高中物理必修一41牛顿第一定律教案.docx
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高中物理必修一41牛顿第一定律教案
4.1牛顿第一定律
[教学目标]
一、知识与技能
1、知道伽利略的理想实验及其主要推理过程和推论,知道理想实验是科学研究的重要方法
2、理解牛顿第一定律的内容及意义;理解力和运动的关系,知道物体的运动不需要力来维持。
3、理解惯性的概念,知道质量是惯性大小的量度;会用惯性解释一些现象。
二、过程与方法
1、观察生活中的惯性现象,了解力和运动的关系
2、通过实验加深对牛顿第一定律的理解
3、理解理想实验是科学研究的重要方法
三、情感态度与价值观
1、通过伽利略和亚里士多德对力和运动关系的不同认识,了解人类认识事物本质的曲折性
2、感悟科学是人类进步的不竭动力
[教学重点]
1、理解力和运动的关系
2、对牛顿第一定律和惯性的正确理解
3、理想实验
[教学难点]
1、力和运动的关系
2、惯性和质量的关系
[课时安排]
1课时
[教学过程]
[引入]
师:
同学们,在前面的学习中我们学习了怎样描述物体的运动,知道了物体的一些运动规律,但同学们有没有想过:
同一个物体不同的情况下可以做出不同的运动,究竟是什么决定了物体的运动情况?
要讨论这个问题,就要研究运动与力的关系。
所以,从今天开始,我们就一起来探究运动与力的关系。
一、据生活现象思考探究
师:
现在请同学们结合日常生活经验,分组探讨一下运动和力是怎样的一种关系,并试着回答以下一些问题。
1、物体的运动需要力来维持吗?
是不是有力物体就能运动,没力物体就静止。
给物体一初速度,物体在不同平面上滑动,体会物体运动不需要力来维持。
2、物体的运动方向跟力的方向一样吗?
以抛粉笔为例
3、物体的运动仅由力决定吗?
抛粉笔为例
4、物体什么情况下做直线运动?
什么情况下做曲线运动?
以抛粉笔为例
5、物体做直线运动时,什么情况下加速?
什么情况下减速?
以抛粉笔为例。
【牢记】:
物体的运动不需要力来维持,没有力物体也能运动:
匀速直线运动;运动方向与力的方向无必然联系;当速度与力同一直线时,物体做直线运动;速度与力不在同一直线时,曲线运动;同一直线时,力与速度同向,加速;力与速度反向,减速。
要让学生明白:
物体此刻的速度是由上一刻的速度和上一刻的受力决定的,此刻的速度及此刻的受力决定下一刻的速度。
(比方:
今天的结果是前面的表现决定的,要想今后的结果能改变,必须从现在开始。
)
二、历史上人类对运动与力的关系的认识
师:
早在2000多年前,古希腊哲学家亚里士多德就是根据经验指出:
力是维持运动的原因。
在亚里士多德的物理学中,用手抛出的石块,当离开手后,它所划破的前方的空气,奔绕到石块的后方,空气靠着这种迂回方式持续推动石块前进。
不难看出空气同时扮演着推动者和阻碍运动的教色,这种矛盾的按排,招来许多人的批评。
但有力物体才会运动的观点很符合生活中经验,2000多年一直被人们奉为经典。
下面利用前面学过的力学知识来分析下例现象,讨论力与运动的关系。
演示以下两种情况小车的运动(速度较快)
小车面与桌面接触,撤去拉力后小车停下来。
小车轮子与桌面接触,撤去拉力后小车停下来。
请学生认真观察,然后思考以下问题:
1)小车是否马上停下?
2)使小车停下来的原因是什么?
3)小车滑行位移的大小有何不同?
4)为什么滑行的距离不一样?
说明:
问题的提出可以是递进式的,也可以一次性地投影出来(若学生己训练有素,最好采用后一神方式),通过观察演示并根据生活经验,以上几个问题并.不难回答
预测:
关于上述问题学生的回答可能有:
1)撤去拉力后小车还要滑行一段距离才停下
2)车最后停下来的原因是摩擦力,第一种情况下摩擦力较大,第二种情况下摩擦力较小。
3)小车最后停下来的原因是摩擦力,但可能还跟速度大小有关
4)摩擦力小的,速度大的,滑行的距离远
5)……
师:
总结大家的想法,你们认为影响小车滑行距离的因素至少有两个,因此,要分别考虑是哪个因素对小车滑行距离产生影响,可以用控制变量的方法来研究,如控制速度大小相同减小摩擦力,让摩擦力足够小,观察小车滑行的距离会怎样呢?
