5.5 牛顿第一定律（教学设计）物理新教材沪科版（五四学制）八年级上册

该初中物理教学设计聚焦牛顿第一定律及惯性，通过高尔夫球离杆后运动的频闪摄影图提问导入，引发对运动与力关系的思考，衔接前序机械运动和力的知识，搭建从生活现象到科学规律的学习支架。 此资料以实验探究为核心，如阻力影响实验用控制变量法，从毛巾、棉布到木板表面观察小车运动，外推至无阻力情况，培养科学推理能力。结合乘车前倾、鸡蛋落杯等实例及《阻力对物体运动的影响》等视频建立惯性概念，形成运动与相互作用观念，帮助学生纠正前概念，提升探究能力，为教师提供结构化教学方案，提高课堂效率。

第5节 牛顿第一定律（教学设计） 年级 八年级 学科 物理 教师 课题 第5节 牛顿第一定律 教学 目标 1. 认识牛顿第一定律的内容和意义。了解惯性概念，会解释简单的惯性现象，并解决日常生产生活中有关惯性的利用与防范问题。从物理学视角认识运动与力的关系，初步形成运动和相互作用观念。 2. 通过探究牛顿第一定律，学会利用实验和科学推理相结合的方法进行科学研究，具有初步的分析归纳能力和质疑创新意识。 3. 经历探究阻力对物体运动的影响的过程，具有使用科学证据的意识，能利用证据表达自己的观点，提高实验探究能力。 教材 分析 本节的主要内容和行文逻辑是： 1. 通过节首图呈现的高尔夫球离杆后持续运动的场景，引发对运动和力的关系的思考。 2. 通过分析生活实例和实验现象，以及回顾人类对运动与力的关系的认知历程，认识牛顿第一定律，体会科学推理在科学研究中的作用。 3. 通过分析生活实例，建立惯性的概念，用物体的惯性解释自然界和生活中的有关现象，初步形成运动和相互作用观念。 学情分析 八年级学生正处于形象思维向抽象思维过渡的关键阶段，此前已掌握机械运动、力等基础知识，具备基础的实验观察与动手操作能力，对推物体、乘车前倾等生活中的运动现象有直观体验，这为本节课的探究学习打下了一定基础。 但学生普遍存在根深蒂固的日常错误前概念，默认“有力物体才运动，没力物体就停下”，很难从直观现象中剥离出阻力的隐藏影响。同时他们的逻辑推理能力尚不成熟，对“实验+理想外推”得出牛顿第一定律的科学方法理解存在障碍，也容易混淆“惯性”和“力”的概念，难以准确辨析力与运动的本质关系，需要教师通过具象的探究活动逐步引导纠正。 教学重点 牛顿第一定律来解释和解决简单的实际问题，初步建立运动与力的关系。 教学难点 经历牛顿第一定律的科学推理过程，理解惯性并运用惯性解释有关现象。 教学 器材 斜面、小车、毛巾、棉布、木板、惯性小球、鸡蛋、杯子、硬纸板等。 课件。包含视频资料：①视频演示—《阻力对物体运动的影响》；②视频欣赏—《物体的惯性》；③课堂总结—《牛顿第一定律》。 教学过程 导入新课 【提问】图是用频闪摄影记录的高尔夫球杆将球击出后球与杆的运动影像。球受到球杆的击打时，由静止变为运动。球与球杆分离后，虽然不再受到球杆的作用，但球为什么还会继续向前运动而不是立刻停下呢？ 学习新课 一、牛顿第一定律 1. 阻力对物体运动的影响 【学生活动】阅读教材第137页《物体的运动需要力来维持吗？》内容。 （1）请说出生活中物体受力运动，不受力就会停下来的实例。 （2）物体的运动需要力来维持吗？ （3）设计并完成自主活动中的实验《阻力对物体运动的影响》，写出实验结论。 【师生分析归纳】 （1）关于“物体的运动是否需要力来维持”的两种观点 ①事例：拉小车，小车走；不拉小车，它就停下来。玩滑板车时，滑板车运动一段时间后会停下来，再次蹬地，滑板车又会继续运动下去。 ②亚里士多德与伽利略的观点 亚里士多德的观点：要维持小车或滑板车的运动，就必须给它施加力；如果小车或滑板车不受力的作用，就不能运动。 伽利略的观点：小车或滑板车开始运动是因为受到力，不受力之后停下来，是因为受到阻力。运动的小车或滑板车如果不受其他力的作用，将会一直运动下去。 到底谁的观点正确呢？ （2）实验探究：阻力对物体运动的影响 【设计实验】让小车从同一斜面上的同一位置由静止沿斜面下滑至水平面，如图所示。改变水平面表面的粗糙程度，使其对小车运动的阻力不相同。