PAGEPAGE2《牛頓第一定律》教學(xué)設(shè)計程柏（新疆兵團(tuán)第七師高級中學(xué)833200）【摘要】：本教學(xué)設(shè)計凸顯了牛頓第一定律建立科學(xué)史的教育；在伽利略理想實(shí)驗(yàn)科學(xué)方法方面，從思想萌芽到推理過程充分展現(xiàn)，補(bǔ)充伽利略針擺實(shí)驗(yàn)，再到理想斜面的內(nèi)涵挖掘，提升學(xué)生創(chuàng)造性思維品質(zhì)；應(yīng)用階段，創(chuàng)設(shè)原始物理問題情境，有效破除前概念。在本節(jié)課最后引用我國古代物理學(xué)的成就，寓思想教育于物理教學(xué)中，培養(yǎng)愛國主義精神、民族自豪感、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、科學(xué)創(chuàng)新的精神。【關(guān)鍵詞】：伽利略針擺實(shí)驗(yàn)理想斜面牛頓第一定律〖教材分析〗牛頓第一定律是經(jīng)典力學(xué)中三大定律之一，是整個力學(xué)的基礎(chǔ)，人教版新教材按照人類對力和運(yùn)動關(guān)系認(rèn)識的順序，從亞里士多德的觀點(diǎn)、伽利略的研究到笛卡爾的補(bǔ)充，最后引入牛頓第一定律，闡述力和運(yùn)動的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上引入慣性的概念，討論了決定慣性大小的因素。與初中物理教材相比，主要有四個方面不同：第一，定律內(nèi)容的深淺不同。初中教材敘述為“一切物體在沒有受到外力作用的時候，總保持靜止?fàn)顟B(tài)或者勻速直線運(yùn)動狀態(tài)”；高中教材敘述為“一切物體總保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或者靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)為止”。高中教材表述內(nèi)涵更豐富，強(qiáng)調(diào)了力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因，突出了牛頓第一定律的獨(dú)立性和奠基性的重要意義，為學(xué)習(xí)牛頓第二定律做了鋪墊。第二，慣性的認(rèn)識層次不同。初中強(qiáng)調(diào)一切物體都有慣性；高中側(cè)重慣性與質(zhì)量的關(guān)系。第三，實(shí)驗(yàn)設(shè)計、探究與思維深度不同。初中為單斜面小車實(shí)驗(yàn)，高中則是伽利略理想雙斜面實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步凸顯了從有限到無限的極限思想和合理外推的科學(xué)方法。第四，情感態(tài)度價值觀的體現(xiàn)程度不同。初中對牛頓第一定律建立的歷史一語帶過；高中教材回顧了科學(xué)史，讓學(xué)生體會一個規(guī)律的獲得是一代又一代人努力的結(jié)果，能夠激發(fā)學(xué)生追求科學(xué)、勇于創(chuàng)新的情感。〖學(xué)情分析〗1.在心理方面，高中學(xué)生的情緒趨于穩(wěn)定，學(xué)習(xí)自覺性較強(qiáng)，抽象思維能力和理解能力有所提高。因此，顯化伽利略理想實(shí)驗(yàn)中思維方法、提升學(xué)生思維品質(zhì)最為關(guān)鍵。2.就知識水平而言，學(xué)生在初中階段已經(jīng)了解了牛頓第一定律的基本內(nèi)容，對生活中力與運(yùn)動關(guān)系的現(xiàn)象有自己的體驗(yàn)和感知，但對定律建立的歷史缺乏了解，對“質(zhì)量是慣性的唯一量度”缺乏認(rèn)識。3.對伽利略理想實(shí)驗(yàn)要求的科學(xué)思維方法難易不同，初中研究的伽利略單斜面實(shí)驗(yàn)，理想條件的理解主要是沒有摩擦力，忽略阻力；而高中研究的是伽利略雙斜面實(shí)驗(yàn)，既要強(qiáng)調(diào)理想斜面的光滑，更要強(qiáng)調(diào)“有限高，無限長”所包含的極限思想，“有限高，無限長下去”的斜面，終將質(zhì)變?yōu)闊o限長的水平面。