第五节 牛顿第一定律
【目标】
1、知识与技能
(1)知道牛顿第一定律的内容
(2)知道惯性的概念
(3)知道二力平衡
2、过程与方法
(1)通过活动体验任何物体都具有惯性
(2)探究摩擦力对物体运动的影响
(3)探究二力平衡条件
3、情感、态度与价值观
通过活动和阅读感受科学就在身边
【重点】
1、探究摩擦力对物体运动的影响
2、认识生活中的惯性现象
3、探究二力平衡条件
【教学难点】
1、探究摩擦力对物体运动的影响实验结论的进一步分析
2、对牛顿第一定律文字叙述的理解
3、怎样解释惯性现象
4、学生设计实验探究二力平衡条件
【教学过程】
一、牛顿第一定律
1、提出问题
(1)让学生阅读课文第34页第1页自然段，看图11.5-1。
①讨论交流：课文列举了一类什么现象？
自行车、列车等运动的物体，停止施加动力，还会继续运动，但最终要停下来。
②根据你的生活经验或对身边所发生现象的观察。类似的例子请再举几个？
(2)让学生做类似实验：将笔盒放在课本上，在桌面上用力拉动课本。笔盒随课本运动，停止用力看看笔盒是否还会运动？
(3)“对运动的物体会停下来类生活中常见的现象，请你提一个相关的问题。如：运动的物体为什么会停下来？运动要靠力来维持吗？等。
(4)亚里士多德和伽利略对“运动的物体会停下来“的解释。
古希腊哲学家亚里士多德认为：如果要使一物体持续运动，就必须对它施加力的作用。如果这个力被撤消，物体就会停止运动。
科学家伽利略却通过理想实验，运用逻辑推理，对亚里士多德的观点提出了质疑。伽利略认为：物体的运动并不需要力维持，运动之所以会停下来，是因为受到了摩擦阻力。
让学生以对亚里士多德和伽利略观点进行评价，谈自己的看法。
对同一种现象，亚里士多德和伽利略给出了截然不同的解释。都有其理由。到底哪个说法正确，仅仅靠思辨不能回答，让我们自己动手、动脑来探究论证吧。
2、实验探究
探究：摩擦力对物体运动的影响。
怎样进行实验呢？
(1)让学生阅读课文第35页探究“摩擦力对物体运动的影响“。先完整地看一遍实验内容。
(2)提出问题让学生讨论。
①此实验过程中，控制哪些条件保持不变？用什么方法控制？
(要控制小车进入水平面时的速度大小和方向保持不变，控制方法：用同一辆小车，让小车自斜面顶端(相等的高度)从静止开始滑下。)
②哪些条件需要发生变化？用什么方法来实现这种变化？
(要改变小车在水平面上受到的摩擦力大小，改变方法：给水平桌面铺上粗糙程度不同的物体(毛巾、棉布)
③要观察和记录哪些数据
(要观察小车从同一高度滑下后在水平面上运动状态的变化情况，记录小车在水平面上通过的距离)
(3)学生分组实验
(4)学生交流观察到的三种情况下小车运动变化的情况，教师引导学生分析引起变化的原因。从表格记录中找出变化规律。
结论：平面越光滑，小车运动的距离越远，这说明小车受到的摩擦力越小，速度减小得越少。
(5)进一步引导学生进行推理：如果物体不受力，速度不会减慢，它将永远运动下去。
3、牛顿第一定律
(1)伽利略对类似的实验进行了分析得出：如果表面绝对光滑，物体受到的阻力为零，速度不会减慢，将以恒定不变的速度永远运动下去。
(2)笛卡儿对伽利略推理结论的补充：物体如果不受力，运动方向也不会改变。
(3)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：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。
说明：(1)牛顿第一定律说明了物体的运动不需要靠力来维持。物体运动之所以会停下来，是由于物体受到了阻力。
(2)对牛顿第一定律中“将保持静止状态或匀速直线运动状态“这句话的含义，我们可以理解为：物体不受力时，原来静止的物体将永远保持静止状态；原来运动的物体将永远做匀速直线运动，速度的大小和方向都不改变。
