7.1 牛顿第一定律 教学设计-2025-2026学年沪科版物理八年级全一册

该初中物理教学设计聚焦牛顿第一定律的探索历程、内容及惯性概念，通过“反重力苹果实验”制造认知冲突，引发学生对力与运动关系的疑问，衔接已学的力的概念，搭建从生活经验到科学探究的学习支架。 该设计以物理学史为主线，通过亚里士多德与伽利略观点辩论、阻力影响实验（控制变量法、科学推理法）培养科学思维和探究能力，引入王亚平太空授课视频联系现代科技增强科学态度。惯性应用结合生活实例与工程设计，分层作业满足差异需求，助力学生建立运动观念，为教师提供丰富教学资源提升课堂效率。

《牛顿第一定律》教学设计方案 华曜济南实验学校 刘正奇 一、教学目标 1.知识与技能目标:了解亚里士多德和伽利略关于力与运动关系的不同观点,了解牛顿第一定律的探索历程;理解牛顿第一定律和惯性的内容并能解释生活中的现象; 2.过程与方法目标:通过探究阻力对物体运动的影响的实验,通过实验体验科学推理的实验研究方法;培养从具体现象中总结和推导物理规律的能力。 3.情感态度与价值观目标:感受牛顿第一定律建立的曲折历程,体会科学家不断探究和创新的精神;培养学生尊重客观实验结果,实事求是,严谨细致的科学精神 4.核心素养目标:纠正学生“物体的运动需要力来维持”的错误观念,建立“力是改变物体运动状态的原因”的核心观念;培养学生的探究和质疑意识;形成严谨求实的态度认识科学对社会发展的促进作用。 二、教学重难点 教学重点:1.牛顿第一定律的内容和理解;2.惯性概念及其应用。 教学难点:1.实现从亚里士多德“物体的运动需要力来维持”观点到伽利略“力是改变物体运动状态的原因”思维跨越;2.科学推理实验方法的理解和应用。 3、 教材分析和学情分析 教材分析:本节课是上海科学技术出版社八年级物理全一册第七章第一节牛顿第一定律。本节课的核心在于借助“探究阻力对物体运动的影响”这一实验,引导学生在观察现象的基础上,经历从伽利略的质疑与理想实验,到笛卡尔的补充,直至牛顿总结的完整科学探究历程。教学的关键难点在于帮助学生突破直觉经验的束缚,理解“力是改变物体运动状态的原因”,并真正领悟牛顿第一定律中“一切物体”、“总保持”等表述的深刻含义。因此,教学应注重创设认知冲突,强化实验观察与科学推理的结合,使学生在亲历中实现物理观念的转变和科学思维能力的提升。 学情分析:本节课的教学对象是八年级学生,学生对力的基本概念和测量已经有所了解,初步理解了物体的运动规律。但他们对于“力与运动的关系”普遍存在“运动需要力来维持”的前概念,这与亚里士多德的观点相似,构成了教学的重要起点。学生的逻辑思维尚未完善,虽然具备初步的实验分析能力,但对于理想化推理、科学归纳等方法仍比较陌生对于科学推理实验方法理解有一定困难。 四、教学过程 (一)新课导入——“反重力苹果实验”(5分钟) 师:同学们,我们第六章已经学习了力的相关知识,现在桌子上有个苹果,我现在往左边推它,它会往哪移动?往右推又会往哪移动呢? 生:往左运动;往右运动。 师:同学们都回答的很准确,但是给物体施加什么方向的力,物体就会往哪移动吗?真的是这样吗?下面我将进行一个“小魔术”:将苹果插到木棍下端,手握住木棍偏上位置。 问题 1:我现在用力向下敲击木棍,苹果会往哪里移动呢?是不是应该向下运动呢?你觉着是怎样的呢? 生:向下/向上运动(学生意见出现分歧) 师:那下面同学们瞪大双眼,一起来解开谜底。 【演示实验】“反重力苹果实验”,用力敲击木棍,会观察到苹果自下而上运动。 师:看来同学们都很震惊,和我们之前学的咋不一样呢?力与物体运动之间是否存在着更加复杂的关系?你之前的观点是否真的正确呢?带着这些疑问,我们开启第七章第一节牛顿第一定律的学习。 【设计意图】形成与自身认知不同的思想,产生好奇,激起学生学习欲望。 (二)新知探究(20分钟) 环节1:回顾历史观点 师:我们一起来观察一下下面几个现象。 第一个实验:用铁锤敲击铁钉,铁钉向下运动嵌入木板当中,停止敲击后,铁钉就不再继续向下运动,是不是敲铁钉一下,给铁钉一个向下的力,铁钉就往下动一下。是不是感觉给铁钉一个力,铁钉才能运动,没有力的时候,铁钉就不动呢? 