2018-2019學年高中物理 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 目 標 知識與技能 1．知道伽利略的理想實驗及其主要推理過程和推論，知道理想實驗是科學研究的重要方法． 2．理解牛頓第一定律的內容及意義． 3．知道什么是慣性，會正確地解釋有關慣性的現(xiàn)象． 過程與方法 1．觀察生活中的慣性現(xiàn)象，了解力和運動的關系． 2．通過實驗加探對牛頓第一定律的理解． 3．理解理想實驗是科學研究的重要方法． 情感態(tài)度與價值觀 1．通過伽利略和亞里士多德對力和運動關系的不同認識，了解人類認識事物本質的曲折性． 2．感悟科學是人類進步的不竭動力． 教學重點、難點 教學重點 1．對牛頓第一運動定律和慣性的正確理解． 2．科學思想的建立過程． 教學難點 1．力和運動的關系． 2．慣性和質量的關系． 教 學 方 法 探究、講授、討論、練習 教 學 手 段 教具準備 多媒體課件、小車、小球、毛巾、玻璃板、斜槽、刻度尺、木塊、氣墊導軌、滑塊、氣墊導軌裝置、伽利略針和單擺實驗裝置． 教 學 活 動 [新課導入] 做實驗引入力和運動的關系，引發(fā)學生的思考． [參考實驗]在講臺上放一輛小車，使它處于靜止狀態(tài)． 師：怎樣才能讓小車運動起來呢? 生：要用力去推它． 師：從這個例子很容易得到：物體要運動，需要對它施加力的作用，那么力和運動之間關系如何呢?本節(jié)課我們就來探究這個問題． [新課教學] 承接剛才的實驗現(xiàn)象，演示當物體不再受手的推力時，物體停止運動． 師：靜止在水平面上的物體，用力去推，物體由靜止變?yōu)檫\動；一段時間后撤掉該力，物體的運動狀態(tài)又如何? 生：一段時間后撤走該力時，物體速度越來越慢，最終停下． 師：根據(jù)以上的例子，思考“運動一定需要力來維持嗎”． 生l：需要．因為用力推物體它才能運動，而撤走了這個力物體最終會停下，所以，運動必須用力來維持． 生2：不一定，按照生1的說法，運動一定需要力來維持的話，撤走了力，物體應該立刻停下才對． 生3：例如在空中飛行的足球，已經(jīng)不再受到腳的作用力，但仍然向前運動，因此“物體的運動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動的距離要長很多，地滾球為什么運動一會兒就停止呢? 生：因為受到阻力． 師：如果沒有阻力的作用，足球將會怎樣運動? 生：將不會減速． 師：(鼓勵)很好，現(xiàn)在我們看一個實驗． 實驗演示：讓一個小球從斜面上滑下，斜面末端分別放毛巾、木板和玻璃板，讓學生仔細觀察實驗現(xiàn)象． 師：仔細觀察實驗現(xiàn)象并得出結論． 生1：實驗現(xiàn)象是當斜面末端的接觸面越光滑，小球滑動的距離越遠． 生2：說明摩擦力是阻礙物體運動的原因，因為摩擦力的存在使物體運動狀態(tài)發(fā)生了變化． 師：如果沒有摩擦力的作用，小球又將會怎樣運動呢?大家大膽猜想一下． 生l：不好預測，因為沒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，物體將永遠運動下去． 師：現(xiàn)在就讓我們沿著歷史的足跡看一下物理學的先知們是如何一步步從黑暗走向光明的． 一、理想實驗的魅力 演示多媒體課件 首先是亞里士多德的錯誤觀點：必須有力作用在物體上，物體才能夠運動；沒有力的作用，物體就要靜止在一個地方．接著演示伽利略是如何利用理想實驗反駁伽利略錯誤的觀點的． 師：伽利略對于“運動與力的關系”，構思出如圖4—1—1所示的“理想實驗”．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，小球將上升到哪里? 生：不存在摩擦力的話，小球將上升到與A點相同高度的C點． 師：下面我們通過動畫模擬驗證同學們的說法， 動畫模擬 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位置?路程是增大還是減小? 生：同樣上升到與A點同高度的D點或正點，路程增大了． 師：假如將軌道彎曲成一側水平及曲線ABF的形狀，這時會發(fā)生什么情況呢? 生：由于BF是水平的，小球就再也達不到原來的高度，如果不存在摩擦力，將永遠運動下去． 師：下面我們通過動畫模擬驗證同學們的說法。 動畫模擬、驗證學生的想法 師：伽利略根據(jù)“理想實驗”斷言：小球應該以恒定的速率永遠運動下去．由此可推斷，在水平面上做勻速運動的物體并不需要用外力采維持． 師：理想實驗，是科學研究中的一種重要的方法．它突出了事物的本質特征，能達到現(xiàn)實科學實驗無法達到的極度簡化和純化的程度．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時的科學技術水平，在想象的廣闊天地里自由馳騁． 演示實驗：把滑塊放到氣墊導軌上面，調整氣墊導軌水平，滑塊與導軌間形成氣層，從而使滑塊與導軌間的摩擦變得很小，推一下滑塊，讓學生觀察滑塊的運動是什么運動． 師：滑塊的運動是什么運動? 