牛顿第一定律 高中物理必修一人教版教案.docx

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牛顿第一定律高中物理必修一人教版教案

集体备课教案

项目

内容

课题

§４.１牛顿第一定律

修改与创新

教学

目标

知识与技能

1.理解力和运动的关系，知道物体的运动不需要力来维持.

2.理解牛顿第一定律，知道它是逻辑推理的结果，不受力的物体是不存在的.

3.理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度.

过程与方法

培养分析问题的能力，要能透过现象了解事物的本质，不能不加研究、分析而只凭经验，对物理问题决不能主观臆断.正确地认识力和运动的关系.

情感态度与价值观

1.培养科学研究问题的态度.

2.利用生活中的例子来认识惯性与质量的关系.鼓励学生大胆发言，并学以致用.

教学重、

难点

重点

1.理解力和运动的关系.

2.理解牛顿第一定律，知识惯性与质量的关系.

难点

惯性与质量的关系.

教学

准备

课型

课时

安排

１课时

教学

过程

导入新课

常识导入

1.我国公安交通部门规定，从1993年7月1日起，在各种小型车辆前排乘坐的人（包括司机）必须系好安全带，为什么？

2.常见的柴油机、电动机等机器的底座非常沉重，而参加作战任务的战斗机却要抛掉副油箱以减小质量，这是为什么呢？

你能解释一下吗？

情景导入

用多媒体播放牛耕地的画面：

牛耕地时，牛拉着犁前进；牛停止拉犁，犁也停止运动.边播放边介绍，牛拉犁，犁前进；牛停犁也停.由此看来，必须有力作用在物体上，物体才运动；没有力作用在物体上，物体就不运动——两千多年前古希腊科学家亚里士多德就得出了这样的结论，这个结论正确吗？

学生讨论，教师借机导入新课.

推进新课

一、理想实验的魅力

自主探究

让学生利用桌子上的器材，自主设计实验，分别研究：

1.力推物动，力撤物停.

2.力撤物不停.

供选用器材：

小车、小球、毛巾、玻璃板、斜槽、刻度尺等.

学生操作时，教师巡回指导学生完成以下操作：

1.桌子上铺毛巾，小车放在毛巾上，推它就动，不推就停；

2.将毛巾换成玻璃板，或直接用桌面，把小车在桌面或玻璃板上推一下，它运动一段时间才停下来.

学生操作结束后，教师可以让一个学生说一下他的操作过程及看到的现象，由此可以得到结论.

结论：

物体的运动不需要力来维持.

为了证明这个结论的正确性，再让学生举出一些其他的实例来说明.如：

蹬一段时间自行车后停止蹬车，自行车还会滑行一段距离；在冰面上踢出去的冰块要运动一段距离才停止运动；空中飞行的飞机制动后仍然还会向前滑翔；射出枪蹚的子弹等等.

既然物体的运动不需要力来维持，刚才的两个实验为什么会出现两种现象呢？

矛盾出现在哪里呢？

下面用小球来做个对比实验.

实验探究

图4-1-1

A.使斜槽下端与桌子上铺好的毛巾吻合，让小球从斜槽上自由滚下，标出小球在毛巾上滚动的距离；

B.使斜槽下端直接与桌面吻合，让小球从斜槽上同一位置自由滚下，标出小球在桌面上滚动的距离；

C.使斜槽下端与桌面上的玻璃吻合，让小球从斜槽上同一位置自由滚下，标出小球在玻璃上滚动的距离.

通过观察对比实验，让学生分析实验，总结实验：

接触面越光滑，小球滚动的距离越远.

结论：

运动小球停下来的原因是受到摩擦力的作用.

为了引出伽利略的理想实验，教师可继续设疑：

若接触面光滑无摩擦小球会怎样？

学生讨论、交流，大胆猜想.（充分发挥学生的想象空间，发散思维）

在学生讨论交流的基础上，结合实验进一步总结.