還有伽利略從實(shí)際的針擺實(shí)驗(yàn)，展開更為廣闊而深刻的思維，走向了理想斜面實(shí)驗(yàn)過程，本身就蘊(yùn)含著創(chuàng)造性思維。4.教學(xué)實(shí)踐表明，即使經(jīng)歷完初中的牛頓第一定律學(xué)習(xí)，不少學(xué)生頭腦中往往存在著“兩個牛一定律”。一方面，他們可以把正確的定律倒背如流，另一方面，用來解決問題卻往往運(yùn)用頭腦中的前概念。因而，運(yùn)用慣性知識去解釋、解決生活中實(shí)際問題，是必然的落腳點(diǎn)?！荚O(shè)計思想〗加強(qiáng)牛頓第一定律建立過程的科學(xué)史的教育。美國物理學(xué)家和物理教育家拉比認(rèn)為：“只有把科學(xué)和人文科學(xué)融為一體，我們才能期望達(dá)到與我們的時代和我們這一代人相稱的智慧的頂點(diǎn)”。單純的知識教育只能捏塑出優(yōu)秀的高分生，科學(xué)與人文并重才能教育出杰出的人才，科學(xué)史內(nèi)容的教育正是連接科學(xué)與人文的重要橋梁。牛頓第一定律的建立過程是經(jīng)歷了幾代人的努力，牛頓最終總結(jié)出“牛頓第一定律”是大量科學(xué)家思想的結(jié)晶。教師應(yīng)該向?qū)W生準(zhǔn)確地闡述前人的研究成果，并指出不同結(jié)論之間的差異，唯有這樣，才能讓學(xué)生感受到科學(xué)發(fā)展的魅力和艱辛，從而在人文、德育方面給學(xué)生以潛移默化的影響。加強(qiáng)科學(xué)方法的教育伽利略也像亞里士多德一樣是一位觀察大師，對實(shí)驗(yàn)的悉心觀察讓他在頭腦中形成了大量信手拈來的“物理圖景”，但伽利略發(fā)現(xiàn)真理的關(guān)鍵是把科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)研究正確地結(jié)合到了一起，創(chuàng)立了理想實(shí)驗(yàn)的研究方法，對后世學(xué)者影響深遠(yuǎn)。因此，顯化理想實(shí)驗(yàn)的科學(xué)方法，把伽利略的理想實(shí)驗(yàn)從思想萌芽到推理過程應(yīng)當(dāng)充分展現(xiàn)，補(bǔ)充伽利略針擺實(shí)驗(yàn)，再到理想斜面的內(nèi)涵挖掘，提升學(xué)生創(chuàng)造性思維品質(zhì)。3．創(chuàng)設(shè)原始物理問題情境，有效破除前概念在初中階段，學(xué)生對牛頓第一定律已有大致了解，知道亞里士多德的觀點(diǎn)（力是維持物體運(yùn)動的原因）是錯的，也知道伽利略通過研究澄清了運(yùn)動和力的關(guān)系（力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因）。但是，在解決實(shí)際問題時，他們還常常下意識地用亞里士多德的觀點(diǎn)去分析，這說明運(yùn)動和力的正確關(guān)系在學(xué)生的頭腦中還沒有真正建立起來。因此，創(chuàng)設(shè)“生態(tài)化”的真實(shí)情境，突出研究過程和方法，讓學(xué)生頭腦里的前概念與物理學(xué)里的科學(xué)概念激烈交戰(zhàn)，使得學(xué)生原有的認(rèn)知圖示受到不斷地刺激，在頭腦中引發(fā)認(rèn)知沖突和危機(jī)，從而正確對牛頓第一定律認(rèn)知在更深的心理層面上得以確認(rèn)?！冀虒W(xué)目標(biāo)〗1．理解牛頓第一定律的內(nèi)容和意義，知道慣性的概念，知道慣性大小跟質(zhì)量有關(guān)，能夠正確解釋有關(guān)慣性的現(xiàn)象。2.學(xué)習(xí)亞里士多德、伽利略、笛卡爾、牛頓在不同歷史時期探索所做出的貢獻(xiàn)，掌握伽利略理想實(shí)驗(yàn)的科學(xué)方法和牛頓系統(tǒng)總結(jié)前人智慧、形成定律的深刻內(nèi)涵。