高中物理 41《牛顿第一定律一》教学设计 新人教版必修1.docx
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高中物理41《牛顿第一定律一》教学设计新人教版必修1
2019-2020年高中物理4.1《牛顿第一定律
(一)》教学设计新人教版必修1
一、设计思想
物理学是一门与自然、生活、技术进步和社会发展有着最为广泛联系的科学。
让学生封闭在既不联系自然,也不联系生产、生活,远离科学探究乐趣,甚至根本不可能存在的“思辩游戏”式的难题和怪题的牢笼之中,他们是不可能热爱物理课程的。
所以要让学生在体验中获得物理规律,在物理史实中领略思维的力量和美。
本节课的设计特点是注重物理规律的发现和发展,对科学家的创造性思维品质和敢于置疑、坚持真理的献身精神成为情感态度价值观教育的好素材。
另外,实验的验证是本节课必需要的。
适当介绍一些物理学史的知识,通过对大量实例的分析,让学生真正理解力不是维持物体速度的原因,而是改变物体速度的原因。
先是介绍了人类对力和运动关系的发展历史,并着重讲述了伽俐略的理想实验及其重要的实验思想。
然后引入了牛顿第一定律,引入了惯性概念,并由此分析出力不是维持物体速度的原因,而是改变物体速度的原因。
二、教材分析
牛顿第一定律是牛顿定律的基石,正是因为它破除了长达近两千年的亚里士多德的错误,改变了人类的自然观和世界观,才导致牛顿第二定律得出。
与此同时,它本身还包含着力、惯性、和参考系这些极富成果的科学概念,成为物理学理论的支柱和基石。
另外,伽利略的研究过程蕴涵了重要的科学方法,教学中要引导学生领会牛顿第一定律的含义,充分说明伽利略“理想实验”的实验基础和推理过程,展示了伽利略斜面理想实验的猜想依据、推断结果这一思维过程,通过教学让学生明确运动和力的关系,提升对力、惯性、质量等基本概念的理解。
惯性是学生学习运动和力的基础,因其抽象难懂而成为难点。
新课标中本节内容对学生有以下基本要求:
1.了解亚里士多德对力和运动关系的论述及存在的错误。
2.认识伽利略研究运动和力关系的思想方法,了解理想实验的作用。
3.知道速度是描述物体运动状态的物理量。
4.理解牛顿第一定律的内容,能够运用牛顿第一定律解释有关现象。
5.知道惯性是物体的固有属性,知道质量是物体惯性大小的量度。
6.运用惯性概念,解释有关实际问题。
在发展要求中:
1.了解运动学和动力学研究角度的差异。
2.会识别惯性系与非惯性系。
三、学情分析
本节所述内容在初中课本上已涉及到,初中课本中用到的标题是惯性定律,所以学生已有一定的基础,关键是如何让学生加深对牛顿第一定律的理解。
对力和运动的关系,从日常经验出发,人们往往会产生错误的认识,所以使学生建立起运动改变的原因在于物体间的相互作用力的观点,不是轻而易举的事情。
在对惯性的学习中,这仍是学生难于理解的问题。
许多学生把物体具有保持匀速直线运动和静止状态的性质与物体在这种状态下的特点混为一谈。
四、教学目标
1.知识、技能目标
(1)理解牛顿第一定律的内容及意义。
(2)理解惯性,知道日常生活中由于惯性而产生的简单现象,会解释日常生活中的惯性现象。
2.能力、方法目标:
培养学生严谨的逻辑推理能力;通过对大量实例的分析,培养学生归纳、综合能力。
善于思考、善于总结,把物理与实际生活紧密结合。
3.情感、态度目标:
让学生知道科学研究过程的艰难,领悟实验加推理的科学研究方法。
五、重点难点
本节的重点是伽利略理想实验,难点是对惯性的理解。
六、教学策略与手段
探究式教学,按物理史实为线索展示物理规律的形成。
七、课前准备
自制理想斜面实验器(用有很小凹槽的柔软铝塑板作为轨道)、气垫导轨。
八、教学过程
1.创设情景、新课引入
引导学生看两张来自生活的图片(多媒体投影):
警察叫司机系安全带,为什么?
