2019-2020年高一物理 第三章 A 慣性 牛頓第一定律教案 滬科版.doc

2019-2020年高一物理 第三章 A 慣性 牛頓第一定律教案 滬科版 一、教學(xué)任務(wù)分析 高中階段所學(xué)習(xí)的慣性和牛頓第一定律，是在初中已學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)上的進(jìn)一步深化。學(xué)習(xí)慣性和牛頓第一定律將為后續(xù)的牛頓第二定律，乃至整個(gè)力學(xué)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。 介紹亞里士多德關(guān)于“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”后，通過二個(gè)相關(guān)聯(lián)的演示實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)亞里士多德的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。 通過設(shè)問：如果不受力，物體將怎樣運(yùn)動(dòng)？再通過物體在斜面上運(yùn)動(dòng)的演示實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生直觀地觀察到，由于受到阻力，物體在第二個(gè)斜面上達(dá)不到它開始下滑時(shí)的初始高度，為學(xué)習(xí)伽利略的推理做鋪墊。 用演示實(shí)驗(yàn)?zāi)M伽利略對(duì)斜面實(shí)驗(yàn)的推理過程，并介紹伽利略根據(jù)斜面實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論“維持物體運(yùn)動(dòng)不需要力”。 用水平氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)再次證明伽利略推理是正確的。然后介紹笛卡兒對(duì)伽利略結(jié)論的補(bǔ)充，牛頓最后總結(jié)得出牛頓第一定律。 指出牛頓第一定律并不是真實(shí)的實(shí)驗(yàn)定律，而是以可靠的實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，突出主要因素，忽略次要因素，用科學(xué)推理的方法概括出來的，定律是否正確要通過實(shí)踐來檢驗(yàn)，給學(xué)生以科學(xué)方法的教育。 最后讓學(xué)生分析生活中常見的慣性現(xiàn)象，鞏固所學(xué)知識(shí)，同時(shí)使學(xué)生感悟知識(shí)與現(xiàn)實(shí)生活的緊密聯(lián)系，激發(fā)求知的欲望。 二、教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)與能力 （1）知道牛頓第一定律。 （2）理解伽利略理想實(shí)驗(yàn)的推理過程。 （3）理解力和物體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。 （4）初步學(xué)會(huì)分析、概括、推理等科學(xué)思維方法。 2．、過程與方法 （1）觀察慣性現(xiàn)象，感受從紛繁的現(xiàn)象中探求事物本質(zhì)的思想方法。 （2）在分析伽利略理想實(shí)驗(yàn)的過程中，感受概括、推理的科學(xué)研究方法。 3、情感態(tài)度價(jià)值觀 （1）通過伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)，了解理想實(shí)驗(yàn)，激發(fā)熱愛科學(xué)、樂于探究的興趣。 （2）通過科學(xué)史的簡介，領(lǐng)略去偽存真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)。 三、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn) 重點(diǎn)：牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律、慣性。 難點(diǎn)：伽利略理想實(shí)驗(yàn)的推理過程；對(duì)牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律和慣性的正確理解。 四、教學(xué)資源： 1、伽利略斜面實(shí)驗(yàn)：兩塊平滑木板，小球等。 2、氣墊導(dǎo)軌、滑塊等。 3、慣性實(shí)驗(yàn)：投影儀、小車、木塊等。 