“牛顿第一定律”教学设计

“牛顿第一定律”教学设计（共12篇）

“牛顿第一定律”教学设计 篇1

《牛顿第一定律》教学反思

王 劲 松

牛顿第一定律是牛顿定律的基石，正是因为它破除了长达近两千年的亚里士多德的错误，改变了人类的自然观和世界观，才导致牛顿第二定律得出，牛顿第一定律教学反思。与此同时，它本身还包含着力、惯性、和参考系这些极富成果的科学概念，成为物理学理论的支柱和基石。另外，伽利略的研究过程蕴涵了重要的科学方法，教学中要引导学生领会牛顿第一定律的含义，充分说明伽利略“理想实验”的实验基础和推理过程，展示了伽利略斜面理想实验的猜想依据、推断结果这一思维过程，通过教学让学生明确运动和力的关系，提升对力、惯性、质量等基本概念的理解。惯性是学生学习运动和力的基础，因其抽象难懂而成为难点。

新课标中本节内容对学生有以下基本要求：

1．了解亚里士多德对力和运动关系的论述及存在的错误。

2．认识伽利略研究运动和力关系的思想方法，了解理想实验的作用，教学反思《牛顿第一定律教学反思》。

3．知道速度是描述物体运动状态的物理量。

4．理解牛顿第一定律的内容，能够运用牛顿第一定律解释有关现象。

5．知道惯性是物体的固有属性，知道质量是物体惯性大小的量度。

6．运用惯性概念，解释有关实际问题。

牛顿第一定律这一节说起来容易，但让学生彻底理解还是很不容易的，通过本节课的教学除了让学生理解牛顿第一定律以外，重点是通过对牛顿第一定律的讲解可以培养学生想象能力和严密的逻辑思维能力。有了这种能力，学生学习物理的兴趣就会很高；有了这种能力，学生学习物理也会变得容易，自然考试成绩也会很好，达到了素质教育的目标。而本教案的设计恰恰体现了这一点，首先给同学们创造意境，激发同学们的想象能力，同学们在思考问题的同时，思维能力自然得到了提高。其次通过师生互动，可以很好的解决学生在思考时遇到的问题，部分学生对牛顿第一定律的理解肯定不透彻，通过师生互动，可以很好的解决这一问题，然后师生共同分析得出牛顿第一定律，可谓顺水推舟，有物理自然美，学生学习也

“牛顿第一定律”教学设计 篇2

通过创设生动有趣的生活情境, 调取学生的前认知并结合学生对事物的认知规律, 引导学生积极主动地参与到学习活动中来, 使他们在辩论、质疑、探究中接受新知。

【学情分析】

牛顿第一定律是由部分实验结果、部分外推假设、部分定义所构成的一个复合体, 其定义本身的表述学生不难记住, 但由于学生物理基础较差, 抽象思维能力不够好, 因此在接受牛顿第一定律上有一定的难度。

【教学目标】

1.理解牛顿第一定律的内容及意义。

2.理解力是改变物体运动状态的原因, 而不是维持物体运动的原因。

3.通过对运动与力之间关系的分析, 培养学生严谨的逻辑推理能力。

4.注意师生间沟通, 创造良好的学习氛围。

【教学重点、难点】

1.重点:本节的重点是正确认识物体运动与力的关系。

2.难点:生活常识使人们对力和运动的关系形成了不正确的认识, 要通过教学使学生克服传统观念, 形成正确的认识。

【教学要点点拨】人类对运动与力之间关系的认识经历了漫长的过程, 究其原因, 是因为人们通常只根据事物的表象得出结论。比如, 桌上的木块用力推它, 它就动, 不用力, 它就静止。同样, 学生在这个问题上也受到日常经验的影响, 有些错误的认识, 若一开始就介绍亚里士多德的观念, 虽节省了时间, 但对消除学生由直觉产生的类似错误不利。所以, 教学一开始由生活经验调出学生对运动与力关系的原认知, 让学生讨论, 在充分思考的基础上去澄清错误认识, 切实理解牛顿第一定律的内容。

【教学教具】身边可利用的物体, 斜面、毛巾、木版、玻璃、滑动的小车、长刻度尺、多媒体设备。

《牛顿第一定律》教学设计 篇3

【学情分析】学生在初中物理中对“惯性”概念有了初步了解。

【教学目标】能大致叙述发现牛顿第一定律的历史过程，并能做出初步评述。

能清楚地描述伽利略关于力与运动的思想观念，以及对应设计出的理想实验和相应的推理结论；能准确表述牛顿第一定律（惯性定律），并能对定律有较为深入的理解，体会定律深刻的思想性和认识问题的本质性。

【教学重点】理解力和运动的关系；知道牛顿第一定律不是一个实验定律。

【教学难点】伽利略理想斜面实验理解。

【教学用具】多媒体小车滑块等。

【教學方法】本节课采用情景导入，分组讨论和实验相结合的教学，让学生通过自主学习、合作交流的方式完成本节内容的学习。课前首先针对本节内容设置问题和预习任务。利用网络和书本查阅历史上人们对力和运动的关系的认识，主要关注亚里士多德、伽利略、笛卡尔、牛顿对力和运动的关系的观点和研究。

总结他们对力和运动关系研究的方法。预习课本伽利略理想斜面实验。

【教学过程】

一、新课导入

同学们，前面我们分别学习和了解了运动和力的基本知识。在实际生活中我们观察到一些现象，如我们推人力车、自行车时，给车施加推力，车就运动，而且推力越大车运动越快；不给车推力，车就停止。但有时我们又观察到让车达到一定速度后，即使不再给车施力，车还会运动。那么力和运动有关系吗？今天我们一起来探讨这个问题。

二、分组讨论

总结课前预习得出的结论，每组选一位同学回答下列问题。1.亚里士多德对力和运动的关系持什么观点？他的根据是什么？生：物体的运动需要力来维持，他通过观察马拉车，车就运动，马停下了，不对车施力了，车就停止运动了。所以得出运动需要力来维持这一结论。师：你对亚里士多德是怎么评价的？生：亚里士多德其实是古希腊一个很有学识的圣贤，是世界古代史上最伟大的哲学家、科学家和教育家之一。亚里士多德一生勤奋治学，他创立了形式逻辑学，丰富和发展了哲学的各个分支学科，对科学做出了巨大的贡献。2.伽利略对力和运动的观点是什么？伽利略是一个什么样的人？生：300多年前意大利伟大的学者伽利略对物体的运动需要力来维持这一观点提出质疑，通过自己的观察和思考指出此结论错误的根源在于研究力和物体运动的关系时，忽视了摩擦力这一客观存在的事实，从而使人们对力和运动的关系误入歧途。师：以上两位同学的发言都很精彩，到底物体的运动需不需要力来维持呢？哪位同学能举例说明？（学生举手回答）生1：我们在推自行车时，用力推自行车就运动，不用力了自行车就不动了。这说明物体的运动需要力的维持。生2：我认为物体的运动不需要力来维持，如我们骑自行车时，蹬一段时间后停止蹬车，自行车还会运动一段距离；踢足球时，踢出的足球要滚很远才能停下。这些案例说明物体的运动不需要力来维持。师：哪位同学的观点正确，让我们再通过实验来分析。

三、实验演示

1.先让学生自己实验：（1）要让静止的书（文具盒）运动，该怎么办？（2）停止用力，又会如何呢？（学生实验后上台演示）误导学生：物体受力就会运动，不受力就停止。得出谬论：物体运动要靠力维持。

2. 教师实验演示：推一辆小车，撤去推力，小车没有立即停下。

得出结论：物体运动不需要力维持。

3.用多媒体展示伽利略的理想实验，对学生的实验过程进行肯定和总结。

四、科学推理，得出新知

学生通过实验和观察动画能够总结出：如果表面绝对光滑，运动物体受到的阻力为零，物体将以恒定不变的速度运动下去。

提问：运动的物体不受阻力时将永远运动下去，那静止的物体不受阻力时会怎样呢？学生通过讨论能够得出：静止物体在不受力时，将保持静止状态。结论有了，再引导学生得出：我们在科学正确的实验基础上，进行合理的推理，最终得出可信的结论，即一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态，这就是牛顿第一定律。教师强调：物理定律一般都是通过实验总结的规律，但是牛顿第一运动定律却是利用逻辑思维对事物进行分析的产物。