结论：

物体的运动不需要力来维持.力撤物停的原因是因为摩擦力.若无摩擦力，运动物体会一直运动下去.最早发现这一问题的科学家是伽利略，他是怎样研究这个问题的呢？

（课件展示）用多媒体播放伽利略的理想实验（边播放边介绍）要动态出以下效果：

图4-1-2

A.对称斜面，无摩擦小球滚到等高.

B.减小另一侧斜面倾角，小球从同一位置自由释放要滚到等高，滚动距离越远.

C.把另一侧斜面放平，小球要到等高，就会一直滚下去.

根据这一现象伽利略得出了：

运动的物体若不受力，物体将匀速运动下去.

为了验证这个理论的正确性，下面通过气垫导轨实验来验证一下：

（介绍气垫导轨、光电门工作原理）

演示1：

利用气垫导轨消除摩擦，让滑块在导轨上滑动，利用光电门测出滑块在不同位置的速度.

学生记录数据并比较，感受伽利略理论的正确性.

让学生阅读课本找出：

1.伽利略的观点.

2.笛卡儿的补充和完善.

3.牛顿第一定律.

对比三个人的观点，他们都是叙述力和运动关系的，谁的更全面？

学生回答问题：

1.伽利略：

物体不受力时，运动的物体一直做匀速直线运动.

2.笛卡儿：

物体不受力时，物体将永远保持静止或运动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动.

3.牛顿：

一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态.

综上所述，牛顿第一定律更全面、更完善.

二、牛顿物理学的基石——惯性定律

为了进一步加深对牛顿第一定律的理解，培养学生理解问题的能力，教师可继续设疑：

既然牛顿第一定律更完善，那么它从几个方面阐述了力和运动的关系？

让学生讨论交流并回答：

两个方面：

不受力时，物体保持匀速直线运动状态或静止状态；受力时，力迫使它改变运动状态.

在学生回答基础上，进一步总结：

力不是维持物体运动状态的原因，力是改变物体运动状态的原因.

设疑：

牛顿第一定律能否用实验来验证？

结论：

不能，因为不受力作用的物体是不存在的.

受力但合力为零可看作不受力.在学生回答的基础上，作出肯定，并指出：

牛顿第一定律虽然所描述的是一种理想化状态，但它却正确揭示了自然规律.

三、惯性与质量

演示2：

在小车上竖放一长条木块，让小车在光滑玻璃板上运动，前面固定一个物体，

当车被物块挡住时，车上的木块向前倾倒，为什么？

图4-1-3

引导学生分析：

木块随车一起运动，当车被挡住时，车停止运动，木块的下半部分受到车的摩擦作用也随车停止运动，而上半部分由于要保持原来的运动状态，故向前倾倒.物体这种保持原来运动状态不变的性质叫惯性.

举例说明：

①木块立在静止的车上，忽然拉动小车，木块后倾.

②人站在匀速行驶的车厢内竖直向上跳起，仍落回原地.

总结：

惯性是指物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质.

从牛顿第一定律我们得知，一切物体都有保持它们原来的匀速直线运动或静止状态的性质，所以牛顿第一定律又叫惯性定律.当力迫使它改变这种状态时，它就会有抵抗运动状态改变的“本领”.这个“本领”与什么因素有关？

请大家通过实例分析.

讨论交流：

载重货车启动时，由静止到高速得需要较长一段时间；百米冲刺到终点后，体重大的运动员较难停下来.

通过这样的实例分析，使学生总结出：

运动状态变化的难易程度与质量有关.

结论：

惯性大小与质量有关，质量大的物体惯性大；质量小的物体惯性小.

一、课堂小结

通过本节的学习，我们知道了：

1.历史上几位科学家对力和运动关系的看法和研究.

2.伽利略得到力和运动关系的研究方法.

3.牛顿第一定律的内容.

4.惯性及应用惯性知识解决实际问题的方法.