3．體會到物理學(xué)對人們的世界觀、自然觀、思維方式的改變都在起著重要的作用。〖教學(xué)流程〗““剎車情景劇”引入亞里士多德的運(yùn)動觀伽利略的研究笛卡兒的補(bǔ)充牛頓的總結(jié)理解牛頓第一定律應(yīng)用慣性知識解釋生活中的現(xiàn)象1．引入全體學(xué)生參與表演：高速行駛的汽車遇到緊急剎車，坐在汽車?yán)锏耐瑢W(xué)們，身體會有怎樣的動作？提出問題：剎車過程中，為什么大家的身體會有這種動作？再想想，為什么有的物體是在做加速運(yùn)動，有的在做減速運(yùn)動，有的物體上升，有的物體下降；天上的日月星辰，為什么會是那樣運(yùn)動；所有的為什么背后，都指向一個問題，就是運(yùn)動的原因是什么？關(guān)于運(yùn)動的原因問題是一個古老的話題?？梢宰匪莸焦?世紀(jì)。2．亞里士多德的樸素運(yùn)動觀（1）回顧研究“落體運(yùn)動”時對亞里士多德的認(rèn)識學(xué)生：西方最偉大的哲學(xué)家，古希臘的圣人。（2）介紹亞里士多德的運(yùn)動觀他觀察了大量物體的運(yùn)動，經(jīng)過思考，把運(yùn)動分成兩類，一類是自然運(yùn)動，另外一類是受迫運(yùn)動。自然運(yùn)動：每個物體都有自己的固有位置，比如，火的自然位置在上，土的自然位置在下，氣和水在中間。偏離固有位置的物體將趨向固有位置運(yùn)動。地上物體的自然運(yùn)動沿直線，輕者上升，重者下降；天體的自然運(yùn)動永恒地沿著圓周進(jìn)行。受迫運(yùn)動：物體的運(yùn)動是在推或拉的外力作用下發(fā)生的。沒有外力，物體就會停止。（3）引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識受迫運(yùn)動原因的實(shí)質(zhì)亞里士多德的偉大之處在于，他在找運(yùn)動的原因時跟推或拉的外力建立起關(guān)系來了。他總結(jié)的受迫運(yùn)動原因的實(shí)質(zhì)是：運(yùn)動需要力來維持，力是維持運(yùn)動的原因。根據(jù)初中的學(xué)習(xí)，多數(shù)學(xué)生知道這是錯的。但是，他們的潛意識里未必根除了這種運(yùn)動觀。（4）激發(fā)學(xué)生的潛意識，啟發(fā)學(xué)生思考亞里士多德的運(yùn)動觀聽起來很有道理。事實(shí)上這個觀點(diǎn)是沒有學(xué)過物理的人的一種樸素的運(yùn)動觀。這種觀點(diǎn)從公元前4世紀(jì)誕生起，兩千年里沒人質(zhì)疑，一直到了公元后16世紀(jì)，歐洲大學(xué)里物理講的還是這種觀點(diǎn)。我們學(xué)過初中物理了，都知道這種觀點(diǎn)有問題，那么問題在哪呢？雖然學(xué)生能說出：力不是維持物體運(yùn)動的原因，是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因?？墒?，他們很難結(jié)合生活中的實(shí)例說清楚運(yùn)動和力的關(guān)系。這說明他們還沒有找到質(zhì)疑亞里士多德觀點(diǎn)的切入點(diǎn)。3．伽利略的研究（1）質(zhì)疑伽利略研究的切入點(diǎn)是：原來運(yùn)動的物體之所以停下來難道真的是沒有力的作用嗎？學(xué)生：原來運(yùn)動的物體之所以停下來，是因?yàn)橛心Σ亮蚩諝?、水等流體的阻力作用的結(jié)果。（2）假設(shè)與猜想如果沒有摩擦阻力、流體阻力的影響，在水平面上運(yùn)動的物體會怎樣呢？學(xué)生：物體將會一直運(yùn)動下去?，F(xiàn)實(shí)生活中不可能沒有摩擦阻力、流體阻力的影響，因此，“在水平面上運(yùn)動的物體將會一直運(yùn)動下去”是我們的猜想。（3）理想實(shí)驗(yàn)這種猜想到底正確與否，怎么研究呀？學(xué)生：通過實(shí)驗(yàn)，這是伽利略用到的研究方法。