五、练习巩固

1. 关于牛顿第一定律，下列说法正确的是（ ）

A.牛顿第一定律是实验定律

B.惯性定律与惯性的实质是相同的

C.在水平面上滑动的木块最终停下来，是由于没有外力维持木块运动

D.物体运动状态发生变化时，必定受到外力的作用

2. 16世纪末，伽利略用实验和推理，推翻了已在欧洲流行了近两千年的亚里士多德关于力和运动的理论，开启了物理学发展的新纪元。在以下说法中，与亚里士多德观点相反的是（ ）

A.四匹马拉的车比两匹马拉的车跑得快；这说明物体受的力越大，速度就越大；B.一个运动的物体，如果不再受力了，它总会逐渐停下来，这说明，静止状态才是物体长时间不受力时的“自然状态”；C.两物体从同一高度自由下落，较重的物体下落较快；D.一个物体维持匀速直线运动，不需要受力。

六、布置作业，布置预习

七、板书设计

1.历史回顾：（1）亚里士多德对力和运动的观点；（2）伽利略对力和运动的观点；（3）笛卡尔对力和运动的观点。

2.伽利略理想斜面实验。 注意：该实验第一步是事实，其余是推理。

3.牛顿第一定律。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。这就是牛顿第一定律。

牛顿第一定律 教学设计 篇4

固城中学 刘彦云

设计说明：

牛顿第一定律和惯性是全章的重点和难点，为让学生学好这些知识，并有充足的时间进行探究，所以本节安排了两课时。结合自己的研修主题，第一课时通过科学探究建立牛顿第一定律，第二课时巩固牛顿第一定律，学习惯性知识。第一课时由实验引出亚里士多德和伽利略的观点引起学生思考：维持运动需要力吗？再通过探究阻力对物体运动的影响及科学推理得出牛顿第一定律。第二课时由惯性实验引出惯性概念，再通过对生活中的惯性现象的认识加强对惯性的理解。本节探究的是第一课时的内容。

教材分析：

《课程标准》要求学生通过自己的探究来认识“物体都有保持原来静止状态或匀速直线运动状态的性质”。要求学生能用自己的话来表述牛顿第一定律。牛顿第一定律是经典力学的核心内容之一，因此本节是全章的重点和难点。

学习目标：

1、知道牛顿第一定律的内容,并理解其意义

2、尝试在实验的基础上进行科学推理。教学重、难点：

重点:牛顿第一定律的建立过程

第1页

难点：对牛顿第一定律的理解 教学用具：

多媒体、小车、斜面、毛巾、纸板、平板、书本，圆珠笔。教学方法：讲授法、观察法、实验法、推理法。教学过程：

一、检查预习

课前组内互对答案，组长收集疑问汇总。

二、自主探究，引入新知

活动

1、书静止在课桌上。怎样使它运动？ 要使书运动需要什么条件？

活动

2、圆珠笔静止放在课桌上，用手推圆笔，圆珠笔运动，放手后圆珠笔继续滚动一段距离后才停下来。放手后运动的圆珠笔还受推力吗？

（通过活动，学生得出矛盾的观点）分别出示亚里士多德的观点和伽利略的观点，针对矛盾观点进行探究

三、合作交流，实验探究 探究：阻力对物体运动的影响 阅读教材24页 探究导学案14页

问题：

1、实验目的是什么？实验中观察什么？ 教师演示（学生分组实验）

第2页

将实验结果填入表格（略）

2、为什么每次都要让小车从斜面的顶端滑下？

3、小车在水平面上运动的距离远近说明了什么？如果水平面绝对光滑（无摩擦），小车的速度还会减慢吗？ 分析论证：

表面越光滑，小车运动的距离越＿＿，说明小车受到的摩擦力越＿，速度减小的越＿。推理：

如果接触面绝对光滑，物体受到的阻力为零，速度＿＿减慢，小车将做＿＿＿＿运动

(小组思考，一组代表展示，其他小组点评，教师总评)

四、科学推理，得出新知

教师：实验探究前所提到的两个观点，你现在认为谁正确？

运动物体不受力时将做匀速直线运动。英国科学家牛顿总结了伽利略等人的研究成果，概括出一条重要的物理规律——牛顿第一定律。请复述牛顿第一定律的内容是什么。

板书：一切物体在不受外力作用时，总保持匀速直线运动状态或静止状态。

牛顿第一定律是在实验的基础上进一步推理得出来的。

四、剖析定律，强化理解（讲）

问题：

1、牛顿第一定律的适用范围是什么？

第3页

2、牛顿第一定律的适用条件是什么？

3、“或”字说明什么？ 比一比,看谁说的准（练）

1.关于物体不受力时怎样运动，下列说法中错误的是（）A、运动的物体做匀速直线运动 B、静止的物体永远保持静止。C、一切物体都将归于静止

D、一切物体都将保持原来的运动状态不变

2.一个物体在力F的作用下，在水平面上由静止开始运动，当速度为3m/s时，作用在它上面的力突然全部消失，则物体将（A、慢慢停下来

B、仍做匀速直线运动，但速度小于3m/s C、立即停下来

D、仍做匀速直线运动，且速度为3m/s 3．关于力和运动的关系，下列说法中正确的是()A．力是维持物体运动的原因

B．只要有力作用在物体上，物体就一定运动 C．没有力作用在物体上，物体就会慢慢停下来 D．物体运动状态改变时，一定受到了力的作用

第4页）

小结：物体在不受外力作用时，只有匀速直线运动状态或静止状态两种，要改变这两种状态，就必须受到力的作用。所以力是改变物体运动状态 的原因，而不是维持物体运动状态的原因。

五、课堂小结,整理测评

1、学生梳理知识点，说出收获和困惑（小组代表）

2、限时完成P8导学测评（1～7题）(8题选作)组内互相检查、纠错。

六、布置作业

⑴书面作业：百分百P16能力提升1、3、5题

⑵预习作业：第二课时惯性（填写预习导学1 ～ 9题）⑶家庭作业：上网查寻亚里士多德、伽利略、牛顿在物理学方面做出的贡献。

七、板书设计

第八章力与运动 第一节 牛顿第一定律

牛顿第一定律

1、内容：一切物体在不受外力时，总保持匀速直线运动状态或静止状态。

2、牛顿第一定律告诉我们：力不是维持物体运动的原因，力是改变物体运动状态的原因。

牛顿第一定律教学设计(已改) 篇5

兰州七中 楼 倩

一、教材分析

本节课是人教版物理一（必修）第4章第1节的内容。课程标准要求“通过史实，初步了解近代物理实验科学产生的背景，认识实验对物理学发展的推动作用”、“理解牛顿运动定律；用牛顿定律解释生活中的有关问题。”

教材的特点是，一方面十分注重与物理学发展史相结合；另一方面十分注重通过日常生活中的实践事例。

牛顿第一定律是牛顿力学的基石，是整个物理学中研究力与运动关系的桥梁。作为一章的开头，学好本课题的理论、知识有助于学好本章，它在整个章节中也起着引出的作用。本节课更是高中牛顿运动定律学习的基础。

与初中“科学探究：牛顿第一定律”内容相比，高中教材的内容更加注重让学生遵循历史的脚步，让学生自己一步步总结出“牛顿第一定律”，在初中知道惯性的基础上理解并且应用惯性，在知识、能力和情感方面都初中更进一步。

二、学生分析

1.学生在初中的物理课程学习中已经初步学习了“牛顿第一定律”、“惯性”概念，知道这是一切物体的共同属性，但还是存在“力是物体运动的原因”的前概念。并且，理解“质量是物体惯性大小的量度”是一个学习的难点。因此在教学过程中要让学生认识“牛顿第一定律”的历史来源，理解其概念，认识有关实验的科学思想方法；从生活实例出发，通过分析生活实例理解惯性的概念。2.基于学生在之前的学习中已经初步掌握了科学探究的观察能力、分析能力、归纳论证的能力和表述信息的能力，但还缺少应用知识的能力。因此，在教学过程中，要将概念进行深化以及活化，应用到实际生活问题中。培养学生逻辑推理能力。