板书

设计

§４.１牛顿第一定律

一．理想实验的魅力

1．亚里士多德的观点2．伽利略的观点3．笛卡儿的观点

二．牛顿物理学的基石——惯性定律

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

三．惯性与质量

物体保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫做惯性

教学

反思

学生对牛顿第一定律理解较好，但是对于惯性的理解还不够。

需要在这个方面多做努力。

集体备课教案

项目

内容

课题

实验：

探究加速度与力、质量的关系

修改与创新

教学

目标

知识与技能

1.理解物体运动状态的变化快慢，即加速度大小与力有关，也与质量有关.

2.通过实验探究加速度与力和质量的定量关系.

3.培养学生动手操作能力.

过程与方法

1.使学生掌握在研究三个物理量之间关系时，用控制变量法实现.

2.指导学生根据原理去设计实验，处理实验数据，得出结论.

3.帮助学生会分析数据表格，利用图象寻求物理规律.

情感态度与价值观

1.通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神.

2.使学生养成实事求是的科学态度，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦.

3.培养学生的合作意识，相互学习、交流、共同提高的学习态度.

教学重、

难点

教学重点

1.怎样测量物体的加速度.

2.怎样提供和测量物体所受的力.

教学难点

指导学生选器材，设计方案，进行实验，作出图象，得出结论.

教学

准备

带有滑轮的长木板2个、小车2个、打点计时器、秒表、钩码、夹子、刻度尺、细线、气垫导轨、数字计时器、光电门两个.

课型

课时

安排

1

教学

过程

导入新课

多媒体播放十字路口红绿灯时摩托车、载重汽车减速停止与加速启动的画面.

图4-2-1

通过以上画面我们可以看出，摩托车启动很快，而载重汽车启动很慢，这是为什么呢？

复习导入

复习提问：

物体运动状态的改变是指哪个物理量的改变？

标志物体运动状态变化快慢的物理量是什么？

回答：

物体运动状态的改变是指速度的改变，加速度是反映物体运动状态变化快慢的物理量.

通过上一节学习，我们知道：

物体的质量越大，物体的运动状态越难改变；物体的质量越小，物体的运动状态较易改变.请同学们根据上节所学知识及日常见闻实例猜测一下：

加速度的大小与哪些物理量有关？

学生猜想：

加速度的大小与物体的受力、质量有关.

推进新课

既然物体的加速度与物体的质量和它受到的力有关，到底存在怎样的关系，请同学们讨论一下，通过什么实例可定性地说明它们之间的关系.

学生讨论后回答：

1.质量大的物体加速度小.如：

并驾齐驱的大货车与小汽车在相同的制动力下，小汽车停下来用的时间少.

2.受力大的物体加速度大.如：

赛车和普通小汽车质量相近，但赛车安装了强大的发动机，牵引力大，提速很快.

点评：

通过类似的实例使学生获得感性认识，为下一步定量研究作好铺垫.下面我们来定量探究一下这三个量之间的关系.

加速度的大小与物体的受力和物体的质量有关，那么我们应用什么方法来研究加速度的大小与物体的受力和物体的质量之间的定量关系呢？

学生思考后回答：

可以先研究加速度与物体受力的关系，再研究加速度与物体的质量的关系.

教师总结：

当研究三个物理量之间的关系时，先要保持某个量不变，研究另外两个量之间的关系，再保持另一个量不变时，研究其余两个量之间的关系，然后综合起来得出结论.这种研究问题的方法叫控制变量法，是物理学中研究和处理问题时经常用到的方法.

下面通过控制变量法研究一下加速度与物体受力和质量的关系.

一、加速度与力的关系

让学生阅读课本，明确以下两个方面内容：

1.实验的基本思路：

保持物体的质量不变，测量不同力下的加速度，分析加速度与力的关系.

2.实验数据的分析：

根据定性分析判断结果：

力越大，加速度越大，猜测a∝F,Fn.

