1、牛顿第一定律1、设计思想 科学探究应是物理教学的本质特征之一，是激发学生学习内在动机的有效教学方式。科学探究课不能片面地理解为实验课，其核心评价指标应该是学生内心知、情、意的变化。科学探究也不是学生自发的研究，而是教师精心策划与指导的结果。教师精心创设的情景和巧妙的提问，能激励学生不断地产生探究物理本质的强烈欲望，所以“情景的创设”和“问题的设置”应该是科学探究课的关键。 “牛顿第一定律”是在初中学过的内容，也是高中教学中常被教师忽视的内容，有的甚至一带而过，这导致学生对牛顿第一定律的理解基本停留在初中的认知水平。本设计从建构主义原理和认知心理学出发，紧紧围绕牛顿第一定律的产生过程，深入挖掘物
2、理学史中的相关素材，将牛顿第一定律产生过程的几个关键问题以原貌的形式展示给学生，让他们作为各个历史时期的“探究者”参与相关问题的讨论。在讨论的过程中学生会发现:“这些看似简单的问题不仅很难回答，而且蕴藏着深刻的思想方法，所以人类用了几千年的时间才弄清楚”。通过这样的探究，不仅让学生获得了物理知识，更让学生感受科学结论得出的艰难历程，并感悟科学之美，从而取得较好的教学效果。2、学生情况分析 学生经过初中的学习，比较熟悉本节课的内容，也能解释诸如刹车、套紧锤头等现象，但他们对惯性概念和牛顿第一定律的认识以解释现象为主。进入高中后，学生的抽象思维能力得到了较大发展，但为了引导他们从现象上升到本质，仍
3、然需要把学生原有的知识经验作为新知识的增长点。3、教材和教法的分析 牛顿第一定律是牛顿力学的基石，它纠正了自亚里士多德以来长达近两千年的的错误观点，改变了人类的自然观和世界观，对物理学的发展有重大影响。惯性和牛顿第一定律都比较抽象，伽利略的理想实验也是一种重要的思想方法，学生真正理解起来是有难度的。教学中我们也发现，让学生真正改变“力是运动的原因”这一直觉观念非常困难，很多同学在分析物理问题时，总是不自觉地变成亚里士多德的“信徒”。比如看到物体在运动，就认为它一定受到力的作用；物体向东运动就认为物体必定受向东的力；物体的速度大是因为它受力大的缘故；物体受力为零，它的速度也应为零等等。要改变这一
4、现状应该注意以下几点:其一，让学生参与得出牛顿第一定律的思维过程；其二，让学生感受科学的思想方法。 教材按历史发展的线索来编写，先从生活现象出发，得出亚里士多德的观点，在仔细分析现象，说明另外一种观点的存在，但是要说服大家，需要实验来证明，而摩擦力没法消除，伽利略用理想试验的方法突破难点，笛卡尔对伽利略的观点加以补充，伽利略和笛卡尔都做出了很大的贡献，教师反问“为什么不叫伽利略定律或者笛卡尔定律”引起学生进一步探索的兴趣，为牛顿的隆重出场奠定基础。让学生思考“牛顿高明在什么地方”，通过分析讨论就能加深学生对“由现象到本质，由一般结论到规律”这一抽象提炼过程的认识，否则，学生会认为牛顿只是一个“
5、摘别人果实”的人。重点：牛顿第一定律及得出的历史过程难点：对惯性及力与惯性关系的理解4、教学目标4.1知识与技能 （1）了解人类探索力和运动关系的过程。（2）理解牛顿第一定律的内容及意义。（3）理解惯性，知道质量是描述物体惯性的物理量。 （4）理解惯性和力的关系。4.2过程与方法（1）在用伽利略斜面实验研究力和运动关系的过程中，学习理想实验这种科学研究方法。（2）培养学生严谨的逻辑推理能力；通过学生对历史演变过程的“亲身”参与，培养他们深度分析和思考的能力；通过对生活实例的分析，培养学生理论联系实际的能力。4.3情感、态度与价值观 （1）让学生感受科学探究过程的艰辛，感受科学之美和科学的精神。
