4.1 牛顿第一定律 教学设计 -2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

该高中物理教学设计聚焦牛顿第一定律，梳理力与运动关系、惯性及质量对惯性的影响，以“猜空牛奶盒”互动游戏导入，串联运动学与动力学知识，为后续学习奠定基础。 以科学思维与探究为核心，通过伽利略理想实验推理、学生角色扮演科学家观点，结合空气炮演示气体惯性、抽纸条比较电池惯性等实验，落实科学推理、探究素养，激发学生兴趣，便于教师开展互动教学。

牛顿第一定律 教 学 设 计 4.1牛顿第一定律 1、 教材分析 1、 本节的地位及主要内容 牛顿运动定律是动力学的核心，牛顿第一定律揭示了运动和力的关系，是动力学理论的基础，是牛顿物理学的基石。通过本节课的学习，学生把在第二章学习到的运动学知识和第三章学习到的动力学知识有机地结合起来,同时为后面的牛顿第二定律等知识的学习打下基 础，起到承前启后的作用。 2、教学目标 [物理观念]能对牛顿力学的发展历史有一个系统的认识，领会伽利略研究力和运动的思想方法，掌握牛顿第一定律的内容及能运用其解释有关现象，知道惯性的决定因素并能解释 有关惯性现象。 [科学思维]深入体会伽利略等科学家在研究力和物体运动关系时候运用的科学思维方 法。[科学探究]知道理想斜面实验的原理和理论思维推导过程，通过体会惯性现象感知质量是决定惯性大小的唯一因素。 [科学态度与责任]从通过牛顿第一定律的历史史实回顾，增进对科学的兴趣，观看汽车碰撞视频，培养学生的创造性思维能力和勇于质疑的优秀品质及安全意识。 3、教学重难点 教学重点:理解力与运动的关系;理解牛顿第一定律，认识惯性与质量的关系教学难点:力和运动的关系:惯性概念的理解，惯性和质量的关系。 二、学情分析 本节课内容学生虽然初中已经学过，但还是停留在认识的层次上，在高中阶段学习中除了要保持新鲜感，还需加大思维强度，对牛顿第一定律有更深的理解。 三、教学方法 演绎推理法、讲授法、实验教学法、多媒体教学法 4、 课前准备 牛奶盒 2个、自制空气炮、蜡烛、1 号电池4节、5 号电池4 节、7 号电池4节、水平仪4个、纸带若干、伽利略理想斜面演示仪、多媒体课件等。 五、课时安排 1 课时 六、教学过程 (一)新课导入 互动小游戏:猜一猜哪盒牛奶是空盒子? 桌面上放置两盒外观一样的牛奶盒，让学生不碰触盒子，猜测哪盒牛奶是空的?通过学生体验来引入新课。 (二）新新讲授 1、温故而知新 前面我们学习了加速度和位移，用它们来描述物体的运动情况，但并没有讨论物体为什么会做这样的运动。要想讨论这个问题，就必须知道运动和力的关系。在力学中只研究物体怎样运动而不涉及运动和力的关系的分支，叫做运动学。研究运动和力的关系的分支，叫动力学。 动力学知识在生产和科学研究中很重要，设计各种机器，控制交通工具的运行，研究天体的运动、发射卫星等等，都离不开动力学知识。 2、科学家探究力和运动的历程 在生活中，我们经常看到这样的现象: 用力推课本，课本能够在推力的作用下运动，撤去外力后，课本不再运动;马拉车，车就前进，马不拉车，车就慢慢停下来......这些现象告诉我们:要使一个物体运动，必须推它或者拉它。早在 2000 多年前，古希腊学者亚里士多德就注意到这些现象，他通过观察和直觉经验得到这样的结论:必须有力作用在物体上，物体才能运动:没有力的作用，物体就要静止在某个地方，即力是维持物体运动的原因 提问:大家觉得亚里士多德的说法正确吗? 学生:不正确，(部分学生提出) 例如踢出去的足球，力撤去之后，足球还是会向前运动一段距离。这与亚里士多德的观点:运动需要力来维持是矛盾的。在四百多年前，意大利的科学家伽利略对亚里士多德的观点提出了质疑,运动真的需要力来维持吗?运动的物体之所以会停下来，是因为受到摩擦力的阻碍作用。为了证明自己的观点，他设计了一个实验:伽利略的理想斜面实验。 2、 伽利略理想斜面实验 伽利略注意到，当一个球沿斜面向下滚动时，它的速度增大;向上滚动时，速度减小。猜想:当球沿水平面滚动时，它的速度应该不增不减。然而，实际情况却是，即使沿水平面滚动，球也会越滚越慢，最后停了下来。伽利略认为这是摩擦作用的结果。若没有摩擦球将永远运动下去。 演示实验:通过伽利略理想斜面演示仪来验证猜想。让一个小球沿斜面从静止状态开始运动，小球将“冲”上另一个斜面。如果没有摩擦，小球将到达原来的高度。如果将第二个斜面倾角减小，小球仍将达到原来的高度，但是运动的距离更长。在不断减少斜面角度的过程中，如果没有摩擦力的作用，小球将会到达同一高度，只是走过的路程越来越长。由此可以推断，当斜面最终变为水平面时，小球要到达原有高度将永远运动下去。 为此伽利略得出结论:力不是维持物体运动的原因。推翻了亚里士多德的结论。 我们知道，阻力不可能完全消除。第二个斜面也不可能做得无限长，所以，伽利略的实验是一个“理想实验”。虽然这个实验无法实现，但是，伽利略在实验基础上进一步推理的方法，帮助我们找到了解决运动和力的关系问题的方法。 教师:那么什么是理想实验呢? 理想实验:想象着把实际中存在、影响物体运动的摩擦力去掉，抓住事物的本质。这种经过逻辑推理把实际实验理想化的思想，也是研究物理问题的重要方法之一。伽利略的理想实验就是把摩擦阻力全部忽略，这是和质点一样的理想化状态。爱因斯坦对伽利略的理想斜面实验给予了很高的评价:伽利略的发现以及他所应用的科学的推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正开端。 