教案【一】
教學準備
教學目標
1.知識與技能
⑴體會伽利略的理想實驗思想。
�、评斫馀ｎD第一定律的內容及意義;理解力和運動的關系。
�、抢斫鈶T性的概念，知道質量是慣性大小的量度。
2.過程與方法
�、磐ㄟ^回顧歷史探究過程理解牛頓第一定律的形成過程。
�、评斫饫硐雽嶒炇强茖W研究的重要方法。
3.情感態(tài)度與價值觀
�、磐ㄟ^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、從低級到高級的產生、發(fā)展和演變的過程。
�、仆ㄟ^理想斜面的教學，體會理想實驗的魅力。
教學重難點
【重點】加深對牛頓第一定律和慣性的理解。
【難點】轉變經驗概念，明確慣性是物體的一種屬性，任何物體都具有，牛頓定律是慣性現象的規(guī)律總結。
教學過程
(一)創(chuàng)設游戲，引入課題
撕紙游戲
猜一猜：
1.一張紙已剪成兩截，但未完全剪斷，如果迅速用力撕兩邊，紙會斷成幾截?
2.現在把紙剪成三截，但未完全剪斷，如果迅速用力撕兩邊，紙會斷成幾截?
大家不要動手，先猜一猜。
3.如果在中間的紙下面夾一個夾子，然后迅速撕兩邊，紙會斷成幾截?
請大家想一想：為什么是這樣一個結果呢?怎樣解釋我們的游戲呢?其實，在我們的游戲中還涉及到一個古老的話題──力和運動：用力撕紙，紙條斷開運動起來。運動和力之間到底有什么關系呢?帶著這些問題，我們一起來體驗古人的探究過程，學習古人的探究方法，進一步理解論述運動和力關系的牛頓第一定律。
(二)回顧歷史，探究定律
1.情景設問，經驗猜想
在人類歷史的長河中，運動和力如影隨形，總是和人們的生活、生產密切相關。比如：馬拉車則車前進，不再拉，前進的車會停下來;人象推車則車前進，不再推，前進的車會停下來;踢球，球沿草地向前滾動，不再踢，滾動的球會慢慢停下來。
思考：運動和力之間有什么關系呢?
早提出這個問題并給出經驗猜想的是古希臘學者亞里士多德。
他根據生活生產經驗猜想：必須有力作用在物體上，物體才能運動;沒有力的作用，物體就要靜止在一個地方。運動需要力維持。
他的觀點來自實際經驗，還能用實際經驗驗證，所以被人們廣泛接受，并維持了近兩千年。
設問：我們現在知道，他的觀點是錯誤的。那么他有貢獻嗎?
亞里士多德的貢獻：開創(chuàng)了一個新的研究領域。
首先質疑并深入研究的是十六世紀的伽利略。他觀察了球的滾動。
2.質疑假設，科學猜想
當球沿斜面向下滾動時，它的速度增大，而向上滾動時，速度減小。他由此猜想：當球沿水平面滾動時，它的速度應該不增不減。實際觀察的結果是：沿水平面滾動的球越來越慢，后停下來。
�、佻F象：沿水平面滾動的球越來越慢，后停下來。
按照亞里士多德的觀點，球停下來是因為沒有力的作用。伽利略恰恰從這一現象出發(fā)，對亞里士多德的觀點提出質疑。
②質疑：滾動的球之所以停下來，真的是因為沒有力的作用嗎?
設問：球停下來的原因是什么呢?
在伽利略之前，人們還沒有意識到摩擦力這種無形的力，伽利略是第一個意識到摩擦力的人。
他改變了水平面的粗糙程度，發(fā)現：水平面越光滑，球滾得越遠。于是，他推斷這是摩擦阻力作用的結果。
結論：滾動的球停下來，是摩擦阻力作用的結果。
�、奂僭O：若沒有摩擦阻力，沿水平面滾動的球將怎樣運動呢?
