帮助学生理解牛顿第一定律

据专家调查：物理这门课是学生感到难学、厌学的课程之一。难学是因为物理概念、规律抽象，因而难以透彻理解。《牛顿第一定律》是一节理论性较强、比较抽象的课，揭示的规律与学生的日常体验相悖。多数学生只能了解其大概，真正理解其含义的并不多。

按照“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念，和新课标中关注学生获取知识的过程与方法及要求学生了解知识的产生、发展过程的要求，我按物理史的发展顺序，以故事性的叙事方式，带学生追溯到亚里士多德、伽利略、牛顿的生活年代，和几位科学家共同分析现象、总结规律，收到了好的效果。

我首先做了如下演示：在讲桌上放一木块，对木块施一水平推力，木块开始运动，撤去推力，木块停下来。针对以上现象，我引导学生分析、总结得到如下结论：“必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就要静止下来。”同学们很自然地把这一结论概括为一句话：“力是维持物体运动的原因。”

随后我做了如下叙述：我们得出了与古希腊著名哲学家亚里士多德完全一样的结论，这一观点统治了2000多年。直到17世纪，终于有人不惟书本、不惟权威，向著名哲学家亚里士多德提出了挑战，他就是意大利著名物理学家伽利略，他是怎么推翻亚里士多德的结论呢？

同学们的求知欲望一下子被激发起来，我与同学们一起研究了伽利略的理想斜面实验，又用气垫导轨近似地进行了验证，引导同学们总结出了伽利略的结论：“水平面上运动的物体如果不受阻力会保持原来速度运动下去。”进一步概括为：“力不是维持物体运动的原因。”

在此基础上，我介绍了法国科学家笛卡儿的观点：“如果没有其它原因，运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向。”这一结论，对伽利略观点作了进一步的完善和补充。

为了加深对两种观点的认识，自然地引出牛顿第一定律，我把全班同学分为两组，选代表进行辩论，正方代表亚里士多德，表示为“亚”，反方代表伽利略，表示为“伽”。辩论过程如下：

亚：我方观点是“力是维持物体运动的原因”，比如讲桌上的木块，不给它施力，它一直静止，给了它推力，它才能运动，撤去推力，它还要静止下来，很显然，离开了力的作用，木块是不可能运动的，这不充分说明了力是维持物体运动的原因吗？

伽：我们反对辩方的观点，刚才咱们分析的理想斜面实验，如果小球不受阻力，它会沿水平面以恒定的速度运动下去，不受力会一直运动下去，不正说明了运动不需要力的维持吗？再比如，你们讲到的木块，当它运动起来，后来又停下来而没有一直运动下去，其原因是受到了桌面的摩擦，如果没有桌面的摩擦，不受任何阻力，它就会象刚才提到的水平面上运动着的小球一样，一直运动下去。木块不受力的作用，能一直运动下去，同样说明了运动不需要力来维持。所以，我方观点“力不是维持物体运动的原因”才是正确的。

亚：（教师帮忙）请问对方，按你们的假设，如果桌面没有摩擦，木块也不受任何力的作用，你们能让静止的木块运动起来吗？你们还不是要给它施加力的作用，它才能运动吗？这不正说明了运动必须有力来维持吗？所以我方观点“力是物体运动的原因”是千真万确的。

“伽”方列举两例，说明了运动不需要力的维持，却无法说明，为什么静止木块要受了力才能运动，不受力会一直静止着。这一点成了“亚”方一座坚硬的“堡垒”，令“伽”方无法攻克，这一问题，正是此这课题的难点和重点。此时，双方进入了深深的思考状态，一会儿，大家都把目光向我投来，于是，我作了如下阐述。

英国的大物理学家牛顿，在总结伽利略等人研究的基础上，又做了进一步研究，对上述辩论的问题，给出了无法质疑的解释：在推力的作用下，木块运动起来，这一过程的实质是力使木块由静止状态变为运动状态，运动状态发生了变化；撤去推力，木块又静止下来，这一过程的实质是摩擦力使木块发生了由运动到静止的变化，也是运动状态发生了变化。由此可见，不是力使物体运动，而是力使物体的运动状态发生了改变。比如：在力作用下，可使木块由静止变为运动，由慢变为快，或者由快变为慢，由运动变为静止，这几种情况都说明了力改变了物体的运动状态，而不是使物体运动。进而引导学生把上述解释概括为一句话：“力是改变物体运动状态的原因。”

大家满意地点着头，为了及时巩固，我又把“牛顿”加入辩论的行列，就木块运动情况进行了三方辩论，通过辩论，同学们弄清楚了力与运动的基本关系。

由以上三方辩论作为基础，学习牛顿第一定律就容易的多了。

牛顿综合考虑了力与运动的关系后，系统而全面地提出了牛顿第一定律：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。

对牛顿第一定律我从三方面作了解释。1）“一切物体总保持”原来运动状态（静止或匀速运动），说明任何物体都有一种性质——惯性，即保持原来运动状态的性质。2）“外力迫使他改变”原来的运动状态（静止或匀速运动），说明力是改变物体运动状态的原因。3）“直到有……”说明物体如果不受力的作用，将一直静止着（原来是静止的）或一直匀速运动下去（以原来运动的速度）。

然后，举几个应用惯性的例子，引导同学分析、讨论。最后，给同学们出了如下题目，练习本课题中的主要内容。题目：一物体静止在水平面上的A点，在一水平力的作用下，物体经过B点时撤去外力， 最后静止于C点，A、B间是光滑的，B、C间有摩擦，用牛顿第一定律分析说明物体在A、B间，B、C间的运动情况及原因。