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“牛顿第一定律”教学设计
裘志辉
长兴金陵高级中学
313100
设计指导思想及课前设计
高中物理第一册“牛顿第一定律”一节，属初、高中知识的结合部．学生在初中学习中．已经了解了牛顿第一定律的基本内容．如何以初中知识为生长点、以教材内容为线索，展开科学方法教育与思维能力培养是本课教学活动的主要目标．故教学的侧重点应放在理解伽利略对“运动物体不受外力作用会保持自己的速度不变”论断的研究、思考、推理过程，学习科学研究中常用的理想实验方法．为此本节教学采用讨论式：教师列出问题讨论提纲，在阅读教材的基础上，请一位学生先表述，引发学生的问题，展开答辩与讨论．教师在其间适当引导与点拨，并由教师概括总结．设计这样的教学方式，是基于教材具有循环性，学生已有一定基础．旨在让学生处于主动地位．追寻科学家走向成功的足迹，学会像物理学家那样发现问题、思考问题与解决问题．
课堂教学中，应引导学生特别注意伽利略的理想实验，注意它忽略次要因素、抓住主要因素的科学性．课堂教学中，还应引导学生不只是简单地否定或肯定什么，而且知道为什么否定或肯定以及如何进行否定或肯定．
学生讨论提纲是：关于力与运动的关系，①亚里斯多德的观点是什么？②伽利略的观点是什么？③我的看法是什么？④牛顿第一定律是如何表述的？
预前问题是：1．从某一高度沿斜面滚落的球为什么可以沿对接的另一斜面滚上同样的高度？2．定律为什么不以伽利略的名字命名而称为牛顿第一定律？3．牛顿第一定律包含了哪些内容？问题1是为了深入理解伽利略的理想实验与科学推理方法；问题2是使学生了解从亚里斯多德到伽利略到牛顿，人们对惯性定律的认识是如何逐步逼近真理的；问题3则是使学生对定律的认识比初中提高一步．
一、教学目标
1．在物理知识方面学习牛顿第一定律的内容，正确理解力跟物体运动的关系，掌握惯性的概念．
2．对客观事物的正确认识需要人们经过由表及里，由片面到全面长时间的认识过程．通过本节的学习要让学生建立起正确的认识论的观点，同时体会到人们认识世界的长期性和艰巨性．
3．物理实验是科学研究的方法，对实际问题做出合理的抽象，进行理想实验的研究正是伽利略得到力与物体运动正确关系的基础．我们要学习这种科学抽象的方法，并把它用到今后的物理研究中去．
二、重点、难点分析
1．本节的重点是正确认识物体运动跟力的关系，在物体不受力的情况下，应保持匀速直线运动状态或静止状态．通过对牛顿第一定律的学习，加深对惯性概念的理解．
2．生活常识使人们对力和运动的关系形成了不正确的认识，通过教学要让学生们克服传统观念，形成正确的认识，需要下一定的功夫．
三、教学方法
“讨论式教学法”结合“实验探索式教学法”，将实验研究与多媒体应用有机结合，通过学生动手实验和电脑板书、电脑动画等形式，达到突出教学重点，突破教学难点，发展学生创造力的目的．
四、教具
1、说明伽利略理想实验的装置，自制导轨和小球．
2、说明物体在不受阻力下做匀速直线运动的气垫导轨和滑块．
3、演示惯性的小车和木块．
4、电教器材：多媒体电脑、数据/视频投影仪、视频展示仪、五、教学过程 请同学们看课本
[投影]引言：在力学中，只研究物体受力而不涉及运动的分科，叫做静力学；只研究物体怎样运动，而不涉及运动和力的关系的分科，叫做运动学；研究运动和力的关系的分科，叫做动力学。动力学的基础是牛顿运动定律，本节研究牛顿第一定律。
请同学们回答：刚才看课本后，本节主要讨论什么主要内容? 学生可能回答：历史的回顾和牛顿第一定律。
同学们讨论后发言：
关于运动和力的关系问题，有三位代表人物有不同看法。
亚里士多德认为：必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就要静止下来，但这个观点是错误的。伽利略根据理想实验进行推论，让一个小球沿一个斜面从静止滚下来，小球将滚上另一个斜面。如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度。如果减少第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上达到原来的高度就要通过更长的路程。继续减少第二个斜面的倾角，使它最终成为水平面。小球就再也达不到原来的高度，而沿水平面以恒定速度持续运动下去。
（此处用多媒体进行演示）
老师点评：亚里士多德的错误观点持续了两千多年。伽利略冲破固有思维，利用理想实验进行推论。理想实验是科学研究中的一种重要的方法。它把可靠事实和理论思维结合起来，可以深刻地揭示自然规律。这个实验虽然是个理想实验，但却是符合科学道理的．没有摩擦的情况是很难实现的，现代技术给我们提供了阻力很小的条件．我们来看一下气垫实验．它的原理是气泵给气垫装置打气，导轨上有许多小孔，滑块与导轨间形成一层空气薄膜，滑动时阻力很小．我们观察一下滑块的运动情况，可以看到滑块的速度基本不变．
