《牛顿第一定律》优化设计

方雪冬 杨琴

一、教材分析

1.地位和作用

本节课是人教版九年义务教育八年级下册《物理》教材第八章第一节的内容.它是在学生学习了上册第一章“机械运动”和本册第七章“力”的概念等基础知识之后，进一步研究运动和力之间的关系，以加深对力的概念的理解，正确认识力和运动二者之间的关系（即力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因）.为进一步学习二力平衡，为高中进一步学习牛顿第一、第二定律等动力学知识打下良好的基础，所以，本节内容是整个经典力学的奠基石，具有承上启下的作用.

运动和力的关系问题不仅深化了人类对自然的认识，而且体现了科学研究的基本方法，对人类的思维发展产生了重要影响.

2.学情分析

八年级学生经过半年物理知识的学习，具有了初步的物理思维和观察分析物理现象的能力，并且对物理学科也培养了比较深厚的兴趣.但是，由于学生在学习牛顿第一定律之前已经在生活中通过自己的观察积累了大量关于运动和力的知识的前概念，即力是维持物体运动的原因.这一前概念在学生潜意识里会深深地影响学生的思维和判断，要让学生把这种比较牢固的然而又是错误的认知纠正过来，真正领会和接受牛顿第一定律，并不是一件轻而易举的事情.所以做好教材上的实验，并在此实验的基础上进行分析、推理成了本课成败的关键问题.

3.教学目标

（1）知识与技能

①知道牛顿第一定律的内容，能用自己的语言表述牛顿第一定律;

②通过分析牛顿第一定律的内容，了解牛顿第一定律的内涵;

③知道物体的运动不需要力来维持，知道力是改变物体运动状态的原因;

④能通过生活经验和大量事实认识一切物体都具有惯性.能用物体的惯性解释生活和自然中的有关现象.

（2）过程与方法

①通过实验的观察、分析、推理，概括出牛顿第一定律，让学生领会实验加推理的科学研究方法，培养学生的科学推理和想象能力;

②经历牛顿第一定律的发现过程，体验“分析与论证”这一探究要素;

③体会伽利略对日常生活中常见的现象进行科学实验的方法，并加上科学的推理这一具有开创性的研究方法，这一方法为物理学的发展奠定了基础.

（3）情感态度与价值观

①通过对生活现象的分析，感受物理就在身边;

②通过介绍牛顿第一定律的发现史，了解人类认识事物本质的曲折过程，对学生进行严谨的科学态度的教育;

③认识交流与合作的重要性，有主动与他人合作的精神，敢于提出与别人不同的见解，也勇于放弃或修正自己的错误观点.

4.教学重点：实验分析和推理，牛顿第一定律.

教学难点：牛顿第一定律，用惯性解释生活中的现象.

5.学时：1课时

6.教具：多媒体投影仪、斜面、小车、棉布、毛巾、长木板.

学具：斜面、小车、棉布、毛巾、长木板.

二、教学方法：讲解法 、实验探究法 、小组合作学习法

三、学法：实验探究法、小组合作学习法

四、教学过程

（一）复习：什么是力？力的作用效果有哪些？

（二）导入新课：一列高速列车正以300 km/h的速度匀速直线行驶，车上的小刚同学如果竖直地向上跳，当他落下来的时候，会落在起跳点的前面、后面还是原地？

（三）新课教学

1.探究实验

（1）提出猜想

等学生猜测、争论后，问：同学们想知道这个问题的答案吗？大家认真学习完本课内容后就知道了.【板书课题：牛顿第一定律】

老师演示、提问：一个没有动力的实验小车放在水平面上，我推它一下，他就会运动起来，最后它会怎样？是放手后立刻停下来吗？这段距离有长有短，这个长度跟哪些因素有关呢？

学生讨论后回答：可能与小车质量有关、与水平面粗糙程度有关、与推力大小有关.

（2）设计实验

师：由于小车滑行距离可能与以上三个因素有关，所以在进行研究的时候要注意控制变量.教师指出本节课我们重点研究小车滑行距离与粗糙程度的关系，其它两个影响因素同学们课余时间自行探究.请各小组设计出实验方案.

在小组设计的基础上在全班进行交流，对设计思想不科学和不严密的方案进行纠正，对设计不完善的方案进行补充.特别提醒学生注意如何解决控制推力大小相同的问题.教师适时提示：推力大小直接影响物体初始的速度，人工控制是困难的，改为从斜面上同一高度自由释放.