②亚洲飞人柯受良驾车飞越黄河,他凭什么有这种胆识去飞越气势磅礴的黄河呢?
演示一个惯性现象的小实验:
用棒敲打叠放的象棋子。
通过生活中的一些现象引起学生探求物理知识的兴趣,同时为惯性的学习打下伏笔。
2.历史回顾、新课教学
首先让同学看一个实验:
用手推车,车前进,停止用力,车停止。
设问:
生活中还有哪些类似此类的现象?
(由学生思考后回答)
学生答:
可能有如静止的自行车用力踩脚踏板才开始运动,如没有对车继续用力,它最终会停下来。
静止的秋千用力时,它会摆动起来。
停止用力时,它会最终停下来。
等等)
历史的回顾:
1.亚里士多德观点:
力是维持物体运动的原因
在得出亚里士多德的观点后,设问:
你认为这个观点有什么问题?
学生思考后回答
学生也许有不同的观点,由于初中已学习过这部分知识,所以学生会得到此观点是错误的,但不少同学心中的疑虑还是存在的。
在学生提出的观点后指出:
亚里士多德的观点一直维持和统治人们的思想近两千年,才到三百年前伽俐略才指出:
力不是维持物体运动的原因,物体运动不需要力。
指出亚里士多德在当时提出了很多观点,有时候提出问题比证明一个问题更难,所以说亚里士多德毫无疑问是伟大的。
2.伽俐略的观点:
物体运动不需要力
说明:
爱因斯坦增把一代一代科学家探索自然奥秘的努力,比作福尔摩斯侦探小说中破案过程,有时候明显可见的线索却把人们引向错误的判断。
也就是说,光凭经验来做判断常常是靠不住的,在探索运动原因的“侦探小说”里,亚里士多德正是由于凭借生活中明显的线索引出了错误判断。
设问:
现在假设你是伽俐略,你会寻找怎样的“侦察”方法去推翻这维持两千年的“错案”。
引起亚里士多德错误观点的“罪魁祸首”是什么呢?
(组织学生进行相互讨论思考:
然后叫几组学生代表发言)
给学生充分展示自己思维过程的机会,让他们自己去探求物理规律的真伪,让每一个学生都能够深刻体会力和运动之间的关系。
结论:
引起亚里士多德错误观点的“罪魁祸首”是:
摩擦力(说明自行车停下,停下不是没有受外力,而是受了摩擦力才停的,如没有摩擦力,会永远运动下去不停,看来物体运动是不需力的)。
介绍伽俐略创造的“侦察”方法:
理想斜面
这个想法是如何产生的呢?
伽俐略注意到,当一个小球沿斜面下滚时速度会增加,小球沿斜面上滚时时速度会减小,他由此猜想,当小球沿水平面滚动时,它的速度应该不增不减,实际上他发现,球越来越慢,最后停下来,伽俐略认为:
这是由于摩擦阻力的缘故,他推理:
若没有摩擦力,球将永远滚下去,为了说明他的思想,他设计理想斜面实验。
(1)实验演示理想斜面实验整个过程(说明:
主要是为了理解伽俐略的思想)
(2)再用视频动画演示理想斜面实验
通过对理想斜面实验的演示,说明物理研究中抓住主要因素,忽略次要因素的必要性,同时也展示了物理研究思想的美妙和逻辑的力量。
由于现实生活中不可能有绝对光滑的斜面,所以这个实验是个“理想实验”。
尽管现实生活中没有绝对光滑的平面。
但可以创造比较光滑的平面去证明伽俐略的想法:
实验:
气垫导轨上物体近匀速的运动
视频观看:
目前的一项体育项目——冰壶球运动,由于球运动过程阻力很小,能以几乎不变的速度前进。
最后总结(投影)①伽俐略理想实验对科学研究的意义。
②介绍伽俐略其人其事,通过对伽俐略其人其事的了解,强调指出,在我们今天看来是非常简单的道理。
在它发现的最初往往是非常艰难的,如果没有坚强的意志和信念,没有足够的事实和理论依据去支持你,许多人可能会放弃,但伽俐略没有放弃。
让学生意识到:
一个规律的发现并不是一帆风顺的,不是一开始的认识就是对的,而是需要人类不断探索才能形成的,并明白科学研究过程的艰难和科学家为此所付出的努力和心血。
至此,我们已经对力和物体运动之间的关系有了一个正确的认识。
3.与伽俐略同时代的法国科学家笛卡儿,补充和完善了伽俐略观点,他认为:
