必修一牛頓第一定律教案
必修一牛頓第一定律教案
牛頓第一運(yùn)動定律,簡稱牛頓第一定律。又稱慣性定律、惰性定律。接下來學(xué)習(xí)啦小編為你整理了必修一牛頓第一定律教案,一起來看看吧。
必修一牛頓第一定律教案(一)
教學(xué)準(zhǔn)備
教學(xué)目標(biāo)
1.知識與技能
?、朋w會伽利略的理想實驗思想。
⑵理解牛頓第一定律的內(nèi)容及意義;理解力和運(yùn)動的關(guān)系。
?、抢斫鈶T性的概念,知道質(zhì)量是慣性大小的量度。
2.過程與方法
?、磐ㄟ^回顧歷史探究過程理解牛頓第一定律的形成過程。
?、评斫饫硐雽嶒炇强茖W(xué)研究的重要方法。
3.情感態(tài)度與價值觀
?、磐ㄟ^運(yùn)動和力的關(guān)系的歷史探究過程,使學(xué)生體會規(guī)律的形成都有一個從感性到理性、從低級到高級的產(chǎn)生、發(fā)展和演變的過程。
?、仆ㄟ^理想斜面的教學(xué),體會理想實驗的魅力。
教學(xué)重難點
【重點】 加深對牛頓第一定律和慣性的理解。
【難點】 轉(zhuǎn)變經(jīng)驗概念,明確慣性是物體的一種屬性,任何物體都具有,牛頓定律是慣性現(xiàn)象的規(guī)律總結(jié)。
教學(xué)過程
(一)創(chuàng)設(shè)游戲,引入課題
撕紙游戲
猜一猜:
1.一張紙已剪成兩截,但未完全剪斷,如果迅速用力撕兩邊,紙會斷成幾截?
2.現(xiàn)在把紙剪成三截,但未完全剪斷,如果迅速用力撕兩邊,紙會斷成幾截?
大家不要動手,先猜一猜。
3.如果在中間的紙下面夾一個夾子,然后迅速撕兩邊,紙會斷成幾截?
請大家想一想:為什么是這樣一個結(jié)果呢?怎樣解釋我們的游戲呢?其實,在我們的游戲中還涉及到一個古老的話題──力和運(yùn)動:用力撕紙,紙條斷開運(yùn)動起來。運(yùn)動和力之間到底有什么關(guān)系呢?帶著這些問題,我們一起來體驗古人的探究過程,學(xué)習(xí)古人的探究方法,進(jìn)一步理解論述運(yùn)動和力關(guān)系的牛頓第一定律。
(二)回顧歷史,探究定律
1.情景設(shè)問,經(jīng)驗猜想
在人類歷史的長河中,運(yùn)動和力如影隨形,總是和人們的生活、生產(chǎn)密切相關(guān)。比如:馬拉車則車前進(jìn),不再拉,前進(jìn)的車會停下來;人象推車則車前進(jìn),不再推,前進(jìn)的車會停下來;踢球,球沿草地向前滾動,不再踢,滾動的球會慢慢停下來。
思考:運(yùn)動和力之間有什么關(guān)系呢?
最早提出這個問題并給出經(jīng)驗猜想的是古希臘學(xué)者亞里士多德。
他根據(jù)生活生產(chǎn)經(jīng)驗猜想:必須有力作用在物體上,物體才能運(yùn)動;沒有力的作用,物體就要靜止在一個地方。運(yùn)動需要力維持。
他的觀點來自實際經(jīng)驗,還能用實際經(jīng)驗驗證,所以被人們廣泛接受,并維持了近兩千年。
設(shè)問:我們現(xiàn)在知道,他的觀點是錯誤的。那么他有貢獻(xiàn)嗎?
