牛顿第一定律教学设计_牛顿第一定律教学设计
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如何理解牛顿第一运动定律
一、任务分析
1.教学内容分析
1.1 知识特点
牛顿第一运动定律是运用逻辑思维对实际事物进行分析的产物，在实际生活中不能找到物体满足牛顿第一运动定律的条件——不受外力。所以此知识较为抽象，难以理解。牛顿第一运动定律中还包含着力、及其与运动关系，惯性、惯性运动、惯性参考系等经典力学中最为基本且最为重要的概念，内涵十分丰富。难以理清各个概念之间的关系，把握其实质。1.2 知识地位
牛顿第一运动定律是牛顿力学即经典力学理论的前提和基础。它破除了长达近两千多年的亚里士多德的错误观点，改变了人类的世界观。牛顿第一运动定律的实质是定义了惯性参考系，是牛顿运动定律成立的前提。2.学情分析
本节所述内容学生在初中物理课程中已涉及到，所以有一定的基础，关键是如何让学生加深对牛顿第一定律本质的理解。在对惯性的学习中，这仍是学生难于理解的问题。部分原因在于课本中的表述不够简洁，而学生对教科书中内容的理解又显稍不足。3.策略方法的选择
基于以上对教学内容的分析和对学情的分析，我采取的策略方法如下：首先，转化牛顿第一运动定律的表述形式，使其符合中文的表达习惯，从而有助于学生对其内容的进一步理解。其次，运用物理知识再次对其表述进行简化，进一步凸显牛顿第一运动定律的本质。最后补充说明创设此种物理情境的局限性，并由此引出惯性参考系的概念，明确此为牛顿第一运动定律的本质。
二、教学目标
1.知识与技能
理解牛顿第一定律的内容及本质。
知道惯性是物体的固有属性，不论物体受力与否，都具有惯性。只是惯性的表现形式不同。
知道力是改变物体运动状态的原因。
知道物体受力和不受力是两种本质不同的条件。
明确牛顿第一定律实质是研究物体不受外力时的运动情况。
2.过程与方法
分析、理解伽利略对接斜面实验。
感受、理解伽利略对接斜面实验中蕴含的抽想法、理想化方法。知道理想实验是建立在可靠事实基础上的科学方法。
3.情感态度价值观 感受运动相对性原理所含有的哲学意味。
体会科学源于经验（实验、观察）与理性（假设、推理）之间的互动。体会探求真理的艰难。体会科学理论的特点。
三、教学重点、难点
1.1 教学重点：牛顿第一运动定律。惯性。1.2 教学难点：惯性参考系。
四、教学资源
1.1 选择依据：
丰富的教学用具及设备，可以使教学过程从枯燥到有趣，从抽象到形象。进行课堂演示实验并利用计算机多媒体辅助教学，不但提供了大量的教学信息，使学生在丰富的感性材料基础上，得以快速理解和掌握物理规律，而且还能够吸引学生注意力、激发学习兴趣，调动学习的积极性、主动性、创造性，从而达到提高课堂教学效果的目的。1.2 教具：
多媒体设备一套。
五、设计思路
由于牛顿第一运动定律的表述不够简洁且其中蕴含多个经典力学中的重要概念，首先转化其表达，使其符合中国人的表述习惯。再运用物理知识对转化后的牛顿第一运动定律的内容，再次精简，凸显其本质。最后创设情境理解牛顿第一运动定律的本质。为了解科学探索的艰难，将给出牛顿第一运动定律发展脉络，从中体会科学的内涵。
六、教学流程
七、课时安排：1课时。
八、教案：
在人教版《普通高中课程标准实验教科书 物理1（必修）》一书第73页，牛顿第一运动定律（Newton first law of motion）叙述如下：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。在牛顿的巨著《自然哲学的数学原理》一书中的中文直译与其表述大致相同。但这种对原拉丁文的直译，在语言表述上更符合西方人的习惯。而且在牛顿第一运动定律当中，包含力、及其与运动的关系，惯性、惯性运动、惯性参考系等经典力学中最为基本且最为重要的概念。如此直译显得其中逻辑关系较为复杂，不利于对牛顿第一运动定律的理解。
所以，先要转化其表述，使其符合中文的表达习惯。
先看前半句话，“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态”。保持静止不过是速度不变的一种特殊情况。而匀速直线运动，其速度也不改变。因此，这句话简明表述为：一切物体总保持速度不变。而速度是描述运动状态的，物体速度保持不变，也就是说物体的运动状态保持不变。所以这句话的含义是：一切物体总保持原来的运动状态。我们把物体保持原来运动状态不变的性质称为惯性。也就是说一切物体皆有惯性，惯性是一切物体的共性。