三、教学目标

1.了解亚里士多德、伽利略、牛顿关于力与运动的主要观点和研究方法；认识伽利略有关实验的科学思想方法；

2.理解牛顿第一定律，并用牛顿第一定律解释生活中的有关问题；理解惯性的概念；

3.通过观察实验培养学生逻辑推理能力，激发了学生的求知欲；

4.通过对物理学史上的伟人的阅读和交流，了解牛顿运动定律提出的背景，激发学习的积极性，变被动学习为主动学习，发挥学生主体地位；

5.经历实验探究过程，培养分析、归纳能力，激发学生敢于坚持真理，实事求是的科学态度和科学精神。

教学重点：

理解并学会应用牛顿第一定律。

教学难点：

1.通过理想实验推得物理规律方法； 2.惯性概念的理解。

四、教学策略分析

基于学生在之前的学习中已经初步掌握了“牛顿第一定律”、“惯性”的相关概念以及初步的科学探究能力，但还缺少应用知识的能力。本堂课采用以“启发——引导”模式为主，“课题探究”和“探究式”教学相结合引导学生积极地建构知识，引导学生领略物理学研究的方法，将物理学知识运用于生活中。

老师在这里起到了引导者的作用，和学生一起从历史观点、生活中的大量事例和能进行探究的实验素材入手，将一堂课联系起来。引导学生理解牛顿第一定律和惯性的概念，教会学生运用物理学知识解释生活中的相关现象、解决生活中的实际问题。

五、教学过程设计

1.引入新课——三个苹果改变世界的故事 苹果一：咬了一口的苹果----乔布斯 苹果二：牛顿的苹果

苹果三：亚当和夏娃（智慧的果实没法拿来）板书：牛顿第一定律

设计意图：由网络故事引入课题，提高了学生的兴趣，激励了学生的学习兴趣。2.历史回顾

牛顿第一运动定律的教学反思 篇6

反思本节课的教学，主要存在以下优点：

1、环节的设置符合学生的思维方式和步骤，能够很好地抓住学生的心，激发学生自主学习。

在对“阻力对物体运动的影响”进行探究时，通过一段物体从斜面滑下的影像，引导学生思考：小车在水平木板上前进的距离与哪些因素有关？并提供实验器材，让学生能够在实际操作中先归纳，在已有的知识水平基础上总结，激发学生的学习兴趣，让学生在学习的过程中体验成功的喜悦。

2、注重了学生对控制变量法、理论推理法等科学方法的掌握。

从最先影响小车前进距离的多个因素的探究，让学生知道，摩擦力越小，小车运动得越远；然后从毛巾到棉布、木板、玻璃再到没有摩擦的光滑平面，从现实存在到空间想象，从有到无，不断地改变实验条件，利用理论推理法，逐步引导学生建立起形象的空间模型，水到渠成地得出牛顿第一定律。学生在学习的过程中，能够潜移默化地领会到科学方法对物理学习乃至科学进步的重要性。

3、注重学生对知识的理解和掌握。

因为在实际生活中，牛顿第一定律成立的条件“物体不”是不存在的，因此需要学生具有一定的抽象思维。在通过实验探究和总结得出“牛顿第一定律”以后，再通过引导学生弄清定律中的`“一切物体”、“不受力的作用”、“静止或匀速直线运动”等关键性词语，把握定律的适用对象、成立条件以及相应现象等，促进学生学习的效果。

4、突出以学生为主体，以教师为主导的教学理念，在教学过程中教师少讲，学生多动手、多思考，真正做到让学生动起来。

以小组为学习单位，注重培养学生的自主学习能力和团队合作精神，充分发挥学生的主观能动性，促成课堂生成。

存在的不足：

1、对学生不放心，怕学生出错，所以留给学生思考的时间和空间不足，不利于学生发现问题、解决问题能力的培养；

“牛顿第一定律”教学设计 篇7

一、引入新课

【投影】一代代科学家探索自然奥秘的努力, 就像是福尔摩斯侦探小说中警员破案的过程.

二、新课教学

【教师引导】让我们大家穿越历史来当一次探员, 探究力和运动的关系吧. 我们先来根据实际经验思考并回答下列问题:

1. 书本放在讲台上处于静止状态, 怎样才能让它运动? (图 1)

2. 手推着粉笔盒运动, 撤去推力, 将会怎样? ( 图 2)

【演示实验】教师引导学生得出生活经验结论.

【学生回答】得出了这样的结论:必须有力作用在物体上, 物体才能运动, 没有力的作用物体就静止在一个地方.

【教师引导】大家能用一句话总结吗?

【学生回答】总结:力是维持物体运动的原因.

【教师引导】大家都同意亚里士多德的观点吗? 请思考.

【教师引导】如果不同意, 你能指出上面结论出现的错误原因吗? 300多年前有一个伟人也不同意这种观点, 并通过观察和实验得出了不同的结论.

【观察】小车在粗糙程度不同的平面运动实验. (图3)

【教师引导】我们可以得出怎样的结论?

【学生回答】结论:小车停下来是摩擦阻力作用的结果.

【模拟实验】伽利略理想斜面实验. (图4)

【教师引导】通过伽利略理想斜面实验请思考怎样驳倒亚里士多德的观点呢? 这个实验得出了什么样的结论?

【学生回答】结论:力不是维持物体运动的原因.

【教师引导】伽利略提出了和亚里士多德截然相反的观点, 使物理学前进了一大步, 爱因斯坦的评价说:“伽利略的发现以及他所应用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一, 它标志着物理学的真正开端. ”

【教师引导】我们看到了伽利略的巨大成就的同时, 我们还有一个疑问, 永远运动下去的小球将做怎样的运动呢?

【学生回答】

【教师引导】另一个伟人对这进行了补充, 这个人就是物理和数学家笛卡尔. 笛卡尔补充了什么?

【引导学生回答】结论:那时还没有匀速直线运动的概念, 用今天的话说, 补充了匀速运动的物体不受力还将做匀速直线运动.

【教师引导】回顾两位大师的理论我们可以得出怎样的结论?

【学生回答】物体的运动无须力来维持, 运动的物体不受力时将做匀速直线运动.

【教师引导】牛顿自己很谦虚的说, “如果说我看得更远一些, 那是因为我站在了巨人的肩上. ”学完牛顿第一定律, 我们会发现牛顿讲的既是谦虚的话, 也是实在的话. 让我们一起来了解牛顿第一定律.

牛顿第一定律内容: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.

【教师引导】在伽利略的那个年代, 不可能找到没有摩擦力的情况, 那么, 我们今天的实验室里能不能找到没有阻力的情况呢?

【学生回答】在实验室中有气垫导轨. 物体在气垫导轨上运动阻力很小, 可以认为没有阻力的情况来对待.

【教师引导】你能设计一个简单的实验来粗略地验证牛顿第一定律的内容吗?

【学生分组实验验证】 ( 注意一定要调平气垫导轨) (图5)

(1) 把物体静止在气垫导轨上;

(2) 在导轨的一端给滑块一个初速度, 测量滑块一次经过两个光电门的速度.

【学生回答】物体静止在气垫导轨上, 受力平衡, 相当于物体不受力, 物体静止;匀速运动的物体在受力平衡, 相当于物体不受力时, 经过两光电门是速度几乎相同, 说明运动的物体不受外力时仍匀速运动. 这个实验就验证了牛顿第一定律.

【教师引导】让学生思考对牛顿第一定律大家还有什么进一步的理解和体会呢?

【教师引导】“一切物体”指什么?

【学生回答】包含了宇宙万物.

【教师引导】牛顿第一定律中还有一句话, 直到有外力迫使它改变为止, 这是牛顿第一定律画龙点睛之笔, 把几千年都争论不休的问题解决了. 力的作用是什么呢?

【学生回答】力是改变物体运动状态的原因.

【教师引导】“总保持静止或匀速直线运动”, 即每个物体都要保持静止或匀速直线运动状态. 所有物体都具有的, 当然是物体本身的一种属性, 就像每一个物体都具有质量一样. 牛顿认为这种属性的特征就是不愿改变现状, 有点懒惰, 所以牛顿给它取名为Inertia (惰性, 迟钝) , 翻译过来就叫惯性. 所以牛顿第一定律也叫惯性定律. 牛顿的第一个贡献就是引进了惯性这个概念.

【教师引导】惯性就是物体要保持他们原来的匀速直线运动或者静止的状态, 或者说, 它们具有抵抗运动状态变化的“本领”, 这“本领”的大小与哪些因素有关呢? 大家通过生活中的实例分析来佐证自己的观点.

