牛頓第一定律

馬 杏

（山西省懷仁縣第一中學(xué) 038300）

牛頓第一定律

馬 杏

（山西省懷仁縣第一中學(xué) 038300）

牛頓第一定律是牛頓定律的基石，正是因?yàn)樗瞥碎L(zhǎng)達(dá)近兩千年的亞里士多德的錯(cuò)誤，改變了人類的自然觀和世界觀，才導(dǎo)致牛頓第二定律得出。與此同時(shí)，它本身還包含著力、慣性、和參考系這些極富成果的科學(xué)概念，成為物理學(xué)理論的支柱和基石。另外，伽利略的研究過(guò)程蘊(yùn)涵了重要的科學(xué)方法，教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)會(huì)牛頓第一定律的含義，充分說(shuō)明伽利略“理想實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和推理過(guò)程，展示了伽利略斜面理想實(shí)驗(yàn)的猜想依據(jù)、推斷結(jié)果這一思維過(guò)程，通過(guò)教學(xué)讓學(xué)生明確運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，提升對(duì)力、慣性、質(zhì)量等基本概念的理解。慣性是學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)和力的基礎(chǔ)，因其抽象難懂而成為難點(diǎn)。新課標(biāo)中本節(jié)內(nèi)容對(duì)學(xué)生有以下基本要求：1．了解亞里士多德對(duì)力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的論述及存在的錯(cuò)誤。2．認(rèn)識(shí)伽利略研究運(yùn)動(dòng)和力關(guān)系的思想方法，了解理想實(shí)驗(yàn)的作用。3．知道速度是描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量。4．理解牛頓第一定律的內(nèi)容，能夠運(yùn)用牛頓第一定律解釋有關(guān)現(xiàn)象。5．知道慣性是物體的固有屬性，知道質(zhì)量是物體慣性大小的量度。6．運(yùn)用慣性概念，解釋有關(guān)實(shí)際問(wèn)題。在發(fā)展要求中：1．了解運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究角度的差異。2．會(huì)識(shí)別慣性系與非慣性系。

1、學(xué)情分析

本節(jié)所述內(nèi)容在初中課本上已涉及到，初中課本中用到的標(biāo)題是慣性定律，所以學(xué)生已有一定的基礎(chǔ)，關(guān)鍵是如何讓學(xué)生加深對(duì)牛頓第一定律的理解。對(duì)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，從日常經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，人們往往會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，所以使學(xué)生建立起運(yùn)動(dòng)改變的原因在于物體間的相互作用力的觀點(diǎn)，不是輕而易舉的事情。在對(duì)慣性的學(xué)習(xí)中，這仍是學(xué)生難于理解的問(wèn)題。許多學(xué)生把物體具有保持勻速直線運(yùn)動(dòng)和靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)與物體在這種狀態(tài)下的特點(diǎn)混為一談。

2、教學(xué)目標(biāo)

1．知識(shí)、技能目標(biāo)：

（1）理解牛頓第一定律的內(nèi)容及意義。

（2）理解慣性，知道日常生活中由于慣性而產(chǎn)生的簡(jiǎn)單現(xiàn)象，會(huì)解釋日常生活中的慣性現(xiàn)象。

2．能力、方法目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评砟芰?；通過(guò)對(duì)大量實(shí)例的分析，培養(yǎng)學(xué)生歸納、綜合能力。善于思考、善于總結(jié)，把物理與實(shí)際生活緊密結(jié)合。

3．情感、態(tài)度目標(biāo)：讓學(xué)生知道科學(xué)研究過(guò)程的艱難，領(lǐng)悟?qū)嶒?yàn)加推理的科學(xué)研究方法。

3、重點(diǎn)難點(diǎn)