亞里士多德的貢獻(xiàn):開創(chuàng)了一個新的研究領(lǐng)域。
首先質(zhì)疑并深入研究的是十六世紀(jì)的伽利略。他觀察了球的滾動。
2.質(zhì)疑假設(shè),科學(xué)猜想
當(dāng)球沿斜面向下滾動時,它的速度增大,而向上滾動時,速度減小。他由此猜想:當(dāng)球沿水平面滾動時,它的速度應(yīng)該不增不減。實際觀察的結(jié)果是:沿水平面滾動的球越來越慢,最后停下來。
?、佻F(xiàn)象:沿水平面滾動的球越來越慢,最后停下來。
按照亞里士多德的觀點,球停下來是因為沒有力的作用。伽利略恰恰從這一現(xiàn)象出發(fā),對亞里士多德的觀點提出質(zhì)疑。
②質(zhì)疑:滾動的球之所以停下來,真的是因為沒有力的作用嗎?
設(shè)問:球停下來的原因是什么呢?
在伽利略之前,人們還沒有意識到摩擦力這種無形的力,伽利略是第一個意識到摩擦力的人。
他改變了水平面的粗糙程度,發(fā)現(xiàn):水平面越光滑,球滾得越遠(yuǎn)。于是,他推斷這是摩擦阻力作用的結(jié)果。
結(jié)論:滾動的球停下來,是摩擦阻力作用的結(jié)果。
?、奂僭O(shè):若沒有摩擦阻力,沿水平面滾動的球?qū)⒃鯓舆\(yùn)動呢?
?、懿孪耄喝魶]有摩擦阻力,球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾動下去。
過渡:伽利略設(shè)計了一個雙斜面實驗。
3.實驗探究,得出結(jié)論
(1)雙斜面實驗
左斜面固定,右斜面傾角可變。實驗中我們設(shè)定小球始終從左斜面定位卡處由靜止釋放。
①固定右斜面,改變小球所受的摩擦,觀察小球上升的最大高度怎樣變化。重復(fù)一次。
思考:
1.小球所受摩擦阻力的大小與小球上升的最大高度之間有什么關(guān)系?
2.摩擦阻力的大小與釋放點到上升的最高點的高度差是什么關(guān)系?
3.如果沒有摩擦,小球會上升到多高的地方?
?、跍p小右斜面傾角,觀察小球沿斜面運(yùn)動的最遠(yuǎn)距離怎樣變化。重復(fù)一次。
思考:
1.減小右斜面傾角,小球沿斜面運(yùn)動的最遠(yuǎn)距離如何變化?
2.如果沒有摩擦,減小右斜面傾角,沿斜面滾動的最遠(yuǎn)距離怎樣變化?小球?qū)⑸仙蕉喔叩牡胤?
③將右斜面放平,釋放小球,觀察小球的運(yùn)動。
思考:
1.如果水平木板足夠長,小球會停下來嗎?
2.如果沒有摩擦,水平木板足夠長,小球?qū)L到哪里去呢?
過渡:現(xiàn)在通過動畫來模擬沒有摩擦阻力時小球的運(yùn)動。我們?yōu)閯赢嬇淞艘欢卧拕 ?/p>
(2)動畫模擬
(老師扮演伽利略,學(xué)生扮演小球。)
伽利略:小球先生(小姐),如果沒有摩擦,你會爬上什么高度呢?
小球:我會搭乘夢想的階梯一步一步往上爬,直到爬上原來的高度。
伽利略;如果我減小右斜面的傾角,你還會爬到原來的高度嗎?
小球:夢想有多高,我就可以爬多高,只是我要走的路程更長了。
伽利略:如果我繼續(xù)減小右斜面的傾角呢?
小球:我心依舊,只是又多了一段山水之程。
伽利略:如果我把右斜面放平,你還會為了自己的夢想而前行嗎?
小球:路漫漫其修遠(yuǎn)兮,吾將上下而求索。既然選擇了高度,留給世界的便只能是背影。
播放周杰倫的《蝸?!饭?jié)選:我要一步一步往上爬/在最高點乘著葉片往前飛 /小小的天 留過的淚和汗/總有一天我有屬于我的天
希望同學(xué)們像小球一樣懷著夢想,沿著人生的軌道一步一步往前行!總有一天,你有屬于你的天!