【学生回答】大家举例来源于生活:相同速度而来的羽毛和火车, 火车“杀伤力”更大.

【教师引导】大家举例来源于生活, 有很多干扰的因素, 我们能不能用实验来验证一下我们的观点呢?

【演示实验】气垫导轨上放质量不等的两滑块, 用绳系好, 中间放一个弹簧, 烧断绳子, 观察滑块运动状态变化的情况.

【学生回答】通过观察和实验表明, 在受力相同的情况下, 质量是物体惯性大小的唯一量度.

【教师设问】校园安全问题一直关系同学们的切身利益, 学习惯性对我们的生活有何启示作用呢?

【视频播放】汽车碰撞实验. (图7)

【学生体会】汽车的质量很大, 所以它的惯性也就很大, 运动的汽车不易很快停下来. 所以我们在马路上走路时刻要有道路安全意识.

三、学生课堂小结

1. 沿着物理前辈的足迹探究出牛顿第一定律;

2. 学习了牛顿第一定律内容及理解;

3. 学习了惯性及其唯一量度以及对交通安全的启示;

4. 用例题对知识加以巩固和进一步的理解.

“牛顿第一定律”教学设计 篇8

一、探究牛顿第一定律

（一）链接生活，巧设问题。

师：同学们一定有这种体验：滑板车再沿水平方向运动时，如果我们不再蹬地，他最终会停下来；在平地上骑自行车的时候，即使不踩踏板，车也会前进一段距离，但因为没有继续用力，它最终还是要停下来。请同学们思考：运动的滑板车和自行车为什么会停下来？或者说运动的物体为什么会停下来？

（二）大胆猜想，激发兴趣。

生1：运动的滑板车和自行车会停下来是因为维持他们运动的力消失了。（很多同学表示支持。）

生2：运动的滑板车和自行车会停下来是因为他们与地面之间存在摩擦阻力。（有更多的同学表示支持此观点。）

师：现在形成两种猜想。

猜想1：运动要靠力来维持。

猜想2：运动不需要力来维持。

师：请同学们安静一下，给大家介绍两个人：

（投影展示：亚里士多德）

2000多年前，古希腊学者亚里士多德认为，如果一个物体持续运动，就必须对它施加力的作用；如果这个力被撤销，物体就会停止运动，也就是说“运动要靠力来维持”。

生1：我们和亚里士多德的观点是一致的，我们是正确的。（一部分同学欢呼。）

师：（投影展示：伽利略事迹及观点）

伽利略的观点：物体的运动不需要力来维持，运动的物体之所以会停下来，是因为受到了阻力。（另一部分同学欢呼，我们的观点才是正确的，大家欢呼后又陷入一片茫然。）

生：连科学家们的观点都不一样，那到底谁的观点正确呢？

师：到底谁的观点正确呢？有没有什么办法可以验证谁的观点正确呢？

生：实验探究（学生们异口同声）。

师：这节课我们就来探究“运动的物体为什么会停下来”。

（三）分组讨论，设计实验。

师：请同学们分组讨论实验的目的、器材、步骤，并画出记录表格。

（说明：对于设计实验这一环节，教师要特别重视，因为这一过程需要学生分析、想象、设计、创造，这是发展学生能力的关键环节，要给学生充分考虑的时间。）

生：我们组选的器材是木板、木块、小车、刻度尺、毛巾、棉布、桌面，我们的步骤是先让小车从斜面上自由滑下，用刻度尺量出小车在桌面上通过的距离；再让小车从斜面上自由滑下，用刻度尺量出小车在棉布上通过的距离；最后让小车从斜面上自由滑下，用刻度尺量出小车在毛巾面上通过的距离。

师：下面请3个组的代表到黑板上画出你们的设计表格。

（四）合作探究，分析数据。

师：请同学们根据自己的设计进行实验，仔细观察实验中的现象，看看你们的猜想是否正确。

（说明：教师要完全放手让学生操作，给学生一个宽松的空间，不做统一指导，只在巡视时给个别小组以提示。在记录数据时要求学生必须事实求是，这样做有利于培养学生严谨的科学态度。为了方便分析数据，让每组学生将得到的数据写到黑板上。）

（五）科学推理，攻克难关。

师：请同学们说一说实验现象，由此可得到什么结论？

（说明：学生能说出“平面越光滑，小车运动的距离越大，这说明小车受到的摩擦力越小”。但学生在教师的引导下才能说出“速度减少得越慢”。出示投影片。）

猜想：如果运动的物体不受力，它将_____。

如果静止的物体不受力，它将_______。

师：同学们发现，摩擦力越小，小车运动越远，请小组合作完成上面的猜想。（让学生概括猜想，得出“牛顿第一定律”。）

师：牛顿第一定律是通过分析事实，再进一步概括、推理得出的。我们周围的物体，都要受到这个力或那个力的作用，因此不可能用实验来直接验证这一定律。但是，从定律得出的一切推论，都经受住了实践的检验，因此，牛顿第一定律已成为大家公认的力学基本定律之一。

（六）评估交流，破解疑问。

师：同学们做完实验后，要进行评估，请小组先讨论，再选一个同学说一说实验中出现的错误，是怎么克服的；也可说一说自己的实验在哪个地方设计得比较精彩。

师：同学们通过实验探究和科学的推理得出了“牛顿第一定律”，即运动不需力来维持，力是改变物体运动状态的原因。

师：运动滑板车和自行车为什么会停下来？

生：因为受到摩擦阻力。

二、乘胜追击，再探新知

师：同学们用直尺打一摞棋子中底部的棋子，或快速抽掉钢笔帽下面的纸条，观察现象，并提出问题。

生1：上面的棋子为什么没有飞出？

生2：纸片抽出后，钢笔帽为什么没有动？

生3：惯性。

生4：什么是惯性呢？

师：一切物体都有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，叫做惯性（板书）。也就是说，原来静止的物体将保持静止；原来运动的物体将保持匀速直线运动状态不变。所以牛顿第一定律又叫做惯性定律。（板书）通过以上学习，已经对惯性有所了解，那么请同学们举出几个与惯性相关的实例。

生1：奔跑中的人受绊而跌倒。

生2：开得很快的汽车，不能马上停下。

生3：撞击锤子把柄，使锤头紧套在把柄上。

师：由同学举得例子可以发现，惯性现象有利有弊，在我们生活中无处不在，下面我们来观看一段视频。

（播放演示“汽车安全带和安全气囊”视频。）

师：由上述视频可知，惯性有时也给人们带来危害，那么乘车时如何防范？

生1：驾驶员和前排乘客必须使用安全带。

生2：车里面安装了安全气囊。

师：一切物体都有惯性，在任何状态下都有惯性。

三、总结经验，体验收获

师：通过这节课的学习，你有什么收获？什么给你留下了最深刻的印象？

四、联系生活，学以致用

大屏幕展示课堂训练题：

1. 如图所示的小车实验，表面越粗糙，小车受到的摩擦阻力____，它的速度减小得____；表面越光滑，摩擦阻力___，它的速度减小得___，当小车受到的摩擦阻力为零时，它将做 ____运动.