伽利略也是一位觀察大師，在他17歲還在讀醫(yī)學(xué)時，有一次在教堂做禮拜，一陣風(fēng)從窗口吹來，把吊燈吹的擺動起來，引起了伽利略的興趣和觀察；回家之后，他就做了一個針擺實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)很多規(guī)律。我們一起來看一下。演示1：（做如圖所示的單擺實(shí)驗(yàn)，讓單擺從左邊A點(diǎn)自由釋放）當(dāng)擺球到達(dá)右邊時，將會達(dá)到怎樣的高度？學(xué)生：將達(dá)到與A點(diǎn)等高的位置看上去擺球到達(dá)右邊的高度與A點(diǎn)似乎等高，但事實(shí)真的等高么？為什么？學(xué)生：事實(shí)上要略低一些，因?yàn)橛心Σ亮Υ嬖?。是的，雖然眼睛告訴我們，兩個位置是等高的，但頭腦告訴我們，其實(shí)不等高?？梢姡瑔慰垦劬τ^察還不夠，還要運(yùn)用科學(xué)原理進(jìn)行思維。當(dāng)然，思維分析的結(jié)果，最終也可以用實(shí)驗(yàn)事實(shí)來檢驗(yàn)。啟發(fā)學(xué)生：如果我們讓單擺一直擺下去，單擺最終將會停止運(yùn)動。這表明每次到達(dá)最高點(diǎn)時，都要比原來低一些的。教師：在怎樣的條件下，擺球能夠到達(dá)等高的位置呢？學(xué)生：沒有空氣阻力。教師：（在擺線懸點(diǎn)下方的不同位置插入釘子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如圖2所示。）如果沒有空氣阻力，擺球?qū)⒌竭_(dá)右邊多高的位置？學(xué)生：也將與A點(diǎn)等高的位置。教師：（將圖2顯示在大屏幕上）伽利略當(dāng)年也考慮過單擺的上述實(shí)驗(yàn)。他不但清楚地認(rèn)識到，如果沒有空氣阻力，擺球都將到達(dá)同樣的高度。而且由這個實(shí)驗(yàn)出發(fā)，展開了更為廣闊而深刻地思維。下面我們仿照伽利略的方法進(jìn)行思考：如果不是單擺的運(yùn)動，而是一只小球在圓弧軌道上的運(yùn)動，（去取圖2中的有關(guān)線條，將圖2轉(zhuǎn)化為圖3）當(dāng)軌道沒有摩擦力時，小球是否也能到達(dá)同樣的高度？學(xué)生：應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá)同樣的高度。教師：如果軌道不是圓弧形，而是直線形（將圖3轉(zhuǎn)化為圖4），是否也會出現(xiàn)相同的結(jié)果？學(xué)生：應(yīng)當(dāng)也會出現(xiàn)相同的結(jié)果?！ぁぁBCACDBADBCACDBADCBADCBA圖2圖3圖4演示2：于是他設(shè)計了一個對接斜面實(shí)驗(yàn)。伽利略觀察到在斜坡上運(yùn)動的物體，從高處滑下來運(yùn)動得越來越快，沖上斜面運(yùn)動得越來越慢。EE在這個基礎(chǔ)上，教師與學(xué)生一起進(jìn)行邊實(shí)驗(yàn)邊推理：如甲圖所示，讓靜止在A處的小球沿第一斜面滾下來，小球?qū)L上對接斜面，如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙脚cA等高的B處；如果減小對接斜面的傾角，就增加了BC的長度，小球要達(dá)到原來的高度就要通過更長的路程；如果繼續(xù)不斷減小對接斜面傾角，那小球要走的路程BC也會不斷增加，那在直角三角形BCD中，當(dāng)；取極限，即，對接斜面BC就質(zhì)變成為了無限長的水平面了?？梢?，有限高，無限長的理想斜面就是無限長的水平面。這樣，沒有加速的因素，又沒有減速的因素，小球?yàn)檫_(dá)到原來的高度，就應(yīng)該以恒定的速率持續(xù)的運(yùn)動下去。(4)得出結(jié)論：可見，物體一旦有了速度，如果它不受力的作用，將以這一速率一直運(yùn)動下去。即力不是維持物體運(yùn)動的原因。從而，否定了亞里士多德的觀點(diǎn)。（5）體會伽利略的科學(xué)研究方法伽利略所設(shè)計的實(shí)驗(yàn)，哪些方面在實(shí)際上是不可能實(shí)現(xiàn)的？