李子浩
湛江第一中学 广东省湛江市 524038
牛顿第一定律将运动学与力学联系起来，是运动学与力学的基础；揭示了运动与力之间的关系。同时它是经典力学三大定律之一，是整个动力学的基础。下面是我对本节课的教学安排：
一、新课引入
本节课的内容贴近生活实际，本着“教师做实验，不如学生做实验，实验室实验不如生活实验，常规实验不如创新实验...”的原则，本节采用演示实验引入。
实验1：两只外观相同的乒乓球，在乒乓球上面挖两个小孔，用注射器往其中一个小球注水，再用细线一端系竹签塞入乒乓球的小孔，其中注满水的那个乒乓球用胶水密封[1]。将两只乒乓球用等长的细线系在铁架台的水平横杆上。让两个同学同时吹（一口气）乒乓球，看谁把乒乓球吹得更高。这个实验说明了什么？
二、新课教学
阅读课本，让学生回答：亚里士多德提出了什么观点？而伽利略通过实验说明了什么观点？实验灵感最初来自哪？你支持谁的观点？引导学生得出亚里士多德的观点和伽利略的观点。
让小球在斜面上从静止开始释放，提出猜想：物体的运动并不需要力来维持。
思考：1、减小斜面的粗糙程度，每次实验为什么都让小球从斜面同一高度释放？2、三次实验，为什么小车最终都静止？3、静止时，小车运动的距离都不同，说明了什么？4、小球运动距离的长短和它的阻力有什么关系？5、如果小球不受阻力作用（光滑）呢？引出伽利略理想斜面实验。
理想斜面实验
理想斜面实验的思想来源于单摆实验。为了更好地说明伽利略用理想斜面实验说明力与运动的关系，重演伽利略在观察教堂中摆灯得到的结论。
实验2：将单摆悬挂在O处，将小球拉到左边某一位置A处如图2，让小球静止释放，观察摆球到达右侧最高点的位置。为了更直观得出小球能否摆到等高的位置，在铁架台上水平固定一把刻度尺作为参照物。在悬挂点O点的正下方加钉子，再次让摆球从同一位置释放，观察摆球上升的高度。将钉子继续下移，再次让摆球从同一位置释放，再次观察摆球上升的高度。如果没有摆线如图3，看摆球的运动轨迹，这种运动轨迹与小球在哪里的运动相类似？
图2 图3
从单摆的实验中，小球几乎能上升到同一高度；钉子的位置越高，摆球运动的轨迹越长，摆球上摆的运动轨迹与水平面的夹角越来越小。猜想如果没有空气阻力，摆球将上升到与释放位置等高的位置。
类似地，如果忽略斜面的摩擦，小球从斜面上某一高度下滑，下滑时速度越来越大；在对接斜面上升时，速度越来越小；小球能否达到原来的高度？猜想，如果轨迹与水平面的倾角为0，小球在光滑水平面上将一直做匀速直线运动[2]。
伽利略理想斜面实验的灵感来源于此。
按照物理学史的发展顺序，演示伽利略斜面实验，引导学生对两个实验的对比和总结。如下表所示：
单摆实验与双斜面实验的对比
单摆实验 双斜面实验
实验事实 阻力来源与大小 空气阻力，很小 斜面摩擦力，较大
物体始末高度间的关系 几乎等高 不等高
物体上升的运动轨迹（或对接斜面的倾角）与物体运动方向位移的关系 摆球上摆的运动轨迹与水平面的夹角越小，摆球的水平位移越大 对接斜面倾角越小，小球的水平位移越大
逻辑推理 当第二个斜面的倾角为0，不考虑摩擦力时，小球将一直运动下去
在实验探究的过程中，伽利略创造性地提出了“理想实验”的科学方法。该实验虽在生活中无法实现，但它建立在可靠事实的基础上，是科学研究的一种重要方法。它以事实为依据，以科学抽象为方法，运用逻辑推理揭示自然规律[3]。
伽利略理想斜面实验的意义：1.纠正了亚里士多德长达近两千年的错误的运动观2.开创了实验和科学推理之先风3.标志着物理学的真正开端。 伽利略被誉为发现了新宇宙。
与伽利略同时代的笛卡儿补充和完善了伽利略的观点。英国科学家牛顿在伽利略、笛卡儿等人的基础上，总结出：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状态。这就是牛顿第一定律的内容。它揭示了力与运动的关系，即力是改变物体运动状态的原因。
对牛顿第一定律的理解
1、它不是由实验直接得出的，而是在伽利略理想斜面实验的基础上作合理外推得到的定律。
2、指出了物体不受外力作用时的运动规律。
三、惯性
实验3：由学生动手，单手撕纸。此实验可操作性强，全班同学均有参与。在课堂上开展一场单手撕纸竞赛，将一张纸不对称地撕开[4]。要求：学生只能用一只手将纸张撕开，通常学生会抓住纸的一端用力甩，学生发现抓住大的一部分甩，不容易撕开；反而抓住一小部分，很容易将纸撕开，并让学生思考原因。
由此，引出惯性的概念。
探究惯性与哪些因素有关
实验4：两个大小相同、质量差别很大的两个球等高悬挂，质量很小的球A以一定的速度碰撞质量很大的球B，球A反弹，球B几乎不动[5]。
教师解释：两个小球碰撞时，它们受到的作用力是相等的，作用时间相同，球A的运动状态变化大，球B的运动状态变化小，这说明了什么？引导学生得出：质量大的物体，运动状态难改变。物体运动状态变化的难易程度与质量有关。
思考：在生活中，汽车的速度越大时，越难停下来。那么，物体运动状态变化的难易程度与物体速度的大小有没有关系？
实验5：两个质量相同的弹性球，用等长的细线悬挂起来，球心在同一水平线上，将球C拉开偏离竖直方向一定的角度由静止释放，球C以一定的速度碰球D。碰后，球C静止、球D能摆到等高的位置。
教师引导学生用刚才的分析方法来解释：两球质量相等，碰撞时作用力大小相等，作用时间相同，两个碰撞过程中两球的速度变化量大小一样。说明运动状态改变的难易程度与速度无关。
引导学生总结：惯性是物体的一种属性，只与物体的质量有关。质量越大，惯性越大，越难改变物体的运动状态。
四、学以致用
解释：驾驶飞机在航母上着陆的飞行员眼前会出现“红视”现象。为什么？
五、总结
物理学的发展史反映了科学家认识和探索自然界各种物理现象的过程，反映了物理学相关概念和规律的思想由来。通过重演伽利略的单摆实验和理想斜面实验，让学生了解实验和逻辑推理相结合的研究方法，更好地理解规律的由来和本质。通过设置相应的实验，突出了牛顿第一定律的重点，突破了惯性大小只与质量大小的这个难点。
[参考文献]
[1]吴畅 自制教具“让牛顿第一定律”教学更精彩 物理通报 物理实验教学 2015年第3期.
[2]郑曼瑶，张军朋<牛顿第一定律>教学的创新设计.物理教学探讨 第32卷总第470期 2014年第8期（上半月）.
[3]王胜华，侯恕 高中物理课堂中教学情景创设的研究以“牛顿第一定律”为例 物理教学探讨 第35卷总第500期 2017年第2期.
[4]常娟 “牛顿第一定律”中有关实验的几点教学设计 数理化学习 2015年第4期.
[5]吴文明“牛顿第一定律”课堂教学的问题设计 物理通报 教学案例设计与分析 2015年第7期.