教师演示滑块在气垫导轨上的“匀速直线运动”(要介绍该装置是如何减少摩擦力的)
师:
由于滑块在气垫上滑行,故摩擦力很小,物体的速度几乎看不出有变化,我们可以预测一下,如果摩擦力为零,物体在运动方向上不受力的作用,物体将会怎样运动呢?
你们认为运动与力的是怎样的关系?
该如何来评价亚里士多德的观点?
预测:
关于上述问题学生的回答可能有:
1物体应保持匀速直线运动
2维持物体的运动不需要力
3运动物体若受力,速度将发生变化
4亚里士多德观点来自日常生活经验,没有经过科学的分析,忽略了摩擦力的作用。
5……
师:
17世纪意大利物理学家伽利略,为了研究力与运动的关系设计了著名的斜面实验。
(伽利略的理想实验如下图)教师介绍斜面实验。
把两个斜面对接起来,让小球沿一个斜面由静止滚下,小球在斜面间来回滚动,最后停下来,停下来的原因是什么
生:
摩擦力。
师:
让小球沿一个斜面由静
止滚下,小球将会滚上另一个斜
面,如果没有摩擦,小球将上升
到怎样的高度?
?
生:
原来的高度。
师:
为什么?
大家可以发表自己的见解。
由于没有绝对不受力的物体,故物体在运动方向上不受力物体将做匀速直线运动这个结论无法直接用实验验证。
生1:
小球原来在高处,滚到斜面底部即势能变成动能,再滚上另一斜面时,由于没有摩擦,动能又变成原来的势能,所以高度相同。
生2:
我赞成,这就是我们初中学过的动能与势能的相互转化与守恒知识。
生3:
我觉得这个解释是后人作的,伽利略当时知道动能和势能的概念吗?
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·杨确立的。
大家有没有听说过伽利略发明计时装置---摆钟的故事?
伽利略到教堂做礼拜时,发现悬挂的“长明灯”在微风中左右晃动,他用自身的脉博跳动测定了“长明灯”晃动快慢不变,从而发明了人类历史上第一台简易计时器---摆钟。
三、牛顿第一定律
牛顿物理学的基石———惯性定律
伽俐略和笛卡尔的正确结论在隔了一代人以后,由牛顿总结成动力学的一条基本定律:
牛顿第一定律:
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。
注意:
学习物理的过程中大家已经对亚里士多德这个名字很熟悉了,并且每次提到的都是他的错误观点,好像成了反面教材,这里我要向大家说明一下:
亚里士多德是个非常伟大的人。
恩格斯称亚里士多德是最博学的人,亚里士多德的研究涉及生物、天文、气象、数学和物理等,成果十分丰富,是西方文化的奠基人。
他追求以世界的本来面目来说明各种自然现象,比如说:
他认为天上的运动应该是完美的匀速圆周运动、地上的物体都应该是静止的。
他认为物体的运动需要力来维持,是与大量的“事实”相一致的。
他一直追求真理,只不过因为当时研究物理总是靠直觉和思维来进行。
因此,他的这一错误观点影响了人们两千多年。
伽利略实在是一个伟大的科学家,他第一个意识到了摩擦力——一个本质至今还没有被认识清楚的问题。
有了这一点,加上他又具有丰富、发散而有严谨的科学思维能力,设计出其理想实验就显得比较自然了。
我们认为理想实验首要的意义在于它摒弃了那种单纯依靠思辩来研究物理的行为方式,而确立了实验在物理研究中的基本地位。
从物理史实上可以发现,这时伽利略认为的地面上的物体除静止外的另一本来面目是匀速圆周运动(而不是匀速直线运动),伽利略是一个伟大的科学家,在物理史上有着不可取代的地位,是因为他第一次确立了物理实验在物理研究中的重要性,研究物理不再是单纯地靠直觉和思维。
是笛卡尔第一个明确指出:
除非物体受到外力作用,物体将永远保持静止或匀速直线运动状态。
这确实是人类思想认识上的一次飞跃。
因此,笛卡尔认为上述论断应该作为一个原理加以确立,且是人类整个自然观的基础是十分合理的。
笛卡尔当时还指出:
在太空环境中可以实现物体不受外力的作用,这时物体的运动就满足理想实验的条件(解放了人们的思想,拓宽了看问题的视野)。
牛顿所做的工作不仅是进行了总结,更是从物理上赋予了明确的内涵,这其中包括惯性和力作为科学概念地提出,以及惯性参考系等,同时明确了力和物体运动及其变化之间的直接因果关系。
【牢记】:
1、运动并不需要力来维持,因而力并不是使物体运动的原因;只有当物体的运动状态发生改变的时候,才需要力,所以力是改变物体运动状态的原因
2、不受力的物体是不存在的,所以牛顿第一定律是理想定律,不能用实验来验证。
3、物体具有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质,这种性质称惯性。
所以牛顿第一定律又称惯性定律。
师:
生活中许许多多的现象可以帮助我们理解牛顿第一定律。
例如冰壶。
冰壶在冰面运动时受到的阻力较小,可以在较长时间内保持运动速度的大小和方向不变直到它再一次受到杆的打击或碰到障碍物,才改变这种状态。
观看牛顿第一定律演示实验
四、惯性
带领学生观看多媒体文件。
生活中的例子:
将斧头和木把往下敲。
木把受到敲击突然停止了。
斧头由于惯性要保持原来的运动状态,继续向下运动,使斧头和木把套紧。
1、问:
什么样的物体具有惯性?
