1 牛頓第一定律
教學目標1. 了解物理學史上人們對力與運動關係的認知歷程。
2. 初步了解理想化實驗方法，知道理想化實驗方法的意義和局限。
3. 理解慣性的概念，會用慣性解析生活中的與慣性相關的現象。
4. 在了解人們對力與運動關係認知歷程的過程中，體會理想化實驗、數學與物理學的關係。
教學重難點教學重點物理學史上人們對力與運動關係的認知歷程、牛頓第一定律、慣性
教學難點牛頓第一定律、慣性
教學準備多媒體課件
教學過程新課引入教師設問：在初中，我們學過了牛頓第一定律，請大家回顧一下它的內容。
學生活動：學生思考老師所提問題，集體回答老師所提問題。
教師口述：我們今天就來細緻地分析牛頓第一定律和它的得出過程、及慣性。
講授新課一、理想實驗的魅力教師活動：講解亞里斯多德關於力與運動關係的觀點。
兩千多年前，古希臘思想家、哲學家亞里斯多德斷言：要使一個靜止的物體運動起來，就必須對它用力；用力使物體運動起來後，停止用力，物體歸於靜止。於是，他聲稱「運動者皆被推動。」「當推一個物體的力不再推它時，原來運動的物體便歸於靜止。」
教師活動：講解伽利略對力與運動關係的認識。
伽利略認為，將人們引入歧途的是摩擦，而物體在通常情況下運動時，摩擦又是難以避免的。
伽利略注意到，當一個球沿斜面向下滾動時，它的速度增大；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。然而，實際情況卻是，即使沿水平面滾動，球也會越滾越慢，最後停了下來。伽利略認為這是摩擦作用的結果。若沒有摩擦，球將永遠運動下去。
為了闡明自己的觀點，伽利略設計了如圖所示的實驗：讓一個小球沿斜面從靜止狀態開始運動，小球將「衝」上另一個斜面。如果第二個斜面傾角減小，小球仍將到達原來的高度，但是運動的距離更長。由此可以推斷，當斜面最終變為水平面時，小球要到達原有高度將永遠運動下去。這說明，力不是維持物體運動的原因。
教師活動：講解理想化實驗。
阻力不可能完全消除，第二個斜面也不可能做得無限長，所以，伽利略的實驗是一個「理想實驗」。
首先，「理想實驗」是以實踐為基礎的。所謂的「理想實驗」就是在真實的科學實驗的基礎上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，對實際過程作出更深入一層的抽象分析。其次，「理想實驗」的推理過程，是以一定的邏輯法則為根據的，而這些邏輯法則，都是從長期的社會實踐中總結出來的，並為實踐所證實了的。
在自然科學的理論研究中，「理想實驗」具有重要的作用。作為一種抽象思維的方法，「理想實驗」可以使人們對實際的科學實驗有更深刻的理解，可以進一步揭示出客觀現象和過程之間內在的邏輯聯繫，並由此得出重要的結論。
「理想實驗」只是一種邏輯推理的思維過程，它的作用只限於邏輯上的證明與反駁，而不能用來作為檢驗認識正確與否的標準。相反，由「理想實驗」所得出的任何推論，都必須由觀察或實驗的結果來檢驗。
教師活動：評論伽利略對力與運動關係的認識。
伽利略的力是改變物體運動狀態的原因，將動力學的研究引入正確的方向。不過伽利略還不能想像不受重力作用的物體將如何運動。正是為了避免重力對物體運動的影響，伽利略才將研究對象放在水平面上。這樣使它的結論有很大的局限性。
教師活動：講解笛卡爾對力與運動關係的認識。
笛卡爾認為所有的物體都有保持原來的方式和狀態的趨勢。為了能夠確定自然事物的發生過程。笛卡爾認為還需要給出相應的二級定律。
第一條定律說，「如果沒有外界的作用，任何物質粒子的狀態（包括它的大小形狀、位置和運動）不會有任何變化。」
第二條定律說，「如果物體處在運動之中，那麼如無其他作用的話，它將繼續以同一速度在同一直線方向上運動，既不停定來也不偏離原來的方向。」