五、教學(xué)思路 本設(shè)計(jì)包括慣性和牛頓第一定律兩部分內(nèi)容。 本設(shè)計(jì)的基本思路：以實(shí)驗(yàn)和推理為基礎(chǔ)，按人類對(duì)力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的認(rèn)識(shí)過程組織教學(xué)，重點(diǎn)放在伽利略對(duì)理想斜面實(shí)驗(yàn)的推理過程，并介紹牛頓第一定律的得出過程，使學(xué)生在獲得知識(shí)的過程中，了解物理學(xué)發(fā)展的歷史，經(jīng)歷人類對(duì)規(guī)律的認(rèn)知過程。 本設(shè)計(jì)要突出的重點(diǎn)是：牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律和慣性。方法是：以實(shí)驗(yàn)和推理為基礎(chǔ)，根據(jù)牛頓第一定律的得出過程，結(jié)合學(xué)生的親身體會(huì)，應(yīng)用實(shí)驗(yàn)和動(dòng)畫演示對(duì)日常生活的實(shí)例進(jìn)行分析，鞏固對(duì)牛頓第一定律和慣性的認(rèn)識(shí)。 本設(shè)計(jì)要突破的難點(diǎn)是：伽利略理想實(shí)驗(yàn)的推理過程；對(duì)牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律和慣性的正確理解。方法是：啟發(fā)學(xué)生關(guān)注“運(yùn)動(dòng)”和“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化”的區(qū)別，并通過演示實(shí)驗(yàn)，揭示生活中一些被其表象所掩蓋現(xiàn)象的本質(zhì)（如輕推一個(gè)物體，它就動(dòng)，不再推它時(shí)，它便停止），為理解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系做好必要的鋪墊，然后用演示實(shí)驗(yàn)?zāi)M伽利略對(duì)斜面實(shí)驗(yàn)的推理過程，使學(xué)生對(duì)伽利略的推理有認(rèn)同感，以突破伽利略理想實(shí)驗(yàn)的推理過程；在得出牛頓第一定律并定義慣性后，通過對(duì)比牛頓第一定律和慣性的區(qū)別和聯(lián)系，以正確理解牛頓第一定律和慣性。 本設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)參與，重視概念的形成過程以及伴隨這一過程的科學(xué)方法的教育，通過實(shí)例使學(xué)生感悟知識(shí)與生活的聯(lián)系，認(rèn)識(shí)知識(shí)的真實(shí)價(jià)值。 完成本設(shè)計(jì)的內(nèi)容約需2課時(shí)。 七、教學(xué)流程 亞里士多 德的觀點(diǎn) 批判 亞里士多 德的觀點(diǎn) 情景 演示1 設(shè)問1 設(shè)問1 演示1 活動(dòng)Ⅰ 演示2 問題Ⅰ 設(shè)問2 活動(dòng)Ⅱ 演示3 活動(dòng)Ⅲ 分析推理 伽利略的觀點(diǎn) 活動(dòng)Ⅳ 演示4 牛頓第 一定律 笛卡兒 的補(bǔ)充 活動(dòng)Ⅴ 動(dòng)畫 演示5 演示6 慣性與 慣性現(xiàn)象 1、教學(xué)流程圖 2、教學(xué)流程說明 情景 演示1和設(shè)問1 在介紹亞里士多德關(guān)于力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的觀點(diǎn)后，演示實(shí)驗(yàn)1，讓學(xué)生觀察桌面上靜止的小車，然后輕推小車，使小車緩慢運(yùn)動(dòng)，當(dāng)手一離開小車，小車幾乎立即停止運(yùn)動(dòng)。 設(shè)問1：從剛才的實(shí)驗(yàn)看到，當(dāng)小車在受到手推動(dòng)時(shí)開始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)手離開后，小車很快就停下來，是否證明了說明亞里士多德的觀點(diǎn)是正確的？小車為什么會(huì)停下？ 由此拉開物理學(xué)史上關(guān)于力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的認(rèn)識(shí)的序幕。 活動(dòng)I 演示實(shí)驗(yàn)2 演示：用稍大的力快速推一下靜止在桌面上的小車，當(dāng)手離開小車后，小車還會(huì)繼續(xù)向前滑動(dòng)一段較長的距離后才停下。