6、（2）在学习牛顿第一定律建立的过程中，学习伽利略与牛顿等科学家的创造性思维的品质和敢于质疑、坚持真理的献身精神。5、教学过程5.1引入新课【投影展示】有一个基本问题，几千年来都因为它太复杂而含糊不清，这就是运动的问题 爱因斯坦5.2新课教学【教师引导】运动问题真如爱因斯坦所说的这样复杂吗？我们先来回顾一下历史上关于力和运动的观点，亚里士多德的“力是维持物体运动的原因”。亚里士多德的观点来源于生活，我们可以用一个实验来证明这个结论是对的。【演示实验】手拉倒放的车，车走，手停，车停；【教师引导】大家都同意亚里士多德的观点吗？如果不同意请用指定器材设计实验加以反驳。【学生回答】得出另外一种观点是伽利
7、略提出的物体的运动不需要力维持。【教师引导】同学们看一下两种观点持有者各自所处的年代，亚里士多德，公元前四世纪，伽利略1564-1642年，也就是公元十六、十七世纪，相差了两千多年，大家是否有一个疑虑呢？像物体的运动不需要力来维持，我们都很容的得出的结论，这两千多年里的科学家都在干什么？其实亚里士多德当时就已经考虑过这个问题，他是这样解释的：撤掉力之后，小车由于运动会在它后而产生一个“虚空”没有空气的空间，空气要填补这个“虚空”，于是对小车产生一个向前的推力，但这个推力小于摩擦力，所以最后停了下来。所以，亚里士多德仍然认为力是维持物体运动的原因。亚里士多德的虚空理论可以自圆其说，加之他在人们心
8、中的地位很高，所以他的观点统治了相当长的时间就不足为奇了。有关“虚空理论”是被用什么方式驳倒了的，我们这里就不多分析了，请同学们课后上网查阅相关资料，并递交自己的认识报告。(有了亚里士多德的自圆其说，才需要一个可靠的实验来证明物体的运动不需要力来维持，少了这个内容，学生就不会觉得理想实验的魅力如此之大了。)【教师引导】我们现在虽然已经知道后一个观点是正确的，但是我们还是有必要了解一下伽利略当年对这一问题的研究过程。我们现在就回到400多年前，进入到伽利略这一角色，看看他是怎样提出自己的观点的？请同学们阅读教材68页倒数第二段，要求能够用自己的语言来表述出当时伽利略的推导过程。（回答问题的难度不
9、大，但是教师要对学生回答的情况做出肯定的鼓励）【教师引导】这个观点放在今天，我们大家已经可以很容易接受，但是，在当时的历史情形下，由于亚里士多德的地位就像中国古代的孔子，基本都是拿他的言论当成真理，再一个就是传承了2000来年的东西，根深蒂固，只凭简单的推理很难让更多的人信服。伽利略又是怎样驳倒亚里士多德的观点的呢？【演示实验】伽利略那个年代的科学家很多人都研究了一种叫做摆的运动，发现摆球都可以到达等高的点上，就像有记忆功能一样，然后过渡到理想斜面的实验，先在轨道上放一块布，释放小球，发现不能到达等高的位置，然后撤掉布，发现还是差一点，但是可以逻辑推理，如果真的绝对光滑会怎么样？减缓第二个斜面
10、的角度，释放小球，让学生观察小球在第二个斜面上移动的距离的变化，为了达到等高，小球走的路程增加了。可以再次设想，如果把第二个斜面的倾斜角度减小到零，会怎么样？演示之后找同学解释为什么会这样？但是实际上轨道不能绝对光滑，也不能无限长，所以伽利略这个实验叫做理想实验。结合伽利略理想实验的设计，谈一下理想实验的方法特点。总结出这是一种科学的研究方法，并引用爱因斯坦对他的高度评价说明这个方法的重要。“伽利略的发现以及他所应用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，它标志着物理学的真正开端。”伽利略也被称作“实验科学之父”。（当代学生知识而较广，他们可能并不觉得这个实验有什么了不起的地方；这时用最
11、伟大的科学家的评语，可以让学生重新审视这个实验，从而感悟到伽利略的确贡献不凡。）【教师引导】在伽利略的那个年代，不可能找到没有摩擦力的情况，那么，我们今天的实验室里能不能找到没有阻力的情况呢？【演示实验】在气垫导轨上做测量两次速度的实验，发现即使在科技如此发达的今天，我们也不能消除阻力。【教师引导】得出两个观点：（1）阻力越小，物体的运动越接近匀速。（2）即使今天科技水平如此发达，也不能用实验直接来验证伽利略的观点，而在400多年前，伽利略用理想实验很好的说明了自己的观点，大家是不是进一步感受到了“理想实验”的魅力如此之大呢？【教师引导】伽利略贡献如此之大，爱因斯坦对他也是高度评价，但我们为什