第一次在水平面上铺毛巾，第二次铺棉布，第三次将棉布去掉，只剩下木板，比较小车每次在水平面上滑行的距离。 【实验器材】小车、长木板、斜面、棉布、毛巾、玻璃板、刻度尺等； 【进行实验与收集证据】 （1）在水平木板上铺上毛巾，让小车从斜面顶端由静止滑下，观察小车在阻力较大的毛巾表面上滑行的距离。 （2）在水平木板上铺上棉布，让小车从斜面上同一位置由静止滑下，观察小车在阻力较小的棉布表面上滑行的距离。 （3）让小车从斜面上同一位置由静止滑下，观察小车在更光滑的木板表面上滑行的距离。 实验记录表 表面 材料 阻力 大小 小车运动 距离 小车速度 减小情况 毛巾 大 短 比较快 棉布 中 比较长 比较慢 木板 小 最长 最慢 【分析与论证】 上述实验中，小车在水平面滑行的距离与小车受到的摩擦力有关。水平面越光滑，小车在水平面上滑行时所受的摩擦力越小，滑行距离也越长。 对以上实验结论进一步推理得出：假设水平面是光滑的，小车不受摩擦力，它会保持刚进入水平面时的速度大小和方向一直运动下去，做匀速直线运动。由此可以说明伽利略的说法是正确的，即物体的运动不需要力来维持。 【实验结论】运动物体受到的阻力越小，速度减小得越慢，运动得越远。若运动的物体不受阻力，物体的运动速度将不会减小，将保持做匀速直线运动。 【交流与讨论】 （1）实验方法 ①控制变量法：控制小车从斜面上同一高度处由静止释放，使小车到斜面底端时具有相同的初速度； ②科学推理法：若小车不受阻力时，小车的速度将不会减小，将永远做匀速直线运动。 （2）对小车受力情况的分析：小车在水平面上运动时，在竖直方向受重力和支持力，这两个力相互平衡，对物体的运动没有影响；在水平方向上受到阻力的作用，是非平衡力，所以做减速直线运动。 （3）本实验选用小车而不选用木块的原因是：相同条件下，小车受到的阻力较小，实验现象较明显。 2. 牛顿第一定律 【学生活动】阅读教材第138页⁓139页《科学与人文》内容。 （1）了解伽利略斜面理想实验的过程。说说伽利略是怎样推翻古希腊哲学家亚里士多德观点的。 （2）牛顿第一定律的内容是什么？你是怎样理解该定律的？ 【师生分析】 （1）伽利略斜面理想实验 意大利物理学家伽利略设想小球从一个光滑斜面上A处由静止滑下并滑上第二个光滑斜面，小球应当能到达与A等高的B处。若逐渐减小右边斜面的坡度，小球在到达与A等高处之前滑行的距离越来越长。若将右边斜面放平，根据上述推理，小球因无法到达与A处等高的位置，将在光滑的水平面上一直滑下去，永远不会停下来。由此，伽利略否定了亚里士多德的说法。 （2）牛顿第一定律 英国著名物理学家牛顿在伽利略等科学家研究的基础上，得出牛顿第一定律： 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运动状态。 （3）对牛顿第一定律的理解 ①“一切物体”说明该定律对所有物体都是普遍适用的，不论固体、液体，还是气体。 ②“物体不受力”是一种理想状态，在现实生活中这种理想状态不存在。题图中被球杆击出的高尔夫球，虽然做近似的匀速直线运动，但它在水平方向上仍受到一定的阻力，所以最终一定会停下。事实上，物体总是受到力的作用 ，比如在地球表面附近的一切物体都受到重力的作用，但只要物体所受合力为零，物体就能保持静止或匀速直线运动状态。 ③ “或”指两种状态必居其一，不能同时存在。也就是说，物体如果没有受到力的作用，原来静止的物体仍保持静止状态，而原来运动的物体将保持原来的速度大小和方向继续做匀速直线运动。 ④牛顿第一定律不是实验定律，而是在大量经验事实的基础上，通过进一步的推理概括出来的。由该定律得出的一切推论，都经受住了实践的检验，因此它已经成为公认的物理学基本定律之一。 ⑤牛顿第一定律说明了力和运动的关系：力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因，若不受力，则运动状态不改变；反之，如果物体的运动状态发生了改变，则物体一定受到了力的作用。 【例题1】在一次世界摩托车锦标赛上，张雪驾驶摩托车获得了令世人瞩目的好成绩。