请同学人人动手做实验：将课本放在课桌上，用手推；将钢笔放在课桌上，用力弹。
请同学将观察到的结果叙述出来：用手推书，书就运动，不用手推书，书就静止：用力弹钢笔，钢笔往前运动一段位移后就静止：放在充气的气垫导轨上的木块很接近匀速直线运动。[投影]牛顿第一定律的内容是：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。
讨论：教师；刚才A同学概述了亚里斯多德和伽利略对运动与力的关系的观点以及牛顿第一定律的内容，同时表明了自己的观点．下面，同学们可以提出问题，请同学答辩，也可以互相讨论，请大家各抒己见．
学生B：伽利略用理解实验作推论的一个重要前提是小球沿对接的斜面总可以滚到原来的高度，请解释一下这是为什么？
学生C：这个问题可以解释：小球在高处有势能，滚到斜面底部势能变成动能，再滚上另一个斜面时，动能又逐渐还原成势能．因为理想实验中的斜面是光滑的．没有摩擦，所以最后的高度一定与原来的高度一样．（初中学过动能与势能转化与守恒的知识，学生都表示认可．）
学生D：我想伽利略可以做实验．他在实验中可以把斜面做得很光滑，这样他会发现小球每次滚上的高度几乎与原来落下时的高度相同，于是就可以推论，当斜面极其光滑毫无摩擦时应当正好与原来等高．
（一片议论）
教师：同学们的见解很好．D同学所说的正是伽利略理想实验的事实基础，伽利略的思考过程确实与同学所说相似，只是伽利略还借助了类比物——单摆．他是从单摆在空气阻力很小的情况下来回摆动时到达几乎相同的高度演化到小球在两个对接斜面上的滚动，得出结论的．所以伽利略的理想实验虽然无法实现，伽利略的结论也不能直接从实验得出，但它们有事实作依据，是观察与思考的结果．该同学能联系学过的知识，对一个例题中的情景给出正确的模型，值得大家学习．关于这个理想实验，同学们还有问题吗？
学生C：我注意到两个斜面的连接处是圆弧线，这是为什么？ 学生L：我想这是为了不让小球弹跳，能使小球连续地滚动吧．
学生Y：我想，亚里斯多德讲力维持运动，这力指的是动力，这样理解的话，他的观点就对了．
学生L：指动力也不对，一只足球踢了一脚不再踢它，没有了动力，它还能继续运动．
教师：我来提一个问题：伽利略研究得出的正确结果为什么隔了一代以后才由牛顿写成牛顿第一定律？
学生X：我在一本书上看到，伽利略只是提出物体在没有外力作用于它时沿直线匀速运动下去，没有“直到有外力迫使它改变这种状态”一说，也就是不完整不全面．
教师：是的．伽利略发现了不易直觉的摩擦力，改变了亚里斯多德根据直接经验得出的直觉结论，应用科学的推理方法得出了正确的结论．伽利略在他的著作《两种新科学的对话》中写道：“„„一个运动的物体假如有了某种速度以后，只要没有增加或减小速度的外部原因，便会始终保持这种速度——这个条件只有在水平的平面上才有可能„„只有水平面上的运动才是不变的„„．”我们看到伽利略的认识已经很接近惯性定律了．但是他的认识还不够确切，认为只有在水平面上物体才具有保持速度的特性，他甚至曾由此而推论地球是圆的，任何水平面实际都是球面，物体不受力时将沿地球表面匀速地运动下去，这样伽利略又重落入亚里斯多德从来将作匀速圆周运动视为物体本性的巢臼之中，一个伟大的定律从伽利略身旁悄然滑过了． 牛顿继承了伽利略的研究成果，并以自己的发现完善了这些成果，以定律的形式，作出了完整准确的结论：“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。”
我们看到，从亚里斯多德以来，关于力与运动的问题，经过了几千年漫长的求索过程，直到伽利略和牛顿时代以后，才加快了认识进程，认识世界发现真理是很不容易的．
接下来请同学们再来讨论一下牛顿第一定律．这个定律包含了几层意思？
学生W：我觉得定律有两层意思：
1、定律指出一切物体都具有保持原来运动状态的惯性．
2、定律指出了外力是改变运动状态的原因．
教师：对．让我们再注意一下定律中的几个字眼：“一切”、“总”、“或”．
“一切”，说明天地万物无一例外．“总”，指出物体的惯性是物体固有的属性，不论物体处于什么状态．“或”，指出了静止与匀速直线运动的等同性．它们都是物体不受外力时的运动状态．
【小结】伽俐略理想斜面实验否定了亚里士多德的观点，牛顿在伽俐略等人的研究基础上得出牛顿第一定律。一切物体都具有惯性，力是改变物体速度的原因。
教学总结：
本节课的特点是对力和运动的关系的正确认识，要受到日常经验的影响，所以在本节课中采用了多联系实际问题加以分析，以使学生澄清错误认识。