与伽利略同时代的法国科学家笛卡儿对运动和力也进行了研究。伽利略认为:在水平面上，若没有阻力，球将永远运动下去。笛卡儿对伽利略的观点进行了补充，他认为，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，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。他还认为，这应该成为一个原理，是人类整个自然观的基石。 经过几代人的努力，英国科学家牛顿在伽利略和笛卡儿工作的基础上，提出了动力学的一条基本定律:牛顿第一定律。牛顿第一定律从发现到最后提出，经历了二千多年的时间从古希腊的亚里士多德到的英国牛顿，历经数位科学家的研究，终于探究明白了力和运动的关系，着实不容易，大家在敬佩的同时，还有学习科学家勇于探索的精神。让我们第 1小组的同学派四位代表，代替这四位科学家阐述一下各自的观点，让大家能够更加清晰地认识牛顿第一定律的探索之旅。 4、牛顿第一定律 (1)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。这就是牛顿第一定律。 (2) 物理意义: D揭示了力与运动的关系: a、力是改变物体运动状态的原因:物体受力的作用，它的运动状态就一定发生改变，并且产生加速度。 b、力不是维持物体运动的原因:物体若不受力，它将做匀速直线运动或者保持静止状 态。 2)揭示了一切物体都具有的一种属性一一惯性，物体这种保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质叫作惯性，所以牛顿第一定律也叫惯性定律。 3)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 思考讨论:牛顿第一定律可不可以用实验来验证?学生回答:不受力的物体不存在或者光滑的物体也不存在。牛顿第一定律所描述的物体的状态是一种理想化状态。所以不能用实验来验证。实际物体合力为零时的运动效果与之相同。 5 (1).定义:一切物体都有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质，这种性质叫做惯 性。 观看视频:惯性现象。惯性不是外界强加给它的，是物体固有的，一切物体都具有惯性一切物体包含固体、液体和气体。气体的惯性不容易观察，老师这里有个自制教具:空气炮大家注意观察实验现象，说明气体也具有惯性。 思考讨论:从牛顿第一定律得知，物体都要保持它们原有的匀速直线运动状态或静止状态。可以说，它们都具有抵抗运动状态变化的“能力”，即都具有惯性。那么，怎样描述惯性的大小呢? 师生互动:老师这里有个气球，我把气球传给大家，请大家像击鼓传花一样把气球传回来。大家很快就把气球传回来了，如果老师扔给大家个蓝球、如何?如果换成铅球呢，大家还敢接吗?教师引导:气球、篮球、铅球改变它们的运动状态，使它们获得相同的速度难易程度不 同 学生活动:抽纸条。在课桌上有以下实验器材:1 号电池1节、5 号电池节、7号电池1节、水平仪1个、纸条1条，大家把纸条分别压在电池下面，快速抽出纸条。小组展示:表现好的同学来展示抽纸条。 演示实验:利用斜面演示仪，把不同质量的钢球、玻璃球、塑料球放到轨道最低点，用同一个小球碰，上升高度不同。 结论:惯性只与质量有关，质量越大惯性越大，质量越小惯性越小。 教师补充: (2).惯性与质量的关系 a、惯性是物体的固有属性，一切物体都具有惯性。 b、惯性与物体受力情况、运动情况及地理位置均无关。 c、质量是物体惯性大小的唯一量度，质量越大，惯性越大。 (3).惯性与力的关系 a、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。 b、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。 c、惯性与物体的受力情况无关。 (4).惯性与速度的关系 a、速度是表示物体运动快慢的物理量，是矢量，惯性是物体本身固有的性质，其大小仅由物体质量决定。 b、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 (5).惯性与惯性定律的关系a、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 b、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 (6)惯性的危害 发生碰撞时，汽车驾驶员不及安全带，导致人员受伤。 活学活用:环游世界的梦想 例:有人设想，乘坐气球飘在高空，由于地球自转，一昼夜就能环游世界，这个设想可行吗? 学生讨论回答，不可行，在空中气球依然有惯性，会保持和地球一样的运动状态即跟着地球一起自转，所以这个梦想不能实现。 (三)[课堂小结] 1.探索历程:亚里士多德、伽利略、笛卡尔、牛顿 2.伽利略理想斜面实验:依据逻辑推理把实际实验理想化的思想方法 3.牛顿第一定律(惯性定律): 揭示了力和运动的关系 4.惯性大小的唯一量度是质量 五、板书设计 4.1牛顿第一定律 一、伽利略理想实验 二、牛顿第一定律 1、内容 2、意义 三、惯性 1、定义:物体总有保持原来匀速直线运动或静止状态的性质 2、惯性大小的唯一量度是质量 六、布置作业 1、自学拓展学习:惯性系和非惯性系 2、课后练习1、2、3 七、教学反思 学科网（北京）股份有限公司 $