2018-2019學(xué)年高中物理 第4章 4.1 牛頓第一定律教案 新人教版必修1.doc

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4.1 牛頓第一定律 教 學(xué) 目 標(biāo) 知識(shí)與技能 1．知道伽利略的理想實(shí)驗(yàn)及其主要推理過(guò)程和推論，知道理想實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的重要方法． 2．理解牛頓第一定律的內(nèi)容及意義． 3．知道什么是慣性，會(huì)正確地解釋有關(guān)慣性的現(xiàn)象． 過(guò)程與方法 1．觀察生活中的慣性現(xiàn)象，了解力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系． 2．通過(guò)實(shí)驗(yàn)加探對(duì)牛頓第一定律的理解． 3．理解理想實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究的重要方法． 情感態(tài)度與價(jià)值觀 1．通過(guò)伽利略和亞里士多德對(duì)力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的不同認(rèn)識(shí)，了解人類認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的曲折性． 2．感悟科學(xué)是人類進(jìn)步的不竭動(dòng)力． 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn) 1．對(duì)牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律和慣性的正確理解． 2．科學(xué)思想的建立過(guò)程． 教學(xué)難點(diǎn) 1．力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系． 2．慣性和質(zhì)量的關(guān)系． 教 學(xué) 方 法 探究、講授、討論、練習(xí) 教 學(xué) 手 段 教具準(zhǔn)備 多媒體課件、小車、小球、毛巾、玻璃板、斜槽、刻度尺、木塊、氣墊導(dǎo)軌、滑塊、氣墊導(dǎo)軌裝置、伽利略針和單擺實(shí)驗(yàn)裝置． 教 學(xué) 活 動(dòng) [新課導(dǎo)入] 做實(shí)驗(yàn)引入力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，引發(fā)學(xué)生的思考． [參考實(shí)驗(yàn)]在講臺(tái)上放一輛小車，使它處于靜止?fàn)顟B(tài)． 師：怎樣才能讓小車運(yùn)動(dòng)起來(lái)呢? 生：要用力去推它． 師：從這個(gè)例子很容易得到：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(lái)探究這個(gè)問(wèn)題． [新課教學(xué)] 承接剛才的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，演示當(dāng)物體不再受手的推力時(shí)，物體停止運(yùn)動(dòng)． 師：靜止在水平面上的物體，用力去推，物體由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)；一段時(shí)間后撤掉該力，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)又如何? 生：一段時(shí)間后撤走該力時(shí)，物體速度越來(lái)越慢，最終停下． 師：根據(jù)以上的例子，思考“運(yùn)動(dòng)一定需要力來(lái)維持嗎”． 生l：需要．因?yàn)橛昧ν莆矬w它才能運(yùn)動(dòng)，而撤走了這個(gè)力物體最終會(huì)停下，所以，運(yùn)動(dòng)必須用力來(lái)維持． 生2：不一定，按照生1的說(shuō)法，運(yùn)動(dòng)一定需要力來(lái)維持的話，撤走了力，物體應(yīng)該立刻停下才對(duì)． 生3：例如在空中飛行的足球，已經(jīng)不再受到腳的作用力，但仍然向前運(yùn)動(dòng)，因此“物體的運(yùn)動(dòng)不一定需要力的作用”． 師：相同條件下空中飛行的足球比地滾球運(yùn)動(dòng)的距離要長(zhǎng)很多，地滾球?yàn)槭裁催\(yùn)動(dòng)一會(huì)兒就停止呢? 生：因?yàn)槭艿阶枇Γ? 師：如果沒有阻力的作用，足球?qū)?huì)怎樣運(yùn)動(dòng)? 生：將不會(huì)減速． 師：(鼓勵(lì))很好，現(xiàn)在我們看一個(gè)實(shí)驗(yàn)． 實(shí)驗(yàn)演示：讓一個(gè)小球從斜面上滑下，斜面末端分別放毛巾、木板和玻璃板，讓學(xué)生仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象． 師：仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并得出結(jié)論． 生1：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是當(dāng)斜面末端的接觸面越光滑，小球滑動(dòng)的距離越遠(yuǎn)． 生2：說(shuō)明摩擦力是阻礙物體運(yùn)動(dòng)的原因，因?yàn)槟Σ亮Φ拇嬖谑刮矬w運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化． 師：如果沒有摩擦力的作用，小球又將會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)呢?大家大膽猜想一下． 生l：不好預(yù)測(cè)，因?yàn)闆]有摩擦力這種情況不可能存在． 生2：如果沒有摩擦力的作用，物體將永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去． 