如果没有其他原因,运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动,既不会停下来,也不会偏离原来的方向。
他支持了伽利略力不是物体的运动的观点,并且还强调没有力作用时物体的运动情况。
他还认为,这应该要作为一个原理加以确立,并且是人类整个自然界的基础。
强调笛卡儿对伽俐略观点的提升与补充,指出两者之间的差异。
3.定律的学习、理解
在伽俐略和笛卡儿的正确结论隔了一代人后,由牛顿总结成整个牛顿力学的一条基本定律。
牛顿第一定律(惯性定律):
一切物体总保持匀速直线运动状态或静上状态,直到有力迫使它改变这种状态——物理学的基石。
投影介绍牛顿——经典力学之父的成就,指出牛顿第一定律是牛顿力学系统中的基础。
对定律的理解指出:
①物体运动不需要力。
(不受力时,运动会一直运动下来,静止的一直静止)
②力是改变物体运动状态的原因。
思考与讨论:
从牛顿第一定律我们得知,物体都要保持它们原来的匀速直线运动或静止的状态,或者说,它们都具有抵抗运动状态变化的“本领”。
但是这种“本领”的大小是不一样的。
物体抵抗运动状态变化的“本领”,与什么因素有关?
请大家通过实例进行分析。
由学生分组讨论,收集各组的实例和观点,老师对此进行总结并对错误的认识进行引导和纠正。
指出:
把物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫惯性。
在此基础上,再提以下设问:
设问一:
是不是说只有匀速直线运动或静止的物体才有惯性呢?
变速的物体有没有惯性?
(由学生思考、回答)
设问二:
液体、气体有没有惯性?
在学生思考后:
观看装水的气球破后,水还要维持原来的状态
得出:
惯性是物体固有的属性,与物体的运动状态无关,物体的质量是物体惯性的量度。
投影通过下面的问题来巩固和理解牛顿第一定律(由学生回答分析)
问题:
被踢出的冰块,在摩擦力可以忽略的冰面上匀速滑动,冰块受不受向前的作用力?
4.定律的应用
视频:
铁锹扬沙(设问:
为什么沙可以被扬出?
由学生回答)
实验演示车运动碰到障碍物后停止,车上物体反倒。
(要求解析车停后,车上物体反倒的原因)
你能举出生活中还有哪些与惯性有关的现象?
在学生举出一些惯性的实例后,看两段视频材料:
人在车上抛球,最后落回地面(可结合此理解为什么地球在自转,人起跳后还能落回原地)
汽车实验厂里的汽车启动和刹车的过程,以及为什么要系安全带的必要性(呼应课题引入时司机为什么要系安全带)
最后,在爱因斯坦的一句话中结束这节课:
伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法,是人类思想史上最伟大的成就之一,而且标志着物理学的真正开端。
强调这节课中理想实验的科学思想方法的重要性。
九、知识结构
十、作业设计
问题与练习1.2.3.4。
问题研讨
因为本节内容在初中已有接触,所以在本节课的设计中,我想能不能让学生通过对本课的预习和课外查阅资料,先由两三个学生上讲台对本节内容作讲解,最后老师以总结者的身份来点评和补充。
关于力和运动关系的发展过程是很好的物理学史的教材,如何让学生在一堂课中体验这种物理规律形成过程是我们所要思考的。
2019-2020年高中物理4.1伽利略的理想实验与牛顿第一定律2教案粤教版必修1
本节要求我们认识理想实验是一种科学的假设实验,是有根据的,同时理解牛顿第一定律的内容;能用惯性解析问题。
一、学法指导
1.力和运动关系的两种观点
(1)亚里士多德的观点:
力是维持物体运动的原因。
(此观点错误)
(2)伽利略的观点:
在水平面上做匀速运动的物体并不需要外力来维持。
2.伽利略的理想实验(又称假想实验图4-1,见课本)
