牛顿第一定律教学设计

6.1 牛顿第一定律

一、教学内容分析

牛顿第一定律这节课是《普通高中课程标准实验教科书．物理1》（司南版）第6章第1节，这节课主要涉及到的物理知识为牛顿三大定律之一，主要内容有牛顿第一定律、惯性、质量是惯性量度等知识点。该定律所包含的意义深刻，在现实生产、生活中具有重要应用，特别是该定律的获得过程包含宝贵的科学方法和值得后人借鉴的科研精神。因此高中阶段重新再学该课，仍十分有必要。

二、学生学习情况分析

牛顿第一定律这节课主要涉及牛顿第一定律、惯性、质量是惯性量度等知识点。学生通过初中阶段学习对于伽利略理想斜面实验、牛顿第一定律、惯性等内容均已经熟悉，如果简单地重复初中的学习，甚至直接花十分钟时间回忆一下，学生们肯定觉得乏味，甚至认为物理课本编排得不负责任，初中都已经学过了，为何还花这么多篇幅。我们认为教材在此处再次设计牛顿第一定律，除了知识点之外更重要的是定律获得过程所包含的研究方法和物理学家们的科学精神。

三、设计思想

学生通过初中阶段学习对于伽利略理想斜面实验、牛顿第一定律、惯性等内容均已经熟悉，我们一直在思考，他们到了高中阶段再学这节课老师们该给学生什么呢？我们学校的教学习惯，喜欢带学生回到问题的最原始阶段，一起经历定律得到的过程，所以我们当时一致认为这个定律的获得过程所涉及到的一些方法是相当有代表性的，对于学生终生学习物理相当有用。另外质量是惯性大小的量度这个知识点是新的，我们的基本理念就是经过老师的引导，学生自己找到现象背后的规律。故此对于这节课就确定了两个重点：伽利略的研究方法和质量是惯性大小的量度。带着学生回到问题产生的原始过程，上课过程一起经历伽利略的研究过程，感悟其研究方法，上完这节课学生会觉得是自己发现了这个定律，自己找到众多惯性现象的共同衡量尺度-惯性；并且能体会科研的魅力与艰辛，培养敢于坚持真理、严谨认真的科学态度，产生获得知识的成就感，激发求知的欲望，有助于帮助学生自我再学习。

四、教学目标

1．理解牛顿第一定律内容；

2．理解惯性概念，惯性是物质的固有属性，由本身质量量度；

3．回顾亚里斯多德、伽利略、笛卡尔及牛顿等物理学家的科研过程，经历感受他们的研究方法；重点感悟伽利略的物理方法；

5．从物理学家们身上看出科研的魅力与艰辛；体会他们为探索真理而孜孜不倦，激发学生共鸣，产生求知欲望；

6．培养敢于坚持真理，严谨认真的科学态度和科学精神；

7．能不被一些表面现象迷糊，明白“眼见不一定为实”。

五、教学重点和难点

（一）教学重点：牛顿第一定律获得的过程所涉及到的物理学家特别是伽利略在其中的重要作用以及他经典的研究方法和值得后人借鉴的科研精神；牛顿第一定律内容、质量是惯性的量度等知识点。

（二）教学难点：质量是惯性量度的引导过程。

六、教学过程设计

（一）引入与历史回顾

大家都熟悉亚里士多德和伽利略，你们对亚里士多德的印象如何？

生：他都是错的；鄙视他

我们来看看伽利略是如何评价亚里士多德？伽利略曾说过一句话，他说：“老实说，我赞成看亚里士多德的著作，并精心进行研究，我只是责备那些把自己完全沦为亚里士多德奴隶的人”从这句话可以看出伽利略对亚里士多德是如何评价呢？

生：赞成看他的著作

伽利略并没有鄙视亚里士多德，反而赞成看亚里士多德的著作，据历史记载，伽利略有段时间曾在大学里教书，教的内容正是亚里士多德的著作；“并精心研究”，伽利略用精心形容自己的研究，前面的学习中，大家有没体验过伽利略的精心之处呢？

生：自由落体研究；亚里士多德太主观….伽利略利用实验研究，数学推理等…

在亚里士多德的著作，记载着这样一个结论：有力才有运动，力撤去运动就停止。Ppt展示“力是维持物体运动的原因”，关于力和运动的关系，伽利略又展开一次精心的研究，等会我们一起用我们的眼睛来看看伽利略究竟 “精心”在哪里？