師：現(xiàn)在就讓我們沿著歷史的足跡看一下物理學(xué)的先知們是如何一步步從黑暗走向光明的． 一、理想實(shí)驗(yàn)的魅力 演示多媒體課件 首先是亞里士多德的錯(cuò)誤觀點(diǎn)：必須有力作用在物體上，物體才能夠運(yùn)動(dòng)；沒有力的作用，物體就要靜止在一個(gè)地方．接著演示伽利略是如何利用理想實(shí)驗(yàn)反駁伽利略錯(cuò)誤的觀點(diǎn)的． 師：伽利略對(duì)于“運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系”，構(gòu)思出如圖4—1—1所示的“理想實(shí)驗(yàn)”．將軌道彎曲成曲線ABC的形狀，在軌道的一邊釋放一顆小球，如果不存在摩擦力，小球?qū)⑸仙侥睦? 生：不存在摩擦力的話，小球?qū)⑸仙脚cA點(diǎn)相同高度的C點(diǎn)． 師：下面我們通過(guò)動(dòng)畫模擬驗(yàn)證同學(xué)們的說(shuō)法， 動(dòng)畫模擬 師：若將軌道的傾角減小，彎曲成曲線ABD或曲線ABE，小球最高將上升到哪個(gè)位置?路程是增大還是減小? 生：同樣上升到與A點(diǎn)同高度的D點(diǎn)或正點(diǎn)，路程增大了． 師：假如將軌道彎曲成一側(cè)水平及曲線ABF的形狀，這時(shí)會(huì)發(fā)生什么情況呢? 生：由于BF是水平的，小球就再也達(dá)不到原來(lái)的高度，如果不存在摩擦力，將永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去． 師：下面我們通過(guò)動(dòng)畫模擬驗(yàn)證同學(xué)們的說(shuō)法。 動(dòng)畫模擬、驗(yàn)證學(xué)生的想法 師：伽利略根據(jù)“理想實(shí)驗(yàn)”斷言：小球應(yīng)該以恒定的速率永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去．由此可推斷，在水平面上做勻速運(yùn)動(dòng)的物體并不需要用外力采維持． 師：理想實(shí)驗(yàn)，是科學(xué)研究中的一種重要的方法．它突出了事物的本質(zhì)特征，能達(dá)到現(xiàn)實(shí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)無(wú)法達(dá)到的極度簡(jiǎn)化和純化的程度．它不僅可以充分發(fā)揮理性思維的邏輯力量，還可以讓思維超越當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)水平，在想象的廣闊天地里自由馳騁． 演示實(shí)驗(yàn)：把滑塊放到氣墊導(dǎo)軌上面，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌水平，滑塊與導(dǎo)軌間形成氣層，從而使滑塊與導(dǎo)軌間的摩擦變得很小，推一下滑塊，讓學(xué)生觀察滑塊的運(yùn)動(dòng)是什么運(yùn)動(dòng)． 師：滑塊的運(yùn)動(dòng)是什么運(yùn)動(dòng)? 生：近似勻速直線運(yùn)動(dòng)． 師：伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正的開端．這個(gè)發(fā)現(xiàn)告訴我們，根據(jù)直接觀察所得出的直覺的結(jié)論不是常常可靠的，因?yàn)樗鼈冇袝r(shí)候會(huì)引到錯(cuò)誤的線索上去。 [知識(shí)拓展] 可以用多媒體演示伽利略的另外一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)：參考實(shí)驗(yàn)案例． 多媒體演示： 伽利略針和單擺實(shí)驗(yàn)：伽利略曼教堂內(nèi)吊燈搔動(dòng)的啟發(fā)．運(yùn)用邏輯思維的方陸進(jìn)行分析，得出了與亞里士多德不同的力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系的結(jié)論．在如圖4—1—2所示的裝置中，將擺球拉到一邊，由靜止開始釋放小球，擺球會(huì)擺到另一邊，用水平長(zhǎng)尺標(biāo)記其高度，用一報(bào)針多次改變．小球的懸點(diǎn)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)．在當(dāng)時(shí)的測(cè)量條件下．伽利略得出的結(jié)論是：擺球能上升到原來(lái)的高度．這個(gè)實(shí)驗(yàn)后來(lái)被稱為“伽利略針和單擺實(shí)驗(yàn)”． 師：伽利略同時(shí)代的法國(guó)科學(xué)家笛卡兒補(bǔ)充和完善了伽利略的觀點(diǎn)，明確指出：除非物體受到外力的作用，物體將永遠(yuǎn)保持其靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．永遠(yuǎn)不會(huì)使自己沿曲線運(yùn)動(dòng)．面只保持在直線上運(yùn)動(dòng)．他還認(rèn)為，這應(yīng)該作為一個(gè)原理加以確立，并且是人類整個(gè)自然觀的基礎(chǔ) 二、牛頓物理學(xué)的基石——牛頓第一定律 師：伽利略對(duì)物體不受外力時(shí)的運(yùn)動(dòng)作了準(zhǔn)確的描述，但他并沒有明確指出運(yùn)動(dòng)和力之間的關(guān)系是什么．笛卡兒在伽利略的基礎(chǔ)上更近了一步，更為接近真理．牛頓在前人工作的基礎(chǔ)上，根據(jù)自己的研究，系統(tǒng)地總結(jié)了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，于1687年發(fā)表了他的著作——《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，提出了三條運(yùn)動(dòng)定律，奠定了經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)．