第八章 运动和力
本章设计
本章是在前面对力研究的基础上，进一步探讨物体的运动状态变化和物体的受力情况间的关系，在物理学上把本章内容称为动力学，牛顿运动定律是动力学的基础，也是整个经典物理理论的基础。
正确地理解惯性的概念，理解物体间相互作用的规律，熟练地运用牛顿第一定律解决问题，是本章学习的重点，也为进一步学习今后的知识，提高分析解决问题的能力奠定基础。
本章还涉及了许多重要的研究方法，如：在牛顿第一定律的研究中采用的理想实验法，摩擦力的研究中运用假设法，对这些方法要让学生认真体会、理解，以提高认知的境界。
本章要做好有关实验，在实验中体会物理学习的收获。
物理知识来源于生活，最终应用于生活，本章的学习就是对运动分析的基础。
第1节 牛顿第一定律教案
整体设计
牛顿第一定律揭示了运动和力的关系，是牛顿物理学的基石，力学的第一原理，它破除了长达两千年以来亚里士多德的错误，改变了人类的自然观和世界观，本身还包含着力、惯性和参考系的科学概念，是物理学理论的支柱和基石.在教学中，不能把它看作牛顿第二定律的特殊情况，它意在引导学生了解科学的发现和发展.本节课采用的理想实验法，在物理研究中具有十分重要的地位和作用.
本课程的教学设计，主要是让学生通过动手实验和利用贴近学生生活的实例，达到突破重难点的目的.
教学重点
1.理解力和运动的关系.
2.理解牛顿第一定律，知识惯性与质量的关系.
教学难点
惯性与质量的关系.
课时安排
1课时
三维目标
知识与技能
1.理解力和运动的关系，知道物体的运动不需要力来维持.
2.理解牛顿第一定律，知道它是逻辑推理的结果，不受力的物体是不存在的.
3.理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度.
过程与方法
培养分析问题的能力，要能透过现象了解事物的本质，不能不加研究、分析而只凭经验，对物理问题决不能主观臆断.正确地认识力和运动的关系.
情感态度与价值观
1.培养科学研究问题的态度.
2.利用生活中的例子来认识惯性与质量的关系.鼓励学生大胆发言，并学以致用.
课前准备
教具准备：多媒体课件、小车、小球、毛巾、玻璃板、斜槽、刻度尺、木块、气垫导轨、滑块等.
知识准备：力的概念及力的作用效果.
教学过程
导入新课
历史的足迹。
1、在研究力和运动的关系上有哪些代表人物？
2、每位科学家对力和运动的关系是如何认识的？
3、伽利略是如何证明其观点的？
学生讨论，教师借机导入新课.
推进新课
一、理想实验的魅力
自主探究
让学生利用桌子上的器材，自主设计实验，分别研究：
1.力推物动，力撤物停.
2.力撤物不停.
供选用器材：小车、小球、毛巾、玻璃板、斜槽、刻度尺等.
学生操作时，教师巡回指导学生完成以下操作：
1.桌子上铺毛巾，小车放在毛巾上，推它就动，不推就停；
2.将毛巾换成玻璃板，或直接用桌面，把小车在桌面或玻璃板上推一下，它运动一段时间才停下来.
学生操作结束后，教师可以让一个学生说一下他的操作过程及看到的现象，由此可以得到结论.
结论：物体的运动不需要力来维持.
为了证明这个结论的正确性，再让学生举出一些其他的实例来说明.如：蹬一段时间自行车后停止蹬车，自行车还会滑行一段距离；在冰面上踢出去的冰块要运动一段距离才停止运动；空中飞行的飞机制动后仍然还会向前滑翔；射出枪蹚的子弹等等.
既然物体的运动不需要力来维持，刚才的两个实验为什么会出现两种现象呢？矛盾出现在哪里呢？下面用小球来做个对比实验.
实验探究
A.使斜槽下端与桌子上铺好的毛巾吻合，让小球从斜槽上自由滚下，标出小球在毛巾上滚动的距离；
B.使斜槽下端直接与桌面吻合，让小球从斜槽上同一位置自由滚下，标出小球在桌面上滚动的距离；
C.使斜槽下端与桌面上的玻璃吻合，让小球从斜槽上同一位置自由滚下，标出小球在玻璃上滚动的距离.
通过观察对比实验，让学生分析实验，总结实验：
接触面越光滑，小球滚动的距离越远.
结论：运动小球停下来的原因是受到摩擦力的作用.
为了引出伽利略的理想实验，教师可继续设疑：若接触面光滑无摩擦小球会怎样？
学生讨论、交流，大胆猜想.（充分发挥学生的想象空间，发散思维）
在学生讨论交流的基础上，结合实验进一步总结.
结论：物体的运动不需要力来维持.力撤物停的原因是因为摩擦力.若无摩擦力，运动物体会一直运动下去.最早发现这一问题的科学家是伽利略，他是怎样研究这个问题的呢？
（教师补充）伽利略的理想实验：
A.对称斜面，无摩擦小球滚到等高.
B.减小另一侧斜面倾角，小球从同一位置自由释放要滚到等高，滚动距离越远.
C.把另一侧斜面放平，小球要到等高，就会一直滚下去.