亚里士多德真的错了吗？我们不妨来演示一下生活中一个常见的现象：一个物块静止在水平面上，手用力推，小车运动起来（老师的手扶着，边推边解释手松开，小车慢慢停止。老师演示的时候，稍微力大些，让小车运动一段时间再停！）

小车原来静止，当我用力推时，小车运动；手松开后，小车停止；亚里士多德的结论很正确呀，有力小车运动，力撤去小车停止。[ppt展示生活习惯]生活中类似的刚才演示实验的现象很多，长期以来，人们的经验是：要使一个物体运动，必须推或拉。推拉停止，物体也就停止运动。距今2000多年前，当亚里士多德观察到生活中这些现象时，他凭直觉就得出，力是维持物体运动的原因，意思就是：有力才有运动，力撤去运动即停止；从刚才的演示我们也看到似乎有力才有运动，力撤去运动随即也就停止了。[ppt展示亚里士多德图片及其结论]

生：小车运动了一段才停止的

观察得很仔细（跟当年的加利略一样观察细致），手松开后，小车没有马上停下来。当初伽利略恰恰注意到了“那一段”，他认为如果力撤去物体停止运动，那么为什么有些现象会运动一段时间才停下来呢？他最早悟出了地球上的物体运动时，都不可避免要受到摩擦力和空气阻力作用。他认为物体之所以停下来是受了摩擦力的作用，物体停下来恰恰是因为力的作用，所以力不是用于维持运动，恰恰相反这里的摩擦力却是产生减速的原因。

伽利略的精心研究表现在：观察认真。细微，微小变化的现象也观察到了。[ppt展示伽利略一半的结论]

至此，伽利略已经找到，导致物体运动停止的原因是由于摩擦力的原因，但他没有停留在这里，而是继续想象，如果没有摩擦力，那么物体会怎么运动呢？

生：静止或匀速直线运动

[学情分析：很多高一的学生因为初中的学习很看不起亚里士多德，有些甚至是不加思索地鄙视。设计意图：借着伽利略对亚里斯多德的评价与学生对亚里士多德评价的冲突引出本节课要讨论的范围；通过简单的演示实验引出本节课要讨论的确切问题，开始了伽利略的精心非凡的研究过程。澄清了学生对亚里士多德的误会，引导他们如何正确对待前人及其研究结论]

这个结论我们已经学过，但当年他是如何得到这个结论的呢？

生：斜面，对接斜面

我们一起来回顾一下，大家初中学过的加利略理想实验—对接斜面（展示flash），我们一起回味一下，伽利略是怎样推理的？

1.让一个小球从一个斜面的顶端滚下，紧接着又滚上另一个对接的斜面，同一个斜面，打磨得越光滑，小球上升的高度越接近原来；故设想如果没有摩擦力，这个小球将达到跟原来同样的高度；f＝0的试验他并没有条件做，依据事实基础，进行了合理的外推。

2. 如果减小对接斜面的倾角，小球仍会达到同一高度，通过的路程呢？（需要经过更长的路程；）

3 .同理，如果再减小对接斜面的倾斜度，小球经过的路程就会越来越长。

4 .如果把对接斜面变成水平面，小球无法达到原来的高度，只能以原速度一直运动下去（无加速也无减速原因）（3-4利用合理外推思想）。

[插板书，提炼伽利略的研究方法]

师：伽利略利用这个斜面实验成功地得到力不是维持物体运动的原因，推翻了亚里士多德的错误结论。这个结论已经被人们接受了2000多年，直到伽利略提出疑问，并推翻。我们知道伽利略这个实验是个理想实验，并非真实的实验（因为在地球上不能达到完全没有摩擦的条件），这是伽利略用自己的大脑想象出来的，[语气加强，转话锋]“任何想象离不开现实，均是基于现实的，绝不能凭空想象”，那么大家知道伽利略当时依据的是什么现实呢？