在比赛过程中，当摩托车过一个急弯时，若一切外力都消失，摩托车将处于（ B ） A．静止状态 B．匀速直线运动状态 C．加速状态 D．转弯状态 【解析】在比赛过程中，若一切外力都消失，根据牛顿第一定律可知，摩托车将保持匀速直线运动状态。故选B。 【例题2】如图所示是“探究阻力对物体运动的影响”的实验装置。器材有斜面、木板、棉布、毛巾和小车。 （1）在实验过程中让同一小车从同一斜面的相同高度由静止开始下滑，目的是使小车___________； （2）实验通过_____________来反映阻力对小车运动的影响； （3）由实验可以看出，小车在木板表面运动的距离最长，说明小车受到的阻力越小，速度减小得越_______（填“快”或“慢”）。 【答案】到达水平面时的初速度相同；小车运动的距离；慢 【解析】（1）让同一小车从同一斜面相同高度由静止下滑，目的是保证小车到达水平面时的初速度相同，排除初速度不同对实验结果的干扰。 （2） 阻力对运动的影响无法直接观察，通过小车在水平面上运动距离的大小，来反映阻力的作用效果。 （3） 从实验现象可以看出，水平面越光滑（如木板表面），小车受到的阻力越小，运动的距离越长，说明小车速度减小得越慢。 学习新课 二、惯性 【学生活动】阅读教材第140页内容并回答以下问题。 （1）从牛顿第一定律可以知道，如果物体不受力的作用，原来静止的物体要一直保持静止状态；原来运动的物体将保持其速度一直运动下去。这是为什么？ （2）什么叫惯性？怎样理解惯性？ （3）物体的惯性大小与什么因素有关？ （4）怎样用物体的惯性解释自然界和生活中的有关现象？ （5）列举生活中惯性危害的实例，并说明人们是怎样防止的？ （6）列举生活中人们利用惯性的实例。 【师生分析归纳】 1. 惯性 （1）分析生活中与惯性有关的现象。 ①如图甲所示，我们站在行驶的汽车中，当急刹车时，会往前倒。 分析：当汽车刹车时，人的脚部因与车厢接触受到摩擦力作用，随车减速，但是人体的上半身仍要保持它原来的运动状态，所以会向前倾。 甲 乙 丙 ②如图乙所示，把一个鸡蛋放在硬纸板上，硬纸板放在杯口上。快速水平击打硬纸板时，发现硬纸板上的鸡蛋没有跟着纸板飞走，而是落入水杯中。 分析：硬纸板受到击打力的作用，由静止变为运动，纸片上的鸡蛋不受击打力作用，仍保持原来的静止状态，在重力作用下落入杯中。 ③如图丙所示，运动员投篮时，当把篮球投出后，篮球继续向前飞。 分析：当把篮球投出后，篮球离开手时，仍要保持它原来的运动状态（离开手时的速度），所以会继续向前飞。 总结：物体不受力的作用时，为什么会保持原来的静止状态或运动状态呢？原来，这是因为物体具有惯性。 （2）惯性：物理学中把物体保持原来运动状态不变的性质叫做惯性。 （3）对惯性的理解 ①惯性的普遍性：一切物体在任何情况下都具有惯性。 ②惯性大小的决定因素：惯性的大小是由物体的质量决定的，质量越大，惯性越大，而与物体的形状、运动状态、所处位置、受力情况等外界因素无关。 ③惯性与牛顿第一定律的区别：惯性是物体本身的一种属性，而牛顿第一定律是物体不受力（或所受合力为零）时遵循的运动定律。任何物体在任何情况下都具有惯性，牛顿第一定律只有物体不受力时才成立。 （4）区分惯性与力 概念 惯性 力 意义 不同 惯性是物体自身的性质，始终具有；与外界条件无关 力是物体对物体的作用，物体间有相互作用时才有，一个物体不会产生力 要素 不同 惯性只有大小，大小与质量有关 力不仅有大小，还有方向和作用点 效果 不同 保持物体运动状态不变 改变物体的运动状态 表述 不同 应说“由于惯性”“具有惯性”，不能说成“惯性力”“受到惯性”“受到惯性作用”等 应说“受到力”“施加力”“在力的作用下”等 2. 利用惯性解释有关现象 （1）实例分析 ①跑动中的人，脚被绊住，为什么会向前倒？ 分析：跑动中的人整个身体向前运动，当脚被绊住后停止运动，而上半身由于惯性，仍要保持原来的运动状态，继续向前运动，所以人向前摔倒。 ②如图所示，拨动簧片，把小球与支座之间的金属片弹出时，小球并没有随金属片飞出。