（3）进行实验

师：请各小组根据自己的设计进行实验，注意自行设计表格记录结果，并加以分析、比较，并注意归纳出结论.

教师巡回指导.

（4）分析与交流

师：请各小组将自己的实验结果与邻近的小组交流，看看彼此有哪些相同之处与不同之处.

师：请各小组将你们的实验结果拿到展台上与全班交流.

部分小组的实验数据记录如表1所示.

讨论：

师问1：比较表1中三种表面粗糙程度有什么不同？

师问2：小车在三种表面运动距离远近又有何不同？

师问3：小车在三种表面运动时减速的快慢有何不同？

师问4：根据以上三组数据，你们得出了什么结论？

老师在表格末尾补充一列“减速快慢”，并在对应栏填上相应内容：很快、较快、较慢.

师问5：同一个小车，从同一高处滑下，即初速度是相同的.那为什么在三种表面运动距离远近不同呢？

学生分析出是因为小车运动时受到的摩擦阻力不同造成的.此时教师在表格末尾补充一列“摩擦力大小”，并引导学生在对应栏填上相应内容：很大、大、小.

师问6：有没有办法让小车运动的距离更远些？请各小组的同学讨论一下，提出本组有些什么方案.

讨论结束后请一个组的同学提出自己小组的方案，其它组补充.

我们还能否想出更“绝”的方案呢？此时老师演示气垫导轨实验，指出，在滑块与导轨之间会形成一层空气“膜”，这样滑块就不与导轨接触，而是在空气“膜”表面上滑动，此时导轨受到的摩擦力相当小，滑块可以运动很长时间.

师问7：我们采取这一系列方法最终起到一个什么作用？

师问8：研究进行到此，你能想像到一个什么问题？

生：如果表面绝对光滑，没有丝毫阻力，那么小车速度不会减小，将一直运动下去.

师：这位同学说，如果完全没有受到阻力，小车会这样（边说边模拟一直运动，永不停息状）一直运动下去？会吗？同意的同学请举手.不同意的同学说说你不同意的理由？

让同意和反对这一观点的两方同学充分思考、辩论，展开师生对话、生生对话和交流，让学生充分把潜意识里的、根深蒂固的错误观念都暴露出来，通过大家讨论甚至争论，加以澄清.

2.历史回顾

课件展示：伽利略当年所作的凹面实验及伽利略的论点：

如果运动的物体不受阻力，将会以恒定不变的速度永远运动下去.

课件展示：笛卡尔的观点：如果没有其它原因，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.

师：笛卡尔发展了伽利略的观点，指出不仅快慢不变，而且运动方向也不会改变.

【板书课题：牛顿第一定律内容】

一切物体在没有受到外力作用时，总保持匀速直线运动状态或静止状态.

师：首先，牛顿进一步扩展了定律的内容，它不仅包含运动的物体，也包括静止的物体.前者在研究时，只关心是否受到阻力，牛顿进一步假设如果不受任何力物体的运动情况.

师结合课件介绍牛顿第一定律建立历程，指出伽利略发现的结论的意义不仅使人们获得了对于运动与力之间关系的正确认识，更在于他把科学实验引入到物理研究中来，使物理真正成为一门科学，而不是单纯的想像和经验.并且在实验研究的基础上进行科学推理，这一思想方法更是人类思想史上伟大的成就.爱因斯坦认为伽利略开创的科学研究方法，标志着物理学的真正开端.

师指出：牛顿第一定律是在实验事实的基础上经过推理过程中得出的，不能用实验来直接验证，但是由此得出的很多推论却经受住了实践的检验.

3.解读牛顿第一定律

（1）定律成立的条件是什么？

（2）定律的适用范围呢？一切物体运动的、静止的、固体、液体、气体.

师问：定律中“总”是什么意思？“或”该怎么理解？

师小结：“总”是“永远、永恒”的意思;“或”是两者选其一的意思.那么根据你的理解，在没有受到外力作用时，哪些物体会保持静止？哪些物体会保持匀速直线运动？

师小结：用一句通俗的话概括：[静者恒静，动者恒动（板书）].

（3）现在我们来搞一个小比赛，请你把牛顿第一定律的意思正确地表述一遍，但是在表述的过程中，不能出现“一切物体”、“总”、“或”这些字.看看谁说得更好.“犯规”的同学就“罚”把别人的话复述一遍.