�、懿孪耄喝魶]有摩擦阻力，球將永遠滾動下去。
過渡：伽利略設計了一個雙斜面實驗。
3.實驗探究，得出結論
(1)雙斜面實驗
左斜面固定，右斜面傾角可變。實驗中我們設定小球始終從左斜面定位卡處由靜止釋放。
�、俟潭ㄓ倚泵妫淖冃∏蛩艿哪Σ�，觀察小球上升的大高度怎樣變化。重復。
思考：
1.小球所受摩擦阻力的大小與小球上升的大高度之間有什么關系?
2.摩擦阻力的大小與釋放點到上升的高點的高度差是什么關系?
3.如果沒有摩擦，小球會上升到多高的地方?
�、跍p小右斜面傾角，觀察小球沿斜面運動的遠距離怎樣變化。重復。
思考：
1.減小右斜面傾角，小球沿斜面運動的遠距離如何變化?
2.如果沒有摩擦，減小右斜面傾角，沿斜面滾動的遠距離怎樣變化?小球將上升到多高的地方?
�、蹖⒂倚泵娣牌剑尫判∏�，觀察小球的運動。
思考：
1.如果水平木板足夠長，小球會停下來嗎?
2.如果沒有摩擦，水平木板足夠長，小球將滾到哪里去呢?
過渡：現在通過動畫來模擬沒有摩擦阻力時小球的運動。我們?yōu)閯赢嬇淞艘欢卧拕 ?/p>
(2)動畫模擬
(老師扮演伽利略，學生扮演小球。)
伽利略：小球先生(小姐)，如果沒有摩擦，你會爬上什么高度呢?
小球：我會搭乘夢想的階梯一步一步往上爬，直到爬上原來的高度。
伽利略;如果我減小右斜面的傾角，你還會爬到原來的高度嗎?
小球：夢想有多高，我就可以爬多高，只是我要走的路程更長了。
伽利略：如果我繼續(xù)減小右斜面的傾角呢?
小球：我心依舊，只是又多了一段山水之程。
伽利略：如果我把右斜面放平，你還會為了自己的夢想而前行嗎?
小球：路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索。既然選擇了高度，留給世界的便只能是背影。
播放周杰倫的《蝸�！饭�(jié)選：我要一步一步往上爬/在高點乘著葉片往前飛/小小的天留過的淚和汗/總有一天我有屬于我的天
希望同學們像小球一樣懷著夢想，沿著人生的軌道一步一步往前行!總有一天，你有屬于你的天!
過渡：伽利略的雙斜面實驗是一個理想實驗。
(3)理想實驗的魅力：
實驗(事實)+邏輯推理
通過可靠的實驗事實，加上合理的邏輯推理，得出規(guī)律的一種方法。
理想實驗的魅力：實驗不能實現的地方，思維向前一步。
這種方法非常了不起!愛因斯坦是這樣評價的：伽利略的發(fā)現以及他所應用的科學的推理方法是人類思想偉大的成就之一，而且標志著物理學的真正開端。這個評價實事求是，從亞里士多德到伽利略，經歷了2000多年，物理學徘徊不前;從伽利略到愛因斯坦，只經歷300多年，物理學的大廈初步建立，大師輩出。這都得益于伽利略首創(chuàng)的實驗研究方法。
過渡：通過雙斜面理想實驗，伽利略得出了結論。
(3)伽利略：若沒有摩擦阻力，沿水平面滾動的球將永遠滾動下去。運動不需要力維持。
回顧、思考：
�、凫o止的車、足球為什么運動起來?
�、谶\動的車、足球為什么會停下來?
�、哿瓦\動之間有什么關系?
力是改變物體運動狀態(tài)的原因。
設問：運動狀態(tài)是用什么物理量描述?