讓學(xué)生通過觀察到的現(xiàn)象，得出亞里士多德關(guān)于“物體運(yùn)動(dòng)需要力維持”的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的判斷。 問題I 設(shè)問2 通過設(shè)問：在上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，力的作用是維持物理原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)還是改變其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？如果不受力，物體將怎樣運(yùn)動(dòng)？ 活動(dòng)II 演示實(shí)驗(yàn)3——伽利略的斜面實(shí)驗(yàn) 演示：讓物體（小球）從第一個(gè)斜面滑下來，并滑到第二個(gè)斜面，但到達(dá)不了開始下滑時(shí)的高度。 活動(dòng)III 推理——理想實(shí)驗(yàn) 推理過程：在上述實(shí)驗(yàn)中，假設(shè)如果物體不受各種阻力，則物體在第二個(gè)斜面上將能夠到達(dá)開始下滑時(shí)相同的高度；如果減小第二個(gè)斜面的傾角并重復(fù)實(shí)驗(yàn)，物體在第二個(gè)斜面上達(dá)到相同的高度的過程中，在第二個(gè)斜面上滑行的距離將變長；如果將第二個(gè)斜面水平放置，由于永遠(yuǎn)也達(dá)不到開始下滑的高度，物體在水平面上將永遠(yuǎn)不停地勻速運(yùn)動(dòng)。伽利略根據(jù)這個(gè)理想實(shí)驗(yàn)，得出“物體運(yùn)動(dòng)不需要力維持”的結(jié)論。 應(yīng)當(dāng)說明：理想實(shí)驗(yàn)是以可靠的實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)，突出主要因素，忽略次要因素，通過抽象思維深刻揭示自然規(guī)律。理想實(shí)驗(yàn)并不是一個(gè)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)。理想實(shí)驗(yàn)不可能用真實(shí)的實(shí)驗(yàn)來直接驗(yàn)證，只能在實(shí)驗(yàn)條件不斷逼近理想情況時(shí)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果也不斷向理想情況逼近。 活動(dòng)IV 演示實(shí)驗(yàn)4——用氣墊導(dǎo)軌做實(shí)驗(yàn) 氣墊導(dǎo)軌的作用目的就是減小滑塊的摩擦力，使實(shí)驗(yàn)接近理想情況。 實(shí)驗(yàn)可以觀察到，在水平情況下，阻力越小，滑塊勻速滑行的距離也越長，同樣可經(jīng)過推理得到“物體運(yùn)動(dòng)不需要力維持”的結(jié)論。 活動(dòng)V 包括動(dòng)畫、演示實(shí)驗(yàn)6和演示實(shí)驗(yàn)7 動(dòng)畫：通過日常生活的實(shí)例進(jìn)行動(dòng)畫演示，并根據(jù)學(xué)生的親身體會(huì)，加深對(duì)慣性的理解。 演示實(shí)驗(yàn)5：通過日常生活的實(shí)例進(jìn)行模擬，并根據(jù)學(xué)生的親身體會(huì)，加深對(duì)慣性的理解。 演示動(dòng)畫7：通過日常生活的實(shí)例進(jìn)行模擬，并根據(jù)學(xué)生的親身體會(huì)，加深對(duì)慣性的理解。 3、教學(xué)主要環(huán)節(jié) 本節(jié)課可以分為四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。 第一環(huán)節(jié)，通過創(chuàng)設(shè)情景引人課題，介紹對(duì)亞里士多德關(guān)于力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的認(rèn)識(shí)。 第二環(huán)節(jié)，通過伽利略斜面實(shí)驗(yàn)的探究過程，初步認(rèn)識(shí)關(guān)于力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系認(rèn)識(shí)。 第三環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)牛頓在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合自己的研究，提出牛頓第一定律。 