科學(xué)探究：牛頓第一定律教學(xué)設(shè)計(jì) 滬科版八年級(jí)物理全一冊(cè)

7.1科學(xué)探究：牛頓第一定律教學(xué)設(shè)計(jì)---滬科版八年級(jí)物理全一冊(cè)一、教學(xué)目標(biāo)：認(rèn)知與技能：(1)了解伽利略的理想實(shí)驗(yàn)，了解物理學(xué)上理想實(shí)驗(yàn)的實(shí)質(zhì)。(2)體會(huì)亞里士多德與伽利略的思想沖突。(3)經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)過程，學(xué)會(huì)用分析與論證的方法探究出牛頓第一定律，并會(huì)用自己的語(yǔ)言予以表述。(4)在生活中認(rèn)識(shí)慣性，了解利用慣性及防止慣性危害的方法并初步應(yīng)用于生產(chǎn)和生活實(shí)踐。過程與方法：(1)培養(yǎng)和提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作、現(xiàn)象描述、總結(jié)歸納等能力。(2)學(xué)習(xí)“歸納推理”這一科學(xué)方法情感,態(tài)度,價(jià)值觀(1)通過對(duì)牛頓第一定律得出過程的體驗(yàn)，感受科學(xué)成果往往是多人智慧的結(jié)晶。(2)培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)分析：1、學(xué)生探究并學(xué)會(huì)用自己的語(yǔ)言表述牛頓第一定律。2、慣性和慣性定律的區(qū)別。3、探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)的處理（難點(diǎn)）導(dǎo)入新課師：初二上學(xué)期我們學(xué)習(xí)了運(yùn)動(dòng)和力，那么，物體的運(yùn)動(dòng)與物體的受力有什么關(guān)系呢？帶著這個(gè)問題，今天我們重走歷史，看看歷史上，科學(xué)家們對(duì)“力與運(yùn)動(dòng)”的描述。先來看一段視頻。視頻導(dǎo)入通過媒體播放一組生活情境動(dòng)畫：如關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)的列車、踢出去的足球、自行車比賽中沖過終點(diǎn)的自行車、滑雪比賽中到達(dá)終點(diǎn)后的運(yùn)動(dòng)員等一系列運(yùn)動(dòng)的物體最終要停下來的動(dòng)畫。師：運(yùn)動(dòng)的物體為什么會(huì)停下來呢？體驗(yàn)推動(dòng)桌上的小車，使小車運(yùn)動(dòng)起來，停止用力看看小車是否還會(huì)運(yùn)動(dòng)。交流自行車、列車等運(yùn)動(dòng)的物體，停止施加動(dòng)力后為什么最終會(huì)停下來？學(xué)生1：運(yùn)動(dòng)物體不受動(dòng)力后會(huì)停止運(yùn)動(dòng)。學(xué)生2：運(yùn)動(dòng)物體受到了阻力的作用，阻力使物體停止了運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)意圖：從學(xué)生熟悉的生活及自然現(xiàn)象人手，引入新課，分析過程中，要注意引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考問題，提出問題。師：物體停止運(yùn)動(dòng)是因?yàn)闆]有了動(dòng)力的維持還是因?yàn)樽枇Φ挠绊懩?？亞里士多德和伽利略都?duì)物體的運(yùn)動(dòng)與受力關(guān)系進(jìn)行了研究，讓我們來看看他們對(duì)“力與運(yùn)動(dòng)”的觀點(diǎn)。師：首先是公元前300多年前的亞里士多德發(fā)表了言論。展示閱讀資料一：亞里士多德關(guān)于“力與運(yùn)動(dòng)”的描述閱讀卡1——亞里士多德談“力與運(yùn)動(dòng)”亞里士多德在西方科學(xué)和思想體系中的地位類似于孔子在東方儒學(xué)界中的地位，他一生貢獻(xiàn)極多。他主要是通過對(duì)事物的觀察而直接得出結(jié)論，關(guān)于“力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系”，他認(rèn)為：物體只有在外力推動(dòng)下才運(yùn)動(dòng)，外力停止，運(yùn)動(dòng)也就停止。他還說了，運(yùn)動(dòng)總是一個(gè)推著一個(gè)，按此無限地追溯上去，就“必然存在第一推動(dòng)者”。圖1亞里士多德談“力與運(yùn)動(dòng)”師：亞里士多德有關(guān)“力與運(yùn)動(dòng)”的觀點(diǎn)是怎樣的？生：物體只有在外力推動(dòng)下才能運(yùn)動(dòng)，外力停止，運(yùn)動(dòng)也就停止。師：2000年后，伽利略對(duì)“力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系”也做出了研究。展示閱讀資料二：伽利略談“力與運(yùn)動(dòng)”閱讀卡2——伽利略談“力與運(yùn)動(dòng)”在伽利略的意識(shí)里，他認(rèn)為“直覺，有時(shí)并不可靠”。伽利略把科學(xué)實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)方法相結(jié)合用于動(dòng)力學(xué)研究。1638年，他發(fā)表著作《關(guān)于力和運(yùn)動(dòng)兩種新學(xué)科的對(duì)話》，在其中，他提出，物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來維持，運(yùn)動(dòng)物體沒有力也可以繼續(xù)以該速度一直運(yùn)動(dòng)下去。圖2伽利略談“力與運(yùn)動(dòng)”師：閱讀資料中伽利略關(guān)于“力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系”的觀點(diǎn)又是怎樣的呢？生：物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來維持，運(yùn)動(dòng)的物體沒有力也可以繼續(xù)以該速度一直運(yùn)動(dòng)下去。師：該觀點(diǎn)完全否定了亞里士多德“物體的運(yùn)動(dòng)需要力來維持”的說法。對(duì)同一種現(xiàn)象，亞里士多德和伽利略給出了截然不同的解釋。到底哪個(gè)說法正確？談?wù)勀愕目捶?？?:我支持亞里士多德，沒有動(dòng)力物體最終會(huì)靜止。生2：我支持伽利略，物體之所以會(huì)靜止是受到了摩擦阻力的作用。師：既然同學(xué)們認(rèn)為是阻力使物體停了下來，那么我們就來做個(gè)探究，探究運(yùn)動(dòng)著的物體，如果受到的阻力由大變小，物體運(yùn)動(dòng)的路程會(huì)有怎樣的變化？實(shí)驗(yàn)探究：阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響。讓學(xué)生先閱讀實(shí)驗(yàn)報(bào)告單師：先完整地看一遍實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。小組討論1.怎樣使物體在水平面上初始運(yùn)動(dòng)（速度）相同？讓小車自斜面頂端從靜止開始滑下2.物體在水平面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，怎樣改變物體所受摩擦阻力的大小？在水平桌面上鋪上粗糙程度不同的物體（毛巾、棉布、木板等）分組實(shí)驗(yàn)：觀察和記錄數(shù)據(jù)。讓學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和結(jié)論。由實(shí)驗(yàn)分析可知：小車受到的阻力越小，小車運(yùn)動(dòng)的路程越遠(yuǎn)師：我們?cè)賮砜纯促だ缘挠^點(diǎn)“運(yùn)動(dòng)的物體沒有力也可以繼續(xù)以該速度一直運(yùn)動(dòng)下去”。他為什么得出這樣的結(jié)論呢？下面，我們就一起來看看，當(dāng)年伽利略是怎樣探究的？閱讀卡3——伽利略的探究過程伽利略很善于觀察自然規(guī)律，伽利略在研究物體在斜面上的運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)：當(dāng)球從一個(gè)斜面上滑下來又滾上第二個(gè)斜面時(shí)，球所達(dá)到的高度與原來的高度幾乎相等。而且，伽利略推想：高度上的這點(diǎn)微小差別是由于摩擦而產(chǎn)生的，如果能將摩擦完全消除的話，高度將恰好相等。然后，他又進(jìn)行了推想：在完全沒有摩擦的情況下，不管第二個(gè)斜面的傾斜角多么小，即使放平了，小球也“想”運(yùn)動(dòng)到原來的高度，于是只好永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去了。伽利略還觀察到：當(dāng)一個(gè)球沿斜面向下滾動(dòng)時(shí)，它的速度增大，而向上滾動(dòng)時(shí)，速度減小。他又推想了，當(dāng)球沿著水平面滾動(dòng)時(shí)，它的速度應(yīng)該不增不減。通過觀察及推想，伽利略就意識(shí)到運(yùn)動(dòng)的物體，沒有力也可以繼續(xù)以某速度一直運(yùn)動(dòng)下去。播放視頻：冰壺運(yùn)動(dòng)由于冰壺運(yùn)動(dòng)過程阻力很小，能以幾乎不變的速度前進(jìn)。師：從視頻可以看出，冰壺在一段時(shí)間內(nèi)速度的大小和方向幾乎不變，直到碰上另一個(gè)冰壺。回到探究實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生推理：假如小車不受摩擦力，會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)？生：如果小車不受力，速度不會(huì)減慢，小車將永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去。師：伽利略就通過理想斜面實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了自己的觀點(diǎn)。但在歷史上，關(guān)于亞里士多德和伽利略的爭(zhēng)論，并沒有如此輕易地就分出了勝負(fù)。這是由亞里士多德的地位和當(dāng)時(shí)的宗教信仰決定的。讓我們來看看，亞里士多德在當(dāng)時(shí)的地位和科學(xué)成就。展示閱讀資料四：亞里士多德的地位，科學(xué)成就，當(dāng)時(shí)的宗教信仰閱讀卡5-亞里士多德的科學(xué)成就亞里士多德，是古希臘著名的科學(xué)家和哲學(xué)家。公元前384年誕生于愛琴海北岸的斯特基拉城。他是希臘古典文化的集大成者，恩格斯稱他是最博學(xué)的人。他的著作是古代的百科全書，據(jù)說有四百到一千部，主要有《工具論》《物理學(xué)》《天論》等。亞里士多德認(rèn)為存在“第一推動(dòng)者”，中古世紀(jì)的基督教說“第一推動(dòng)者”就是上帝，所以，亞里士多德的學(xué)說和基督教教義結(jié)合，這樣的結(jié)合讓亞里士多德的學(xué)說成為西方的權(quán)威學(xué)說。被譽(yù)為西方的圣人。師：在我們今天看來是非常簡(jiǎn)單的道理，它被發(fā)現(xiàn)的過程往往是非常艱難的?？茖W(xué)家如果沒有堅(jiān)強(qiáng)的意志和信念，沒有足夠的事實(shí)和理論依據(jù)，就不可能最終收獲成功的碩果。同時(shí)，同學(xué)們不要迷信權(quán)威要相信科學(xué)。有人說相信科學(xué)也是一種迷信，其實(shí)那是根本不懂科學(xué)?？茖W(xué)不是結(jié)論，科學(xué)是一個(gè)方法系統(tǒng)，是一個(gè)發(fā)現(xiàn)知識(shí)的框架。這個(gè)框架要求用證據(jù)說話。只要有新的證據(jù)出來，能推翻以前的結(jié)論，科學(xué)家允許你改變他的信念。師：但伽利略的這個(gè)結(jié)論也不夠完善。你們覺得不完善在哪里呢？師：伽利略只說了運(yùn)動(dòng)的物體，那靜止的物體呢？他也只說了物體是勻速運(yùn)動(dòng)，那物體的運(yùn)動(dòng)軌跡是直線，還是曲線呢？師：與伽利略同時(shí)代的法國(guó)科學(xué)家笛卡爾，他發(fā)現(xiàn)其中的不完善，就進(jìn)行了補(bǔ)充。展示閱讀資料六——笛卡爾的觀點(diǎn)。閱讀卡6——笛卡兒談“力與運(yùn)動(dòng)”笛卡兒(1596-1650)是偉大的法國(guó)哲學(xué)家，數(shù)學(xué)家，物理學(xué)家和生理學(xué)家，其拉丁文名字為RenatusjCartesius，出生于都蘭省拉艾地方的一個(gè)貴族家庭。他經(jīng)過研究明確指出：物體不受到力的作用時(shí)，物體永遠(yuǎn)不會(huì)使自己沿曲線運(yùn)動(dòng)，而只保持在直線上運(yùn)動(dòng)。師：笛卡爾做出了怎樣的補(bǔ)充？生：除非物體受到力的作用，物體將永遠(yuǎn)保持在直線上運(yùn)動(dòng)。閱讀卡5-亞里士多德的科學(xué)成就亞里士多德，是古希臘著名的科學(xué)家和哲學(xué)家。公元前384年誕生于愛琴海北岸的斯特基拉城。他是希臘古典文化的集大成者，恩格斯稱他是最博學(xué)的人。他的著作是古代的百科全書，據(jù)說有四百到一千部，主要有《工具論》《物理學(xué)》《天論》等。亞里士多德認(rèn)為存在“第一推動(dòng)者”，中古世紀(jì)的基督教說“第一推動(dòng)者”就是上帝，所以，亞里士多德的學(xué)說和基督教教義結(jié)合，這樣的結(jié)合讓亞里士多德的學(xué)說成為西方的權(quán)威學(xué)說。被譽(yù)為西方的圣人。閱讀卡6——笛卡兒談“力與運(yùn)動(dòng)”笛卡兒(1596-1650)是偉大的法國(guó)哲學(xué)家，數(shù)學(xué)家，物理學(xué)家和生理學(xué)家，其拉丁文名字為RenatusjCartesius，出生于都蘭省拉艾地方的一個(gè)貴族家庭。他經(jīng)過研究明確指出：物體不受到力的作用時(shí)，物體永遠(yuǎn)不會(huì)使自己沿曲線運(yùn)動(dòng)，而只保持在直線上運(yùn)動(dòng)。師：現(xiàn)在，伽利略、笛卡兒的正確觀點(diǎn)都擺在了世人的面前。在隔了一代人之后，牛頓將對(duì)“力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系”的探究，在前兩位的基礎(chǔ)上更進(jìn)了一步，提出“靜止的物體在不受外力時(shí)將保持靜止?fàn)顟B(tài)’’，并將所有的結(jié)論總結(jié)成了一條基本定律——牛頓第一定律。說明：(1)牛頓第一定律說明了物體的運(yùn)動(dòng)不需要靠力來維持。物體運(yùn)動(dòng)之所以會(huì)停下來，是由于物體受到了力的作用。(2)對(duì)牛頓第一定律中“總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”這句話的含義，我們可以理解為：物體不受力時(shí)，原來靜止的物體將永遠(yuǎn)保持靜止?fàn)顟B(tài)；原來運(yùn)動(dòng)的物體將永遠(yuǎn)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，速度的大小和方向都不改變。強(qiáng)調(diào)：牛頓第一定律是通過分析事實(shí)，再進(jìn)一步概括、推理得出的，不是直接的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，但其中符合邏輯的科學(xué)推理是非常重要的。今天，作為一個(gè)中國(guó)人我感到非常自豪，因?yàn)槿缃裎覀儑?guó)家可以代表人類登上太空，在太空中完成牛頓第一定律的驗(yàn)證。三、慣性活動(dòng)：讓學(xué)生談一下乘坐公交車過程中，當(dāng)公交車啟動(dòng)或剎車時(shí)身體的感受。觀察下列現(xiàn)象，想一想，這些現(xiàn)象說明了什么？汽車啟動(dòng)時(shí)人的身體會(huì)向后傾。雞蛋慣性實(shí)驗(yàn)。汽車緊急剎車，車上的人會(huì)向前傾。平衡車落球?qū)嶒?yàn)。事實(shí)表明：原來靜止的物體，具有保持靜止的性質(zhì)；原來運(yùn)動(dòng)的物體，具有保持原有速度做均速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。師：慣性是物質(zhì)的一個(gè)基本屬性，無論固體、液體、氣體都具有慣性，慣性無論好壞，但是卻在生活中的確給我們帶來了厲害。如：利用慣性騎自行車時(shí)蹬幾下后，可以讓它自行前行一段距離以節(jié)省體力。同時(shí)，由于慣性，汽車剎車后不能立即停下而造成追尾事故。討論：說說你知道哪些慣性現(xiàn)象，人們?nèi)绾卫脩T性或是防止慣性帶來的危害的？總結(jié)歸納：(1)利用慣性：跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員的助跑；