2. 小红站在公交车上，车开动时小红向后退了几步才稳住身子，差点摔倒。汽车在行驶中，突然遇到情况紧急刹车，这次小红结结实实撞在了前面一位叔叔身上。她不清楚为什么会出现上述情况，你能利用学过的内容为她解释吗？

【板书设计】

第一节：牛顿第一定律

【设计理念】

1.以科学方法为指导，注重培养学生研究物理问题的能力。让学生经历探究过程，体验科学探究的基本方法，领悟科学方法和科学思想。

2.课堂上，让学生人人参与，人人发言，真正体现了将课堂还给学生，将老师的教转化为学生的学。

“牛顿第一定律”教学设计 篇9

1.教学目标

知识与技能

1．知道伽利略的理想实验及其主要推理过程和推论，知道理想实验是科学研究的重要方法．

2．理解牛顿第一定律的内容及意义．

3．知道什么是惯性，会正确地解释有关惯性的现象． 过程与方法

1．观察生活中的惯性现象，了解力和运动的关系． 2．通过实验加探对牛顿第一定律的理解． 3．理解理想实验是科学研究的重要方法． 情感态度与价值观

1．通过伽利略和亚里士多德对力和运动关系的不同认识，了解人类认识事物本质的曲折性．

2．感悟科学是人类进步的不竭动力．

2.教学重点/难点

教学重点

1．对牛顿第一运动定律和惯性的正确理解． 2．科学思想的建立过程． 教学难点

1．力和运动的关系． 2．惯性和质量的关系．

3.教学用具

多媒体、板书

4.标签 教学过程

一、力和运动的关系

1.基本知识

(1)亚里士多德观点：力是维持物体运动的原因，物体不受力时将静止．

(2)伽利略观点：力不是维持物体运动的原因，而是改变物体的运动状态，产生加速度的原因．

(3)笛卡儿的观点

如果运动中的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向．

2．思考判断

(1)必须有力作用在物体上，物体才会运动．(×)(2)力不是使物体运动的原因，而是使物体运动状态改变的原因．(√)(3)物体的运动状态改变指的是速度的改变．(√)探究交流

有人认为伽利略斜面实验为理想实验，无法在实验中验证，故不能揭示自然规律．该说法是否正确？

【提示】该说法是错误的．伽利略的理想斜面实验反映了一种物理思想，它是建立在可靠的事实基础上的，抓住主要因素，忽略次要因素，从而深刻地揭示了自然规律．

二、牛顿第一定律 1.基本知识(1)牛顿第一定律

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，它又叫惯性定律．(2)运动状态：如果物体速度的大小或方向改变了，它的运动状态就发生了改变；如果物体做匀速直线运动或静止，它的运动状态就没发生改变．

2．思考判断

(1)任何物体只要运动状态不变，它一定不受外力作用．(×)(2)如果物体的运动状态发生了改变，物体必受到了不为零的合外力．(√)(3)牛顿第一定律是理论推导出来的．(×)探究交流

高速行驶的动车组关闭发动机后为什么会停下来？

【提示】由于动车受到阻力作用，因此会慢慢停下来.三、惯性与质量 1.基本知识

(1)惯性：物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质．(2)物体惯性大小的唯一量度是物体的质量． 2．思考判断

(1)惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性．(√)(2)物体运动的速度越大，惯性越大．(×)(3)力无法改变物体的惯性．(√)探究交流

国家交通管理部门为什么严禁客车超员？ 【提示】客车超员时，质量增大，当遇到意外情况时，由于惯性大，很难较快地停下来，易造成交通事故．

四、牛顿第一定律 【问题导思】

1．牛顿第一定律是实验定律吗？ 2．运动的物体一定受到向前的力吗？ 3．运动状态不变的意义是什么？ 1．牛顿第一定律的意义

(1)牛顿第一定律揭示了一切物体都具有保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质——惯性．

(2)牛顿第一定律正确揭示了力和运动的关系，纠正了力是维持物体运动的原因的错误观点，明确指出了力是改变物体运动状态的原因．

2．运动状态变化的三种情况

(1)速度的方向不变，只有大小改变．(物体做直线运动)(2)速度的大小不变，只有方向改变．(物体做匀速圆周运动)(3)速度的大小和方向同时发生改变．(物体做曲线运动)

1．牛顿第一定律所描述的是物体不受外力作用时的状态，与物体所受合外力为零是等效的．

2．牛顿第一定律不是实验定律，它是在理想实验的基础上总结得出的． 例：关于牛顿第一定律，下面说法中正确的是（）A．牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时物体的运动规律 B．牛顿第一定律就是惯性

C．不受外力作用时，物体运动状态保持不变是由于物体具有惯性 D．运动的物体状态发生变化时，物体必定受到外力的作用 【审题指导】 解答该题时应把握牛顿第一定律的三层含义：(1)不受外力时物体的运动状态．(2)受外力时物体的运动状态．(3)一切物体都有惯性． 【答案】 ACD

牛顿第一定律的应用技巧

1．应用牛顿第一定律分析实际问题时，要把生活感受和理论联系起来深刻认识力和运动的关系，正确理解力不是维持物体运动的原因，克服生活中一些错误的直观印象，建立正确的思维习惯．

2．如果物体的运动状态发生改变，则物体必然受到不为零的合外力作用．因此判断物体的运动状态是否改变，以及如何改变，应分析物体的受力情况．

五、惯性的理解应用 【问题导思】

1．“物体停下来需要的时间长，就是惯性大”，对吗？ 2．物体受力时还具有惯性吗？ 3．物体静止时有惯性吗？ 1．惯性与质量(1)惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性．(2)质量是物体惯性大小的惟一量度，质量越大，惯性越大． 2．惯性与力

(1)惯性不是力，而是物体本身固有的一种性质，因此说“物体受到了惯性作用”、“产生了惯性”、“受到惯性力”等都是错误的．

(2)力是改变物体运动状态的原因，惯性是维持物体运动状态的原因．力越大，运动状态越易改变；惯性越大，运动状态越难改变．

(3)惯性与物体的受力情况无关． 3．惯性与速度

(1)速度是表示物体运动快慢的物理量，惯性是物体本身固有的性质．(2)一切物体都有惯性，和物体是否有速度及速度的大小均无关． 4．惯性与惯性定律

(1)惯性不是惯性定律，惯性没有条件限制，是物体的一种固有属性．(2)惯性定律是物体不受外力作用时物体运动所遵守的一条规律．

1．在不受力(或合外力为零)的条件下，惯性表现为保持原来的运动状态． 2．在受力条件下，惯性表现为运动状态改变的难易程度． 例：下列说法正确的是（）A．惯性是只有物体在匀速运动或静止时才表现出来的性质

B．物体的惯性是指物体不受外力作用时仍保持原来直线运动状态或静止状态的性质 C．物体不受外力作用时保持匀速直线运动状态或静止状态，有惯性；受外力作用时，不能保持匀速直线运动状态或静止状态，因而就无惯性 D．惯性是物体的属性，与运动状态和是否受力无关

【审题指导】 解答该题应注意利用惯性的含义分析，要明确惯性的决定因素，不要受错误感觉的干扰．

【答案】 D

六、利用惯性解释有关现象

例：火车在长直水平轨道上匀速行驶，门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起，发现仍落回到火车的原处．这是因为（）A．人跳起后，车厢内空气给他一个向前的力，带着他随同火车一起向前运动 B．人跳起的瞬间，车厢的地板给他一个向前的力，推动他随同火车一起向前运动 C．人跳起后，车在继续向前运动，所以人落下后必定偏后一些，只是由于时间很短，偏后距离太小，不明显而已

D．人跳起后直到落地，在水平方向上和车始终具有相同的速度

【规范解答】 人随着火车共同运动，具有向前的速度．当人跳起后，在水平方向上不受力的作用，由于惯性，人跳起后直到落地，在水平方向上和车始终具有相同的速度，所以仍落回原处．

【答案】 D

解释惯性现象的思路

1．明确研究的物体原来处于怎样的运动状态．

2．当外力作用在该物体的某一部分(或外力作用在与该物体有关联的其他物体上)时，这一部分的运动状态的变化情况．

3．该物体由于惯性保持怎样的运动状态，判断最后会出现什么现象．

课堂小结

板书

一、理想实验的魅力 1．亚里士多德的观点 2．伽利略的观点 3．笛卡儿的观

二、牛顿物理学的基石——惯性定律

一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止(1)物体不受外力时，运动状态保持静止或匀速直线运动，说明力不是维持物体运动的原因

(2)外力的作用是迫使物体改变原来的运动状态，说明力是改变物体运动状态的原因(3)一切物体都有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，叫做惯性

三、惯性与质量

“牛顿第一定律”教学设计 篇10

（八）牛顿

说法正确的是（）A．甲对绳的拉力与绳对甲的拉力是一对平衡力 B．甲对绳的拉力与乙对绳的拉力是作用力与反作用力 C．若甲的质量比乙大，则甲能赢得“拔河”比赛的胜利 D．若乙收绳的速度比甲快，则乙能赢得“拔河”比赛的胜利

解析：选C 根据牛顿

C．在绕地球运转的宇宙飞船内的物体处于失重状态，因而不存在惯性 D．快速抛出的乒乓球和网球，乒乓球运动距离小，是因为乒乓球惯性大的缘故 解析：选B 物体的质量是物体惯性大小的唯一量度，物体的惯性是物体的固有属性，只与质量有关，与物体的运动状态无关，抛掉副油箱可以减小质量，B正确，A、C错误；乒乓球运动距离小是空气阻力造成的，其质量小，惯性小，D错误。

