高二物理4.1《牛頓第一定律》教案（新人教版必修1）

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111 4.1 牛頓第一定律 一、 教材分析 牛頓第一定律揭示了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，是牛頓物理學(xué)的基石，力學(xué)的第一原理，它破除了長(zhǎng)達(dá)兩千年以來(lái)亞里士多德的錯(cuò)誤，改變了人類的自然觀和世界觀，本身還包含著力、慣性和參考系的科學(xué)概念，是物理學(xué)理論的支柱和基石.在教學(xué)中，不能把它看作牛頓第二定律的特殊情況，它意在引導(dǎo)學(xué)生了解科學(xué)的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展.本節(jié)課采用的理想實(shí)驗(yàn)法，在物理研究中具有十分重要的地位和作用. 本課程的教學(xué)設(shè)計(jì)，主要是讓學(xué)生通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)和利用貼近學(xué)生生活的實(shí)例，達(dá)到突破重難點(diǎn)的目的. 二、 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)與技能 1.理解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，知道物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持. 2.理解牛頓第一定律，知道它是邏輯推理的結(jié)果，不受力的物體是不存在的. 3.理解慣性的概念，知道質(zhì)量是慣性大小的量度. 過(guò)程與方法 培養(yǎng)分析問(wèn)題的能力，要能透過(guò)現(xiàn)象了解事物的本質(zhì)，不能不加研究、分析而只憑經(jīng)驗(yàn)，對(duì)物理問(wèn)題決不能主觀臆斷.正確地認(rèn)識(shí)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系. 情感態(tài)度與價(jià)值觀 1.培養(yǎng)科學(xué)研究問(wèn)題的態(tài)度. 2.利用生活中的例子來(lái)認(rèn)識(shí)慣性與質(zhì)量的關(guān)系.鼓勵(lì)學(xué)生大膽發(fā)言，并學(xué)以致用. 三、 教學(xué)重點(diǎn) 1.理解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系. 2.理解牛頓第一定律，知識(shí)慣性與質(zhì)量的關(guān)系. 四、 教學(xué)難點(diǎn) 慣性與質(zhì)量的關(guān)系. 五、 教學(xué)過(guò)程 導(dǎo)入新課 常識(shí)導(dǎo)入 1.我國(guó)公安交通部門規(guī)定，從1993年7月1日起，在各種小型車輛前排乘坐的人（包括司機(jī)）必須系好安全帶，為什么？ 2.常見(jiàn)的柴油機(jī)、電動(dòng)機(jī)等機(jī)器的底座非常沉重，而參加作戰(zhàn)任務(wù)的戰(zhàn)斗機(jī)卻要拋掉副油箱以減小質(zhì)量，這是為什么呢？你能解釋一下嗎？ 情景導(dǎo)入 用多媒體播放牛耕地的畫(huà)面：牛耕地時(shí)，牛拉著犁前進(jìn)；牛停止拉犁，犁也停止運(yùn)動(dòng).邊播放邊介紹，牛拉犁，犁前進(jìn)；牛停犁也停.由此看來(lái)，必須有力作用在物體上，物體才運(yùn)動(dòng)；沒(méi)有力作用在物體上，物體就不運(yùn)動(dòng)——兩千多年前古希臘科學(xué)家亞里士多德就得出了這樣的結(jié)論，這個(gè)結(jié)論正確嗎？ 學(xué)生討論，教師借機(jī)導(dǎo)入新課. 推進(jìn)新課 一、理想實(shí)驗(yàn)的魅力 自主探究 讓學(xué)生利用桌子上的器材，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，分別研究： 1.力推物動(dòng)，力撤物停. 2.力撤物不停. 供選用器材：小車、小球、毛巾、玻璃板、斜槽、刻度尺等. 學(xué)生操作時(shí)，教師巡回指導(dǎo)學(xué)生完成以下操作： 1.桌子上鋪毛巾，小車放在毛巾上，推它就動(dòng)，不推就停； 2.將毛巾?yè)Q成玻璃板，或直接用桌面，把小車在桌面或玻璃板上推一下，它運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間才停下來(lái). 學(xué)生操作結(jié)束后，教師可以讓一個(gè)學(xué)生說(shuō)一下他的操作過(guò)程及看到的現(xiàn)象，由此可以得到結(jié)論. 結(jié)論：物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持. 為了證明這個(gè)結(jié)論的正確性，再讓學(xué)生舉出一些其他的實(shí)例來(lái)說(shuō)明.如：蹬一段時(shí)間自行車后停止蹬車，自行車還會(huì)滑行一段距離；在冰面上踢出去的冰塊要運(yùn)動(dòng)一段距離才停止運(yùn)動(dòng)；空中飛行的飛機(jī)制動(dòng)后仍然還會(huì)向前滑翔；射出槍蹚的子彈等等. 既然物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持，剛才的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)為什么會(huì)出現(xiàn)兩種現(xiàn)象呢？矛盾出現(xiàn)在哪里呢？下面用小球來(lái)做個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn). 實(shí)驗(yàn)探究 圖4-1-1 A.使斜槽下端與桌子上鋪好的毛巾吻合，讓小球從斜槽上自由滾下，標(biāo)出小球在毛巾上滾動(dòng)的距離； B.使斜槽下端直接與桌面吻合，讓小球從斜槽上同一位置自由滾下，標(biāo)出小球在桌面上滾動(dòng)的距離； C.使斜槽下端與桌面上的玻璃吻合，讓小球從斜槽上同一位置自由滾下，標(biāo)出小球在玻璃上滾動(dòng)的距離. 通過(guò)觀察對(duì)比實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)，總結(jié)實(shí)驗(yàn)： 接觸面越光滑，小球滾動(dòng)的距離越遠(yuǎn). 結(jié)論：運(yùn)動(dòng)小球停下來(lái)的原因是受到摩擦力的作用. 為了引出伽利略的理想實(shí)驗(yàn)，教師可繼續(xù)設(shè)疑：若接觸面光滑無(wú)摩擦小球會(huì)怎樣？ 學(xué)生討論、交流，大膽猜想.