其中，牛頓第一定律的內(nèi)容是： 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． 師：既然牛頓第一定律是最完善的，那么它從幾個(gè)方面闡述了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系? 組織學(xué)生進(jìn)行討論． 生：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)． 師：什么叫運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變? 生：速度的大小和方向的改變稱之為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變． 師：牛頓第一定律可不可以用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證?什么時(shí)候可以看作不受力并舉例說(shuō)明． 生：不能．因?yàn)椴皇芰ψ饔玫奈矬w是不存在的．當(dāng)物體受力但所受合力為零時(shí)可以看作物體不受力．比如：冰面上滑動(dòng)的冰塊、冰壺球． 師：一切物體都有保持原來(lái)勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，叫做慣性；所以牛頓第一定律又叫做慣性定律． 師：簡(jiǎn)述慣性定律和慣性的區(qū)別和聯(lián)系． 生：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．慣性是物體的固有屬性，一切物體都有慣性． 師：慣性能解釋日常生活中的許多現(xiàn)象．例如：當(dāng)汽車啟動(dòng)時(shí)，車上的乘客會(huì)向后傾斜，為什么? 生：因?yàn)槠囈呀?jīng)開始前進(jìn)，乘客的下半身受到汽車的作用而隨車前進(jìn)，由于慣性的作用，其上半身仍然保持靜止?fàn)顟B(tài)，所以車上的乘客會(huì)向后傾斜． 師：當(dāng)汽車剎車時(shí)，車上的乘客會(huì)向前傾斜，為什么? 生：因?yàn)槠噭x車時(shí)，乘客的下半身受到汽車的作用而隨車減速，由于慣性的作用，其上半身仍然保持原來(lái)的速度前進(jìn)，所以車上的乘客會(huì)向前傾斜． (課堂交流) 師：現(xiàn)代汽車中，通常有安全帶、安全氣囊和頭枕等設(shè)備，從慣性的角度說(shuō)明它們有什么作用． 參考答案：當(dāng)緊急剎車時(shí)，車雖然停下了，人卻因慣性仍然向前，而安全帶、安全氣囊和頭枕等設(shè)備會(huì)給人阻力，保護(hù)人的安全和減少傷害． 師：從牛頓第一定律知，物體都要保持它們?cè)瓉?lái)的勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)，或者說(shuō)，它們都具有抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”，這種“本領(lǐng)”與什么因素有關(guān)呢? [課堂訓(xùn)練] (1)一切物體總保持 狀態(tài)或 狀態(tài)，直到有 迫使它改變這種狀態(tài)為止． (2)物體保持 的性質(zhì)叫做慣性．慣性是物體的 ，與物體的運(yùn)動(dòng)情況或受力情況 (3)伽利略的理想實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了 ． 答案：(1)勻速直線運(yùn)動(dòng) 靜止 外力 (2)勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài) 固有屬性 無(wú)關(guān) (3)力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因 三、慣性與質(zhì)量 師：運(yùn)動(dòng)的火車比運(yùn)動(dòng)的自行車停下來(lái)要困難得多，可見物體的慣性即保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的本領(lǐng)，它與物體的質(zhì)量有關(guān)，有什么關(guān)系呢? 生1：物體的慣性與質(zhì)量有關(guān)，與物體的速度有關(guān)，比如運(yùn)動(dòng)的汽車，質(zhì)量越大，速度越快，要停下來(lái)就越困難． 生2：剛才那位同學(xué)說(shuō)的不對(duì)，物體的慣性與速度無(wú)關(guān)，因?yàn)閼T性是指物體保持原來(lái)勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)．汽車的慣性的大小，是看它保持靜止或保持某一速度的能力的大小．只要速度有所改變，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就改變了，并不一定要從運(yùn)動(dòng)到靜止． 師：討論、總結(jié)一下慣性的特點(diǎn)． 學(xué)生進(jìn)行討論后總結(jié)． 生：一切物體都有慣性，在任何狀態(tài)下都有慣性；慣性是物體的固有性質(zhì)；物體的慣性的大小只與質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，慣性越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難以改變；質(zhì)量越小，慣性越小，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越容易改變；慣性的大小只與質(zhì)量有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)． [課堂訓(xùn)練] 在路上跑的人被絆倒時(shí)是向前趴著倒下，而慢走的人滑倒時(shí)，則大多數(shù)是后仰著地摔倒，試論述其原因． 