3、牛顿第一定律(即惯性定律)
(1)内容:
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运动状态为止。
(2)意义:
它指出了一切物体都具有惯性
定律的前半句话“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”,揭示了物体所具有的一个重要的属性──惯性,即物体保持匀速直线运动状态或静止状态的性质。
牛顿第一定律指出一切物体在任何情况下都具有惯性,因此牛顿第一定律又叫惯性定律。
(2)它指出了力是产生加速度的原因。
定律的后半句话“直到有外力迫使它改变这种运动状态为止”,实际上是对力的定义,力不是使物体运动或维持物体运动的原因,而是改变物体运动状态的原因,换言之,力是产生加速度的原因。
(3)定性地揭示了力和运动的关系
牛顿第一定律指出物体不受外力作用时的运动规律,它描述的只是一种理想状态,而实际中不受外力作用的物体是不存在的,当物体所受外力合力为零时,其效果跟不受外力作用相同。
因此,我们可以把“不受外力作用”理解为“合外力为零”。
(4)牛顿第一定律给出了惯性系。
我们乘坐在加速的车厢里,以车厢为参考系观察周围的现象,将看到路边的树木、房屋朝后方加速运动,但它们确实未受到任何推力。
故在加速车厢内观察现象,与牛顿第一定律相矛盾。
牛顿第一定律能成立的参考系叫做惯性参考系或惯性系。
一般说来,地球是一个惯性系。
在讨论运动学问题时,我们可以为了方便自由地选择参考系,但是在动力学问题中,便没有这种自由选择的权利了。
4.对惯性的认识
惯性是物体的固有属性,一切物体都具有惯性。
惯性与运动状态无关,不论物体是处于怎样的运动状态,惯性总是存在的。
当物体原来静止时,它一直“想”保持这种静止状态;当物体运动时,它一直“想”以那一时刻的速度做匀速直线运动。
当物体做变速运动时,可以从以下三个方面理解惯性:
首先,运动中的任一时刻撤去外力,物体立刻开始以该时刻的速度做匀速直线运动。
其次,无论外力多大,方向如何,物体的速度也不会发生突变,都得在原速度的基础上逐渐改变,改变后的速度是原速度的“继承和发展”。
最后,质量的大小还直接影响运动状态改变的快慢。
质量大,运动状态就越难改变。
例如,宇航员背着质量很大的背包到月球上去探险,由于月球引力小,背起来并不吃力,但走起路来却要十分小心,不能突然移动或突然停止,因为背包轻了,但惯性并没有减小,质量很大的背包具有很大的惯性。
如果宇航员突然停下来,大背包还会靠惯性向前移动,宇航员就会向前跌倒。
5.惯性和惯性定律的区别
牛顿第一定律称为惯性定律,该定律给出了惯性的概念,但惯性和惯性定律是不同的,它们的区别在于:
其一,惯性定律是物体的运动规律,惯性是物体的固有属性;其二,惯性定律是有条件(不受力或合外力为零)的,惯性是无条件的,一切物体在任何情况下都有惯性。
二、例题分析
【例1】关于牛顿第一定律的下列说法中,正确的是()
A.牛顿第一定律是实验定律
B.牛顿第一定律说明力是改变物体运动状态的原因
C.实际上不存在不受外力作用的物体,所以牛顿第一定律没有意义
D.物体的运动不需要力来维持
【解析】牛顿第一定律是指物体在理想条件下的运动规律,反映的是物体在不受力的情况下所遵循的运动规律,而自然界中不受力的物体是不存在的,该定律是在科学的抽象思维下,运用理想化实验推论得到的,因此该定律不属于实验定律。
A错误。
由于不受外力和合外力为零效果相同,所以仍有实际意义。
C错误。
牛顿第一定律揭示了力和运动的关系,物体的运动不需要力来维持,但要改变物体的运动状态则必须有力的作用,所以B、D正确【答案】BD
评注:
掌握牛顿第一定律的本质,不要只是背诵定律内容,知道力是改变物体运动状态的原因。