第二个实验:足球放地面上,不去踢足球,足球就不会运动,只有当你用力踢球时,球受到力就会向前运动。是不是感觉给球一个力,球才能运动,没有力的时候,球就不动呢?你是不是也这么觉得呢? 生:是的,我也是这么认为的。给物体一个前进的力物体就会向前运动,不给物体施加力就不再运动。 师:回答的很准确,也就是说物体运动是需要力的,持续运动需要持续施加力。伟大的亚里士多德前辈通过生活经验也是这么认为的。 师:事实真就如我们所见吗?我想一会之后你们会有不一样的见解。请看下面两幅图片:骑行滑板车用力蹬地后,即使不再继续蹬地,不再受到向前的动力,但滑板车也不会停下来,还会继续向前运动一段距离;自行车也是如此。你又有哪些新的思考呢?前进过程中,有没有力来维持运动呢? 生:也就是即使物体不受到向前的力,也可以继续向前运动? 师:这个同学回答的很准确,即物体向前运动是不需要力来维持的,但为什么这么不自信呢?回答的很棒!这就是后来实验物理学的先驱伽利略的观点。聪明的你们不难发现,伽利略的观点和亚里士多德的观点是相互矛盾的,两个人的观点谁对谁错呢?你又支持谁的观点? 生:我支持伽利略/亚里士多德的观点。(学生意见出现分歧) 师:要验证谁对谁错,解题的关键在哪呢?给大家两分钟时间小组讨论。 【小组讨论】思考讨论如何验证两人观点的谁对谁错?(2分钟) 师:各小组之间讨论的非常激烈,下面哪个小组分享一下你们的观点。 小组1:找到物体不受力的情况,观察物体如何运动。但地球附近的物体都会受到重力,现实生活中没有不受力的物体。 小组2:我们可以考虑水平方向的运动,可以不考虑重力的影响。 小组3:通过减小摩擦力,最后得到近乎没有摩擦力的情况。 …… 师:同学们思考的都非常积极,接下来我们跟随伽利略的脚步,看一看他采用了什么方法。 【学生活动】阅读课本P162科学书屋,伽利略及其思想实验,了解伽利略关于物体运动的观点,并学习其探究方法。从中获得启发,设计出自己的探究方案。 环节2:伽利略的质疑与理想实验 【实验探究】:阻力对物体运动的 设计实验:让同一小车从同一斜面顶端由静止向下运动,分别运动到毛巾,木板,玻璃材质的水平面上。思考小车在不同材质平面上受到的阻力大小关系?观察并比较这三种不同材质的情况下小车在水平面上运动的距离。 进行实验:(如下图) 实验表格:(如下图) 表面材料 阻力大小 小车运动距离 小车速度减小情况 毛巾 最大 最短 最快 木板 较大 中等 较快 玻璃 小 最长 慢 假设:绝对光滑 无 无限远 不变 分析论证: 师:通过实验数据我们不难发现:当表面材料由毛巾变为木板,再变为玻璃,接触面粗糙程度越来越小,即当接触面越来越光滑时,也就是摩擦力会逐渐变小时,小车的运动情况如何变化的呢?你总结的结论是什么?哪位同学来回答一下? 生:小车受到的阻力越小,速度变化越慢,速度会保持的更快一些,运动的会更远。 师:同学们总结的非常准确。那平面进一步再光滑一些,假如水平面绝对光滑,小车的运动情况将会如何呢? 生:小车在水平面上不受阻力,则小车的速度将不会变化,将一直运动下去,运动到无限远的地方。 师:通过这个实验,我们就可以知道,哪位科学家的观点是正确的呢? 生:伽利略的说法是正确的 教师总结:物体运动不需要力来维持!因此这场辩论的最终获胜者是“伽利略”,这推翻了亚里士多德近两千年的观点,是关于力与运动关系的“拨乱反正”。 交流分享: 1.本实验用到的三个实验方法:控制变量法,科学推理法,转换法。 ①控制变量法:让小车从同一位置静止释放;目的:使小车到水平面时具有相同的初速度。 ②科学推理法:假设木板表面绝对光滑,运动小车不受任何阻力作用,即水平方向不受力的作用,小车的速度将不会减小,小车将一直运动下去。 ③转换法:通过观察小车运动距离的远近,判断阻力对物体运动阻碍的大小。 2.情感升华: 师:通过我们的实验,站在现代人的角度,我们明白了伽利略的观点是正确的,大家一起思考一下,亚里士多德的观点是错误的,而且影响了近两千年,对科技的发展和进步没有任何帮助吗? 生:当然不是,亚里士多德的观点如抛砖引玉,如果没有他的观点,也不会有伽利略后来的思考,更不会出现后来的牛顿第一定律,科技发展是曲折前进的。 