生：……

师：伽利略17岁那年，当时他还在医学院读书时，有一次在教堂做礼拜，风吹进教堂，导致教堂中的吊灯摆动，他回去就立即做了个实验，（演示伽利略针和单摆实验）这是一个简单的摆球，一端固定，将摆球拉向一边，由静止释放小球，摆球会摆动到另一边，用水平尺子标记其高度；大家知道伽利略从这个实验得到多个结论，如单摆等时性等，今天这节课我们关注其中一个结论，那就是摆球运动到右边时，能达到等高度的位置吗？

老师演示：摆球拉到左边，与尺子同高度的地方，静止释放小球，小球运动到右边等高的地方吗？（摆动两次后，师顺手抓住小球）

接着，伽利略在悬挂小球悬点的正下方，固定一根针，当球往右边摆动时，碰到针，他还会摆到相同的高度吗？师演示，生观擦并回答

当时伽利略用一根针多次改变小球的悬点，重复实验。在当时的测量条件下，伽利略得到的结论是：摆球能上升到原来的高度。[演示过程与学生共同得出结论，培养学生实验观察与归纳能力]

下面我们用flash慢镜头展示一下刚才的实验，在一定点O悬挂一单摆，在O的正下方O1用钉子改变单摆的运动路线，将摆球拉到离竖直位置一定距离的左侧A点，释放小球，小球将摆到竖直位置的右侧与A等高的B点；提高针的位置至O2，小球运动到右边等高的C，针位置继续高，至O点，小球运动到右边D点。ABCD四点在等高度，除了这个结论外，大家比较这三次运动，还看出什么规律？

生：针的位置越高，摆球运动轨迹越长，运动越远

认真观察，摆球的运动轨迹AB AC AD ，对大家有什么启发？这个轨迹跟哪个实验设想类似呢？

生：哦，那个斜面试验（ppt从上而下展示斜面试验示意图与摆球轨迹的比较），伽利略的想象实验灵感来源于此。

他将这个现象与斜面运动联系在一起。伽利略指出，对于斜面会得出同样的结论。（ppt展示伽利略图片及其结论）

伽利略设计的实验虽是想象中的，但却是建立在可靠的事实的基础上。把研究的事物理想化，就可以更加突出事物的主要特征，化繁为简，易于认识其规律。理想实验是一种重要的物理方法，以事实为依据，将实验和逻辑推理统一，达到思维超越当时科学技术。伽利略的这一自然科学新方法，有力地促进物理学的发展，他因此被誉为是“经典物理学的奠基人”。

就是现在，理想化模型对科学研究仍然具有重要的意义。

师：之后，与伽利略同时代法国科学家笛卡尔，把伽利略的结论推广到没有重力、没有摩擦力、没有空气阻力的更理想的情况，进一步补充和完善了伽利略的观点，指出：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，即不会停下来，也不会偏离原来的方向。（ppt展示笛卡尔图片及其结论）

[学情分析：学生早已熟悉伽利略的理想斜面，但对于力与运动关系的研究过程不清楚；设计意图：借着研究历史的重演，带着学生与科学家进行对话，重点体验伽利略的研究过程的精彩之处，引导学生感悟其研究方法。此时教师的引导十分重要，做不好的话，就变成很无味的陈述，需要灵巧地引导学生自己回到历史，亲自参与了整个过程的研究。]

（二）牛顿第一定律学习

师：依据伽利略和笛卡尔的研究结果，大家能用自己的语言概括一下2位科学家的结论吗？（逼学生感受到可意会无法言传的感觉，此时才引入牛顿）

师：伽利略和笛卡尔等人的正确结论在隔了一代人之后，由牛顿用简洁而准确的语言总结出该定律，（ppt展示牛顿第一定律）

师: 一切物体总保持匀速直线运动或静止，直到外力迫使它改变运动状态为止。

师：（直到，until）我们用通俗的大白话来说就是，如果物体所受外力为0，那么原来静止的keep静止；原来运动的，从此一直匀速，until外力进来；另一方面，外力加进来后，就改变了原来的运动状态（速度的大小或方向被改变）。

师问：牛顿的结论是否比前人更深刻、更丰富呢？[准备展示“意义”]我们一起来看一下后半句指出力是改变运动状态的原因，这是重述前人的结论，同时也指出了物体不受力时的运动规律，补充说明一下，完全不受力的物体在地球上存在吗？所以不受力指的是所受合外力为0。

师：回过来，前半句：一切物体总保持静止或匀速直线运动状态，指出了一个一切物体都具有的性质——惯性（ppt展示惯性，老师解释惯性）：惯性：是物体抵制运动状态改变的固有倾向，就是不想改变原来的状态，故与人的惰性是非常类似的。英文名称inertia，解释为惯性或惰性。也就是说，若原来静止的，就不想动；原来若以某一个速度运动，就趋于保持者一速度运动。

师：仔细分析前后两句话，点出了两个概念，“力和惯性”

师：这两个概念是什么关系呢？

生：…….

