱因。提问：你是否同意亚里士多德的观点？遵照伽利略思辨的思路，演示实验：一步一步引导中学生认真思索实验的内容：（1）构想假如对接斜面没有磨擦力，小球将达到跟原先同样的高度；（2）减少对接斜面的倾斜度，小球仍达到同一高度，通过的路程更长；（3）对接斜面的倾斜度越小，小球经过的路程越长；（4）把对接斜面弄成水平面，小球难以达到原先的高度，只能以原速率仍然运动下去。讲解：前半句“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”，这儿道出了一切物体的一个固有属性：惯性！惯性：物体保持原先匀速
22、直线运动状态或静止状态不变的性质。提问：你能列举生活中与惯性有关的现象吗？播放视频指导中学生操作提问：通过学习高中数学的知识想一想惯性大小与哪些诱因有关。与中学生一起合作完成实验内容，引导中学生思索惯性大小与这些诱因有关。讲：惯性大小用质量来量度，质量越大，惯性越小；惯性越小，质量越小。后半句：“除非作用在它前面的力促使它改变这些状态。”给出了力和运动的关系，力是改变物体运动状态的缘由，力也是形成加速度的诱因。解密意念螺母魔术的真正缘由。回顾本节内容观察思索思索回答思索回答思索回答思索讨论回答讨论回答分组讨论思索回答思索回答用魔术的神奇演出引入课题，为中学生学习创设了问题情境，迸发其学习兴趣。引导中学生
23、通过与生活中的现象对比，说出她们的观点，借以为下边讲解伽利略理想实验做铺垫。有了对亚里士多德权威的怀疑才有伽利略的理想实验，能够发觉牛顿第一定理。经历由经验得出推论到实验推翻推论的过程，培养中学生科学严谨的求实心态。一步一步引导中学生认真思索理想实验的内容，能让中学生对伽利略理想实验有深入的理解，并在此过程中丢掉错误观点，完善新的正确的观点。备考小学知识，把学过的知识与实际现象相联系。通过应用所学惯性的知识去解释一些日常生活中常见的现象，能加深中学生对惯性概念的理解。用实验和实例直观对比，防止引入速率这个令学生容易搞混的数学量。用事实说话，让中学生借助本节课学习的知识解释想像，是中学生获得满足感和成就感。【课后思索】火车静止在水平的铁轨上，一个小球静止在车箱里的水平的桌面。这时侯小球在桌面上保持它的静止状态不变，这是符合牛顿第一定理的。但是，列车忽然前向开动，坐在车箱里的人将见到小球将向后运动。提问：你看见小球向后运动，说明它的在水平方向的运动状态已改变。但是，它在水平方向遭到力的作用吗？或则是牛顿第一定理在这些情况不适用了呢？到底是哪些缘由呢？请朋友们课后思索一下。思索致力让中学生更深层次地理解牛顿第一定理，清楚牛顿第一定理的适用范围。