物理必修11 牛顿第一定律教案

“牛顿第一定律”的教学设计与课堂实录

一、指导思想及课前设计

高中物理第一册“牛顿第一定律”一节，属初、高中知识的结合部．学生在初中学习中．已经了解了牛顿第一定律的基本内容．如何以初中知识为生长点、以教材内容为线索，展开科学方法教育与思维能力培养是本课教学活动的主要目标．故教学的侧重点应放在理解伽利略对“运动物体不受外力作用会保持自己的速度不变”论断的研究、思考、推理过程，学习科学研究中常用的理想实验方法．为此本节教学采用讨论式：教师列出讲演提纲，在阅读教材的基础上，请一位学生率先演讲，引发学生的问题，展开答辩与讨论．教师在其间适当引导与点拨，并由教师概括总结．设计这样的教学方式，是基于教材具有循环性，学生已有一定基础．旨在让学生处于主动地位．追寻科学家走向成功的足迹，学会像物理学家那样发现问题、思考问题与解决问题．

课堂教学中，应引导学生特别注意伽利略的理想实验，注意它忽略次要因素、抓住主要因素的科学性．课堂教学中，还应引导学生不只是简单地否定或肯定什么，而且知道为什么否定或肯定以及如何进行否定或肯定．

学生演讲提纲是：关于力与运动的关系，①亚里斯多德的观点是什么？②伽利略的观点是什么？③我的看法是什么？④牛顿第一定律是如何表述的？

预前问题是：1．从某一高度沿斜面滚落的球为什么可以沿对接的另一斜面滚上同样的高度？2．定律为什么不以伽利略的名字命名而称为牛顿第一定律？3．牛顿第一定律包含了哪些内容？问题1是为了深入理解伽利略的理想实验与科学推理方法；问题2是使学生了解从亚里斯多德到伽利略到牛顿，人们对惯性定律的认识是如何逐步逼近真理的；问题3则是使学生对定律的认识比初中提高一步．

二、课堂实录

  【引入】教师提出本课学习任务及教学方式，板书阅读提纲．

（学生阅读教材“牛顿第一定律”一节全文，教师巡视．）

【学生演讲】（学生L被推为主讲）

古希腊学者亚里斯多德处在他的时代，对世界的认识是很有局限的．所以亚里斯多德根据日常观察得出的结论是：物体受了力才能运动，不受力，运动着的物体就会停下来，他认为力是物体运动的原因．伽利略不同意亚里斯多德的看法．他认为一辆小车不再推它会停下来是由于受到摩擦阻力的缘故．假如没有摩擦力，这小车便不会停止运动．伽利略设计了一个理想实验来证明这一点：他把两个光滑的斜面对接起来，先把一个光滑小球从一个斜面上某高度释放，小球沿着斜面滚下来，然后滚上另一个斜面，在另一个斜面上它将滚到与释放点等高的地方．对接的斜面倾角越小，小球要滚到原来的高度通过的距离越长，那么当对接的斜面成为水平面的话，小球就要一直地滚下去，这说明小球如果不受摩擦阻力，就可以持续地运动．我们生活在当今世界，从一开始接受的就是伽利略以来的物理学知识，所以我赞同伽利略的观点．我觉得牛顿第一定律的表述是完全正确的，这个定律反映了物体不受外力时的运动规律，指出了所有物体都具有惯性，同时也说到外力将迫使物体改变运动状态．

【讨论】（有删减）

教师；刚才L同学概述了亚里斯多德和伽利略对运动与力的关系的观点以及牛顿第一定律的内容，同时表明了自己的观点．下面，同学们可以提出问题，请L同学答辩，也可以互相讨论，请大家各抒己见．

学生W：伽利略用理解实验作推论的一个重要前提是小球沿对接的斜面总可以滚到原来的高度，请解释一下这是为什么？

学生L：这个问题可以解释：小球在高处有势能，滚到斜面底部势能变成动能，再滚上另一个斜面时，动能又逐渐还原成势能．因为理想实验中的斜面是光滑的．没有摩擦，所以最后的高度一定与原来的高度一样．（初中学过动能与势能转化与守恒的知识，W学生表示认可．）