师：惯性： 总企图保持原来运动状态

力：一参与就要改变运动状态。二者是对立的，但又统一在牛顿第一定律里面，对立统一关系。

[学情预设：估计此时学生会觉得牛顿没有什么了不起，所以借着解读牛顿第一定律所包含的两个概念，一方面让学生了解定律的内容，一方面引导学生欣赏牛顿的高明之处]

（三）惯性

我们完整来看一下惯性。老师解释惯性：英文名称inertia，解释为惯性或惰性。惯性：是物体抵制运动状态改变的固有倾向。

师：一切物体都有惯性，对我们来说是利还是弊呢？（单独展示，相扑运动员与小孩的照片）要求学生想象这个小孩跑向相扑运动员，后果会是如何？生回答，把大家的想象模拟一下[展示小孩撞胖子影片]：胖子原来是静止的，后来还是，他的运动状态不容易改变；小孩原来向前运动，后来向后摔倒，运动状态容易改变。胖子运动状态不容易改变意味着什么呢？

保持原来的运动状态本领大，也就是惯性大；所以不同物体惯性大小是不一样的。那么惯性大小究竟由什么因素决定呢？请大家带着这个问题，看一组图片（ppt展示）

ppt展示体操队员与相扑运动员

师：当你看到体操队员时，要求你用几个词来形容她，你会用什么？ 相扑呢？

生：苗条，灵活。。。

师：依你们判断，老师这身材能否当相朴运动员？

生：不可以

师：为什么不可以？

生：太苗条，不够重。。。。

师：为何相扑运动员都需要很fat？这其中有什么物理道理呢？

生：…….

师：相扑运动员不喜欢苗条，需要重，轻的话容易被搬倒，也就是原来静止的状态被改变（变动起来），也就是轻的物体惯性小，所以相扑运动员需要惯性是很大的，从中我们可以看出惯性大小跟什么因素有关呢？

生：重量，质量。。。[用月球上的例子排除重量的影响因素，从而得到结论]

师：惯性大小用质量来量度，质量越大，惯性越大；质量越小，惯性越小。所以体操运动员为了能够有灵活的动作表现，质量就要小，需要苗条；而相扑队员则不希望被别人摔倒……

（Ppt展示同样速度的自行车与火车、空军歼击机与民航客运机图片）

[学情预设：通过老师的引导学生会自己得出惯性的大小与轻重有关，但是到底是质量还是重量，需要老师进一步的引导，故此我们最后展示了宇航员在月球上的运动情况；

设计意图：以上所给出的惯性大小比较的素材逐渐展示给学生，引导他们出众多现象中找出共同的规律，由以上讨论，“逼着学生思考，惯性大小究竟跟什么因素有关”，学习牛顿从众多现象和实验事实中找到统一的规律。]

师：惯性既然是物体的固有属性，就与物体运动状态以及受力情况无关，无论何时何地均有惯性。质量大，惯性大（惰性）；质量是惯性大小的量度。

师问：生活中你们有没有亲自经历过一些惯性现象呢？

学生回答：…….

（四）惯性的应用与防止

首先请学生讲一些印象深刻的经历。下面给大家播放一段刹车模拟录像，大家看的同时思考影片中包含了哪些物理现象？刹车时存在哪些安全隐患？并提出你的意见来防止这些隐患。

学生观看，并提问。（师边引导，边播放相应的ppt）

安全带：当汽车急剧减速时，前座安全带将人紧紧限制在座位上，不至于前额受伤

头靠：避免撞车时的鞭打效应（颈部来回剧烈运动）

气囊：车辆发生，人会前倾；气囊在碰撞时充气，以缓解对人的冲击力

备用：学生观看神话及阿诺影片，要求生找出其中的物理现象。

（五）课堂小结

今天这节课，我们花了很多时间跟大家一起回忆牛顿第一定律研究的历史，读历史目的是使人明智，从中看到经验，我们共同经历了伽利略的观察—实际实验---理想实验—合理外推的研究方法；牛顿第一定律的内容及其意义，惯性（惰性）、质量是惯性的量度、惯性的应用及其防止。