牛顿第一定律不能用实验证明,但它是建立在大量实验基础上,通过思维的逻辑推理而得出的正确结论。
【例2】关于牛顿第一定律,下列说法正确的是()
A.牛顿第一定律说明了物体不受外力作用时的运动规律
B.物体受到外力的作用,其运动状态必定发生变化
C.一个人手拿小球从高处释放,空气阻力忽略不计,在松手的瞬间,小球静止。
D.力停止作用后,物体就会慢慢停下来。
【解析】由牛顿第一定律可知,物体不受外力时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,因此选项A正确。
当物体所受合外力为零时,相当于不受外力,运动状态不会发生改变,选项(B)错误。
,忽略空气阻力,松手后小球做自由落体运动,整个过程受重力作用,松手的瞬间小球所受合外力不为零,不能看做静止状态,选项(C)错误。
因力停止作用后,物体将保持原来的运动状态继续运动下去,故选项(D)错误。
【答案】A
评注:
牛顿第一定律说明了物体不受外力时的运动规律,但不受外力在现实生活中是不可能的。
因为物体所受合外力为零与不受外力是完全等效的,所以在实际处理问题时,往往认为物体所受合外力为零时保持匀速直线运动状态或静止状态。
【例3】下列说法哪些是正确的()
A.物体能够做自由落体运动是由于惯性
B.竖直向上抛出的物体能够上升是由于受到向上的惯性力的作用
C.铁饼运动员抛出的铁饼是靠惯性飞向远处的
D.一般情祝下,相扑运动员的惯性大于体操运动员的惯性
【解析】做自由落体运动的物体,受到重力的作用,速度由零开始逐渐增大;而惯性是物体保持静止或匀速直线运动状态的性质,因此选项A错误。
竖直向上抛出的物体,抛出后只受重力,没有任何物体对它施加一个竖直向上的力,小球抛出时具有初速度,由于惯性会继续向上运动,因此选项B错误。
同样的道理,抛出的铁饼具有初速度,由于惯性继续飞行,因此选项C正确。
体操运动员要求有灵活的动作表现,而相扑运动员则不希望被别人摔倒,所以,体操运动员的质量比相扑运动员要小得多,而质量是物体惯性大小的唯一量度,所以相扑运动员的惯性比体操运动员的惯性大,因此选项D正确。
【答案】CD
评注:
惯性是物体保持原有运动状态不变的性质,而不是一种力。
任何一个力必须存在施力物体。
三、跟踪训练
L.伽利略在研究力与运动的关系时,把_____________的方法引入了物理学。
2.伽利略构想的理想实验以_____________的事实为基础,忽略次要因素,把实验与_____________和谐地结合在一起,其科学探究的方法有力地推动了科学的发展。
2.牛顿第一定律揭示了力的本质是─—改变物体运动状态的原因,而不是_____________物体运动状态的原因。
3.物体保持_____________状态或_____________状态的特性叫惯性,惯性是物体的_____________。
4.火车在长直的水平轨道上匀速行驶,门窗紧闭的车厢内有一人相对车厢竖直向上跳起,经过一段时间后发现他仍落回原地,这是因为()
A.人跳起后车继续前进,所以人落下后偏后一些,只是距离很小,无法区别
B.人起跳时地板给了他一个向前的冲力,使他具有了一个向前的速度,在水平方向随车一起运动
C.起跳前人和车具有共同的水平方向的速度,起跳过程中只改变了人在竖直方向的速度,所以人在空中和火车具有相同的水平方向的速度
D.从起跳到落回地板上,在水平方向上始终不受外力作用
5.下列说法正确的是()
A.如果物体在运动,那么它受到的合力一定不为零
B.力是使物体做变速运动的原因
C.撤出作用力,运动物体最终总要停下来
D.力只能改变物体运动速度的大小
6.根据牛顿第一定律,下列结论正确的是()
A.静止的物体一定不受外力
B.物体所受合外力为零时若做匀速直线运动,是因为它具有惯性
C.物体运动状态改变了,必定受到外力作用