再看后半句话，“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”。将其转述为“除非有力作用在它上面。”这样牛顿第一运动定律便表述为：一切物体总保持原来的运动状态，除非有力作用在它上面。我们可以看到，将原表述中的“迫使它改变这种状态”省略，并不影响整句话的含义，而且显得表达简练，容易理解。
于是，牛顿第一运动定律表述为：一切物体总保持原来的运动状态，除非有力作用在它上面。这句话有两层含义：
1、如果有力作用在（一切）物体上面，它就不能保持原来的运动状态；
2、如果没有力作用在（一切）物体上面，它就保持原来的运动状态；
第一层含义说明力可以改变物体的运动状态，也就是说力是改变物体运动状态的原因。这句话表明力与物体运动状态的改变即速度的改变有关。在上一章已经学习了有关力的概念，至于力与运动状态的改变如何相关，将在牛顿第二运动定律中探讨。第二层含义说明在没有外力作用的条件下，物体将保持原来的运动状态。即力不是维持物体运动状态的原因。力与表征物体运动状态的速度没有直接关系。
为凸显牛顿第一运动定律的根本含义，我们以除非这个词根据日常生活中的情形造个句子。这句话是：明天出去玩儿吧，除非下雨。若将这句话保持其含义并进行转化，我们会讲“如果明天不下雨，我们出去玩吧”恐怕很少人会讲，“如果明天下雨，我们不出去玩儿了”。但“明天出去玩儿吧，除非下雨”这句话中确实包含着这个意思。
后面我们将看到，牛顿第二运动定律则更加详细的向我们展现了物体受力时，其运动状态是如何变化的。
无论是从表达习惯上讲，还是从牛顿运动定律整体的逻辑关系上讲，牛顿第一运动定律更想要表达的是物体不受力时，它的运动状态是什么样的。我们的直觉观念是，如果要让物体保持运动，它必须得到某种东西的帮助。为了保留这个直觉观念，我们用一个专门的词来称呼物体保持运动和保持静止的倾向，即惯性。换句话说，物体的惯性是保持其运动状态（无论运动还是保持静止）的原因。使用惯性一词并没有说明任何东西，它只是用来表示没有外界帮助的物体保持运动这个无法解释的实事。
至此，我用分解的方式，将牛顿第一运动定律进行了分析。现在让我们再“居高临下”对牛顿第一运动定律进行整体性理解。
牛顿第一运动定律说“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”。由于物体具有惯性，所以当物体不受力时，将依靠其惯性，保持原来的运动状态。如果，原来静止，则保持静止；如果原来有初速度，则将以此速度做匀速直线运动。所以牛顿第一运动定律也称惯性定律。
由于不受力的物体我们是不可能真正观察到的，所以牛顿第一运动定律是理想化抽象思维的产物。
至此，如果你认为已经完全了解了牛顿第一运动定律，那就大错特错了。我们在讲解的过程中忽略了一个重要的条件。谈物体的运动状态，一定是针对某个参考系而言的。设想有一位很严格的科学家，他相信惯性定律是可以用实验来证明或推翻的。他在水平的桌面上推动一个小球，并设法尽量消除摩擦（现代可以用气桌相当好地来实现这一点），他观察到，小球确实相当精确地做匀速直线运动。正当他要宣布验证惯性定律成功时，忽然发现一切变得反常了。原来沿直线运动的小球偏到了一边，向房子的墙壁滚去。他自己也感到有一种奇怪的力把他推向墙去。究竟发生了什么事？原来有人和他开玩笑。这位科学家的实验室设有窗户，与外界完全隔绝。开玩笑的人安装了一种机械，可以使整个房子旋转起来。旋转一开始，就出现上述各种反常现象，于是惯性定律被推翻了。人们谈论运动时，是离不开参考系的。上述故事表明，惯性定律在有的参考系（譬如那间旋转着的房子）中是不成立的。但是实验表明，在一个参考系中，只要某个物体符合惯性定律，则其它物体都服从惯性定律。因此我们定义：对某一特定物体惯性定律成立的参考系，为惯性参考系，简称惯性系。从这里我们初步看到，惯性不是个别物体的性质，而是参考系，或者说，时空的性质。
九、扩展阅读
牛顿第一定律的实质是给出了惯性系。它给出了一个不受力物体或物体系，这个系统不存在运动状态的改变，即这个系统不存在加速度。我们知道物理学中所研究的问题都是相对的，即以一定的物体或物体系作参照物的。而牛顿第一定律就给出了这样一个没有加速度的参照物系惯性系它才使我们对物理问题的研究和物理量的测量变的有意义。
一个不存在加速度的参照系称做惯性系。
在忽略地球的自转和公转的情况下，在一般的问题中，我们可以将地面看成是惯性参考系。
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