根据这一现象伽利略得出了：运动的物体若不受力，物体将匀速运动下去.
为了验证这个理论的正确性，有条件的学校可以通过气垫导轨实验来验证一下：
（介绍气垫导轨、光电门工作原理）
演示1：利用气垫导轨消除摩擦，让滑块在导轨上滑动，利用光电门测出滑块在不同位置的速度.
学生记录数据并比较，感受伽利略理论的正确性.
二、牛顿物理学的基石——惯性定律
为了进一步加深对牛顿第一定律的理解，培养学生理解问题的能力，教师可继续设疑：既然牛顿第一定律更完善，那么它从几个方面阐述了力和运动的关系？
让学生讨论交流并回答：
两个方面：不受力时，物体保持匀速直线运动状态或静止状态；受力时，力迫使它改变运动状态.
在学生回答基础上，进一步总结：
力不是维持物体运动状态的原因，力是改变物体运动状态的原因.
设疑：牛顿第一定律能否用实验来验证？
结论：不能，因为不受力作用的物体是不存在的.
受力但合力为零可看作不受力.在学生回答的基础上，作出肯定，并指出：牛顿第一定律虽然所描述的是一种理想化状态，但它却正确揭示了自然规律.
三、惯性与质量
演示：在小车上竖放一长条木块，让小车在光滑玻璃板上运动，前面固定一个物体，
当车被物块挡住时，车上的木块向前倾倒，为什么？
引导学生分析：木块随车一起运动，当车被挡住时，车停止运动，木块的下半部分受到车的摩擦作用也随车停止运动，而上半部分由于要保持原来的运动状态，故向前倾倒.物体这种保持原来运动状态不变的性质叫惯性.
举例说明：①木块立在静止的车上，忽然拉动小车，木块后倾.
②人站在匀速行驶的车厢内竖直向上跳起，仍落回原地.
总结：惯性是指物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质.
从牛顿第一定律我们得知，一切物体都有保持它们原来的匀速直线运动或静止状态的性质，所以牛顿第一定律又叫惯性定律.当力迫使它改变这种状态时，它就会有抵抗运动状态改变的“本领”.这个“本领”与什么因素有关？请大家通过实例分析.
讨论交流：
1.载重货车启动时，由静止到高速得需要较长一段时间；百米冲刺到终点后，体重大的运动员较难停下来。
2.我国公安交通部门规定，在各种小型车辆前排乘坐的人（包括司机）必须系好安全带，为什么？（教材19页科学世界）
3.常见的柴油机、电动机等机器的底座非常沉重，而参加作战任务的战斗机却要抛掉副油箱以减小质量，这是为什么呢？你能解释一下吗？
通过这样的实例分析，使学生总结出：运动状态变化的难易程度与质量有关.
结论：惯性大小与质量有关，质量大的物体惯性大；质量小的物体惯性小.
课堂训练
1.下列关于惯性的说法中，正确的是（ ）
A.人走路时没有惯性，被绊倒时有惯性
B.百米赛跑到终点时不能立即停下是由于惯性，停下时就没有惯性了
C.物体没有受外力作用时有惯性，受外力作用后惯性被克服了
D.物体的惯性与物体的运动状态及受力情况均无关
解析：惯性是物体的固有属性，与其内在因素即质量有关，与受力与否及运动状态无关.一切物体都有惯性，质量是物体惯性大小的量度，静止物体的惯性是保持静止，匀速运动的物体的惯性是保持其速度不变.当物体在外力作用下运动状态发生变化时，只要其质量不变，其惯性大小不发生变化.
答案：D
2.如图4-1-4所示，当你在平直路面上骑自行车时，是否觉得用力不停地蹬，车才会匀速前进，一旦不用力蹬，车子就会减速，甚至停下呢？这与牛顿第一定律矛盾吗？试解释之.
图4-1-4
解答：对比用力蹬和不用力蹬两种情况，发现不蹬车时，车减速，运动状态改变，这是因为有阻力作用；而蹬车时，虽用力蹬车，但合外力为零，因此可以匀速前进，仍然符合牛顿第一定律.
课堂小结
通过本节的学习，我们知道了：
1.历史上几位科学家对力和运动关系的看法和研究.
2.伽利略得到力和运动关系的研究方法.
3.牛顿第一定律的内容.
4.惯性及应用惯性知识解决实际问题的方法.
布置作业
1.教材；
2.建议作业。
活动与探究
课题：比较惯性大小与质量的关系
方法：在相同的路面上，穿相同运动鞋的甲、乙两人进行拔河比赛.
原理：双方与地面间的动摩擦因数相同，则双方与地面间的最大静摩擦力取决于各方的质量，而最大静摩擦力大的一方易获胜.
结论：质量大的物体惯性大.
设计点评
本节课先通过多媒体播放画面引出束缚人类思想近两千年的亚里士多德的观点，通过让学生亲自实验操作，并举例分析认识到他的观点是错误的，引出伽利略的观点，并通过实验来验证它的正确性.在此基础上引出牛顿的观点，即牛顿第一定律的内容及惯性的概念.对惯性的理解对学生来说是一个难点，本节课是通过实验来增强学生的感性认识，并通过实例分析让学生理解质量是物体惯性大小的量度，实现从感性认识到理性认识的过渡.