生：近似勻速直線運動． 師：伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應用的科學的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正的開端．這個發(fā)現(xiàn)告訴我們，根據(jù)直接觀察所得出的直覺的結論不是常?？煽康?，因為它們有時候會引到錯誤的線索上去。 [知識拓展] 可以用多媒體演示伽利略的另外一個理想實驗：參考實驗案例． 多媒體演示： 伽利略針和單擺實驗：伽利略曼教堂內吊燈搔動的啟發(fā)．運用邏輯思維的方陸進行分析，得出了與亞里士多德不同的力與運動的關系的結論．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，擺球會擺到另一邊，用水平長尺標記其高度，用一報針多次改變．小球的懸點，重復實驗．在當時的測量條件下．伽利略得出的結論是：擺球能上升到原來的高度．這個實驗后來被稱為“伽利略針和單擺實驗”． 師：伽利略同時代的法國科學家笛卡兒補充和完善了伽利略的觀點，明確指出：除非物體受到外力的作用，物體將永遠保持其靜止或運動狀態(tài)．永遠不會使自己沿曲線運動．面只保持在直線上運動．他還認為，這應該作為一個原理加以確立，并且是人類整個自然觀的基礎 二、牛頓物理學的基石——牛頓第一定律 師：伽利略對物體不受外力時的運動作了準確的描述，但他并沒有明確指出運動和力之間的關系是什么．笛卡兒在伽利略的基礎上更近了一步，更為接近真理．牛頓在前人工作的基礎上，根據(jù)自己的研究，系統(tǒng)地總結了力和運動的關系，于1687年發(fā)表了他的著作——《自然哲學的數(shù)學原理》，提出了三條運動定律，奠定了經(jīng)典力學的基礎．其中，牛頓第一定律的內容是： 一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(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，那么它從幾個方面闡述了力和運動的關系? 組織學生進行討論． 生：兩個方面：不受力時，物體保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)；受力時，力迫使它改變運動狀態(tài)． 師：什么叫運動狀態(tài)的改變? 生：速度的大小和方向的改變稱之為運動狀態(tài)的改變． 師：牛頓第一定律可不可以用實驗來驗證?什么時候可以看作不受力并舉例說明． 生：不能．因為不受力作用的物體是不存在的．當物體受力但所受合力為零時可以看作物體不受力．比如：冰面上滑動的冰塊、冰壺球． 師：一切物體都有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質，叫做慣性；所以牛頓第一定律又叫做慣性定律． 師：簡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所遵從的運動規(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：當汽車啟動時，車上的乘客會向后傾斜，為什么? 生：因為汽車已經(jīng)開始前進，乘客的下半身受到汽車的作用而隨車前進，由于慣性的作用，其上半身仍然保持靜止狀態(tài)，所以車上的乘客會向后傾斜． 師：當汽車剎車時，車上的乘客會向前傾斜，為什么? 生：因為汽車剎車時，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的速度前進，所以車上的乘客會向前傾斜． (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備，從慣性的角度說明它們有什么作用． 參考答案：當緊急剎車時，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備會給人阻力，保護人的安全和減少傷害． 師：從牛頓第一定律知，物體都要保持它們原來的勻速直線運動或靜止狀態(tài)，或者說，它們都具有抵抗運動狀態(tài)變化的“本領”，這種“本領”與什么因素有關呢? [課堂訓練] (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 的性質叫做慣性．慣性是物體的 ，與物體的運動情況或受力情況 (3)伽利略的理想實驗說明了 ． 答案：(1)勻速直線運動 靜止 外力 (2)勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài) 固有屬性 無關 (3)力是改變物體運動狀態(tài)的原因 三、慣性與質量 師：運動的火車比運動的自行車停下來要困難得多，可見物體的慣性即保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的本領，它與物體的質量有關，有什么關系呢? 生1：物體的慣性與質量有關，與物體的速度有關，比如運動的汽車，質量越大，速度越快，要停下來就越困難． 