第四環(huán)節(jié)，通過對(duì)實(shí)例的演示和討論，鞏固對(duì)慣性、慣性現(xiàn)象和牛頓第一定律的認(rèn)識(shí)。 上述四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，第二、三教學(xué)環(huán)節(jié)是本節(jié)課教學(xué)的重點(diǎn)。 七、教案示例（教學(xué)實(shí)錄節(jié)選） （一）情景引入 1、提出問題 在講臺(tái)上放一輛小車，處于靜止?fàn)顟B(tài)，怎樣才能讓小車運(yùn)動(dòng)起來呢？ 生：要用力去推它。 師：從這個(gè)例子得到：物體要運(yùn)動(dòng)，需要對(duì)它施加力的作用，那么力和運(yùn)動(dòng)之間關(guān)系如何呢？本節(jié)課我們就來探究這個(gè)問題。 2、導(dǎo)入新課 實(shí)驗(yàn)引入：批判亞里士多德的觀點(diǎn) 【演示實(shí)驗(yàn)1】在桌面上輕推小車，使小車從靜止開始緩慢運(yùn)動(dòng)，撤掉推力,小車很快停下。 分析：日常生活中也有許多類似的現(xiàn)象，（如推木箱、桌子等）。這些現(xiàn)象從表面上看,“必須有力作用在物體上,才能使物體繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，沒有力的作用，物體就會(huì)停下來。好像小車的運(yùn)動(dòng)需要推力去維持。于是，古希臘哲學(xué)家亞里士多德就根據(jù)這些現(xiàn)象總結(jié)出“物體的運(yùn)動(dòng)需要力去維持”。這種觀點(diǎn)在歷史上曾被沿用兩千多年，但是這種觀點(diǎn)是否正確呢？ 【演示實(shí)驗(yàn)2】在桌面上輕推一下小車，小車從靜止向前運(yùn)動(dòng)，一段距離后停止。 分析：推力撤掉，小車還要向前運(yùn)動(dòng)，與亞里士多德的觀點(diǎn)不符。 分析：小車的運(yùn)動(dòng)情況是，由靜止→運(yùn)動(dòng)→靜止。兩個(gè)過程中是否都有力存在？ 生：推的時(shí)候在水平方向小車受推力和摩擦力，撤去推力后只受摩擦力的作用。 師：小車運(yùn)動(dòng)一段距離后，變?yōu)殪o止的原因是什么呢？ 生：受到桌面的摩擦阻力作用。 【結(jié)論】 “物體的運(yùn)動(dòng)需要力去維持”是錯(cuò)誤的！ 【思考】 在上述兩個(gè)過程中力的作用是維持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)還是改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？ （二）規(guī)律總結(jié) 1、伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)（用實(shí)物投影儀） （1）讓小球從一個(gè)斜面從靜止?jié)L下來，小球?qū)L上另一個(gè)斜面，但不能到達(dá)同樣的高度。 （2）假想如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉淼母叨取? （3）如果減小第二個(gè)斜面的傾角，小球在這個(gè)斜面上將會(huì)到達(dá)原來的高度，但要通過更長的路程。 （4）繼續(xù)減小第二個(gè)斜面的傾角，使它最終成為水平面，小球就再也達(dá)不到原來的高度，而沿水平面以恒定速度繼續(xù)運(yùn)動(dòng)下去。 （5）學(xué)生總結(jié)伽利略的研究方法：以可靠的事實(shí)為依據(jù)，抓住主要因素，忽略次要因素，解釋自然規(guī)律。 【伽利略的觀點(diǎn)】 在水平面上運(yùn)動(dòng)的物體所以會(huì)停下來，是因?yàn)槭艿侥Σ磷枇Φ木壒省? （6）用氣墊導(dǎo)軌近似地驗(yàn)證上述結(jié)論： 把滑塊放在一個(gè)氣墊導(dǎo)軌上，使滑塊和導(dǎo)軌之間形成氣層，物體沿這個(gè)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力很小，推動(dòng)一下物體，可以看到物體沿氣墊導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)很接近勻速直線運(yùn)動(dòng)。 【迪卡兒的補(bǔ)充】 如果沒有其他原因，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。 2．