4.惯性的概念

师：根据牛顿第一定律，我们已经明白了，静者会恒静，动者会恒动，现在我们更进一来思考一下，造成静者恒静是它自身的原因还是外界强加给它的？

而造成动者恒动的原因又是什么呢？对了，原来静止的物体继续保持静止，原来运动的物体继续保持匀速直线运动状态，并不是外界造成的，而是它自身的原因.也就是说，所有物体都有这么一种“脾气”，或者说是“习惯”，它原来是运动的，就不“想”静止;它原来是静止的，也就不“想”运动，物体的这种“习惯”，我们给它起个什么名字好呢？

【板书：惯性】

那么，原来运动的物体继续运动，需要力来维持吗？

师小结：【板书：力不是维持物体运动的原因】

但是我们通常看到运动的物体最终停下来，他的运动状态变化了，是什么因素造成的？

那么，力到底起到了什么作用？

师小结：这说明【板书：力是改变物体运动状态的原因】

5.惯性现象

（1）演示实验：课本P18图和8.1-3实验.问：如何解释这一现象？

师小结：解释惯性现象，第一，明白原来两个相关物体（或者一个物体的两个部分 ）原来的运动状态;第二，当其中一个物体（或者物体的一个部分）受力改变运动状态后，另外一个物体由于惯性保持原来的运动状态;第三，得出最后的结论.

（2）学生举例讨论生活中的惯性现象.

步行时脚下被障碍物拌倒了都是向前摔倒，而学习滑冰的人一般都是向后摔倒，这是什么原因？

学生阅读“科学世界”，教师友情提示学生自觉遵守交通安全法，坐在小车前排的时候自觉系上安全带，珍爱自己的生命.

老师小结指出：惯性有利也有弊，有利的地方要利用，有弊的地方要注意防止.

（四）巩固练习

1.讨论课前在“导入新课”时提出问题.

师：现在请同学们考虑一下，这辆汽车运动情况会怎样？

2.一本原来放在桌上的书，如果受到的一切外力突然消失，这本书运动情况会怎样？

3.一个小球用一根细线吊着在水平面内做匀速圆周运动，（如圆锥摆运动）如果细线突然断了，小球会怎样运动？

4.飞机在高空沿水平方向匀速飞行，每隔相同的时间投下一枚炸弹，若不计空气阻力，则炸弹落地前在空中的排列是

A.在飞机的斜前下方B.在飞机的正下方

C.在飞机的斜后下方D.成一曲线，但不是抛物线

5.下列现象中，不属于利用惯性现象的是

A.用手拍打衣服上的灰尘

B.锤头松了，将锤柄在地上撞击几下

C.运动员采用助跑跳远

D.骑自行车时为了减速捏刹车闸

6.以下现象与惯性知识有关的是

A.洗衣机将衣服甩干

B.人踩到香蕉皮上易滑倒

C.汽车驾乘人员系安全带

D.汽车在转弯时应减速慢行

7.小睿坐在一列火车上，他想从车尾走到车头，为了省力，他应该在下列哪个时候走

A.火车加速前进时B.火车减速前进时

C.火车匀速行驶时D.任何时候都一样

五、板书设计

牛顿第一定律

一、内容：一切物体在没有受到外力作用时总保持静止状态或匀速直线运动状态.

二、解读：一切物体静者→恒静

动者→恒动

三、实质：力不是维持物体运动的原因

力是改变物体运动状态的原因

设计思路有力作用在物体上，物体就运动，撤去外力，物体的运动就会停止——力是维持物体运动的原因——这一结论的形成，既是顺理成章的，又是根深蒂固的，自然界中的无数现象都“印证”着这一结论.所以要让这么一个错误的前概念得以纠正，是一件很不容易的事情.很多教师在教学牛顿第一定律时，学生简单做完教材上三个典型实验，就直接问学生“如果没有阻力，物体会怎样”这么一个科学史上具有划时代意义的伟大设问，感觉太过突然，不符合人类对这一现象的认知规律，思维跳跃太大，转弯太急，学生潜意识里面的错误概念很难完全纠正过来.所以本课在设计时，在学生完成三个典型实验后，并不急于由教师直接提出这一设问，而是设计了8个环环相扣的问题链，在前面三个典型实验的基础上循序渐进地拓展学生的思维和想像，力求让学生水到渠成地萌发出“没受阻力的物体会怎样运动”这一关键设问.

另外，由牛顿第一定律得出惯性概念，很多老师也是非常直接地处理，这样不利于学生很好地理解惯性概念.所以，笔者对此也进行了一些叙述和交待，用“脾气”这一比喻来突出惯性是物体自身的属性，从而得出惯性概念和物体运动不要力来维持这一科学结论.