D.在水平地面上滑动的木块最终要停止下来,是由于没有外力维持木块运动的结果
7.如图4-2所示,一个劈形物体,各接触面均光滑,放在固定的斜面上,上表面水平,在上面放着一个光滑小球m,劈形物体从静止开始释放,则小球在碰到斜面前的运动轨迹是()
A.沿斜面向下的直线B.竖直向下的直线C.无规则曲线D.抛物线
8.关于物体的惯性,下列说法正确的是()
A.乒乓球可以快速抽杀,是因为乒乓球惯性小的缘故
B.运动得越快的汽车越不容易停下来,是因为汽车运动得越快,惯性越大
C.同一物体,放在赤道上比放在广东惯性大
D.物体的惯性只与物体的质量相关,与其它因素无关
9.下面的实例属于惯性表现的是()
A.滑冰运动员停止用力后,仍能在冰面上滑行一段距离
B.人在水平路面上骑自行车,为维持匀速直线运动,必须用力蹬自行车的脚踏板
C.奔跑的人的脚被障碍物绊住人就会摔倒
D.从枪日射出的子弹继续运动
10.锤头松动时,把锤柄末端在地面上磕磕,锤头就牢了,这是利用()
A.锤头的惯性B。
锤柄的惯性C.地面的惯性D.人手的惯性
11.某人用力推原来静止在水平面上的小车,先使小车开始运动,后改用较小的力就可以维持小车做匀速直线运动,可见()
A.力是使物体产生运动的原因B.力是维持物体运动速度的原因
C.力是物体产生加速度的原因D.力是物体惯性改变的原因
12.伽利略的理想实验证明了()
A.物体运动必须有力作用,没有力作用物体将静止
B.物体静止必须有力作用,没有力作用物体就运动
C.要使物体由静止变为运动,必须受不为零的合外力作用,且合外力越大速度变化越快
D.物体不受外力作用时,总保持原来的匀速直线运动状态或静止状态
13.如图4-3所示,在一辆表面光滑的小车上,有质量分别为ml和m2的两个小球(ml>m2)随车一起匀速运动,当车突然停止时,如不考虑其他阻力,设车足够长,则两个小球()
A.一定相碰B.一定不相碰C.不一定相碰D.难以确定
14.伽利略理想实验将可靠的事实和理论思维结合起来,能更深刻地反映自然规律,有关的实验程序内容如下:
(1)减小第二个斜面的倾角,小球在这斜面上仍然能达到原来的高度
(2)两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面
(3)如果没有摩擦,小球将上升到释放的高度
(4)继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球沿水平面作持续的匀速运动
15.请按程序先后次序排列,并指出它究竟属于可靠事实,还是通过思维过程的推论,下列选项正确的是(方框内数字表示上述程序的号码)()
A.事实2→事实1→推论3→推论4B.事实2→推论1→.推论3→推论4
C.事实2→推论3→推论1→推论4D.事实2→推论1→推论4
16.如图4-4所示,车厢顶的A点有一水壶滴水,O点在A点的竖直下方,车子以速度v向右匀速运动时,水壶中滴的水是落在0点的右边、左边还是O点上,为什么?
17.有一仪器中电路如图4-5所示,其中M是质量较大的一个钨块,将仪器固定在一辆汽车上,汽车起动时,哪个灯亮?
原理是什么?
汽车急刹车时,哪个灯亮?
参考答案:
第一节:
伽利略的理想实验与牛顿第一定律
1、理想实验;可靠;逻辑推理。
2、维持。
3、匀速直线运动;静止;固有性质。
4、CD5、B6、BC7、B8、AD9、ACD10、A11、C12、D13、B14、C16、落在O点,水壶中滴出的水在水平方向上与车具有相同的速度(或滴出的水相对于车在水平方向上静止)。
17、汽车启动时,绿灯亮,是因为金属块由于惯性相对汽车向后移动,使绿灯电灯接触,汽车刹车时,红灯亮。
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