牛頓第一定律 伽利略和笛卡爾對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)做了準(zhǔn)確的描述，但是沒有指明原因是什么，牛頓在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合自己的研究，系統(tǒng)地總結(jié)了力學(xué)知識(shí)，提出了牛頓第一定律： 【牛頓第一定律】 一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。 物體的這種保持原來的勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)叫慣性，所以牛頓第一又叫慣性定律。 【慣性定律和慣性的區(qū)別和聯(lián)系】 （1）慣性定律是物體不受外力作用時(shí)所遵從的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 （2）慣性是物體的固有屬性，一切物體都有慣性，不論物體運(yùn)動(dòng)與否、受力與否，都具有慣性，且慣性只和質(zhì)量有關(guān)。 【說明】 （1）物體不受外力時(shí)的狀態(tài)是勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，說明力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。 （2）外力的作用是迫使物體改變其運(yùn)動(dòng)，說明力是使物體運(yùn)動(dòng)速度改變的原因。 （3）不受外力作用的物體是不存在的。不受外力作用→受外力作用，但合外力為零 3、慣性（實(shí)驗(yàn)） 【演示動(dòng)畫5】 火車在長直軌道上勻速行駛, 坐在門窗密閉的車廂內(nèi)的一人將手中的鑰匙相對(duì)車豎直上拋,鑰匙將落在（ ） A．手的后方。 B．手的前方。 C．落在手中。 D．無法確定。 生：鑰匙將落在手中，因?yàn)閽伋銮拌€匙隨車一起運(yùn)動(dòng)，拋出后鑰匙由于慣性繼續(xù)保持向前的勻速直線狀態(tài)，所以會(huì)落入手中。 【演示實(shí)驗(yàn)6】（用實(shí)物投影儀）拿一個(gè)小紙條放在桌邊上，在紙條上壓一個(gè)立著放的木塊，將紙條迅速抽出，木塊不倒。（學(xué)生操作） 師：請(qǐng)大家解釋當(dāng)紙條抽出時(shí)，木塊為什么不倒？ 生：木塊是靜止的，當(dāng)紙條迅速抽出時(shí)，由于木塊有慣性，還要保持靜止?fàn)顟B(tài)，所以木塊不倒。 【演示實(shí)驗(yàn)7】 剎車時(shí)的慣性現(xiàn)象 （1）汽車突然開動(dòng)的時(shí)候，乘客會(huì)向后傾倒，為什么？ 模擬演示：（用實(shí)物投影儀）在小車上立一個(gè)木塊，小車突然啟動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？ 生：啟動(dòng)前木塊和小車一起保持靜止。啟動(dòng)時(shí)，木塊底部和小車都開始運(yùn)動(dòng)，但是由于有慣性，木塊上部還要保持靜止，所以木塊向后傾倒。 這個(gè)實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)了汽車突然開動(dòng)時(shí)乘客向后倒這一普遍現(xiàn)象。 （2）汽車突然停止的時(shí)候，乘客會(huì)向前傾倒，為什么？ 模擬演示：（用實(shí)物投影儀）在小車上立一個(gè)木塊，使小車和木塊一起運(yùn)動(dòng)，小車突然停住時(shí)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？ 生：剎車前木塊和小車一起運(yùn)動(dòng)。剎車時(shí)，木塊底部和小車都停住了，但是由于有慣性，木塊上部還要保持向前運(yùn)動(dòng)，所以木塊向前傾倒。 這個(gè)實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)了汽車緊急剎車時(shí)乘客向前倒這一普遍現(xiàn)象。 【啟示】 汽車司機(jī)不能超速、超載防止汽車由于慣性而帶來的事故。 （三）小結(jié) 本節(jié)課我們主要學(xué)習(xí)了以下幾部分內(nèi)容： 1、歷史上幾位科學(xué)家對(duì)力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的看法和研究。 2、伽利略得到力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的研究方法。 3、牛頓第一定律的內(nèi)容。 4、慣性及應(yīng)用慣性知識(shí)解決實(shí)際問題的方法。 （四）、作業(yè)布置 略