本節(jié)的重點(diǎn)是伽利略理想實(shí)驗(yàn)，難點(diǎn)是對(duì)慣性的理解。

4、教學(xué)策略與手段

探究式教學(xué)，按物理史實(shí)為線索展示物理規(guī)律的形成。

5、課前準(zhǔn)備

自制理想斜面實(shí)驗(yàn)器（用有很小凹槽的柔軟鋁塑板作為軌道）、氣墊導(dǎo)軌。

6、教學(xué)過(guò)程

1．創(chuàng)設(shè)情景、新課引入

（1）引導(dǎo)學(xué)生看兩張來(lái)自生活的圖片（多媒體投影）：

①警察叫司機(jī)系安全帶，為什么？

②亞洲飛人柯受良駕車飛越黃河，他憑什么有這種膽識(shí)去飛越氣勢(shì)磅礴的黃河呢？

（2）演示一個(gè)慣性現(xiàn)象的小實(shí)驗(yàn)：用棒敲打疊放的象棋子。

通過(guò)生活中的一些現(xiàn)象引起學(xué)生探求物理知識(shí)的興趣，同時(shí)為慣性的學(xué)習(xí)打下伏筆。

2．歷史回顧

首先讓同學(xué)看一個(gè)實(shí)驗(yàn)：用手推車，車前進(jìn)，停止用力，車停止。

設(shè)問(wèn)：生活中還有哪些類似此類的現(xiàn)象？（由學(xué)生思考后回答）

學(xué)生答：可能有如靜止的自行車用力踩腳踏板才開始運(yùn)動(dòng)，如沒(méi)有對(duì)車?yán)^續(xù)用力，它最終會(huì)停下來(lái)。靜止的秋千用力時(shí)，它會(huì)擺動(dòng)起來(lái)。停止用力時(shí)，它會(huì)最終停下來(lái)，等等。

3．定律的學(xué)習(xí)、理解

在伽俐略和笛卡兒的正確結(jié)論隔了一代人后，由牛頓總結(jié)成整個(gè)牛頓力學(xué)的一條基本定律。

牛頓第一定律（慣性定律）：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜上狀態(tài)，直到有力迫使它改變這種狀態(tài)——物理學(xué)的基石。

投影介紹牛頓——“經(jīng)典力學(xué)之父”的成就，指出牛頓第一定律是牛頓力學(xué)系統(tǒng)中的基礎(chǔ)。

對(duì)定律的理解指出：

①物體運(yùn)動(dòng)不需要力。(不受力時(shí)，運(yùn)動(dòng)會(huì)一直運(yùn)動(dòng)下來(lái)，靜止的一直靜止)

②力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。

清代是詞學(xué)集大成的年代，“陽(yáng)羨派”陳維崧的“選詞所以存詞，其即所以存經(jīng)存史”體現(xiàn)了詩(shī)詞同等觀。學(xué)者吳衡照從蘇詞的雅正出發(fā)來(lái)稱贊東坡，“蘇辛并稱，辛之于蘇，亦猶詩(shī)中山谷之視東坡也。東坡之大，與白石之高，殆不可學(xué)而至”［6］2648。

思考與討論：從牛頓第一定律我們得知，物體都要保持它們?cè)瓉?lái)的勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止的狀態(tài)，或者說(shuō)，它們都具有抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”。但是這種“本領(lǐng)”的大小是不一樣的。

物體抵抗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的“本領(lǐng)”，與什么因素有關(guān)？請(qǐng)大家通過(guò)實(shí)例進(jìn)行分析。

由學(xué)生分組討論，收集各組的實(shí)例和觀點(diǎn)，老師對(duì)此進(jìn)行總結(jié)并對(duì)錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)進(jìn)行引導(dǎo)和糾正。指出：把物體具有保持原來(lái)勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)叫慣性。在此基礎(chǔ)上，再提以下設(shè)問(wèn)：

設(shè)問(wèn)一：是不是說(shuō)只有勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止的物體才有慣性呢？變速的物體有沒(méi)有慣性？

設(shè)問(wèn)二：液體、氣體有沒(méi)有慣性？

(留一定的時(shí)間給學(xué)生自由思考)

由現(xiàn)象得出：慣性是物體固有的屬性，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，物體的質(zhì)量是物體慣性的量度。

通過(guò)下面的問(wèn)題來(lái)鞏固和理解牛頓第一定律（由學(xué)生分析并回答）

問(wèn)題：被踢出的冰塊，在摩擦力可以忽略的冰面上勻速滑動(dòng)，冰塊受不受向前的作用力？

4．定律的應(yīng)用

通過(guò)視頻展示：鐵鍬揚(yáng)沙（設(shè)問(wèn)：為什么沙可以被揚(yáng)出？由學(xué)生回答）

實(shí)驗(yàn)演示車運(yùn)動(dòng)碰到障礙物后停止，車上物體反倒（要求解析車停后，車上物體反倒的原因）

提問(wèn)：你能舉出生活中還有哪些與慣性有關(guān)的現(xiàn)象？

在學(xué)生舉出一些慣性的實(shí)例后，看兩段視頻材料：

人在車上拋球，最后落回地面（可結(jié)合此理解為什么地球在自轉(zhuǎn)，人起跳后還能落回原地）

汽車實(shí)驗(yàn)廠里的汽車啟動(dòng)和剎車的過(guò)程，以及為什么要系安全帶的必要性（呼應(yīng)新課引入“司機(jī)為什么要系安全帶”）

最后，在愛因斯坦的一句話中結(jié)束這節(jié)課：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。（強(qiáng)調(diào)這節(jié)課中理想實(shí)驗(yàn)的科學(xué)思想方法的重要性。）