解析：這是因?yàn)槿嗽谂艿臅r(shí)候人的重心在人的整體的前方，當(dāng)人的腳遇到障礙物之后，由于慣性的原因使其上半身繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，容易向前趴；而慢走的人由于重心在整個(gè)身體的后面，所以經(jīng)常后仰著地摔倒． [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． [課外訓(xùn)練] 1．關(guān)于牛頓第一定律，下列說(shuō)法正確的是………………………( ) A.牛頓第一定律是一條實(shí)驗(yàn)定律 B.牛頓第一定律說(shuō)明力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因 C．慣性定律和慣性的實(shí)質(zhì)是相同的 D．物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持 2．一個(gè)物體保持靜止或勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，這是因?yàn)椤? ) A.物體一定沒有受到任何力 B．物體一定受到兩個(gè)平衡力作用 C．物體所受合力一定為零 D．物體可能受到兩個(gè)平衡力作用 3．下列關(guān)于慣性的說(shuō)法中，正確的是……………………………………( ) A．人走路時(shí)沒有慣性，被絆倒時(shí)有慣性 B．百米賽跑到終點(diǎn)時(shí)不能立即停下是由于慣性，停下時(shí)就沒有慣性了 C.物體沒有受外力作用時(shí)有慣性，受外力作用后慣性被克服了 D．物體的慣性與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及受力情況均無(wú)關(guān) 4．有人設(shè)想，乘坐氣球飄在高空，由于地球的自轉(zhuǎn)，一晝夜就能周游世界．請(qǐng)你評(píng)價(jià)一下，這個(gè)設(shè)想可行嗎? 參考答案 1．答案：BD 解析：牛頓第一定律是物體在理想情況下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，反映的是物體在不受外力情況下所遵循的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而自然界不受力的物體是不存在的，所以A是錯(cuò)誤的．慣性是物體保持原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的一種性質(zhì)，慣性定律(即牛頓第一定律)則反映的是物體在一定情況下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，所以C錯(cuò)誤．由牛頓第一定律知，物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持，但改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)則必須有力的作用． 2．答案：CD 解析：物體不受任何力的狀態(tài)是不存在的，物體保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的合力一定為零，可能是兩個(gè)力，也可能是多個(gè)力． 3．答案：D 解析：慣性是物體的固有屬性，與其內(nèi)在因素即質(zhì)量有關(guān)，與受力與否及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)．一切物體都有慣性，質(zhì)量是物體慣性大小的量度，靜止物體的慣性是保持靜止，勻速運(yùn)動(dòng)的物體的慣性是保持其速度不變．當(dāng)物體在外力作用下運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，只要其質(zhì)量不變，其慣性大小不發(fā)生變化． 4．解析：因?yàn)榈厍蛏系囊磺形矬w(包括地球周圍的大氣)都隨著地球一起在自轉(zhuǎn)，氣球升空后，由于慣性，它仍保持原來(lái)的自轉(zhuǎn)速度．當(dāng)忽略其他與地球有相對(duì)運(yùn)動(dòng)(如風(fēng))的作用產(chǎn)生的影響時(shí)，升空的氣球與它下方的地面處于相對(duì)靜止的狀態(tài)，不可能使它相對(duì)地球繞行一周的． 學(xué) 生 活 動(dòng) 作 業(yè) [布置作業(yè)] 教材第75頁(yè)問(wèn)題與練習(xí)． 板 書 設(shè) 計(jì) 理想實(shí)驗(yàn)的魅力 牛頓物理學(xué)的基石——慣性定律 慣性與質(zhì)量 內(nèi)容 (或定義) 1．亞里士多德的觀點(diǎn) 2．伽利略的觀點(diǎn) 3．笛卡兒的觀點(diǎn) 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)叫做慣性 說(shuō)明 通過(guò)學(xué)習(xí)人類對(duì)運(yùn)動(dòng)和力關(guān)系的認(rèn)識(shí)，體會(huì)科學(xué)家對(duì)人類的貢獻(xiàn)和正確思想的來(lái)之不易 (1)物體不受外力時(shí)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)，說(shuō)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?cè)瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，說(shuō)明力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因 (3)一切物體都有保持原來(lái)勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，叫做慣性 (1)一切物體在任何狀態(tài)下都有慣性 (2)慣性是物體的固有性質(zhì) (3)物體的慣性只與質(zhì)量有關(guān) 教 學(xué) 后 記