過渡:伽利略的雙斜面實驗是一個理想實驗。
(3)理想實驗的魅力:
實驗(事實)+邏輯推理
通過可靠的實驗事實,加上合理的邏輯推理,得出規(guī)律的一種方法。
理想實驗的魅力:實驗不能實現(xiàn)的地方,思維向前一步。
這種方法非常了不起!愛因斯坦是這樣評價的: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)的真正開端。這個評價實事求是,從亞里士多德到伽利略,經(jīng)歷了2000多年,物理學(xué)徘徊不前;從伽利略到愛因斯坦,只經(jīng)歷300多年,物理學(xué)的大廈初步建立,大師輩出。這都得益于伽利略首創(chuàng)的實驗研究方法。
過渡:通過雙斜面理想實驗,伽利略得出了結(jié)論。
(3)伽利略:若沒有摩擦阻力,沿水平面滾動的球?qū)⒂肋h(yuǎn)滾動下去。運(yùn)動不需要力維持。
回顧、思考:
?、凫o止的車、足球為什么運(yùn)動起來?
?、谶\(yùn)動的車、足球為什么會停下來?
?、哿瓦\(yùn)動之間有什么關(guān)系?
力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。
設(shè)問:運(yùn)動狀態(tài)是用什么物理量描述?
車由靜止變?yōu)檫\(yùn)動,受到了推、拉力;由運(yùn)動變?yōu)殪o止,受到了摩擦阻力。足球由靜止變?yōu)檫\(yùn)動,受到了腳的力;由運(yùn)動變?yōu)殪o止,受到了草地的摩擦阻力。
過渡:與伽利略同時代的法國科學(xué)家笛卡爾對他的觀點進(jìn)行了補(bǔ)充。
4.補(bǔ)充完善,形成定律
(1)笛卡爾的補(bǔ)充:除非物體受到力的作用,物體將永遠(yuǎn)保持其靜止或運(yùn)動狀態(tài),永遠(yuǎn)不會使自己沿曲線運(yùn)動,而只保持在直線上運(yùn)動。這應(yīng)成為一個原理,它是人類整個自然觀的基礎(chǔ)。
笛卡爾補(bǔ)充了物體不受力時保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)。
過渡: 1642年,伽利略逝世,1643年牛頓在英國誕生。牛頓是人類歷史上最偉大的科學(xué)家之一。主要貢獻(xiàn)有發(fā)明了微積分,發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律和經(jīng)典力學(xué),設(shè)計并制造了第一架反射式望遠(yuǎn)鏡等等。
牛頓在1687年出版的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中提出了三條運(yùn)動定律。牛頓把伽利略、笛卡爾的正確結(jié)論總結(jié)成為牛頓第一定律,它是牛頓物理學(xué)的基石。
(2)牛頓第一定律:一切物體總保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。
過渡:現(xiàn)在我們來理解定律。
(三)理解定律,了解慣性
思考:牛頓第一定律中論述的運(yùn)動和力的關(guān)系是怎樣的?
1.運(yùn)動和力的關(guān)系:力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因。
物體不受力,保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài);運(yùn)動狀態(tài)變化,物體一定受到力的作用。
思考:物體不受力時“總保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)”,這能不能通過實驗驗證呢?
不能。由于不受力作用的物體是不存在的。許多阻力很小的現(xiàn)象可以幫助我們理解牛頓第一定律。
2.阻力很小的現(xiàn)象:冰壺
從視頻可以看出,冰壺在一段時間內(nèi)速度的大小和方向幾乎不變,直到碰上另一個冰壺。
思考:定律中還論述了什么呢?
3.慣性:
?、俑拍睿何矬w保持原來的勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)。
設(shè)問:一切物體都有慣性。做變速運(yùn)動的物體有慣性嗎?
當(dāng)物體做變速運(yùn)動時,由于慣性,物體會抵抗速度的改變,從而使速度的改變需要一段時間。比如汽車緊急剎車時不會立即停下來,而是繼續(xù)向前滑行一段距離。
?、谝磺形矬w有慣性,有抵抗運(yùn)動狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”。
物體慣性大,“本領(lǐng)”大,運(yùn)動狀態(tài)難改變;物體慣性小,“本領(lǐng)”小,運(yùn)動狀態(tài)易改變。
思考并猜想:物體的慣性大小和什么因素有關(guān)?