學(xué)生：兩個方面，一是斜面絕對光滑，沒有摩擦；二是后一斜面可以無限延伸。教師：像這種利用理想化的器材，在思想中進(jìn)行理想化的操作，在科學(xué)上稱為理想化實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)在我們可以領(lǐng)會到伽利略將圓弧形的軌道轉(zhuǎn)化為直線形的軌道帶來的好處了。想想看，在研究落體運(yùn)動時我們就把這兩位偉人的觀點(diǎn)進(jìn)行了對比，現(xiàn)在他們關(guān)于運(yùn)動和力關(guān)系的觀點(diǎn)又?jǐn)[在了一起。之所以伽利略能夠超越前人的認(rèn)識，原因之一就是他在研究方法上與亞里士多德不同，有什么不同呢？學(xué)生：有實(shí)驗(yàn)，有推理。理想實(shí)驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行思維的抽象、純化，再進(jìn)行合理的外推，實(shí)驗(yàn)和思維推理完美結(jié)合，這是伽利略開創(chuàng)的科學(xué)研究方法。而在公元前4世紀(jì)，亞里士多德的研究方法主要是靜觀而不做實(shí)驗(yàn)，思辨而不做定量的數(shù)學(xué)推演。從公元前4世紀(jì)到16世紀(jì)末17世紀(jì)初，之間有兩千年，自然科學(xué)躑躅不前。而從伽利略到今天（2007年），大師輩出，不過幾百年的時間，對運(yùn)動問題的研究深入延續(xù)下去，開創(chuàng)了力學(xué)和全部物理學(xué)，乃至于整個現(xiàn)代科學(xué)。愛因斯坦對伽利略的評價：伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端。4．笛卡兒的補(bǔ)充不過，由于歷史的局限性，伽利略的水平面局限在地球表面上的水平面，因而在現(xiàn)在看來，小球一直運(yùn)動下去實(shí)際是沿著與地心等距離的勻速圓周運(yùn)動。在伽利略研究的基礎(chǔ)上，跟伽利略同時代的哲學(xué)家、數(shù)學(xué)家笛卡爾，補(bǔ)充完善了伽利略的觀點(diǎn)，一方面糾正了物體貼著地球表面的水平運(yùn)動，另一方面明確了運(yùn)動方向不變。提出“除非其他因素，物體將永遠(yuǎn)保持靜止或運(yùn)動狀態(tài)，永遠(yuǎn)不會自己沿曲線運(yùn)動，而只保持在直線上運(yùn)動”，把它作為物理學(xué)的一條原理。5．牛頓的總結(jié)又隔了一代人，出了一位大師級人物。他就是——學(xué)生：牛頓說隔了一代人一點(diǎn)都不委屈牛頓，伽利略是1642年去世的，牛頓是1643年誕生的?？芍^前赴后繼。牛頓在前人研究的基礎(chǔ)上，對運(yùn)動和力的關(guān)系進(jìn)行了全面的闡述：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。牛頓把力與運(yùn)動的關(guān)系這個結(jié)論總結(jié)成第一定律。寫在了《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》這本書里。牛頓說：如果我比笛卡兒看得遠(yuǎn)一點(diǎn)，那是因?yàn)槲沂钦驹谇拜吘奕说募缟?。這既反映了牛頓謙遜的一面，同時也是不爭的事實(shí)。牛頓的表述更精煉、更準(zhǔn)確。理解牛頓第一定律(1)力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的唯一原因牛頓第一定律里的“總保持”“除非”關(guān)鍵詞告訴我們，除了力之外，沒有別的因素可以改變物體的運(yùn)動狀態(tài)，力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的唯一原因。物體運(yùn)動狀態(tài)改變，也就是物體運(yùn)動的速度改變，速度改變了，也就是物體有加速度了，所以力是產(chǎn)生加速度的原因。牛頓是真正科學(xué)準(zhǔn)確建立力這個概念的第一人。