4.1 牛顿第一定律 教学设计-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

年　级

高一年级

学　科

物　理

教　师

课　题

第1节　牛顿第一定律

课标分析

《牛顿第一定律》属于《普通高中物理课程标准（2019年版）》必修课程必修1模块“相互作用与运动定律”主题下的内容，课程标准要求：“理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象，解决问题。”

《普通高中物理课程标准（2019年版）》解读进一步指出，要理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律分析解决现实情境中的有关问题，其中牛顿第一定律是这一主题的起点。

本课作为运动和力的关系的开篇课，要通过理想实验的建立过程，让学生真正理解“力是改变物体运动状态的原因”，为后续定律的学习奠定方法基础。

教材分析

牛顿第一定律揭示了运动和力的关系，通过本节课内容学习，学生应在原有认知基础上形成更为深刻的认识。从力和惯性作为科学概念的提出过程体会物理观念的形成过程，从对规律发现过程的学习体会理想实验加逻辑推理的科学思维方法。

教材以问题引入，通过牛顿第一定律的发现过程介绍亚里士多德和伽利略在运动和力关系问题上的不同观点，凸显研究方法的重要性。通过实例分析、思考等方式让学生理解惯性的概念及其量度，加深学生对质量概念的认识。

教学中要引导学生在“真实实验—理想推理—修正结论”三个环节中主动建构，而不是简单记忆结论。

学情分析

学生在初中已学习过牛顿第一定律，了解定律的表述，通过生活经验学生对运动和力的关系有初步了解，但这种了解是肤浅的。学生知道牛顿第一定律的内容，但理解不深入，在应用分析解决问题时仍然会出现问题。

高中生的物理思维能力相较于初中有所提高，教学时要注重对亚里士多德和伽利略观点的分析，着重介绍伽利略的科学研究方法，通过牛顿第一定律建立过程的学习，培养学生的逻辑思维能力和分析能力，渗透科学研究方法的教育。

本课采用2026年“天宫课堂”太空抛物实验作情境引入，以最新航天事实激活学生兴趣，便于突破“力维持运动”的前概念。

教学目标

物理观念

1. 能准确叙述牛顿第一定律的内容，并能对该定律所揭示的运动和力的关系问题有较深刻的理解；

2. 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；

3. 能从“力是改变物体运动状态的原因”这一结论出发，解释滑冰运动员起滑后继续滑行、汽车急刹车时乘客倾倒等生活与航天现象。

科学思维

1. 了解亚里士多德、伽利略、笛卡儿在运动与力关系问题上观点的演进脉络；

2. 了解伽利略理想实验的科学推理过程，体会“实验事实＋科学推理”的研究方法，培养依据证据作判断的科学思维；

3. 理解“运动状态改变”即速度发生改变，会用速度变化量作定量判据。

科学探究

1. 体会实验加推理的科学研究方法，了解理想实验的作用与局限；

2. 能设计“改变水平面粗糙程度、测量小车滑行距离”的对比实验，会用控制变量法收集数据；

3. 能依据实验数据与理想化推理，得出正确的动力学结论。

科学态度与责任

1. 通过了解牛顿第一定律的历史史实回顾，体会人类认识事物本质的曲折过程，培养学生严谨的科学态度；

2. 从中国空间站“天宫课堂”太空抛物实验中感受物理规律的力量，增强民族自豪感与社会责任感；

3. 形成以事实为依据、不臆断的科学探究作风。

教学重难点

教学重点：1. 正确理解牛顿第一定律的内容，知道力是改变物体运动状态的原因；2. 理解惯性的概念，知道质量是物体惯性大小的量度。

教学难点：1. 理解伽利略理想实验的推理过程，体会科学推理与理想化方法的威力；2. 惯性与质

量的关系：惯性大小只由质量决定，与速度、受力、运动状态无关；3. 运动状态改变的判断：

    速度只要发生变化，无论大小还是方向，运动状态就已经改变；速度大小和方向都不变时，运动状态不变。

    其中速度变化量按矢量相减求得，只有速度大小或方向之一改变，运动状态即已改变。

教 学 过 程

教师活动

学生活动

一、情境导入：亚里士多德的观点

【情境抛出】播放中国空间站“天宫课堂”太空抛物实验视频：航天员王亚平将手中的玩偶水平抛出，玩偶没有被拉回弯曲的轨迹，而是沿一条直线稳稳飘到同伴手中（如图1）。中国空间站运行在距地面约的轨道上，接近真空、阻力极小的环境，恰好为检验牛顿第一定律提供了理想条件。

【问题引入】初中我们学习了牛顿第一定律的基本内容，你能说说它揭示了物体运动遵循怎样的规律吗？滑冰运动员如果不用力，他会慢慢停下来。这与牛顿第一定律矛盾吗？

【制造认知冲突】两千多年前，亚里士多德提出：“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。”（1）用手推动课本，观察课本的运动；（2）撤去手的推力，观看课本的运动；（3）通过实验，你是否认为力是维持物体运动的原因？你是否支持亚里士多德的观点呢？

图1  “天宫课堂”太空抛物：玩偶沿直线近似匀速前进

【学生活动】学生回顾初中所学牛顿第一定律，相互讨论并作出回答；学生上台动手推动课本并撤去推力，观察课本的运动。

【设计意图】以2026年最新航天情境激发兴趣，回顾初中所学为比较两种观点做铺垫；用“推课本”这一人人可做的实验制造认知冲突，让学生自己产生判断、分析与猜想。

二、探究新知：伽利略的理想实验

【真实实验】如图2，让同一辆小车从斜面同一高度由静止滑下，到达水平面时初速度相同；水平面依次铺毛巾、棉布、玻璃板，测量小车滑行距离并记录。

【操作步骤】①用垫木把木板一端垫高，做成斜面，斜面末端与水平面相接；②让小车从同一高度由静止滑下，保证到达水平面时初速度相同（控制变量）；③在水平面上依次铺毛巾、棉布、玻璃板，改变阻力大小；④用刻度尺测出小车在水平面上滑行的距离，每次重复三次取平均值。

【数据与推理】水平面越光滑，阻力越小，小车滑行距离越远，速度减小得越慢。

【理想化外推】伽利略把斜面倾角逐渐减小（如图3），小球总能爬到接近原高度；若第二个斜面完全水平，小球将永远沿水平方向做匀速直线运动。

【结论】物体在水平面上运动不需要力来维持；阻力只是使物体减速的原因。

【辨析】牛顿第一定律不是实验直接得到的，而是在实验基础上经科学推理得到的；现实中不存在完全不受力的环境，故无法直接验证，但由此推出的结论都经受了实践检验。

【学生活动】学生分组完成斜面实验，填表记录数据，比较三种表面下的滑行距离；学生跟随教师完成理想化外推，用自己的话说出“为什么运动不需要力维持”。

【设计意图】以真实实验数据作支撑、以理想实验作外推，让学生完整经历伽利略的科学推理方法，落实科学思维目标。