（1）设计表格，如：

次数

项目

1

2

3

4

5

6

F/N

a/（m·s-2）

（2）建立坐标系如图4-2-2：

图4-2-2

（3）描点

（4）连线

通过得到的图线，分析a与F的关系.实验发现a-F图象是一条过原点的直线.改变小车的质量重复上面步骤，看得出的图象有什么不同.

二、加速度与质量的关系

让学生阅读课本，明确以下两个方面的内容：

1.实验的基本思路：

保持物体受力不变，测量不同质量下的加速度，分析加速度与质量的关系.

2.实验数据的分析：

根据定性分析判断结果：

质量越大，加速度越小，猜测a∝

（1）设计表格，如：

次数

项目

1

2

3

4

5

6

a/m·s-2

m/kg

/kg-1

/kg-n

（2）建立坐标系如图4-2-3：

a-

或a-

图4-2-3

（3）描点

（4）连线

得到图线分析，分析a与m的关系.

为了增强学生做实验的目的性，引导学生分析以下内容：

这个实验需要测量的物理量有三个：

物体的速度、物体所受的力、物体的质量.质量可用天平测量，本实验要解决的主要问题是怎样测量加速度和怎样提供与测量物体受到的力.

三、制定实验方案时的两个问题

图4-2-4

1.怎样测量（或比较）物体的加速度，你能想到哪些方法？

让学生思考后回答：

用如图4-2-4所示的装置：

在一端有滑轮的长木板上，放一小车，通过细绳另一端的钩码拉小车.

（1）让物体做初速度为零的匀加速直线运动，用刻度尺测量物体运动的位移，用秒表测量出运动的时间，由x=

at2公式算出.

（2）让物体做初速度为零的匀加速直线运动.在运动物体后安装一条通过打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度.

（3）直接用加速度计测量.

总结：

这些方法的共同特点是直接测出了加速度的大小，我们要探究的是加速度与其他量之间的比例关系，如果不直接测出加速度，我们能否找出加速度和质量之间的定量关系呢？

学生思考后回答：

①如果测出两个初速度为零的匀加速直线运动在相同时间内发生的位移x1、x2,位移之比就是加速度之比.

②如果测出两个初速度为零的匀加速直线运动物体在相同位移内所用时间t1、t2，时间比的平方就是加速度之比的倒数.

2.怎样提供和测量物体所受的恒力.

现实中，除了真空中抛出或落下的物体（仅受重力）外，仅受一个力的物体几乎是不存在的.然而，一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的，因此，实验中力F的含义可以是物体所受的合力.那么，如何为一个运动的物体提供一个恒定的合力？

如何测出这个合力呢？

交流讨论：

用前边测加速度的器材，使物体做匀加速运动的力就是物体的合力，这个合力就等于钩码的重力.通过改变钩码的个数就可以改变物体所受的合力，通过测量钩码的重力就可测得物体所受的合力.

注意事项：

（1）在钩码质量远小于小车质量的条件下，钩码的重力大小才近似等于小车所受合力.（至于为什么，以后再讨论）

（2）小车在运动时还受到木板对它的滑动摩擦力，那么我们如何减小滑动摩擦力，使物体所受的合力尽可能接近钩码的重力？

学生交流讨论，大胆设想，并小组总结.

结论：

（1）换用接触面光滑的木板.

（2）平衡滑动摩擦力.方法：

将木板一端垫高，让小车从木板上能匀速滑动.

根据上面讨论的内容选定自己的实验方案进行实验，记录实验数据.

学生进行分组实验，教师巡回指导.

四、怎样由实验结果得出结论

学生分组实验结束后，利用前面的方法处理实验数据，分析得出实验结论，让小组代表发言.

教师对各小组学生的实验方案、数据处理方法、实验结论等情况进行评价，让学生明确，只要设计方案合理，亲身体验探究过程，至于能否得出正确结果并不多么重要.