物体什么时候具有惯性?
答:
一切物体均具有惯性。
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。
物体任何时候都有惯性,惯性是一种固有属性。
2、惯性可以被克服吗?
答:
惯性是物体的固有属性,不是力,不能避免或克服。
3、速度可以突变吗?
答:
当有外力作用迫使物体改变运动状态时,物体的运动状态会在原有的基础上发生变化,惯性的大小就表现为物体运动状态改变的难易程度。
正因为物体的运动状态是在原有的基础上一点点变化的,所以速度是不能突变的。
4、物体的惯性大小由什么决定呢?
与速度有关吗?
答:
惯性的大小仅由质量决定。
这里有一个易错点:
很多同学认为速度大,惯性大;速度小,惯性小。
原因是他们把“运动状态改变的难易程度理”理解为“物体从运动到静止的难易程度”。
分析:
正是因为有外力的作用才使得物体的运动状态发生改变,所以要比较两个物体运动状态改变的难易程度,最起码要给它们相同的外力作用,才好进行比较。
(不恰当的比方:
想看两个人一天谁挣的钱多,最起码要给他们相同的本钱)
要比较速度变化的难易程度其实就是比较物体的加速度,加速度反映了相同时间内物体速度变化的大小关系,而在相同的外力作用的情况下,物体的加速度大小是仅仅是由质量决定的。
所以惯性仅仅由质量决定。
(a大,速度变化容易;a小,速度变化难)
惯性的大小仅由质量决定。
但由于惯性是属性不是物理量,所以不能具体讲1千克的物体有多少惯性。
例:
如手挡相同速度的篮球和汽车。
如果一辆空车和一辆装满货物车在相同的牵引力作用下由静止开始运动,它们的运动状态改变的情况并不相同,空车的质量小,在较短的时间内可以达到某一速度,运动状态容易改变。
装满货物的车,质量大,要在很长的时间内才能达到相同的速度,运动状态难以改变。
惯性大小在实际中是经常要加以考虑的。
当我们要求物体的运动状态容易改变时,应该尽可能减小物体的质量。
歼击机的质量比运输机、轰炸机的质量要小得多,在战斗前还要抛掉副油箱,以进一步减小质量,就是为了要提高歼击机的灵活性。
相反,当我们要求物体的运动状态不容易改变时,应该尽量增大物体的质量,抽水站的电动抽水机和水泵都固定在很重的机座上,就是要增大它们的质量,以尽量减小它们振动或避免意外的碰撞而移动。
学习反思
一、教学设计上的研究
我认为物理学史的介绍是本节课的重点之一,特别是对伽利略理想实验的理解以及实验的设计;对牛顿第一定律的理解和应用是本节内容的另一个重点和难点。
通过以上内容的学习使学生知道理想实验的实验基础、推理过程和对推理结果的分析,以及养成学生理论联系实际,灵活运用所学知识的能力。
二、应用交互式电子白板课堂教学的改善,应用前后教学效果的比较,教学创新、资源应用创新、交互过程和结果的思考等。
本课题在使用交互式电子白板教学前后的效果差异还是比较明显的。
以前采用PPT辅助教学,尽管PPT在动画表现力和开发、控制等操作上有较明显的优势,但PPT软件存在的顺序播放的先天缺陷与交互式电子白板随处存在的强大交互功能相比,还是略逊一筹。
在以前的教学活动中,面对不同思维能力的学生,按照老师在备课时的预设,很难真正针对学生当前的问题和困惑予以最具针对性的启发和引导,这样就使教学活动沦为了辅助手段的奴隶,教学活动感到缚手缚脚。
应用交互式电子白板进行课堂教学时,因为采用了“资源集件式”的调用呈现模式,教师再不用受顺序播放模式的束缚,能够及时地根据学生的实时学习反馈,自如地选择所调用的资源内容、类型和呈现方式及呈现时机,并通过白板的强大交互功能及时获得学生的情况反馈,使教学节奏和学习关注点始终围绕学生最需要的最佳状态,教学效果较以往更佳。
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- 高中物理 必修 41 牛顿第一定律 教案