生2：剛才那位同學說的不對，物體的慣性與速度無關，因為慣性是指物體保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質．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，運動狀態(tài)就改變了，并不一定要從運動到靜止． 師：討論、總結一下慣性的特點． 學生進行討論后總結． 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；物體的慣性的大小只與質量有關，質量越大，慣性越大，運動狀態(tài)越難以改變；質量越小，慣性越小，運動狀態(tài)越容易改變；慣性的大小只與質量有關，與其他因素無關． [課堂訓練] 在路上跑的人被絆倒時是向前趴著倒下，而慢走的人滑倒時，則大多數(shù)是后仰著地摔倒，試論述其原因． 解析：這是因為人在跑的時候人的重心在人的整體的前方，當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)向前運動，容易向前趴；而慢走的人由于重心在整個身體的后面，所以經(jīng)常后仰著地摔倒． [小結] 通過本節(jié)的學習，我們知道了： (1)歷史上幾位科學家對力和運動關系的看法和研究． (2)伽利略得到力和運動關系的研究方法． (3)牛頓第一定律的內容． (4)慣性及應用慣性知識解決實際問題的方法． [課外訓練] 1．關于牛頓第一定律，下列說法正確的是………………………( ) A.牛頓第一定律是一條實驗定律 B.牛頓第一定律說明力是改變物體運動狀態(tài)的原因 C．慣性定律和慣性的實質是相同的 D．物體的運動不需要力來維持 2．一個物體保持靜止或勻速運動狀態(tài)不變，這是因為…………………( ) A.物體一定沒有受到任何力 B．物體一定受到兩個平衡力作用 C．物體所受合力一定為零 D．物體可能受到兩個平衡力作用 3．下列關于慣性的說法中，正確的是……………………………………( ) A．人走路時沒有慣性，被絆倒時有慣性 B．百米賽跑到終點時不能立即停下是由于慣性，停下時就沒有慣性了 C.物體沒有受外力作用時有慣性，受外力作用后慣性被克服了 D．物體的慣性與物體的運動狀態(tài)及受力情況均無關 4．有人設想，乘坐氣球飄在高空，由于地球的自轉，一晝夜就能周游世界．請你評價一下，這個設想可行嗎? 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動規(guī)律，反映的是物體在不受外力情況下所遵循的運動規(guī)律，而自然界不受力的物體是不存在的，所以A是錯誤的．慣性是物體保持原來運動狀態(tài)不變的一種性質，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動規(guī)律，所以C錯誤．由牛頓第一定律知，物體的運動不需要力來維持，但改變物體的運動狀態(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動時所受的合力一定為零，可能是兩個力，也可能是多個力． 3．答案：D 解析：慣性是物體的固有屬性，與其內在因素即質量有關，與受力與否及運動狀態(tài)無關．一切物體都有慣性，質量是物體慣性大小的量度，靜止物體的慣性是保持靜止，勻速運動的物體的慣性是保持其速度不變．當物體在外力作用下運動狀態(tài)發(fā)生變化時，只要其質量不變，其慣性大小不發(fā)生變化． 4．解析：因為地球上的一切物體(包括地球周圍的大氣)都隨著地球一起在自轉，氣球升空后，由于慣性，它仍保持原來的自轉速度．當忽略其他與地球有相對運動(如風)的作用產生的影響時，升空的氣球與它下方的地面處于相對靜止的狀態(tài)，不可能使它相對地球繞行一周的． 學 生 活 動 作 業(yè) [布置作業(yè)] 教材第75頁問題與練習． 板 書 設 計 理想實驗的魅力 牛頓物理學的基石——慣性定律 慣性與質量 內容 (或定義) 1．亞里士多德的觀點 2．伽利略的觀點 3．笛卡兒的觀點 一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止 物體保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質叫做慣性 說明 通過學習人類對運動和力關系的認識，體會科學家對人類的貢獻和正確思想的來之不易 (1)物體不受外力時，運動狀態(tài)保持靜止或勻速直線運動，說明力不是維持物體運動的原因 (2)外力的作用是迫使物體改變原來的運動狀態(tài)，說明力是改變物體運動狀態(tài)的原因 (3)一切物體都有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質，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 (3)物體的慣性只與質量有關 教 學 后 記