二、惯性
1、演示：让学生照课文第36页图11.5-4所示，把4 个棋子摞起来。先猜猜：如果像图中那样用尺迅速打击最下面的棋子，上面的棋子落在何处？
提问：上面的棋子为什么不和被打飞的棋子一起飞出去呢？
2、让学生阅读课文第36页有关内容：从牛顿第一定律可以知道，一切物体都有保持原有运动状态的特性。我们把物体保持运动状态不变的特性叫做惯性，牛顿第一定律也叫惯性定律。
为了帮助学生理解，告诉学生：可以通俗地用物体有一种“习惯性”或叫“惰性”来理解“惯性”。就是说，一切物体都有一种“惰性”，这种“惰性”的表现就是不愿意改变原来的运动状态。只要不受到外界力的作用，它就保持原来的运动状态。除非有外力作用于它，才能迫使它改变原来的运动状态。
3、应用牛顿第一定律解释惯性现象
(1)引导学生尝试用牛顿第一定律分析演示实验现象：上面的棋子原来的状态(静止)，由于惯性，它要保持静止状态，所以落回原处。
(2)让同学们谈一下乘坐公交车，公交车启动、刹车时身体的感受。
(3)学生看课文图11.5-5，讨论交流：为什么锤头松了木工师傅把锤柄在凳子上撞击几下，锤头就能紧紧地套在锤柄上？(锤子向凳子撞击时，锤头和锤柄一起向下运动，锤柄撞到凳子受到力作用，运动状态改变而停止运动，锤头继续向下运动使锤柄套紧。)
(4)学生看课文图11.5-5，讨论交流：为什么骑车的速度太快，容易发生事例？(减速、拐弯或刹车时，骑车的人由于惯性身体会保持原来的速度向前运动，从而容易产生事故。)
(5)让学生阅读课文第37页科学世界<<汽车安全带>>认识人们如何利用安全带防止和减小汽车发生事故时由于惯性对驾驶员和乘客造成的伤害。
三、二力平衡
1、二力平衡
(1)提出问题：惯性定律告诉我们，物体不受力时，将保持静止或匀速直线运动状态。但不受力的物体是不存在的，那么为什么有些物体还会保持静止或匀速直线运动状态呢？
(2)探究：让学生提着书包不动。书包受重力和手对它向上的拉力，为什么书包受两个力作用会保持静止 ？
在平直马路上匀速行驶的汽车，受到牵引力和阻力。为什么水平方向汽车受两个力作用会保持匀速直线运动状态？
讨论：如果将手松开，书包将落到地上，显然向上的拉力将使书包下落的效果抵消了。使书包不至于下落；同样道理，汽车牵引力将阻力产生的效果，也可以说阻力将牵引力产生的效果抵消了。使汽车的速度不发生变化。
(3)结论：一些物体虽然受力，但是这几个力的作用效果相互抵消，就相当于不受力。
如果作用在物体上的几个力，它们作用在物体上的各个力改变物体运动状态的效果相互抵消，我们就说这几个力相互平衡。这时的物体我们就说它处于平衡状态。
2、二力平衡条件
(1)物体受两个力作用保持平衡的情况最简单，我们先来研究这种情况。
问题：物体受两个力作用一定就能保持静止或匀速直线运动状态吗？
举例：放在光滑斜面上的书，受重力和斜面的支持力但要沿斜面向下滑；电梯受重力和向上的拉力，起动时，速度越来越快。
问题：如果作用在物体上的力只有两个，且物体处于平衡状态，这两个力应该满足什么样的条件呢？
(2)探究：①让学生猜想在什么条件下二力平衡。(可能与作用力的大小、方向、作用位置…..有关)
②学生根据桌上所准备的实验装置，如图所示(还有若干质量相等或不等的砝码)，自己设计实验探究二力平衡时，两个力的大小、方向、作用点应该有什么关系。
③实验方法：在两边盘子中放质量相等的砝码，使木块受到大小相等、方向相反、作用在同一直线上的力。木块处于平衡(静止)状态。改变木块的受力情况：
a、改变其中一边盘子的砝码的质量，使木块受到的力大小不等。
b、将其中一边盘子的砝码移到另一边使木块受到的力方向相同。
c、转动木块，使木块受的力不在同一直线上。
d、垂直于木块受力方向移动木块，使木块受的力不在同一直线上且方向相同或不相同。