★7.[多选]在水平的路面上有一辆匀速行驶的小车，车上固定一盛满水的碗。现突然发现碗中的水洒出，水洒出的情况如图所示，则关于小车在此种情况下的运动，下列叙述正确的是（）A．小车匀速向左运动

C．小车可能突然向左减速

B．小车可能突然向左加速

D．小车可能突然向右减速

解析：选BD 原来水和小车相对静止以共同速度运动，水突然向右洒出有两种可能：①原来小车向左运动，突然加速，碗中水由于惯性保持原速度不变，故相对碗向右洒出。②原来小车向右运动，突然减速，碗中水由于惯性保持原速度不变，相对于碗向右洒出，故B、D正确。

★8.(2018·无锡模拟)一个榔头敲在一块玻璃上把玻璃打碎了。对这一现象，下列说法正确的是（）A．榔头敲玻璃的力大于玻璃对榔头的作用力，所以玻璃才碎裂

B．榔头受到的力大于玻璃受到的力，只是由于榔头能够承受比玻璃更大的力才没有碎裂

C．榔头和玻璃之间的作用力应该是等大的，只是由于榔头能够承受比玻璃更大的力才没有碎裂

D．因为不清楚玻璃和榔头的其他受力情况，所以无法判断它们之间的相互作用力的大小

解析：选C 这里要明确作用力和反作用力的作用效果的问题，因为大小相同的力作用在不同的物体上效果往往不同，所以不能从效果上去比较作用力与反作用力的大小关系。故C正确。

[B级——拔高题目稳做准做]

★9.(2018·福建六校联考)2016年8月16日1时40分，我国在酒泉卫星发射中心用“长征二号丁”运载火箭，成功将“墨子号”卫星发射升空并送入预定轨道。关于这次卫星与火箭上天的情形叙

述正确的是（）A．火箭尾部向外喷气，喷出的气体反过来对火箭产生一个反作用力，从而让火箭获得了向前的推力

B．火箭尾部喷出的气体对空气产生一个作用力，空气的反作用力使火箭获得飞行的动力

C．火箭飞出大气层后，由于没有了空气，火箭虽然向后喷气，但也无法获得前进的动力

D．卫星进入预定轨道之后，与地球之间不存在相互作用

解析：选A 火箭升空时，其尾部向下喷气，火箭箭体与被喷出的气体是一对相互作用的物体，火箭向下喷气时，喷出的气体同时对火箭产生向上的反作用力，即为火箭上升的推动力，此动力并不是由周围的空气提供的，因而与是否飞出大气层、是否存在空气无关，因而选项B、C错误，选项A正确；火箭运载卫星进入轨道之后，卫星与地球之间依然存在相互吸引力，即卫星吸引地球，地球吸引卫星，这是一对作用力与反作用力，故选项D错误。

★10.[多选]如图所示，用水平力F把一个物体紧压在竖直墙壁上静止，下列说法中正确的是（）A．水平力F跟墙壁对物体的压力是一对作用力与反作用力 B．物体的重力跟墙壁对物体的静摩擦力是一对平衡力 C．水平力F与物体对墙壁的压力是一对作用力与反作用力 D．物体对墙壁的压力与墙壁对物体的压力是一对作用力与反作用力

解析：选BD 水平力F跟墙壁对物体的压力作用在同一物体上，大小相等，方向相反，且作用在一条直线上，是一对平衡力，选项A错误；物体在竖直方向上受竖直向下的重力以及墙壁对物体竖直向上的静摩擦力的作用，因物体处于静止状态，故这两个力是一对平衡力，选项B正确；水平力F作用在物体上，而物体对墙壁的压力作用在墙壁上，这两个力不是平衡力，也不是相互作用力，选项C错误；物体对墙壁的压力与墙壁对物体的压力是两个物体间的相互作用力，是一对作用力与反作用力，选项D正确。

11．伽利略对“自由落体运动”和“运动和力的关系”的研究，开创了科学实验和逻辑推理相结合的重要科学研究方法。图(a)、(b)分别表示这两项研究中实验和逻辑推理的过程，对这两项研究，下列说法正确的是（）

A．图(a)通过对自由落体运动的研究，合理外推得出小球在斜面上做匀变速运动 B．图(a)中先在倾角较小的斜面上进行实验，可“冲淡”重力，使时间测量更容易 C．图(b)中完全没有摩擦阻力的斜面是实际存在的，实验可实际完成 D．图(b)的实验为“理想实验”，通过逻辑推理得出物体的运动需要力来维持 解析：选B 伽利略设想物体下落的速度与时间成正比，因为当时无法测量物体的瞬时速度，所以伽利略通过数学推导证明如果速度与时间成正比，那么位移与时间的平方成正比；由于当时用滴水法计时，无法记录自由落体的较短时间，伽利略设计了让铜球沿阻力很小的斜面滚下，来“冲淡”重力的作用效果，而小球在斜面上运动的加速度要比它竖直下落的加速度小得多，所用时间长得多，所以容易测量。伽利略做了上百次实验，并通过抽象思维在实验结果上做了合理外推。故A错误，B正确。完全没有摩擦阻力的斜面是实际不存在的，故C错误。伽利略用抽象思维、数学推导和科学实验相结合的方法得到物体的运动不需要力来维持，故D错误。

★12.如图所示为英国人阿特伍德设计的装置，不考虑绳与滑轮的质量，不计轴承、绳与滑轮间的摩擦。初始时两人均站在水平地面上，当位于左侧的甲用力向上攀爬时，位于右侧的乙始终用力抓住绳子，最终至少一人能到达滑轮。下列说法中正确的是（）A．若甲的质量较大，则乙先到达滑轮 B．若甲的质量较大，则甲、乙同时到达滑轮 C．若甲、乙质量相同，则乙先到达滑轮 D．若甲、乙质量相同，则甲先到达滑轮

解析：选A 由于滑轮光滑，甲拉绳子的力等于绳子拉乙的力，若甲的质量大，则由甲拉绳子的力等于乙受到的绳子拉力，得甲攀爬时乙的加速度大于甲，所以乙会先到达滑轮，选项A正确，选项B错误；若甲、乙的质量相同，甲用力向上攀爬时，甲拉绳子的力等于绳子拉乙的力，甲、乙具有相同的加速度和速度，所以甲、乙应同时到达滑轮，选项C、D错误。

★13.一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上

套着一个环，箱与杆的总质量为M，环的质量为m，如图所示，已知环沿杆匀加速下滑时，环与杆间的摩擦力大小为Ff，则此时箱对地面的压力大小是（）A．(M＋m)g

C．Ff＋Mg

B．Ff＋mg

D．Ff＋(M＋m)g

解析：选C 箱子和杆处于静止状态，由力的平衡条件得，地面对箱子的支持力FN＝Ff′＋Mg＝Ff＋Mg，根据牛顿第三定律，箱子对地面的压力大小等于地面对箱子的支持力大小，则：FN′＝FN＝Ff＋Mg。

★14.(2017·淄博一模)如图所示，小球C置于光滑的半球形凹槽B内，B放在长木板A上，整个装置处于静止状态。在缓慢减小木板倾角θ的过程中，下列说法正确的是（）A．A受到的压力逐渐变大 B．A受到的摩擦力逐渐变大 C．C对B的压力逐渐变大 D．C受到三个力的作用

对牛顿第一定律的理解和释疑 篇11

【关键词】牛顿第一定律 物理教学

中图分类号：G4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2014.03.061

牛顿第一定律的内容：“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止”。对牛顿第一定律理解有下面两点：

1.任何物体都具有保持原有运动状态不变的特性，即通常说物体具有“惯性”。

2.维持一个物体的运动状态即保持物体的速度不变，并不需要力的作用，力的真正作用是改变物体的运动状态即改变物体的速度。因此，物体具有速度并不表示物体是否受到外力的作用，物体具有加速度才是受到外力作用的标志。所以，力是物体产生加速度的原因，而不是物体运动的原因，物体的运动并不需要用力来维持。