（2）慣性與大小“一切物體總保持勻速直線運(yùn)動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)”說的是什么呢？學(xué)生：慣性?！翱偙３帧闭f明這是物體與生俱來的本領(lǐng)，一種抵抗運(yùn)動狀態(tài)變化的本領(lǐng)——慣性?？梢源蛞粋€比喻，物體就好比是人，物體處于靜止或者勻速直線運(yùn)動狀態(tài)，就好比是人處于睡眠或者清醒狀態(tài)。為什么物體可以保持靜止或者勻速直線運(yùn)動狀態(tài)？是因?yàn)槲矬w有慣性。為什么人可以處于睡眠或者清醒狀態(tài)？是因?yàn)槿司哂猩Ｔ鯓痈淖兾矬w的靜止或者勻速直線運(yùn)動狀態(tài)？給物體施加一個力。怎樣使人既不處于睡眠狀態(tài)又不處于清醒狀態(tài)？得上要命得病。物體慣性靜止?fàn)顟B(tài)勻速直線運(yùn)動狀態(tài)受到力的作用改變了運(yùn)動狀態(tài)（既不靜止也不勻速直線運(yùn)動）人生命睡眠狀態(tài)清醒狀態(tài)得了要命的疾病死亡（既不清醒也不睡眠）由于牛頓第一定律里面包含了“慣性”的概念，因此又叫做“慣性定律”。慣性大小與什么因素有關(guān)系呢？你能設(shè)計一個小實(shí)驗(yàn)或舉一個生活中的實(shí)例加以說明嗎？讓學(xué)生討論、交流。一般學(xué)生能夠說出：質(zhì)量越大，慣性越大。量度物體慣性大小的物理量就是其自身質(zhì)量。但是很難通過生活中的實(shí)例或設(shè)計簡單的實(shí)驗(yàn)來說清楚這個關(guān)系。這就需要教師通過實(shí)驗(yàn)和實(shí)例幫助學(xué)生理解慣性和質(zhì)量的關(guān)系。小實(shí)驗(yàn)（師生合作）：找一個肺活量大一點(diǎn)的男生到前面來，深呼吸一下，吹教師用線提著的乒乓球。乒乓球被高高吹起（學(xué)生笑）。教師再拿出一個跟乒乓球體積差不多的鋼球，用線提著，讓學(xué)生用力吹。鋼球幾乎不動（學(xué)生大笑）。通過這個小實(shí)驗(yàn)就能夠說明質(zhì)量大的慣性大。其他實(shí)例：如相撲運(yùn)動，又比如戰(zhàn)斗機(jī)拋棄副油箱。(3)牛頓第一定律是在理想條件下的運(yùn)動規(guī)律牛頓第一定律說明了物體不受力是的運(yùn)動情況，但實(shí)際無法把自然界的物體完全孤立起來，也就是說絕對不受力的物體是不存在的。它是利用邏輯思維對事實(shí)分析的產(chǎn)物，不可能直接用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。但現(xiàn)實(shí)生活中有些現(xiàn)象能夠幫助我們認(rèn)識理解這種理想情況。如冰壺球，溜冰，等等。這些運(yùn)動都是在感受摩擦力很小時帶來的運(yùn)動樂趣，宇航員在太空環(huán)境下的生活，由此也可以幫助我們理解牛頓第一定律中“不受力”的情景。運(yùn)用慣性知識解釋生活中的現(xiàn)象在勻速行駛的火車車廂內(nèi)豎直向上拋鑰匙，鑰匙落在拋出點(diǎn)何處？學(xué)生往往認(rèn)為“鑰匙落在拋出點(diǎn)沿著車行駛方向的后方”，原因是“火車在走，而鑰匙拋出后不再往前走”。對此，教師追問“為什么鑰匙拋出后不再往前走”？開玩笑打比方：坐在高速行駛的火車?yán)锴芭抛蔚某丝?，想要坐到后排，只需高高蹦起來，落下自然是后排座椅了？從勻速飛行的向前飛行的飛機(jī)上向下空頭炸彈，不計空氣阻力，問炸彈扔下后在空中的排列情況哪一種是正確的？一架飛機(jī)9:00從北京自東向西飛往烏魯木齊，13:00到達(dá)，該架飛機(jī)14:30從烏魯木齊起飛，18:00抵達(dá)北京，從北京飛往烏魯木齊用時4h，從烏魯木齊到北京用時3.5h.怎么解釋飛機(jī)在兩地飛行的時間差異？學(xué)生容易認(rèn)為是因?yàn)轱w機(jī)飛行方向相對于地球自轉(zhuǎn)方向不同，從而得出同向運(yùn)動時飛機(jī)飛行時間長，相向運(yùn)動時飛機(jī)飛行時間短的錯誤解釋。