[设计意图：展示物理现象在生活中的应用之处，激发学习动力和兴趣]

（六）作业

1．读史使人明智，这段研究史，给你最大的启发是什么？今天的你能超越伽利略吗？

2．请细心观察生活并把遇到的惯性现象记录下来。

3．以惯性，惯性应用为关键词，上网或图书馆搜索相应资料。

4．课本P105页2，5。

[作业设计意图：课后练习题可加强对知识的理解；另外增加了一些搜索资料与促进思考的主观题，目的在于养成学生思考和查找资料、留心观察生活等习惯]

[板书设计]

6.1 牛顿第一定律

（一） 历史回顾

1．亚里士多德

2．伽利略 精心观察 实际实验 理想实验 得到结论

3．笛卡尔

4．牛顿

（二 ）牛顿第一定律

1．内容

2．意义

副板书

形容体操运动员的词：轻 灵活 容易改变运动状态 惯性小

形容相扑运动员的词：重 笨拙 不易改变运动状态 惯性大

[设计意图：主板书展示本节课的主要流程及其重点知识、方法；副板书展示课中的分析过程，目的在于形象清晰地展示老师所要表达的重点；另外不能一味地使用ppt放映，需要将二者完美结合着使用。]

七、教学反思

牛顿第一定律这节课是司南版高中物理必修一第六章第一节，作为牛顿三大定律之一。这节课主要涉及牛顿第一定律、惯性、质量是惯性量度等知识点。学生通过初中阶段学习对于伽利略理想斜面实验、牛顿第一定律、惯性等内容均已经熟悉，我们一直在思考，他们到了高中阶段再学这节课老师们该给学生什么呢？每节课的教学我们的基本理念就是借着一连串的问题，带学生回到问题的最原始阶段，师生一起一步步经历定律得到的过程，我们当时认为这个定律的获得过程所涉及到的一些方法是相当有代表性的，可以说是经典力学的奠基方法。我查考了一些物理学史，自己首先被深深吸引，特别是伽利略的研究习惯与方法，我们知道伽利略的理想实验对于力与运动关系的研究有重大意义，我自己一直在思考伽利略的理想斜面灵感到底来源于哪里呢？最终发现伽利略亲自做的针和单摆实验与斜面实验有相似之处，自己当时是非常兴奋的，（这估计就是学生们自己获得知识的成就感即情感体验）。物理学史的记载也证实了我的发现，当时我们觉得这个灵感的来源对于培养学生的思考很有益，所以在历史回顾这一部分我们稍微回顾了学生初中学的斜面实验以及物体不受力将一直运动下去的结论，把重点放在伽利略这一理想实验的思想来源，通过实际实验以及flash课件模拟相结合引导学生感悟伽利略的研究过程，明白平时要养成观察、思考与实验的习惯。质量是惯性大小的量度，该知识点是新的，初中没有涉及。这部分主要从学生熟悉惯性现象出发，引导学生从众多现象中找出共同点，归纳出规律；此处上课注重引导学生从现象找到规律，再通过月球上宇航员的运动情况确认质量是惯性的量度而不是重量，教学的过程也是在引导学生如何进行科学研究。故此对于这节课就确定了两个重点：伽利略的研究方法（观察-实验-罗辑推理获得理想实验-合理外推得到结论）和质量是惯性大小的量度。总的来说我们上课的习惯是带着学生回到问题产生的原始过程，经历伽利略的研究过程，感悟其研究方法，上完这节课学生会觉得是自己发现了这个定律，自己找到众多惯性现象的共同衡量尺度——惯性；培养严谨认真的科学态度，产生获得知识的成就感，激发求知的欲望。我们很看重学生自我学习的能力，这对他们的一生都是有益的。老师的语言、表达手法十分重要，学生喜欢你跟他们一起研究，不要立马告诉他们答案，跟学生们一起上课，我总是很开心，自己也完全融入课堂。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/3c08bdf06e1aff00bed5b9f3f90f76c661374c14.html