牛顿第一定律科学地说明了“惯性”和“力”这两个重要的物理概念，正确地解释了力和运动的关系，它是物理学中的一条基本定律，但不少读却对它不理解，持疑虑和错误看法。主要有以下几点：

1.有人认为牛顿第一定律指出的是不受外力作用时，物体 将做匀速直线运动或保持静止，然而生活中却找不出不受外力作用的物体，因而牛顿第一定律就无法用实验来加以验证，它的正确与否值得怀疑。

我们应这样理解，伽利略设计了“小球沿不同倾角的光滑斜面运动到等高”的理想实，伽利略又考虑到了斜面的倾角连续变化到0°的理想极限，得出了“小球再也运动不到等高，而要永远运动下去”的结论。从而发现了惯性定律（即现在的牛顿第一定律），伽利略开创的这种把经验事实和抽象思维科学地结合起来的方法不仅完全可靠，而且正是科学研究中的重要方法。当然，由于自然界中不存在任何不受外力作用的物体，所以.牛顿第一定律不能简单的从字面意义上用实验直接加以验证。但是自然界中有许多的物理现象可以证明这一定律的正确性。例如，A球作自由落体运动，B球作平抛运动时，它们在水平方向都不受任何外力作用，因此，A球水平方向上确实永运保持静止状态不变，B球在水平方向确实永远保持匀速直接运动状态不变，所以，牛顿第一定律的正确性是由它所推出的结论和实验事实符合而得到证明的。

2.有人不能理解牛顿第一定律指出“物体不受任何外力作用而静止或匀速直線运动，”而生话中见到的受了外力保持静止或匀速直线运动是否相矛盾。

我们说并不矛盾。要知道，在实际生活中是不存在任何不受外力作用的物体的。如果一个物体受到几个外力作用，并且这几个外力的合力为零，那么，这些外力各自在物体上产生的作用效果就会相互抵消，因此，这时物体就犹如不受外力作用一样，也可以保持静止或匀速直线运动状态。

3.有人认为，即然牛顿第一定律又叫惯性定律，那么，牛顿第一定律就是惯性的定义。

“定义”是用来区分不同概念的，而“定律”是用来反映普遍规律的，显然上述认识是错误的，原因就在于{昆淆了“定义”和 “定律”的这一区别。

“惯性”是物体的一种基本届性，一切物体都有保持静止或匀速直线运动状态的性质叫惯性。惯性的大小与物体受力情况，运动状态等都无关系，质量大小是惯性大小的唯一量度。因此，对“惯性”下定义时，只要讲物体本身具有什么性质，而不涉及到这个物体与其他物体有什么关系。但是，牛顿第一定律却把物体的运动状态与物体的受力情况联系起来了，它指出一个物体不受外力作用时所遵循的规律，显然，这不是在解释或描述物体的某种特性，所以它决不是“惯性”的定义。

4.有人认为，如果物体运动加速度为零，那么牛顿第二定律就变成了牛顿第一定律，也就是说，牛顿第一定律是牛顿第二定律的特殊情况，牛顿第一定律可有可无。

这种看法是错误的。我们应有这样的认识，正是因为牛顿第一定律为我们指出了物体在没有受到外力作用时所处的状态，我们才有可能进一步研究当物体受到外力作用时，将处于怎样的运动状态。牛顿第一定律确定了力的涵义，指出物体如果受到外力作用时，物体的运动状态要发生改变，这就是牛顿第二定律所研究的内容。试想，如果我们原先不知道物体在不受外力的情况下处于怎样的运动状态，那么，要研究物体在力的作用下将作怎样的运动则显然是不可能的。因此，牛顿第一定律是研究力学的出发点，不是能用牛顿第二定律来取代的。

据此我们可以更好的从以下几个方面来进一步理解牛顿定律：

1.牛顿第一定律描述的是一种理想化的运动状态，即物体不受外力作用的状态。很显然这无法用实验直接验证，但伽利略在分析大量事实的基础上，忽略次要因素、突出主要因素，运用理想实验这一科学推理的思维方法，阐明了力不是维持物体运动的原因，反映了物体运动的内在的本质规律。伽利略不但证实了牛顿第一定律的正确性，同时也开创了科学研究的正确方法——实验与思维的完美结合。他以系统的实验和观察推翻了以亚里士多德为代表的、纯属思辨的传统的自然观，开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学，因此，他被称为“近代科学之父”。他的工作，为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。

2.牛顿第一定律是力学基本定律建立的基础。牛顿第一定律以一切物体所具有的属性——惯性为出发点，比较严密地定义了惯性，揭示了惯性运动的本质，进一步还可以引入惯性参考系、惯性质量。定性地给出了力的科学定义，表述了力的本质和力的效果。牛顿第一定律包括了惯性、惯性运动、惯性参考系和力的概念，还启迪人们去研究物体运动状态的改变与外力作用的关系，可见牛顿第一定律是其他力学定律建立的基础。

3.从形式上看，牛顿第二定律在外力为零的情况下，可引出与牛顿第一定律似乎完全相同的表述，但绝不能理解为牛顿第一定律是牛顿第二定律在作用力为零时的特例。否则就是舍弃了牛顿第一定律的精髓，即割裂了牛顿第一定律与牛顿运动定律整体间的逻辑结构关系，扭曲了牛顿第一定律的内涵。没有惯性定律就没有惯性、惯性运动、惯性参考系、力的科学概念，牛顿第二定律就无从谈起，牛顿第一定律是前提、是基础，并具有独立性。

“牛顿第一定律”教学设计 篇12

牛顿第二运动定律表征了加速度和作用力、物体质量之间的相互关系,用F=ma表示,是力学中重要的定律之一。因此,对牛顿第二运动定律进行验证是中学和大学物理实验中重要的力学验证性实验内容[1]。验证牛顿第二运动定律的方法有多种,其中之一是传统的打点计时器法,该方法装置简单,实现方便,但是,在调整平衡状态时比较复杂,需要借用打点计数器和人工计算来反复调整,实验误差来源复杂[2]。另外一种常用方法是采用气垫导轨,应用恒定拉力法[3],通过数字计时器进行计时,然而,在调整其平衡状态时要求较高,并且经过光电门的挡片宽度为1cm,因此,在计算瞬时速率时带入了较大的误差,再者,导轨承载的物质重量有限,实验装置比较复杂,成本较高。基于PASCO传感器的实验平台[4],利用了运动传感器和力敏传感器以及带槽导轨,可以对运动全过程进行记录,数据较为完备,但其设备操作过程比较繁琐,适用于演示型实验。文献[5]中提出了基于声卡的数据采集技术和虚拟仪器测量技术的牛顿第二定律实验,利用Lab VIEW软件编程进行数据处理和图像显示,适用于教学演示,而且其成本较高,不宜于推广。

本文设计并实现一种新型的牛顿第二定律智能验证仪,可以自动调整装置的平衡状态,自动采集实验数据,并将实验结果以图形化的形式展示在显示屏上,可有效提高实验效率,使学生摆脱复杂的操作,专注于对定律的理解。接下来,首先给出验证仪的结构及对验证仪设计原理进行分析,然后阐述其硬件和软件设计,最后分别采用本文验证仪和气垫导轨验证仪对牛顿第二定律进行验证,并将所测得的数据进行对比与分析。

1 验证仪设计原理及分析

1.1 验证仪结构设计

本文提出的智能验证仪是对传统的牛顿第二定律验证实验装置的改进,如图1所示,在传统运动装置上增加两个或多个光电门(本文验证仪结构以两个光电门A、B为例),使其保持一定距离S(本文验证仪中两光电门间的距离S=34.83cm),将步进电机固定在斜面的一端用于控制长木板的升降,进而调整其倾斜角度θ,达到平衡摩擦力[7]的目的。将带有挡板(本文验证仪的挡板宽度L=3mm)的小车从斜面的一端滑下,当小车依次经过光电门A、B时,光电门检测小车的位置变化信号并传输给主控模块,主控模块将计算分析后的数据及相应曲线呈现在显示屏上。平衡状态的调整是通过主控模块控制步进电机的升降,从而调整斜面的倾斜角θ来实现。

1.2 设计原理分析

首先对原理分析中所用到的符号进行定义:m表示小车的质量,g表示重力加速度,a表示小车的加速度,θ表示斜面与水平面的夹角,μ表示木板斜面的动摩擦因数,S表示两光电门间的距离,L为小车上的挡板宽度。