④各实验小组交流设计的实验方案，并对自己设计的方案进行修改。
⑤学生进行实验。
⑥结论：作用在同一物体上的两个力，如果大小相等、方向相反，并且在同一直线上，这两个力就彼此平衡。
力的平衡在日常生活中有许多实际应用，应会根据平衡状态，找出平衡力；根据物体受力情况，判断它是否处于平衡状态。
例：吊在空中重5N，静止不动时，电线对它的拉力是多大？
达标自查
1、让小车从斜面顶端从静止开始滑下，分别在光滑程度不同的水平面运动，小车最后都会慢慢停下来，这是因为 ，得到的结论是：水平面越光滑，小车受到的摩擦力越小，速度减小得越
。由此可推理出：如果小车不受力，小车将 。
2、关于惯性，下列说法中正确的是( )
A、物体静止时有惯性，运动时没有惯性 B、物体保持静止或匀速直线运动状态时才有惯性
C、物体受力作用时才有惯性 D、物体的惯性与运动状态或是否受力无关
3、我国公安部门规定：在高速公路上，汽车驾驶员和乘客都要系上安全带，主要是为了减轻下列哪种情况下可能造成对人身的伤害( )
A、汽车加速 B、汽车速度过快 C、紧急刹车 D、汽车突然启动
4、一本书放在水平桌面上，下列哪一对力是书受到的平衡力( )
A、书的重力和书对桌面的压力 B、书的重力和桌面对书的支持力
C、书对桌面的压力和桌面对书的支持力 D、书对桌面的压力和桌子受到的重力
5、惯性是造成许多交通事故的原因，下列不是为了防止由于惯性而造成交通事故所制定的交通规则是( )
A、某些地段要对机动车辆限速 B、车辆快速行驶时要保持车距
C、车辆靠右侧行驶 D、小型客车的驾驶员必须系安全带
6、跳伞运动员在空中张开落伞后，跳伞运动员匀速下降，这是因为跳伞运动员( )
A、没有受到重力作用 B、受到的重力小于阻力
C、受到的重力等于阻力 D、受到的重力大于阻力
7、画出在平直公上匀速行驶的汽车受力的示意图。
8、惯性和惯性定律不同之处在于： 描写物体运动规律， 描写物体本身的性质； 的成立是有条件的，而 是任何物体都具有。
能力提高
9、举例写出你观察到的在生产、生活以及交通运输等方面发生的惯性现象的两个例子，并结合所举事例分别说明如何防止或利用惯性。
10、两千多年前，古希腊学者亚里士多德认为：必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力，物体就会静止。这个结论是亚里士多德对生活中的现象进行观察总结出来的。人们确实看到，用力推一个木箱它就运动，停止用力，木箱就静止。因为这种现象，亚里士多德的观点在两千多年里被人们普遍接受，直到后来伽利略推翻了这个观点。
你认为亚里士多德错在了什么地方？怎样解释上述“推木箱”的现象？
11、请你设计一个实验探究二力平衡的条件，要求：写出实验器材、实验步骤、实验结果，并比较二力平衡的条件和作用力与反作用力的条件有何相同点和不同点。
12、阅读材料
汽车刹车之后
现代社会汽车大量增加，发生事故的一个重要原因是遇到意外情况时汽车不能立即停止，因为司机从看到情况到肌肉动作操纵制动器需要一段时间，这段时间叫反应时间，在这段时间内汽车要前进一段距离，叫反应距离。从操纵器刹车 到车停下来，汽车又要前进一段距离，这段距离叫制动距离。以上两段距离之和即为汽车的停车总距离。
下面是一个机警的司机开一辆保养得很好的汽车在干燥的公路上以不同的速度行驶时，测得的刹车后的反应距离和制动距离。
速度(km/h)反应距离(m)制动距离( m)停车总距离(m)
40
50
60
80
1007
9
11
15
178
13
20
34
5415
22
31
49
73
阅读后回答
(1)影响汽车制动距离的主要因素是什么？
(2)在交通要道为什么对机动车辆的最大速度要限制？
(3)你认为在雨雪天制动距离将怎样变化？司机在雨雪天气应注意什么问题？