教師活動：請你笛卡爾對力與運動關係的認識。
表面上看，笛卡爾的第二條定律是慣性定律的準確描述。但笛卡爾沒有提出力的概念，他認識物體的之間的相互作用只有通過直接的接觸才能發生。
二、牛頓第一定律教師活動：講解牛頓第一定律。
在伽利略和笛卡爾工作的基礎上，在隔了一代人以後，英國科學家牛頓提出了動力學的一條基本定律：一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態。這就是牛頓第一定律。物體這種保持原來勻速直線運動狀態或靜止狀態的性質叫作慣性。牛頓第一定律也叫作慣性定律。
教師活動：講解牛頓第一定律的意義。
（1）力不是維持物體運動狀態的原因，而是改變物體運動狀態的原因。
（2）保持靜止或勻速直線運動狀態是物體的固有屬性，這一屬性稱為慣性。慣性不是外界強加給它的，是物體固有的，一切物體都具有慣性。
三、慣性與質量教師活動：講解慣性與質量的關係。
教師口述：從生活中我們可以知道，滿載貨物的大卡車與小汽車相比，更不容易停下來。不同質量的物體，慣性的大小是不一樣的。也就是說，不同物體維持其原有運動狀態的「能力」不同，質量大的物體慣性大。描述物體慣性的物理量是它的質量。
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，符號為kg。
典題剖析例1 伽利略創造的把實驗、假設和邏輯推理相結合的科學方法，有力地促進了人類科學認識的發展。用如圖所示的裝置做如下實驗：小球從左側斜面上的O點由靜止釋放後沿斜面向下運動，並沿右側斜面上升。斜面上先後鋪墊三種粗糙程度逐漸降低的材料時，小球沿右側斜面上升到的最高位置依次為1、2、3.根據三次實驗結果的對比，可以得到的最直接的結論是( )
A.如果斜面光滑，小球將上升到與O點等高的位置
B.如果小球不受力，它將一直保持勻速運動或靜止狀態
C.如果小球受到力的作用，它的運動狀態將發生改變
D.小球受到的力一定時，質量越大，它的加速度越小
答案：A
解析：根據題意，鋪墊材料粗糙程度降低時，小球上升的最高位置升高，當斜面絕對光滑時，小球在斜面上沒有能量損失，因此可以上升到與O點等高的位置，而B、C、D三個選項，從題目不能直接得出，所以選項A正確。
例2伽利略對自由落體運動及運動和力的關係的研究，開創了科學實驗和邏輯推理相結合的重要科學研究方法。圖a、b分別表示這兩項研究中實驗和邏輯推理的過程，對這兩項研究，下列說法正確的是( )
A.圖a通過對自由落體運動的研究，合理外推得出小球在斜面上做勻變速運動
B.圖a中先在傾角較小的斜面上進行實驗，可「衝淡」重力，使時間測量更容易
C.圖b中完全沒有摩擦阻力的斜面是實際存在的，實驗可實際完成
D.圖b的實驗為「理想實驗」，通過邏輯推理得出物體的運動需要力來維持
答案：B
解析：伽利略設想物體下落的速度與時間成正比，因為當時無法測量物體的瞬時速度，所以伽利略通過數學推導證明，如果速度與時間成正比，那麼位移與時間的二次方就成正比。由於當時用滴水法計時，無法記錄自由落體的較短時間，伽利略設計了讓銅球沿阻力很小的斜面滾下，來「衝淡」重力的作用效果，而小球在斜面上運動的加速度要比它豎直下落的加速度小得多，運動相同位移所用時間長得多，所以容易測量.伽利略做了上百次實驗，並通過抽象思維在實驗結果上做了合理外推，得出了正確結論，故A錯誤，B正確；完全沒有摩擦阻力的斜面是實際不存在的，故C錯誤；伽利略用抽象思維、數學推導和科學實驗相結合的方法得到物體的運動不需要力來維持的結論，故D錯誤。
課堂小結
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