1.2.1 加速度测量原理分析

本验证仪中加速度的测量是基于公式(1)

其中v_A是光电门A处小车的瞬时速率,v_B是光电门B处小车的瞬时速率,可以由挡板宽度与经过光电门的时间求得:

其中tA与tB表示小车分别经过光电门A和光电门B时的时间,光电门间的距离S已知,所以可求小车的加速度。

1.2.2 平衡状态自动调整原理分析

验证仪平衡状态的自动调整是基于斜面动摩擦因数μ和平衡状态下的倾斜角度γ的关系模型,通过控制斜面坡度实现。

(1)斜面动摩擦因数μ计算

如图1所示,对小车进行受力分析,木板对小车的支撑力N由式(5)求得:

根据牛顿第二定律,可得小车水平方向重力的分力、摩擦力和小车加速度的关系方程:

所以,

由(7),动摩擦因数μ与小车质量无关,只与斜面倾角θ和小车加速度a有关。小车加速度a可由式(4)求出。

(2)斜面动摩擦因数μ与平衡状态倾斜角度γ的关系建模

当斜面处于平衡状态时,小车匀速运动,此时a=0,由式(7)得,

根据式(9),可求得平衡状态时(a=0)斜面的倾斜角度γ。

(3)电机控制参数计算

本文通过控制电机转数T与斜面倾角θ的关系以及平衡状态下斜面倾角γ来调整平衡状态。

不妨假设此时斜面倾角为θ,θ-γ表示此时斜面状态与平衡状态时的角度差,又设步进电机每旋转一圈大约改变β度,则调整到平衡状态时,电机需要转动的转数T为,

当T>0时,电机反向转动T圈,使斜面下降θ-γ度,当T<0时,电机正向转动T圈,使斜面上升θ-γ度。

平衡状态的调整是牛顿第二定律验证实验的重要一步,也是目前的验证仪最难解决的问题,一般情况下是人为对斜面进行调整,但是操作复杂,误差大。在本验证仪中,只需使小车在斜面上运行一次,验证仪便可自动调整到平衡状态。本实验中,巧妙地采用了平衡摩擦阻力的方法,通过步进电机的升降来改变斜面倾角,直至等效于小车不受摩擦阻力作用。因为由公式(7,8,9,10),平衡状态的调整过程与小车质量无关,因此,在实验过程中,改变小车质量也无需再次调整平衡状态。

2 验证仪设计与实现

2.1 硬件设计

验证仪功能结构图如图2所示,系统装置由数据采集模块、斜面调整模块、运动装置模块、主控模块、显示模块以及电源模块共六个模块组成。

数据采集模块是由两个光电门组成,用于采集小车通过光电门电平信号送到主控模块,主控模块计算电平转换时间,再根据挡板宽度求出小车经过该光电门时的瞬时速率;斜面调整模块由步进电机和其驱动电路(本验证仪采用L298N驱动电路)组成,受主控模块的控制用于调整斜面的倾斜角;运动装置模块是由验证仪的斜面及连接结构组成,是实验过程中小车的运行轨道;主控模块是用于数据处理的主控单元,由单片机(本验证仪采用Arduino Mega2560)来实现;显示模块(本验证仪采用2.8寸TFT触摸屏)用于数据的图形化展示;系统中的能源提供则由电源模块来承担,验证仪电路原理图如图3所示。

2.2 软件设计

图4为软件编程部分的流程图。首先进行系统进行初始化处理,声明各个按钮对象,定义好数据接收处理变量,再利用loop()函数检测当前状态,当显示屏上有按键按下时,则会执行相应指令。在调整装置状态的问题上,验证仪具有自动调整模式,即直接按下显示屏上的“自动”按钮,则可以自动调整到平衡状态。

3 数据测试结果及分析

3.1 实验器材

牛顿第二定律智能验证仪(挡板宽度:3mm,光电门间距离S:34.83cm,小车质量为0.6026kg),气垫导轨验证仪(挡板宽度:10mm,光电门间距离D:60 cm,滑行器质量为0.28kg),砝码。

3.2 实验方法

分别采用本文所设计的验证仪和气垫导轨验证仪对牛顿第二定律进行验证,验证过程采用控制变量法进行实验:在固定质量的前提下,探究作用力与加速度间的数据关系;同理,在固定作用力的条件下,探究物体总质量与加速度间的数据关系。最后,将两验证仪得到数据进行分析对比。

3.3 实验步骤

(1)对于本验证仪,按下“自动”按钮,使小车在斜面上运行一次,装置自动调整为平衡状态;对于气垫导轨,先用动态调平法将气垫导轨调成水平状态(调整较复杂)。

(2)测量加速度,在小车(滑行器)上放置一定质量的砝码,把小车放在斜面上让其运行,即可在显示屏上观测到相应数据和图形;气垫导轨则要先打开气阀然后再把滑块放开,同时打开数字计时器测定滑块和砝码组成系统的相关物理量。

(3)然后依次增加托盘中砝码的质量,从而改变了作用力。每改变一次托盘中砝码的质量重复做实验三次,测得的结果见下表1和表2。

(4)同理,重复步骤(2),保证托盘总质量一定,即固定作用力F,按次序减少小车(滑行器)上砝码的质量,每改变一次重复做实验三次,测得的结果见表3和表4。

3.4 实验数据

表2气垫导轨所测的实验数据1

表3本智能验证仪所测的实验数据2

表4气垫导轨所测的实验数据2

注:相关参量定义t1表示滑行器经过第一个光电门的时间,t2表示滑行器经过两光电门间距离D使用的时间,t3表示滑行器经过第二个光电门的时间,v1表示滑行器经过第一个光电门的瞬时速率,v2表示滑行器经过第二个光电门的瞬时速率。

3.5 数据分析

由表1和表2,可以清晰地观察到:当质量一定时,加速度随着作用力F的增加呈线性增加。在本设计实验中,由本验证仪测出的加速度a与理想值之间的误差较小,但由于自身设备的简陋(木板表面不是理想平面),总体误差范围在4.8%之内。而使用气垫导轨仪测得的误差相对较大一点,影响因素最大的是空气粘滞阻力,其次是挡板宽度(10mm)引起的瞬时速率误差,实验精度低,此外,若导轨保养不当,误差会更大。同理,在表3和表4中,在作用力F一定时,a随着物体质量的增加呈线性下降趋势。由实验数据可以看出,较气垫导轨仪而言,使用本验证仪测得的数据更为精确,实验误差低,且操作简易。为了直观显示数据对比情况,给出图5,图6。

实验数据表明:当质量一定时,加速度a跟作用力F成正比例关系;当作用力F一定时,加速度跟质量成反比例关系。与理想值相比,本验证仪的误差(4.8%之内)较小;相对传统装置气垫导轨仪而言,本验证仪实验精度较高,灵敏度好,并且,操作简单易懂。图7,图8为数据测试中本文所用牛顿第二定律智能验证仪实物图和数据图形化展示图。

4 结束语

设计并实现了一种牛顿第二定律智能验证仪,该验证仪改进了传统实验装置,使得实验过程自动化、智能化。数据采集模块是采用两个光电门获取小车经过光电门电平信号,并传输到主控模块;主控模块对小车瞬时速率、加速度等数据进行计算与分析,并将结果通过显示屏图形化展示给用户,使用户对牛顿第二定律有一个直观与深刻地理解。尤其在验证实验中最为重要的平衡状态调整过程,验证仪通过动摩擦因数和斜面交角之间的关系,实现了平衡状态的自动调整,降低了实验操作的复杂度,提高了实验效率。实验过程的自动化也使得实验数据更为准确,很好地验证了牛顿第二定律。

摘要：提出一种牛顿第二定律智能验证仪的设计方案并予以实现。在对传统实验装置与小车运行状态的关系进行分析的基础上,对传统实验装置进行改进,增加了数据采集、智能控制和显示模块,实现了平衡状态的自动调整、实验数据的自动采集与分析、数据结果的图形化展示等功能。验证仪的智能化、自动化可以使学生专注于对定律的理解,提高实验效率。该验证仪有效削弱了人为因素带来的影响,使得实验数据更为准确。实验数据的智能化分析与图形化展示,对深刻理解牛顿第二定律有着重要意义。

关键词：牛顿第二定律,智能控制,图形化展示

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