你能说说发生这一现象的原因吗？ 分析：静止的小球没有受到击打力的作用。有保持原有静止状态的性质，所以没有随金属片飞出，而是落入支座上的凹槽中。 （2）用惯性解释有关现象的方法 ①明确研究物体开始处于怎样的状态（静止或运动）； ②观察这个物体(或物体的某一部分)受到外力作用运动状态发生了怎样的变化。 ③说明研究物体由于惯性要保持原来的状态（静止或运动），从而得出物体运动的变化情况。 3. 惯性的利用 （1）跳远或跳高：跳远或跳高运动员快速助跑后，飞身一跃，利用自身的惯性，在空中继续前进，以提高成绩。 （2）锤头变紧的方法：锤子的锤头变松了，人们常用撞击锤柄下端的方法使锤头紧套在锤柄上，这是因为锤柄突然停止时，锤头由于惯性会继续向下运动，这样锤头就会牢牢地套在锤柄上了。 （3）投铅球、篮球、标枪：运动员在投铅球、篮球、标枪时，尽量提高了物体脱离手时的运动速度，当物体离开手后由于具有惯性会继续运动；离手时速度越大，在其他条件相同的情况下通常运动得越远。 4. 惯性的危害和防范 例如交通事故的发生，多数是由于惯性造成的。例如，行驶的车辆在遇到紧急情况下刹车后，即使轮子不转了，但是由于惯性，汽车还会向前滑动一段距离，如果此时前面有车子离得太近，就会发生交通事故。所以许多汽车安装安全气囊；乘坐交通工具时要系安全带；车辆行驶要限载限速并保持安全距离。 【例题3】体育课上某同学正在跳远，在如图所示的瞬间，下列说法中正确的是（ D ） A．该同学由于受到重力会竖直下落 B．该同学由于受到惯性力继续向前运动 C．该同学起跳时速度越大，惯性越大 D．该同学由于惯性继续向前运动 【解析】A．该同学此时在空中有向前的速度，重力的作用是改变他的运动状态，使他的运动轨迹向下弯曲，并不会让他竖直下落，故A错误； B．惯性是物体的固有属性，不是“力”，不存在“惯性力”的说法，故B错误； C．惯性的大小只和物体的质量有关，和运动速度无关，同学的质量不变，惯性大小就不变，故C错误； D．该同学起跳后，由于自身具有惯性，要保持原来的向前运动状态，所以会继续向前运动，故D正确。 故选D。 【例题4】下列现象中，属于防止惯性带来危害的是（ A ） A．汽车驾驶员及乘客规范系好安全带 B．标枪运动员投掷前向前助跑 C．拉弓射箭时，离弦的箭会继续飞行 D．通过拍打窗帘清除它上面的浮灰 【解析】A．汽车急刹车时，人由于惯性会向前冲撞，安全带可以束缚人体，防止惯性带来伤害，故A符合题意； B．助跑利用惯性让标枪投得更远，是利用惯性，故B不符合题意； C．箭离弦依靠惯性继续飞行，是利用惯性，故C不符合题意； D．拍打窗帘时，浮灰因惯性保持静止从而脱离窗帘，是利用惯性，故D不符合题意。 故选A。 课堂练习 1. 正在转弯的汽车，如果作用在汽车上的一切外力突然消失，那么汽车将（　　） A．立即停下来 B．先慢下来，然后停止 C．做匀速曲线运动 D．做匀速直线运动 【答案】D 【详解】根据牛顿第一定律，汽车原来的运动状态是正在转弯，作用在汽车上的一切外力突然消失，汽车将沿外力消失的一瞬间的方向和速度做匀速直线运动，不会静止下来，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 2．关于力与运动的关系，下列说法正确的是（　　 ） A．物体不受力，一定静止 B．物体受力，运动状态一定改变 C．运动的物体不受力，将做匀速直线运动 D．物体速度越大，惯性越大 【答案】C 【详解】A．根据牛顿第一定律，物体不受力时，可能处于静止状态，也可能处于匀速直线运动状态，故A错误； B．当物体受到平衡力作用时，其运动状态保持不变，所以物体受力，运动状态不一定改变，故B错误；C．依据牛顿第一定律，运动的物体不受力，将保持原来的运动状态做匀速直线运动，故C正确； D．惯性是物体的固有属性，只与物体的质量有关，与速度大小无关，故D错误。 故选C。 3. 用力将篮球斜向上抛出，篮球在空中运动了一段时间后落向地面，继续向前滚动，最终静止，则（ ） A．篮球运动到最高点时，若外力消失，将保持静止 B．