車由靜止變?yōu)檫\動，受到了推、拉力;由運動變?yōu)殪o止，受到了摩擦阻力。足球由靜止變?yōu)檫\動，受到了腳的力;由運動變?yōu)殪o止，受到了草地的摩擦阻力。
過渡：與伽利略同時代的法國科學家笛卡爾對他的觀點進行了補充。
4.補充完善，形成定律
(1)笛卡爾的補充：除非物體受到力的作用，物體將永遠保持其靜止或運動狀態(tài)，永遠不會使自己沿曲線運動，而只保持在直線上運動。這應成為一個原理，它是人類整個自然觀的基礎。
笛卡爾補充了物體不受力時保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。
過渡：1642年，伽利略逝世，1643年牛頓在英國誕生。牛頓是人類歷偉大的科學家之一。主要貢獻有發(fā)明了微積分，發(fā)現了萬有引力定律和經典力學，設計并制造了第一架反射式望遠鏡等等。
牛頓在1687年出版的《自然哲學的數學原理》一書中提出了三條運動定律。牛頓把伽利略、笛卡爾的正確結論總結成為牛頓第一定律，它是牛頓物理學的基石。
(2)牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。
過渡：現在我們來理解定律。
(三)理解定律，了解慣性
思考：牛頓第一定律中論述的運動和力的關系是怎樣的?
1.運動和力的關系：力是改變物體運動狀態(tài)的原因。
物體不受力，保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài);運動狀態(tài)變化，物體一定受到力的作用。
思考：物體不受力時“總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)”，這能不能通過實驗驗證呢?
不能。由于不受力作用的物體是不存在的。許多阻力很小的現象可以幫助我們理解牛頓第一定律。
2.阻力很小的現象：冰壺
從視頻可以看出，冰壺在一段時間內速度的大小和方向幾乎不變，直到碰上另一個冰壺。
思考：定律中還論述了什么呢?
3.慣性：
�、俑拍睿何矬w保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質。
設問：一切物體都有慣性。做變速運動的物體有慣性嗎?
當物體做變速運動時，由于慣性，物體會抵抗速度的改變，從而使速度的改變需要一段時間。比如汽車緊急剎車時不會立即停下來，而是繼續(xù)向前滑行一段距離。
�、谝磺形矬w有慣性，有抵抗運動狀態(tài)變化的“本領”。
物體慣性大，“本領”大，運動狀態(tài)難改變;物體慣性小，“本領”小，運動狀態(tài)易改變。
思考并猜想：物體的慣性大小和什么因素有關?
游戲：用嘴吹書
提起書，用大力氣吹垂下的封面;用手提起封面，用大力氣吹垂下的書。
思考：你觀察到了什么現象?這個現象能說明慣性和質量的關系嗎?
�、蹜T性與質量：質量是慣性大小的量度。
質量只有大小，沒有方向，是標量。在國際單位制中，質量的單位是千克，單位符號為kg。
在初中質量定義為物體所含物質的多少;現在進一步從慣性的角度認識了質量;以后還要從物體間的引力認識質量。
過渡：現在，就可以解釋撕紙游戲了。
(四)再設情景，規(guī)律應用
1.思考：怎樣解釋撕紙游戲?
有夾子，增大了中部的質量，增大了慣性。當迅速撕開兩邊時，中部仍保持靜止狀態(tài)，所以撕成三截。無夾子，中間紙條慣性很小，靜止狀態(tài)易改變。由于撕開紙條的力左右有差異，所以撕成兩截。
過渡：了解了慣性的知識，我們還能用它判斷是非。
2.美國空軍UFO檔案記載，1952.12.6黎明前，一架B29轟炸機在墨西哥灣上空訓練時，一個很大的不明飛行物以4000km～15000km的時速靠近、經過、遠離它。在目擊描述中，不明飛行物能迅速增減速度，甚至還能驟然停止。
思考：1.如果沒有特別的裝置，UFO驟然停止時，外星人飛行員的命運是怎樣的?
2.人們想象外星人持有慣性消除器，用來消除自身的慣性，以便應對速度的迅速變化，你怎么看?
我們利用慣性的知識發(fā)現了UFO檔案記載中的疑點。希望大家在遇到問題時利用所學知識，冷靜分析。
(五)課堂總結，課外探究
1.了解了運動和力關系的探究過程。
在探究過程中，亞里士多德是開拓者。伽利略首創(chuàng)了理想實驗方法;笛卡爾補充了伽利略的觀點;牛頓提出了慣性、力、慣性參考系的概念。
2.體會了理想實驗的魅力：實驗(事實)+邏輯推理
3.深入理解了牛頓第一定律，知道了質量是慣性大小的量度。
4.后來愛因斯坦等科學家又進一步發(fā)展了牛頓第一定律。沒有哪一個定律是終極真理，物理學的大廈永不封頂，還等待你們?yōu)樗泶u加瓦!
課外探究：有人說劉謙的螺絲魔術*了牛頓第一定律：不給螺帽力的作用，螺帽也能運動起來。你怎么看?請在百度中搜索“劉謙螺絲魔術揭秘”，弄清劉謙螺絲魔術的原理。
效果分析：
因為本節(jié)內容在初中已有接觸，所以在本節(jié)課的設計中，我想能不能讓學生通過對本課的預習和課外查閱資料，由學生參與互動，后老師以總結者的身份來點評和補充效果好。
特別是實驗、視頻、小品的使用，激發(fā)了學生興趣，促進了教學。
關于力和運動關系的發(fā)展過程是很好的物理學史的教材，如何讓學生在一堂課中體驗這種物理規(guī)律形成過程是我們所要思考的。
教案【二】
教學準備
教學目標
1.知道伽利略的理想實驗及其推理過程，知道理想實驗是科學研究的重要方法.
2.理解牛頓第一定律的內容及意義.
3.理解慣性的概念，會解釋有關的慣性現象.
教學重難點
1.牛頓第一定律的內容及意義.
2.慣性的概念，解釋有關的慣性現象.
教學過程
[知識探究]
一、理想實驗的魅力
[問題設計]
1.日常生活中，我們有這樣的經驗：馬拉車，車就前進，停止用力，車就停下來.是否有力作用在物體上物體才能運動呢?馬不拉車時，車為什么會停下來呢?
答案不是.車之所以會停下來是因為受到阻力的作用.
2.如果沒有摩擦阻力，也不受其他任何力的作用，水平面上運動的物體會怎樣?請閱讀課本中的“理想實驗的魅力”，思考伽利略是如何由理想實驗得出結論的.
答案如果沒有摩擦阻力，水平面上運動的物體將保持這個速度永遠運動下去.
理想實驗再現：如圖甲所示，讓小球沿一個斜面由靜止?jié)L下，小球將滾上另一個斜面.如果沒有摩擦，小球將上升到原來的高度.
如果減小第二個斜面的傾斜角度，如圖乙所示，小球在這個斜面上達到原來的高度就要通過更長的路程.繼續(xù)減小第二個斜面的傾斜角度，如圖丙所示，使它終成為水平面，小球就再也達不到原來的高度，而將沿水平面以恒定的速度永遠運動下去.
[要點提煉]
1.關于運動和力的兩種對立的觀點
(1)亞里士多德的觀點：必須有力作用在物體上，物體才能運動;沒有力的作用，物體就要靜止在一個地方.力是維持物體運動的原因.
這種錯誤的觀點統治了人們的思維近兩千年.
(2)伽利略的觀點(伽利略第提出)：物體的運動不需要(填“需要”或“不需要”)力來維持.
2.伽利略的理想實驗的意義
(1)伽利略的理想實驗將可靠的事實和理論思維結合起來，即采用“可靠事實+抽象思維+科學推論”的方法*了亞里士多德的觀點，初步揭示了運動和力的正確關系.
(2)第確立了物理實驗在物理學中的地位.
二、牛頓物理學的基石——慣性定律
1.牛頓第一定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài).
2.對牛頓第一定律的理解
(1)定性說明了力和運動的關系.
�、僬f明了物體不受外力時的運動狀態(tài)：勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài).
�、谡f明力是改變物體運動狀態(tài)的原因.
(2)揭示了一切物體都具有的一種固有屬性——慣性.因此牛頓第一定律也叫慣性定律.
3.物體運動狀態(tài)的變化即物體運動速度的變化，有以下三種情況：
(1)速度的方向不變，只有大小改變.(物體做直線運動)
(2)速度的大小不變，只有方向改變.(物體做曲線運動)
(3)速度的大小和方向同時發(fā)生改變.(物體做曲線運動)
三、慣性與質量
[問題設計]
坐在公共汽車里的人，當汽車突然啟動時，有什么感覺?當運動的汽車突然停止時，又有什么感覺?解釋上述現象.
答案當汽車突然啟動時，人身體后傾.當汽車突然停止時，人身體前傾.這是因為人具有慣性，原來人和車一起保持靜止狀態(tài)，當車突然啟動時，人的身體下部隨車運動了，但上部由于慣性保持原來的靜止狀態(tài)，所以會向后傾;原來人和車一起運動，當車突然停止時，人的身體下部隨車停止了，但上部由于慣性保持原來的運動狀態(tài)，故向前傾.
[要點提煉]
1.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，我們把這個性質叫做慣性.牛頓第一定律又叫慣性定律.
2.慣性與質量的關系
(1)慣性是物體的固有屬性，一切物體都具有慣性.
(2)質量是物體慣性大小的量度，質量越大，慣性越大.
3.慣性與力無關
(1)慣性不是力，而是物體本身固有的一種性質，因此物體“受到了慣性作用”、“產生了慣性”、“受到慣性力”等說法都是錯誤的.
(2)力是改變物體運動狀態(tài)的原因.慣性是維持物體運動狀態(tài)的原因.
4.慣性的表現
(1)不受力時，慣性表現為保持原來的勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，有“惰性”的意思.
(2)受力時，慣性表現為運動狀態(tài)改變的難易程度.質量越大，慣性越大，運動狀態(tài)越難改變.
[延伸思考]
人能推動冰面上的重箱子，用同樣的力卻推不動粗糙地面上不太重的箱子，是不是冰面上的重箱子慣性小于粗糙地面上不太重的箱子呢?為什么?
答案不是.質量是物體慣性大小的量度，重箱子的慣性大于輕箱子的慣性.判斷物體慣性的大小應在相同情況下比較，比如用同樣的力推都處于冰面上或都處于粗糙地面上質量不同的物體，比較哪個物體的運動狀態(tài)更容易改變.
[典例精析]
一、對伽利略理想實驗的認識
例1理想實驗有時能更深刻地反映自然規(guī)律.伽利略設計了一個如圖1所示的理想實驗，他的設想步驟如下：
圖1
�、贉p小第二個斜面的傾角，小球在這個斜面上仍然要達到原來的高度;②兩個對接的斜面，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球將滾上另一個斜面;③如果沒有摩擦，小球將上升到原來釋放的高度;④繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，后使它成為水平面，小球將沿水平面做持續(xù)的勻速運動.
請將上述理想實驗的設想步驟按照正確的順序排列______(只要填寫序號即可).在上述的設想步驟中，有的屬于可靠的事實，有的則是理想化的推論.下列有關事實和推論的分類正確的是()
A.①是事實，②③④是推論
B.②是事實，①③④是推論
C.③是事實，①②④是推論
D.④是事實，①②③是推論
解析本題是在可靠事實的基礎上進行合理的推理，將實驗理想化，并符合物理規(guī)律，得到正確的結論.而②是可靠事實，因此放在第一步，③、①是在斜面上無摩擦的設想，后推導出水平面上的理想實驗④.因此正確順序是②③①④.
答案②③①④B
二、對牛頓第一定律的理解
例2由牛頓第一定律可知()
A.物體的運動是依靠慣性來維持的
B.力停止作用后，物體的運動就不能維持
C.物體做變速運動時，一定有外力作用
D.力是改變物體慣性的原因
解析物體具有保持原來靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)的性質叫做慣性，由于慣性的存在，物體才保持原來的運動狀態(tài)，A對.力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而不是維持物體運動的原因，B錯，C對.慣性是物體的固有屬性，力不能改變物體的慣性大小，D錯.
答案AC
針對訓練做自由落體運動的物體，如果下落過程中某時刻重力突然消失，物體的運動情況將是()
A.懸浮在空中不動
B.速度逐漸減小
C.保持一定速度向下做勻速直線運動
D.無法判斷
答案C
解析物體自由下落時，僅受重力作用，重力消失以后，物體將不受力，根據牛頓第一定律的描述，物體將以重力消失瞬間的速度做勻速直線運動，故選項C正確.
三、慣性的理解
例3關于物體的慣性，下述說法中正確的是()
A.運動速度大的物體不能很快地停下來，是因為物體速度越大，慣性也越大
B.靜止的火車啟動時，速度變化慢，是因為靜止的物體慣性大
C.乒乓球可以快速抽殺，是因為乒乓球慣性小
D.在宇宙飛船中的物體不存在慣性
解析慣性大小只與物體質量有關，與物體的速度無關，故A錯誤;質量是物體慣性大小的量度，火車速度變化慢，表明它的慣性大，是因為它的質量大，與是否靜止無關，故B錯誤;乒乓球能被快速抽殺，表明它的運動狀態(tài)容易發(fā)生改變，是因為它的慣性小，故C正確;一切物體在任何情況下都有慣性，故D錯誤.
答案C
[課堂要點小結]
[自我檢測]
1.(對伽利略理想實驗的認識)關于伽利略的理想實驗，下列說法正確的是()
A.只要接觸面摩擦相當小，物體在水平面上就能勻速運動下去
B.這個實驗實際上是永遠無法做到的
C.利用氣墊導軌，就能使實驗成功
D.雖然是想象中的實驗，但是它建立在可靠的實驗基礎上
答案BD
解析只要接觸面摩擦存在，物體就受到摩擦力的作用，物體在水平面上就不能勻速運動下去，故A錯誤.沒有摩擦是不可能的，這個實驗實際上是永遠無法做到的，故B正確.若使用氣墊導軌進行理想實驗，可以提高實驗精度，但是仍然存在摩擦力，故C錯誤;雖然是想象中的實驗，但是它建立在可靠的實驗基礎上，故D正確.
2.(對牛頓第一定律的理解)關于牛頓第一定律的理解正確的是()
A.不受外力作用時，物體的運動狀態(tài)保持不變
B.物體做變速運動時一定受外力作用
C.在水平地面上滑動的木塊終停下來，是由于沒有外力維持木塊運動的結果
D.飛跑的運動員，由于遇到障礙而被絆倒，這是因為他受到外力作用迫使他改變原來的運動狀態(tài)
答案ABD
解析牛頓第一定律描述的是物體不受外力作用時的狀態(tài)，即總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)不變，A正確;牛頓第一定律揭示了力和運動的關系，力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而不是維持物體運動狀態(tài)的原因.物體做變速運動說明運動狀態(tài)在改變，B正確.在水平地面上滑動的木塊終停下來，是由于摩擦阻力的作用而改變了運動狀態(tài).飛跑的運動員，遇到障礙而被絆倒，是因為他受到外力作用迫使他改變了原來的運動狀態(tài)，C錯誤，D正確.
3.(力與運動的關系)某人用力推一下原來靜止在水平面上的小車，小車便開始運動，以后改用較小的力就可以維持小車做勻速直線運動，可見()
A.力是維持物體速度不變的原因
B.力是維持物體運動的原因
C.力是改變物體慣性的原因
D.力是改變物體運動狀態(tài)的原因
答案D
解析力是改變物體運動狀態(tài)的原因，小車原來靜止，在力的作用下小車開始運動，是力使其運動狀態(tài)發(fā)生了改變.用較小的力就能使小車做勻速直線運動是推力與摩擦力的合力為零的緣故.
4.(對慣性的理解)如圖2所示，冰壺在冰面上運動時受到的阻力很小，可以在較長時間內保持運動速度的大小和方向不變，我們可以說冰壺有較強的抵抗運動狀態(tài)變化的“本領”.這里所指的“本領”是冰壺的慣性，則慣性的大小取決于()
圖2
A.冰壺的速度
B.冰壺的質量
C.冰壺受到的推力
D.冰壺受到的阻力
答案B
解析一個物體慣性的大小，與其運動狀態(tài)、受力情況是沒有任何關系的，衡量物體慣性大小的因素是質量，故B正確.