12、么不把它叫伽利略定律呢？我们来看与伽利略同时代的法国科学家笛卡儿对伽利略的观点做了进一步补充和完善，通过对比，看看笛卡儿在哪些地方补充和完善了伽利略的论点？（引导学生回答：由水平面任意直线，暗含了力可以改变物体运动状态）【教师设问】为什么也不叫笛卡儿定律呢？【投影展示】牛顿第一定律，并让学生思考牛顿高明在什么地方？ 【教师引导】先来分析前半句，“一切物体”，包含了宇宙万物，把天上和地上统一起来；“总保持静止或匀速直线运动”，即每个物体都要保持静止或匀速直线运动状态。所有物体都具有的，当然是物体本身的一种属性，就像每一个物体都具有质量一样。牛顿认为这种属性的特征就是不愿改变现状，有点懒惰，所以牛
13、顿给它取名为 Inertia(惰性，迟钝)，翻译过来就叫惯性。所以牛顿第一定律也叫惯性定律。牛顿的第一个贡献就是引进了惯性这个概念。牛顿第一定律中还有一句话，直到有外力迫使它改变为止，这是牛顿第一定律画龙点睛之笔，把几千年都争论不休的问题解决了。力的作用是什么呢?(请学生回答)“运动状态”用哪个物理量来描述？改变运动状态就是改变速度，包括大小和方向。牛顿用简明的语言，却阐释了深刻的道理，牛顿不仅提出了牛顿第一定律，还有第二、第三定律，牛顿把运动三定律和他对其他事物的一些看法写在了自然哲学的数学原理一书中于1687年出版，简单介绍一下自然哲学的数学原理的地位和评价，进一步突出牛顿是一位了不起的科
14、学家。引用蒲柏的一句话“世界原本是黑暗的，上帝说，让牛顿去把，于是世界变得光明。”虽然世人对牛顿的评价非常高，但牛顿自己很谦虚的说，“如果说我看得更远一些，那是因为我站在了巨人的肩上。”牛顿越这样说我们就越觉得他高明，不仅做学问高明，做人也很高明。【教师引导】牛顿第一定律是在没有外力的情况，而孤立的物体不存在，也就是没有不受力的物体，牛顿第一定律是利用逻辑思维对事实进行分析的产物，不可能用实验直接验证的。但是许多现象可以帮助我们理解牛顿第一定律。【教师引导】惯性就是物体要保持他们原来的匀速直线运动或者静止的状态，或者说，它们具有抵抗运动状态变化的“本领”，这“本领”的大小与哪些因素有关呢？大家
15、通过生活中的实例分析来佐证自己的观点。大家举例来源于生活，有很多干扰的因素，我们能不能用实验来验证一下我们的观点呢？【演示实验】气垫导轨上放两只滑块（质量不等），用绳系好，中间放一个弹簧，烧断绳子，观察滑块运动状态变化的情况。【教师引导】通过观察和实验表明，在受力相同的情况下，质量是物体惯性大小的唯一量度。【教师引导】小球放在桌子上，桌面光滑，人盯着小球看，在没有任何外力的情况下，小球会向着人跑过来吗？生活中是否有这样的现象发生呢？（提示：车厢启动）水平方向小球有没有受到力的作用？小球有没有向人运动起来？是不是和牛顿第一定律相违背呢？以地面为参考系，小球是静止不动的，得出惯性参考系的概念，和非
16、惯性系。牛顿第一定律不仅给出了力和惯性，更重要的是提出了惯性参考系。【教师小结】按照历史的进程重新阐述各位科学家的主要观点，说明真理的探索可能需要漫长的过程。介绍中国古代考工记中记载的“马力既竭,辀犹能一取焉”已经体现出惯性的意思，但是传统教育观中没有刨根问底的精神导致没有继续研究下去。我们要相信科学，但是不能迷信科学，科学没有终点，后人总是要超越前人的，在以后的学习中，大家会了解到牛顿的一些观点也会被其他科学家推翻，谁将是下一个大师，可能就是敢于挑战的你。6、板书设计牛顿第一定律1.内容2.理解（1）力：改变物体运动状态的原因。 （速度）（2）惯性：a.内容b.抵抗运动状态变化的本领c.惯性大小唯一的量度：质量