板书

设计

板书设计：

2实验：

探究加速度与力、质量的关系一、加速度与力的关系

1.实验思路：

保持质量不变，探究a与F的关系

2.数据分析

二、加速度与质量的关系

1.实验思路：

保持受力不变，探究a与M的关系

2.数据分析

三、制定实验方案时的两个问题

1.怎样测量（或比较）物体的加速度

2.怎样提供和测量物体所受的恒力

四、怎样由实验得出结论

教学

反思

本节课先通过多媒体展示的画面或通过复习前面的旧知识提出问题，然后通过实例大胆猜测（或作出假设），再通过实验搜集实验数据，利用图象通过对数据分析，得出结论来验证假设，最后反复验证得出定律.让学生深刻体会了探究实验的模式，培养了学生实事求是的科学态度，乐于探究自然界的奥秘，深刻体验科学家探索自然规律的艰辛与喜悦.同时本节实验中的控制变量法是物理学研究问题的重要方法，本节课也让学生亲自设计实验方案、亲自动手操作，培养了学生的实验能力、动手能力.

集体备课教案

项目

内容

课题

实验：

探究加速度与力、质量的关系

修改与创新

教学

目标

知识与技能

1.理解物体运动状态的变化快慢，即加速度大小与力有关，也与质量有关.

2.通过实验探究加速度与力和质量的定量关系.

3.培养学生动手操作能力.

过程与方法

1.使学生掌握在研究三个物理量之间关系时，用控制变量法实现.

2.指导学生根据原理去设计实验，处理实验数据，得出结论.

3.帮助学生会分析数据表格，利用图象寻求物理规律.

情感态度与价值观

1.通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神.

2.使学生养成实事求是的科学态度，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦.

3.培养学生的合作意识，相互学习、交流、共同提高的学习态度.

教学重、

难点

教学重点

1.怎样测量物体的加速度.

2.怎样提供和测量物体所受的力.

教学难点

指导学生选器材，设计方案，进行实验，作出图象，得出结论.

教学

准备

带有滑轮的长木板2个、小车2个、打点计时器、秒表、钩码、夹子、刻度尺、细线、气垫导轨、数字计时器、光电门两个.

课型

课时

安排

1

教学

过程

导入新课

多媒体播放十字路口红绿灯时摩托车、载重汽车减速停止与加速启动的画面.

图4-2-1

通过以上画面我们可以看出，摩托车启动很快，而载重汽车启动很慢，这是为什么呢？

复习导入

复习提问：

物体运动状态的改变是指哪个物理量的改变？

标志物体运动状态变化快慢的物理量是什么？

回答：

物体运动状态的改变是指速度的改变，加速度是反映物体运动状态变化快慢的物理量.

通过上一节学习，我们知道：

物体的质量越大，物体的运动状态越难改变；物体的质量越小，物体的运动状态较易改变.请同学们根据上节所学知识及日常见闻实例猜测一下：

加速度的大小与哪些物理量有关？

学生猜想：

加速度的大小与物体的受力、质量有关.

推进新课

既然物体的加速度与物体的质量和它受到的力有关，到底存在怎样的关系，请同学们讨论一下，通过什么实例可定性地说明它们之间的关系.

学生讨论后回答：

1.质量大的物体加速度小.如：

并驾齐驱的大货车与小汽车在相同的制动力下，小汽车停下来用的时间少.

2.受力大的物体加速度大.如：

赛车和普通小汽车质量相近，但赛车安装了强大的发动机，牵引力大，提速很快.

点评：

通过类似的实例使学生获得感性认识，为下一步定量研究作好铺垫.下面我们来定量探究一下这三个量之间的关系.

加速度的大小与物体的受力和物体的质量有关，那么我们应用什么方法来研究加速度的大小与物体的受力和物体的质量之间的定量关系呢？

学生思考后回答：

可以先研究加速度与物体受力的关系，再研究加速度与物体的质量的关系.