（充分發(fā)揮學(xué)生的想象空間，發(fā)散思維） 在學(xué)生討論交流的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步總結(jié). 結(jié)論：物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持.力撤物停的原因是因?yàn)槟Σ亮?若無(wú)摩擦力，運(yùn)動(dòng)物體會(huì)一直運(yùn)動(dòng)下去.最早發(fā)現(xiàn)這一問(wèn)題的科學(xué)家是伽利略，他是怎樣研究這個(gè)問(wèn)題的呢？ （課件展示）用多媒體播放伽利略的理想實(shí)驗(yàn)（邊播放邊介紹）要?jiǎng)討B(tài)出以下效果： 圖4-1-2 A.對(duì)稱斜面，無(wú)摩擦小球滾到等高. B.減小另一側(cè)斜面傾角，小球從同一位置自由釋放要滾到等高，滾動(dòng)距離越遠(yuǎn). C.把另一側(cè)斜面放平，小球要到等高，就會(huì)一直滾下去. 根據(jù)這一現(xiàn)象伽利略得出了：運(yùn)動(dòng)的物體若不受力，物體將勻速運(yùn)動(dòng)下去. 為了驗(yàn)證這個(gè)理論的正確性，下面通過(guò)氣墊導(dǎo)軌實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證一下： （介紹氣墊導(dǎo)軌、光電門工作原理） 演示1：利用氣墊導(dǎo)軌消除摩擦，讓滑塊在導(dǎo)軌上滑動(dòng)，利用光電門測(cè)出滑塊在不同位置的速度. 學(xué)生記錄數(shù)據(jù)并比較，感受伽利略理論的正確性. 讓學(xué)生閱讀課本找出： 1.伽利略的觀點(diǎn). 2.笛卡兒的補(bǔ)充和完善. 3.牛頓第一定律. 對(duì)比三個(gè)人的觀點(diǎn)，他們都是敘述力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的，誰(shuí)的更全面？ 學(xué)生回答問(wèn)題： 1.伽利略：物體不受力時(shí)，運(yùn)動(dòng)的物體一直做勻速直線運(yùn)動(dòng). 2.笛卡兒：物體不受力時(shí)，物體將永遠(yuǎn)保持靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，永遠(yuǎn)不會(huì)使自己沿曲線運(yùn)動(dòng)，而只保持在直線上運(yùn)動(dòng). 3.牛頓：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)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài). 綜上所述，牛頓第一定律更全面、更完善. 二、牛頓物理學(xué)的基石——慣性定律 為了進(jìn)一步加深對(duì)牛頓第一定律的理解，培養(yǎng)學(xué)生理解問(wèn)題的能力，教師可繼續(xù)設(shè)疑：既然牛頓第一定律更完善，那么它從幾個(gè)方面闡述了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系？ 讓學(xué)生討論交流并回答： 兩個(gè)方面：不受力時(shí)，物體保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)；受力時(shí)，力迫使它改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài). 在學(xué)生回答基礎(chǔ)上，進(jìn)一步總結(jié)： 力不是維持物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因. 設(shè)疑：牛頓第一定律能否用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證？ 結(jié)論：不能，因?yàn)椴皇芰ψ饔玫奈矬w是不存在的. 受力但合力為零可看作不受力.在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上，作出肯定，并指出：牛頓第一定律雖然所描述的是一種理想化狀態(tài)，但它卻正確揭示了自然規(guī)律. 三、慣性與質(zhì)量 演示2：在小車上豎放一長(zhǎng)條木塊，讓小車在光滑玻璃板上運(yùn)動(dòng)，前面固定一個(gè)物體， 當(dāng)車被物塊擋住時(shí)，車上的木塊向前傾倒，為什么？ 圖4-1-3 引導(dǎo)學(xué)生分析：木塊隨車一起運(yùn)動(dòng)，當(dāng)車被擋住時(shí)，車停止運(yùn)動(dòng)，木塊的下半部分受到車的摩擦作用也隨車停止運(yùn)動(dòng)，而上半部分由于要保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，故向前傾倒.物體這種保持原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì)叫慣性. 舉例說(shuō)明：①木塊立在靜止的車上，忽然拉動(dòng)小車，木塊后傾. ②人站在勻速行駛的車廂內(nèi)豎直向上跳起，仍落回原地. 總結(jié)：慣性是指物體具有保持原來(lái)勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì). 從牛頓第一定律我們得知，一切物體都有保持它們?cè)瓉?lái)的勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，所以牛頓第一定律又叫慣性定律.當(dāng)力迫使它改變這種狀態(tài)時(shí)，它就會(huì)有抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的“本領(lǐng)”.這個(gè)“本領(lǐng)”與什么因素有關(guān)？請(qǐng)大家通過(guò)實(shí)例分析. 討論交流：載重貨車啟動(dòng)時(shí)，由靜止到高速得需要較長(zhǎng)一段時(shí)間；百米沖刺到終點(diǎn)后，體重大的運(yùn)動(dòng)員較難停下來(lái). 通過(guò)這樣的實(shí)例分析，使學(xué)生總結(jié)出：運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的難易程度與質(zhì)量有關(guān). 結(jié)論：慣性大小與質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量大的物體慣性大；質(zhì)量小的物體慣性小. 六、 課堂小結(jié) 通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí)，我們知道了： 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(wèn)題的方法. 111