游戲:用嘴吹書
提起書,用最大力氣吹垂下的封面;用手提起封面,用最大力氣吹垂下的書。
思考:你觀察到了什么現(xiàn)象?這個現(xiàn)象能說明慣性和質(zhì)量的關(guān)系嗎?
?、蹜T性與質(zhì)量:質(zhì)量是慣性大小的量度。
質(zhì)量只有大小,沒有方向,是標(biāo)量。在國際單位制中,質(zhì)量的單位是千克,單位符號為kg。
在初中質(zhì)量定義為物體所含物質(zhì)的多少;現(xiàn)在進(jìn)一步從慣性的角度認(rèn)識了質(zhì)量;以后還要從物體間的引力認(rèn)識質(zhì)量。
過渡:現(xiàn)在,就可以解釋撕紙游戲了。
(四)再設(shè)情景,規(guī)律應(yīng)用
1.思考:怎樣解釋撕紙游戲?
有夾子,增大了中部的質(zhì)量,增大了慣性。當(dāng)迅速撕開兩邊時,中部仍保持靜止?fàn)顟B(tài),所以撕成三截。無夾子,中間紙條慣性很小,靜止?fàn)顟B(tài)易改變。由于撕開紙條的力左右有差異,所以撕成兩截。
過渡:了解了慣性的知識,我們還能用它判斷是非。
2.美國空軍UFO檔案記載,1952.12.6黎明前,一架B29轟炸機(jī)在墨西哥灣上空訓(xùn)練時,一個很大的不明飛行物以4000km~15000km的時速靠近、經(jīng)過、遠(yuǎn)離它。在目擊描述中,不明飛行物能迅速增減速度,甚至還能驟然停止。
思考:1.如果沒有特別的裝置,UFO驟然停止時,外星人飛行員的命運(yùn)是怎樣的?
2.人們想象外星人持有慣性消除器,用來消除自身的慣性,以便應(yīng)對速度的迅速變化,你怎么看?
我們利用慣性的知識發(fā)現(xiàn)了UFO檔案記載中的疑點。希望大家在遇到問題時利用所學(xué)知識,冷靜分析。
(五)課堂總結(jié),課外探究
1.了解了運(yùn)動和力關(guān)系的探究過程。
在探究過程中,亞里士多德是開拓者。伽利略首創(chuàng)了理想實驗方法;笛卡爾補(bǔ)充了伽利略的觀點;牛頓提出了慣性、力、慣性參考系的概念。
2.體會了理想實驗的魅力:實驗(事實)+邏輯推理
3. 深入理解了牛頓第一定律,知道了質(zhì)量是慣性大小的量度。
4.后來愛因斯坦等科學(xué)家又進(jìn)一步發(fā)展了牛頓第一定律。沒有哪一個定律是終極真理,物理學(xué)的大廈永不封頂,還等待你們?yōu)樗泶u加瓦!
課外探究:有人說劉謙的螺絲魔術(shù)顛覆了牛頓第一定律:不給螺帽力的作用,螺帽也能運(yùn)動起來。你怎么看?請在百度中搜索“劉謙螺絲魔術(shù)揭秘”,弄清劉謙螺絲魔術(shù)的原理。
效果分析:
因為本節(jié)內(nèi)容在初中已有接觸,所以在本節(jié)課的設(shè)計中,我想能不能讓學(xué)生通過對本課的預(yù)習(xí)和課外查閱資料,由學(xué)生參與互動,最后老師以總結(jié)者的身份來點評和補(bǔ)充效果好。
特別是實驗、視頻、小品的使用,激發(fā)了學(xué)生興趣,促進(jìn)了教學(xué)。
關(guān)于力和運(yùn)動關(guān)系的發(fā)展過程是很好的物理學(xué)史的教材,如何讓學(xué)生在一堂課中體驗這種物理規(guī)律形成過程是我們所要思考的。