学生F：我觉得这个解释是后来人作的，伽利略当时知道动能势能的概念吗？

教师：是啊，关于能的概念是伽利略以后一个半世纪才由英国物理学家托马斯·杨加以明确的．

学生L：这………请其他同学发表高见！（一片议论）

学生Z：我想伽利略可以做实验．他在实验中可以把斜面做得很光滑，这样他会发现小球每次滚上的高度几乎与原来落下时的高度相同，于是就可以推论，当斜面极其光滑毫无摩擦时应当正好与原来等高．

学生S：我觉得伽利略可以通过计算．老师以前曾讲过一个例题，那个例题很像伽利略的理想实验，我曾算过，小球在两个斜面上的高度是一样的．

教师：Z同学和S同学的见解很好．Z同学所说的正是伽利略理想实验的事实基础，伽利略的思考过程确实与Z同学所说相似，只是伽利略还借助了类比物——单摆．他是从单摆在空气阻力很小的情况下来回摆动时到达几乎相同的高度演化到小球在两个对接斜面上的滚动，得出结论的．所以伽利略的理想实验虽然无法实现，伽利略的结论也不能直接从实验得出，但它们有事实作依据，是观察与思考的结果．S同学能联系学过的知识，对一个例题中的情景给出正确的模型，值得大家学习．关于这个理想实验，同学们还有问题吗？

学生C：我注意到两个斜面的连接处是圆弧线，这是为什么？

学生L：我想这是为了不让小球弹跳，能使小球连续地滚动吧．

学生Y：我想，亚里斯多德讲力维持运动，这力指的是动力，这样理解的话，他的观点就对了．

学生L：指动力也不对，一只足球踢了一脚不再踢它，没有了动力，它还能继续运动．

教师：我来提一个问题：伽利略研究得出的正确结果为什么隔了一代以后才由牛顿写成牛顿第一定律？

学生X：我在一本书上看到，伽利略只是提出物体在没有外力作用于它时沿直线匀速运动下去，没有“直到有外力迫使它改变这种状态”一说，也就是不完整不全面．

教师：是的．伽利略发现了不易直觉的摩擦力，改变了亚里斯多德根据直接经验得出的直觉结论，应用科学的推理方法得出了正确的结论．伽利略在他的著作《两种新科学的对话》中写道：“……一个运动的物体假如有了某种速度以后，只要没有增加或减小速度的外部原因，便会始终保持这种速度——这个条件只有在水平的平面上才有可能……只有水平面上的运动才是不变的……．”我们看到伽利略的认识已经很接近惯性定律了．但是他的认识还不够确切，认为只有在水平面上物体才具有保持速度的特性，他甚至曾由此而推论地球是圆的，任何水平面实际都是球面，物体不受力时将沿地球表面匀速地运动下去，这样伽利略又重落入亚里斯多德从来将作匀速圆周运动视为物体本性的巢臼之中，一个伟大的定律从伽利略身旁悄然滑过了．

牛顿继承了伽利略的研究成果，并以自己的发现完善了这些成果，以定律的形式，作出了完整准确的结论：“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状态为止。”

我们看到，从亚里斯多德以来，关于力与运动的问题，经过了几千年漫长的求索过程，直到伽利略和牛顿时代以后，才加快了认识进程，认识世界发现真理是很不容易的．

接下来请同学们再来讨论一下牛顿第一定律．这个定律包含了几层意思？

学生W：我觉得定律有两层意思：1、定律指出一切物体都具有保持原来运动状态的惯性．2、定律指出了外力是改变运动状态的原因．

教师：对．让我们再注意一下定律中的几个字眼：“一切”、“总”、“或”．

“一切”，说明天地万物无一例外．“总”，指出物体的惯性是物体固有的属性，不论物体处于什么状态．“或”，指出了静止与匀速直线运动的等同性．它们都是物体不受外力时的运动状态．

【总结】教师对活跃的课堂气氛和积极的学习态度加以肯定，关于伽利略理想实验的讨论尤加赞赏，鼓励学生在今后的物理学习中要像这堂课上一样，多思考、多讨论，把知识学透、学活．

(浙江宁波市效实中学  315010  沈晨)