教师总结：

当研究三个物理量之间的关系时，先要保持某个量不变，研究另外两个量之间的关系，再保持另一个量不变时，研究其余两个量之间的关系，然后综合起来得出结论.这种研究问题的方法叫控制变量法，是物理学中研究和处理问题时经常用到的方法.

下面通过控制变量法研究一下加速度与物体受力和质量的关系.

一、加速度与力的关系

让学生阅读课本，明确以下两个方面内容：

1.实验的基本思路：

保持物体的质量不变，测量不同力下的加速度，分析加速度与力的关系.

2.实验数据的分析：

根据定性分析判断结果：

力越大，加速度越大，猜测a∝F,Fn.

（1）设计表格，如：

次数

项目

1

2

3

4

5

6

F/N

a/（m·s-2）

（2）建立坐标系如图4-2-2：

图4-2-2

（3）描点

（4）连线

通过得到的图线，分析a与F的关系.实验发现a-F图象是一条过原点的直线.改变小车的质量重复上面步骤，看得出的图象有什么不同.

二、加速度与质量的关系

让学生阅读课本，明确以下两个方面的内容：

1.实验的基本思路：

保持物体受力不变，测量不同质量下的加速度，分析加速度与质量的关系.

2.实验数据的分析：

根据定性分析判断结果：

质量越大，加速度越小，猜测a∝

（1）设计表格，如：

次数

项目

1

2

3

4

5

6

a/m·s-2

m/kg

/kg-1

/kg-n

（2）建立坐标系如图4-2-3：

a-

或a-

图4-2-3

（3）描点

（4）连线

得到图线分析，分析a与m的关系.

为了增强学生做实验的目的性，引导学生分析以下内容：

这个实验需要测量的物理量有三个：

物体的速度、物体所受的力、物体的质量.质量可用天平测量，本实验要解决的主要问题是怎样测量加速度和怎样提供与测量物体受到的力.

三、制定实验方案时的两个问题

图4-2-4

1.怎样测量（或比较）物体的加速度，你能想到哪些方法？

让学生思考后回答：

用如图4-2-4所示的装置：

在一端有滑轮的长木板上，放一小车，通过细绳另一端的钩码拉小车.

（1）让物体做初速度为零的匀加速直线运动，用刻度尺测量物体运动的位移，用秒表测量出运动的时间，由x=

at2公式算出.

（2）让物体做初速度为零的匀加速直线运动.在运动物体后安装一条通过打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度.

（3）直接用加速度计测量.

总结：

这些方法的共同特点是直接测出了加速度的大小，我们要探究的是加速度与其他量之间的比例关系，如果不直接测出加速度，我们能否找出加速度和质量之间的定量关系呢？

学生思考后回答：

①如果测出两个初速度为零的匀加速直线运动在相同时间内发生的位移x1、x2,位移之比就是加速度之比.

②如果测出两个初速度为零的匀加速直线运动物体在相同位移内所用时间t1、t2，时间比的平方就是加速度之比的倒数.

2.怎样提供和测量物体所受的恒力.

现实中，除了真空中抛出或落下的物体（仅受重力）外，仅受一个力的物体几乎是不存在的.然而，一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的，因此，实验中力F的含义可以是物体所受的合力.那么，如何为一个运动的物体提供一个恒定的合力？

如何测出这个合力呢？

交流讨论：

用前边测加速度的器材，使物体做匀加速运动的力就是物体的合力，这个合力就等于钩码的重力.通过改变钩码的个数就可以改变物体所受的合力，通过测量钩码的重力就可测得物体所受的合力.

注意事项：

（1）在钩码质量远小于小车质量的条件下，钩码的重力大小才近似等于小车所受合力.（至于为什么，以后再讨论）

（2）小车在运动时还受到木板对它的滑动摩擦力，那么我们如何减小滑动摩擦力，使物体所受的合力尽可能接近钩码的重力？

学生交流讨论，大胆设想，并小组总结.

结