师:看来你也思考的非常认真,也正是后来伽利略的思考,质疑,不迷信权威,才得以将理论拨乱反正。希望同学们在生活中也敢于积极思考,提出自己的见解,站在巨人的肩膀上继续向前。 环节3:牛顿第一定律的建立 教师讲解:物理学的发展不是一蹴而就的,理论的建立也是一代代科学家不断努力完善的成果。继伽利略之后,笛卡尔进一步研究,发现物体不受力,物体运动的方向将不发生改变,即做匀速直线运动。 最后牛顿进一步研究,在前人经验的基础上,完善总结出了牛顿第一定律。 学生活动:阅读教材,找出牛顿第一定律的完整表述,画出并一分钟记忆背诵。 定律解读: ①“一切物体”:所有物体都适用牛顿第一定律; ②“总保持”:“总”是保持原来的运动状态;原来静止总保持静止,原来运动总保持匀速直线运动;即“静止的物体想继续保持静止状态,运动的物体想继续保持运动状态,物体不想改变原来的运动状态”。 ③“或”:保持静止或匀速直线运动,物体只能保持其中的一种状态,两种状态不能在同一物体上同时存在。 ④适用条件:物体不受任何外力时。 师:回顾牛顿第一定律的探索过程,包括我们做的阻力对物体运动的影响实验,我们不难发现,牛顿第一定律是实验直接探究出来的吗? 生:不是。是先进行实验,在现有实验数据的基础上,根据合理的假设推导出来的,用到了科学推理的实验方法。 师:以前的科技发展水平有限,科学家的科学探究受到了极大限制,不得已去推论,那在科技飞速发展的今天,你是否有办法通过实验来验证牛顿第一定律呢? 生:(思考后)地球上的物体一直受到重力作用,找不到不受外力的物体呀 师:我们不妨把眼光放长远一些,我国航空航天事业快速发展,我们有卫星,火箭,中国空间站呀! 生:我们可以在空间站,在太空中进行试验,物体在太空的失重状态,刚好可以看作物体不受外力,符合牛顿第一定律成立的条件。 师:真的可以吗?我们跟随航天员王亚平的身影,看一下太空授课中抛出的冰墩墩是否可以像牛顿第一定律描述的那般保持匀速直线运动呢? 视频播放:王亚平太空授课视频 师:随着科技的进步,我们解决问题的方法和手段越来越多,也希望同学们多多观察,思考解决问题的新方法,新途径。我国的科技发展最后造福于我们,也希望同学们在长大后用自己的知识和才华回报祖国,回报社会。 随堂小练: 2个牛顿第一定律小题练习(所有外力都消失的情况下,物体运动状态的判断) 拓展应用:(可保留至习题课进行) 1. 竖直上抛最高点所有外力消失问题 2. 斜抛最高点所有外力消失问题 3. 单摆最高点所有外力消失问题 环节4:惯性的学习 师:牛顿第一定律揭示了任何物体都有保持原来匀速直线运动或者静止状态的性质,也就是说物体总想要保持原来的运动状态,不想发生改变,你可以理解为物体是存在“惰性”的。既然这样的话,对我们的生活会产生什么样的影响呢?下面我们将通过课本上的两个小实验一起来探究一下。 演示实验: ①将烧杯上面放一张硬卡片,卡片上放一段粉笔,快速抽出硬卡片,观察粉笔的运动情况? ②将黑板擦放到物理课本上,推动着书向前运动,当书突然碰到障碍物之后,观察黑板檫是如何运动的? 师:通过观察这两个实验,实验结果和你的想法一致吗?为什么会出现这样的情况呢?怎么用我们所学知识解释。 【设计意图】通过实验实现从牛顿第一定律到惯性的过渡,引发学生的进一步思考。 ①将烧杯上面放一张硬卡片,卡片上放一段粉笔,快速抽出硬卡片,观察粉笔没有跟随硬卡片离开,而是竖直落入烧杯中。 ②将黑板擦放到物理课本上,推动着书向前运动,当书突然碰到障碍物之后,观察黑板檫是往前冲了一段距离才停下。 学生:物体想保持原来的运动状态,惯性。(同学们众说纷纭,热烈讨论) 师:粉笔原本是静止的,它还想保持原来静止的状态,因此卡片抽走,它的状态不变,在重力作用下落入烧杯里面;黑板擦和课本原本一起运动,书被迫停止了,黑板擦仍然想保持原来运动的状态,因此会相对于课本往前冲一段距离。我们把物体保持原来运动状态的这种性质称为惯性。 师:通过这两个例子,我想大家对惯性已经有所了解,下面请同学们帮我解释一下下面几个生活实例。 生活实例: 1. 走路被绊倒时,身体为什么不自觉的往前倾,而不是往后仰?什么时候会往后仰? 2. 跑跳的成绩为什么要比立定跳远跳得更远呢?