用力将篮球抛出，篮球向前运动，说明力是维持物体运动的原因 C．抛出后的篮球在空中继续飞行，是因为受到了惯性力的作用 D．篮球在地面上滚动得越来越慢，是因为受到阻力的作用 【答案】D 【详解】A．篮球运动到最高点时水平方向仍有速度，由牛顿第一定律可知，若外力消失，将保持匀速直线运动，故A不符合题意； B．力是改变物体运动状态的原因，不是维持物体运动的原因，篮球抛出后继续运动是因为具有惯性，故B不符合题意； C．惯性是物体的固有属性，不是力，不能表述为“受到惯性力的作用”，故C不符合题意； D．力可以改变物体的运动状态，篮球滚动越来越慢，运动状态改变，是因为受到阻力作用，故D符合题意。 故选D。 4．如题图，下列情形中汽车头枕能够保护驾乘人员安全的是（ ） A．紧急刹车 B．前方碰撞 C．后方追尾 D．左右转弯 【答案】C 【详解】AB．紧急刹车、前方碰撞时，汽车突然减速，人会向前倾，此时起保护作用的是安全带，头枕不起作用，故AB不符合题意； C.当汽车发生后方追尾时，汽车突然向前加速，驾乘人员的身体随车辆一起加速向前，而头部由于惯性，会保持原来较慢的运动状态，因此头部向后仰，此时头枕可以支撑头部，避免颈部受伤，起到保护作用，故C符合题意； D.左右转弯时人会向侧方倾斜，头枕也无法起到对应保护作用，故D不符合题意。 故选C。 5. 许多公交车内装有防护拉环。当拉环突然从图甲变成图乙的位置，由此可判断汽车可能（ ） A．向西匀速行驶 B．向东匀速行驶 C．向西紧急刹车 D．向东紧急刹车 【答案】D 【详解】AB．汽车匀速行驶时，拉环处于平衡状态，受重力和拉力作用，应保持竖直悬挂（图甲），故AB错误； C．汽车向西紧急刹车时，汽车速度减小，拉环下端由于惯性要保持原来的向西运动状态，相对于汽车向西摆动，故C错误； D．汽车向东紧急刹车时，汽车速度减小，拉环下端由于惯性要保持原来的向东运动状态，相对于汽车向东摆动，符合图乙，故D正确。 故选D。 6. 物理兴趣小组在“探究阻力对物体运动的影响”的实验中，让同一小车从同一斜面的同一高度由静止自由滑下，分别通过水平面上的毛巾、棉布、木板表面，最终静止时如图所示。 （1）让小车从同一斜面顶端由静止滑下，是为了使其到达水平面时的_____相同。 （2）实验通过比较_______（选填字母）来反映阻力对物体运动的影响； A．小车在水平面上滑行的最大距离 B．接触面的粗糙程度 （3）由实验现象可以知道，小车在________（选填“毛巾”、“棉布”或“木板”）表面上运动时，速度减小得最慢，并据此进一步推理可知：不受阻力作用时，运动的小车将_________。 【答案】（1） 速度；（2）A；（3）木板；做匀速直线运动 【详解】（1）让小车从同一斜面的同一高度由静止滑下，可使小车到达水平面时的速度相同。 （2）小车到达水平面时的速度相同，在水平面上受到阻力的作用最终停止，小车在水平面上滑行的距离越大，说明受到的阻力越小，实验通过比较小车在水平面上滑行的最大距离，来反映阻力对物体运动的影响。故选A。 （3）让小车分别在毛巾、棉布、木板表面运动，由图知，小车在木板上运动的距离最长，即在木板表面速度减小得最慢；由实验进一步推理得出：若运动的小车不受阻力，速度不会减小、将运动到无穷远，即将做匀速直线运动。 板书设计 第5节 牛顿第一定律 一、阻力对物体运动的影响 运动物体受到的阻力越小，速度减小得越慢。若运动的物体不受阻力，将保持做匀速直线运动。 二、牛顿第一定律 一切物体总保持原来的静止状态或匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变这种运动状态为止。在大量事实的基础上，经推理、抽象概括出来的。 三、惯性 1. 把物体保持原来运动状态不变的性质叫做惯性。 2. 惯性是物体本身的一种属性。一切物体在任何情况下都具有惯性。物体的质量越大，惯性越大。 3. 惯性的利用与防范。 课堂总结 第5节 牛顿第一定律用 作业 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $