教學案例牛頓第一定律.doc

教學實例：牛頓第一定律教學目標（一）知識與技能1、能大致敘述發(fā)現(xiàn)牛頓第一定律的歷史進程，并能作出初步評述。2、能清楚描述伽利略關于力和運動的思想觀念，以及對應設計出的理想實驗和相應的推理結論。3、能準確表述牛頓第一定律，并能對定律有較為深入的理解。4、能舉例說明物體的質量是其慣性大小的量度（二）過程與方法1、通過回顧歷史探究過程，理解牛頓第一定律的形成過程。2、理解理想實驗是科學研究的重要方法。（三）情感、態(tài)度與價值觀1、通過物理學史教學，讓學生對亞里士多德有一個正確的評價。2、通過理想斜面的教學，體會理想實驗的魅力。3、通過運動和力的關系的歷史探究過程，使學生體會規(guī)律的形成都有一個從感性到理性、從低級到高級的產(chǎn)生、發(fā)展和演變的過程。教學重點1.了解伽利略理想實驗蘊含的思想方法。教學過程（一）引入：模擬汽車啟動、運行、剎車的即興表演問題：請大家注意觀察車啟動、運行、剎車的過程中乘客的姿態(tài)變化。（放幻燈）【學生表演】你看到什么現(xiàn)象，有沒有注意到繩子的變化？繃緊了，給人一個向前的拉力，繩子的拉力與乘客的運動有什么關系呢？（二）教學過程一、亞里士多德的觀點力和運動關系，這是一個古老的話題，對他的研究可以一直向前追溯到公元前四世紀，地上放一個箱子一毛想移動他一下，于是就用力去推，不推就又停了。每個人都有類似的生活經(jīng)驗，很自然的想到?jīng)]有生命的物體的運動都是靠外力去推的。古希臘有為著名的哲學家亞里士多德，亞里士多德把人們觀察經(jīng)驗上升到了理論層次。他把自然界紛繁復雜的運動概括為兩類：自然運動和受迫運動。他認為物體都是由火、氣、水、土四種元素組成，每種物體都有自己的天然位置，火氣較輕天然位置在上，水土較沉天然位置在下，物體離開自己的天然位置時，就會自發(fā)的向天然位置運動。比如：煙往上升，水往低處流。這樣的運動他稱之為天然運動。另外一種運動叫受迫運動，做這類運動的物體是因為它受到周圍物體對它的作用，如果作用消失運動也將停止。比如說，我們剛才舉的推箱子的例子。從亞里士多德的理論中，不難看出他認為的力與物體運動的關系？（放幻燈：力是維持物體運動的原因。必須有力作用在物體上，物體才運動；力的作用消失，物體將停止運動）他得出這個觀點的方法是？（學生：觀察總結法）（板書：亞里士多德：觀察總結法）他用這個方法在物理學、生物學、醫(yī)學、人文科學等領域都取得了很大的成就，對后世產(chǎn)生了深遠的影響，恩格斯稱他為最博學的人。二、伽利略的研究時光如梭，一轉眼，兩千多年過去了，時間定格到了十六世紀末的一天，有一個人正在觀察：把一個球從斜面高處釋放，發(fā)現(xiàn)球運動的越來越快，反過來球沿斜面向上運動時越來越慢。這個現(xiàn)象很平常，地球人都知道。但這個人卻不是一個一般的人，他愛思考，他想：球向下運動，速度增大，向上運動，速度減小，那沿水平面運動時，高度不升不降，速度應該不增不減一直運動下去。那為什么實際情況卻是停下來了呢？（學生：因為摩擦阻力）看不見的阻力的存在，現(xiàn)在對大家來說是常識，但在亞里士多德以后的兩千年里，人們對阻力的存在沒有清醒的認識。他經(jīng)過認真思考之后，物體之所以停下來是摩擦阻力作用的結果。他第一個發(fā)現(xiàn)了摩擦作用。這個人就是伽利略。（板書）大家想一想，伽利略在發(fā)現(xiàn)摩擦的過程，除了用到觀察法以外，還運用了什么研究問題的方法。推理。（板書：伽利略：觀察推理）他經(jīng)過推理大膽的提出了自己的猜想，（放幻燈片：如果沒有摩擦，物體將一直運動下去。）這個猜想顯然是與亞里士多德的觀點矛盾的。他要證明自己的觀點，說服世人，怎么辦？（學生：做實驗）好，（回頭看大屏幕，如果沒有摩擦呢，物體將一直運動下去。）問題又來啦，沒有摩擦的情況現(xiàn)實中不存在？無限大的水平面也找不到。不怕，咱會觀察推理呀！同學們能不能設計個實驗，幫幫他。（這位同學了解這一段物理學史，給大家簡約介紹了當年伽利略的做法。下面請同學們仔細閱讀68頁最后一自然段）（學生活動：設計實驗，可能是改變粗糙程度，走得越來越遠）很好這是你的想法，伽利略是如何做的呢？大家閱讀課本68頁最后一段，看一看（放幻燈：伽利略的實驗用到什么裝置？他是如何通過實驗論證自己觀點？（學生回答：）對接斜面，我用常見的窗簾軌道、木塊、長木板、書立做了一套實驗裝置，用架在書立上的窗簾軌道，代替對接斜面。伽利略是如何論證自己觀點的？（伽利略論證他觀點的過程就是解決兩個問題的過程）（學生回答）如何提醒學生論證“如果沒有摩擦將上升到原來的高度”找不到光滑的，可以找到粗糙程度不同的斜面。用這套裝置如何操作然后呢，（學生回答）如何操作？接下來，讓我們一起回到十六世紀末，伽利略要向世人闡明自己的觀點，這可不是簡單的一件事，當時的歐洲基督教會統(tǒng)治著讓人們的思想，亞里士多德的觀點被他們神話，不容置疑，伽利略要提出自己觀點，不僅需要智慧，更需要的是勇氣。我們按分好的小組做一下這個實驗，一位同學扮演伽利略，同組其他同學扮演亞里士多德觀點的強烈擁護者，讓我們再現(xiàn)一次兩種觀點的激烈交鋒。（4分鐘后）有的組思維碰撞的很激烈，有的組實驗進行的很仔細，添加輔助儀器。（同學說體會感受）伽利略的斜面實驗中，我們不能消除一切阻力，也不能把第二個斜面做的無限長，所以伽利略的這個實驗是一個理想實驗。既然是理想實驗，它為什么具有強大的說服力呢？（學生：他以可靠的實驗事實為基礎）我再找一位“伽利略”回答一下剛才你的實驗中，哪些部分是實驗事實，那些事推理？可靠的實驗事實與科學的推理相結合，向世人闡明了物體的運動不需要力來維持。這就是伽利略理想實驗的魅力所在？實驗到達不了的地方，思維可以到達那我們補充一下伽利略的方法：實驗+推理。（板書）伽利略是第一個使實驗活動在科學研究中占有重要地位的人。他的理想斜面實驗開創(chuàng)了實驗推理的科學研究方法。我們比較兩個時間，以及物理學的發(fā)展水平，不難看出方法的重要性。愛因斯坦對伽利略有一個非常高的評價：（放幻燈：伽利略的發(fā)現(xiàn)及他所應用的科學的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正開端。）三、笛卡爾的補充人類對“力與運動關系”的探索腳步繼續(xù)前進，與伽利略同時代的笛卡爾又對伽利略的觀點做了補充（放幻燈：如果運動的物體沒有受到力的作用，他將繼續(xù)以同一速度沿同一直線運動，既不停下來也不偏離原來的方向。）雖然伽利略和笛卡爾將人類對力和運動關系的認識，向前推進了一大步，但當時沒有清晰的力的基本概念，他們對力與運動關系沒能做進一步論證。四、牛頓的總結提升歷史的車輪繼續(xù)向前，1642年伽利略逝世，同年的圣誕節(jié)另一位偉大的物理學家誕生牛頓。45年以后牛頓由一個在海邊玩耍找尋石子和貝殼的少年，成長為一個比伽利略還要高大的科學巨人。他明確給出了力的概念，在充分總結前人思想的基礎上，提出了動力學第一條基本定律：（放幻燈：一切物體總保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。）他對力與運動關系的論述更深刻，更全面。定律分兩層，一切物體總保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，這是物體的一種本質屬性，牛頓稱之為慣性。（放幻燈：慣性：物體具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質。）因此牛頓第一定律又稱為慣性定律。第二句除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)，指明了力與運動的真正關系：（放幻燈：力是改變物體運動狀態(tài)的原因。）牛頓第一定律定性的闡述了力與運動關系這一基本問題，使接下來經(jīng)典力學大廈的建造稱為可能，所以人們說他是牛頓物理學的基石。（放幻燈：牛頓物理學的基石慣性定律）再看一下這個定律，他能不能直接用實驗驗證？（不能）我們可以創(chuàng)設受力很小的環(huán)境來模擬來幫助我們理解。這是大家熟悉的氣墊導軌，已調(diào)平，帶有金屬片的小車在上面移動時阻力很小。這是兩個光電門，它可以記錄擋光時間，這是多用途數(shù)字顯示儀它可以按順序記錄金屬片通過光電門的時間（ms），然后計算速度(mm/s)自動依次顯示。速度相差很小可以認為是勻速，在彈簧片力的作用下，改變了運動狀態(tài)。我們回過頭再來看一下剛上課時同學們表演的小品，看小品中有沒有這兩層意思的體現(xiàn)？我們再來做一個實驗：（放幻燈：看看“誰能吹”）配漫畫（找一個小個子女生，一個大個男生，女生吹乒乓球男生吹鋼球）誰贏了？你服氣嗎？你覺得公平嗎？,我們打開包裝紙看一看就知道啦？這個小實驗說明什么？物體的慣性是有大小之分的，與質量有關。（放幻燈：慣性與質量）請大個子男生再吹一回，這回用最大的力氣分別吹兩球。一個人兩次吹出最大氣流的強度差不多，對小球的作用力可以認為相等，質量小的偏的遠，說明它的運動狀態(tài)容易改變，慣性??；質量大的偏的近，說明它的運動狀態(tài)更難改變，慣性小。可見，（放幻燈：質量是描述物體慣性大小的物理量，質量大慣性大。）放馬林打球的圖片。看他的眼神，要非常自信的把球打回去，給馬林換個球，再看馬林的眼神，傻眼啦。結束語：牛頓第一定律的發(fā)現(xiàn)卻經(jīng)歷了幾千年的探索過程，縱觀物理學發(fā)展的歷史長河，我們在感喟人類認識自然規(guī)律之曲折、艱辛、漫長的同時更驚嘆那些在黑夜中摸索的物理學巨匠們的頑強、睿智，正是他們的執(zhí)著, 物理學的大廈永不封頂，還等待你們?yōu)樗泶u加瓦!教學反思這節(jié)課的引入是一個“豪華車”的學生活動，學生本身都有切身體會，沒有引起新的認知沖突。之所以選擇這個引入，考慮有兩點，一是下午第一節(jié)上課需要調(diào)節(jié)氣氛，二是初中學生用牛頓第一定律分析現(xiàn)象時千篇一律的因為慣性，高中分析應更詳細一些，通過啟動后仰剎車前傾的分析，充分認識牛頓第一定律的作用。應該會有更合適的引入，需繼續(xù)尋找研究?！袄硐胄泵鎸嶒灐笔欠裥枰獙⒀菔緦嶒炞兂蓪W生的分組實驗？如果只從實驗現(xiàn)象角度看沒有必要，如果和學生的相互問難與闡述相結合的話，是很有必要的。這樣邊做實驗邊提問和闡述，學生更能體會實驗加推理方法的重要，同時還生成了許多東西，比如要說服他人要改進粗糙的實驗裝；從事科學研究要有嚴謹?shù)淖黠L，思維不嚴謹，才做不嚴謹，不能說服別人；在學生間的互問互答中，有同學嘗試從能量