要想跳的更远,有没有什么好方法? 3. 当锤头脱落后,为什么往下撞击物体,锤头就能套紧呢? 学生活动:学生讨论并解释上述生活问题。 现象推展:列举生活中的惯性现象(乘车、泼水、拍打衣服上的灰尘等),学生讨论并用自己的话加以解释 概念辨析: 惯性的影响因素:惯性是所有物体的属性,只与物体的质量有关。即物体质量越大,惯性越大。(大货车和小轿车惯性比较辨析)惯性大小与物体运动速度大小无关(补充高速行驶难刹车的问题,让学生知道速度大,刹车时间更久,而不是车速难以改变); 惯性不是力,只能说“具有”或“由于”惯性,不能说物体“受到惯性,惯性作用,惯性力”,惯性是一切物体固有的属性。 环节5:惯性的应用——小小工程师 惯性的危害与防治: 师:惯性我们可以加以利用,但是惯性也会给我们生活带来一些困扰,就像我们演示实验的黑板擦,当书停下来了,黑板擦继续往前冲。就像我们乘车时,突然刹车,车停住了,我们身体仍会不自觉的往前倾倒。同样的,踩完刹车后,车也不是立马就静止停住了,而是继续往前冲一小段距离才可以停下。其中的原理是什么呢? 生:结合惯性知识,分析其中原因。 师:在面对这些惯性造成的危害时,我们应该怎么办呢?如果你是车辆工程师,你有没有什么好方法来避免乘客往前倾倒呢? 生:安全带 师:很好,同学们的生活经验非常丰富。但当撞击非常剧烈,安全带拉不住的时候呢? 生:安全气囊。 师:同学们回答的非常棒。但这只能解决正面碰撞呢,万一发生追尾或者是侧面碰撞,又该如何保证乘客安全呢? 【学生活动】学生小组讨论,并结合自身生活经验和所见所想,发表自己看法,说一说对汽车安全性能的提升,你还有没有好的方案。 学生补充安全气帘,座椅靠背和头枕等知识,并引出车速控制和限重等知识。 师:同学们回答和补充的都非常棒,都从汽车设计的角度保证了乘客安全,但是有了这么多安全措施,每年仍然有很多的人因为交通安全事故丧命,对于车辆驾驶人员,你有没有话要和他们说呢?提醒他们安全驾驶。 生1:保持车距,减慢车速。 生2:多观察周围环境,谨慎驾驶。 生3:莫要超载,超载物体质量大,惯性大,速度难以改变,刹不住。 生4:不要酒后驾驶,反应能力会迟缓。 师:同学们的回答非常棒,从不同角度进行了分析。也希望同学们提醒自己的家长,安全乘车和驾车,文明出行。 【设计意图】物理理论知识联系生活实际,培养学生物理与工程学科的跨学科探究能力;提高学生文明出行的意识,并且用自己的行动带动周围人文明出行。 (三)巩固练习(10分钟) 1.学案随堂习题巩固(分层训练,根据学生基础情况分配不同难度的题目) 2.课本课后习题辨析 (四)课堂小结(5分钟) 知识梳理:师生共同回顾黑板板书内容,构建知识框架,并提问检查学生随堂掌握情况。 观念升华:从日常经验到科学本质的认识飞跃,从生活现象中发现问题,利用物理知识解决问题,让学生认识到物理学和生活的紧密关联。 (五)作业布置(2分钟) 基础性作业(全体完成) 1.背诵牛顿第一定律,并用自己的话解释 2.完成课本本节练习题1-3题 3.列举5个生活中的惯性现象,并用惯性知识解释 拓展性作业(选做) 1.实验设计:如何用简单器材证明质量越大惯性越大? 2.科学史探究:查阅资料,了解伽利略为坚持真理与教会斗争的故事。 实践性作业 观察乘坐公交车的惯性现象,记录司机启动、刹车、转弯时乘客的状态变化,并分析原因。 五、教学反思 预期亮点 1.通过物理学史主线,展现科学发展的动态过程 2.利用认知冲突激发探究欲望 3.理想实验的思维训练有助于科学思维培养 4.生活实例丰富,体现物理与生活的联系 可能问题及对策 问题:学生对“理想实验”理解困难 对策:采用类比法(如理想光滑平面类比绝对光滑) 问题:惯性现象解释容易出错 对策:强化“研究对象”和“原来状态”的分析训练 问题:实验时间把控不当 对策:提前分组,明确分工,设置计时提醒 创新点说明 1.采用“问题链”引导深度思考,问题驱动教学 2.设计学生“观点辩论”环节,如辩论亚里士多德观点vs伽利略观点 3.引入现代科技实例(如太空授课实验视频),了解科技发展,提高民族自信 4.作业分层设计,满足差异化需求,满足不同学生需求 学科网(北京)股份有限公司 $