教師因勢利導(dǎo)，先按學(xué)生的邏輯分析：由于地球的自轉(zhuǎn)方向?yàn)樽晕飨驏|，當(dāng)飛機(jī)從北京飛往烏魯木齊時，飛機(jī)與地球是相向運(yùn)動，飛行時間應(yīng)該更短；從烏魯木齊飛往北京時為同向運(yùn)動，飛行時間應(yīng)該更長。這不和時間差正好相反么？實(shí)際上，飛機(jī)停留在地面時，已經(jīng)具有了地球自轉(zhuǎn)時表面的速度，由于慣性，當(dāng)飛機(jī)起飛行時，已經(jīng)具有了地球自轉(zhuǎn)時表面的速度，即使飛機(jī)飛起，仍然帶有隨地球自轉(zhuǎn)時表面的速度，所以與飛機(jī)飛行方向無關(guān)。那為什么飛機(jī)飛行會有半個小時的時間差？原來飛機(jī)在兩地之間的飛行航線，處于北半球的西風(fēng)帶。當(dāng)飛機(jī)從北京飛往烏魯木齊時，飛機(jī)逆風(fēng)而行；當(dāng)飛機(jī)從烏魯木齊飛往北京時，飛機(jī)順風(fēng)飛行，所以產(chǎn)生了半小時的時間差。小結(jié)這節(jié)課，我們回顧了牛頓第一定律建立的科學(xué)史，學(xué)習(xí)了理想實(shí)驗(yàn)這一重要的科學(xué)方法，搞清楚了力和運(yùn)動的關(guān)系，不由得再次感嘆物理學(xué)家高超的智慧——以退為進(jìn)。具體地說，一個事物的作用，往往是在去除這個事物之后，才會看得更清楚。正好比，你想知道清潔工人對社會的作用，最好的辦法是讓清潔工人三天不上班。同樣的，如果想知道力對運(yùn)動的作用，我們先看看沒有力作用時物體究竟做什么運(yùn)動。正是如此，我們才看清楚力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)、產(chǎn)生加速度的原因。而只有先認(rèn)識清楚物理不受力的運(yùn)動規(guī)律，才好準(zhǔn)確的認(rèn)識物體受到力的規(guī)律。因此，牛頓第一定律成為了動力學(xué)奠基性的規(guī)律，不愧是“第一定律”！板書設(shè)計牛頓第一定律物理學(xué)史二、科學(xué)方法三、慣性定律亞里士多德：提出問題針擺實(shí)驗(yàn)可靠事實(shí)“力”的科學(xué)定義伽利略：研究方法↓＋笛卡爾：補(bǔ)充完善理想斜面思維抽象“慣性”及其大小牛頓：形成體系↓＋理想實(shí)驗(yàn)合理外推理想情況運(yùn)動規(guī)律教學(xué)反思：對于歷史人物恰當(dāng)?shù)卦u價：關(guān)于亞里士多德的運(yùn)動解讀，不能簡單地把經(jīng)典力學(xué)的概念如力、重量強(qiáng)加在其頭上，如亞里士多德說“推一個物體的力不再去推它，原來運(yùn)動的物體便歸于靜止”，于是就對這位哲學(xué)家批評甚至嘲諷是不可取的，只需陳述一些事實(shí)即可。亞里士多德可能沒有認(rèn)識到摩擦也是同推、拉、提、拽一樣，是一種作用。伽利略通過對接斜面的理想實(shí)驗(yàn)，否定了運(yùn)動需要推、拉等作用的維持的舊觀念，開始認(rèn)識到物體的慣性性質(zhì)，向最終發(fā)現(xiàn)并完整表達(dá)慣性定律跨了一大步。但也有歷史的局限性：一是他指的勻速運(yùn)動是與地心等距離的水平面的運(yùn)動，因而他的慣性帶有“圓慣性”的烙??；二是伽利略把重力看作是物體內(nèi)在的屬性，排除在外力之列。笛卡爾糾正了伽利略“圓慣性”的錯誤，第一個對慣性定律做了正確地表述。牛頓的慣性定律直接繼承了笛卡爾的發(fā)現(xiàn)，同時對力的概念，定性地給出了科學(xué)的定義，同時定義了慣性參考系。慣性是物體固有的性質(zhì)，不論物體受力與否，都有這種性質(zhì)。當(dāng)物體沒有受到外力作用時，靜者恒靜，動者恒做勻速直線運(yùn)動，保持原有的運(yùn)動狀態(tài)不變；當(dāng)物體受到力的作用，物體的慣性就表現(xiàn)為對運(yùn)動狀態(tài)改變的“抵抗性”，因而物體的速度只能漸變，而不能突變，這種“抵抗性”將在牛頓第二定律里面得到進(jìn)一步的定量闡明。