——牛顿力学的基石
【师】厨房里有时会发生两颗鸡蛋相撞的事件。比如：一个静止，另外一个加速撞上它大致相同的部位，会有怎样的结果？哪个鸡蛋容易碎？（播放视频）
【生】鸡蛋将会破掉。
【师】哪一个会破呢？现在拿起你桌上的鸡蛋，2到3人一组，一位同学拿着鸡蛋放在碗的上方不动，另一位同学用鸡蛋加速撞向这个不动的鸡蛋。做一下实验，看看和你想的一样吗？（学生实验）
【师】各组的同学已经做完了，下面统计一下实验结果。两颗鸡蛋都没有破的是哪个小组？没有破，这个地方应该填0；两颗鸡蛋都被砸破的？没有，填0；只有运动的鸡蛋被砸破的？这边一组，那边一组，这样是有两组；那说明啊，我们静止的鸡蛋被砸破的，应该有*组。（填写表格）
【师】你看到这样一组数据统计，有什么样的判断？
【生】两蛋相碰，静止鸡蛋破的概率大。
【师】静止的鸡蛋撞破的组数多，也就是说它破损的概率大。在这组实验中一个鸡蛋破了，一个鸡蛋没有破。鸡蛋的破与不破是什么原因造成的？应该是它们碰撞瞬间的作用力决定的。鸡蛋的破与不破，前面的过程是~？鸡蛋的动与不动。那就要先搞清楚一个问题：力~与运动~的关系。
【师】力与运动是一个古老的话题，也是一个古老的谜题。这节课我们就来解决这宗笼罩在物理学晴朗上空的千年谜案：“为什么物体会发生运动？”根据目击证人的描述，锁定了两个犯罪嫌疑人：一个是“物体受力”（物体受到力的作用才会发生运动）；一个是“自身属性”（运动就是物体与生俱来的性质）。究竟谁是真正的罪犯呢？一起来看这部侦探剧。
【师】首先出场的是古希腊大侦探亚里士多德 （Aristotle），他留意到生活中一种现象：一个物体静止在水平面上，如果要它动起来，就要怎么样？“给力”。那撤掉这个外力，物体就会~~停下来。（视频）有力运动，撤掉外力就停下来，类似的现象生活中多吗？
【生】多。
【师】大家观察过动车组进站吗？动车从远方驶来，在关闭发动机后失去动力来源，它就会缓慢的停到站台上。（视频）根据这些现象，亚里士多德得出了他的结论：“力是维持物体运动的原因。”（PPT）也就是说物体为什么会运动呢？因为它受到了力的作用，即锁定了犯罪嫌疑人1号。这条结论来自生活，很容易用实际经验来进行检验，所以在亚里士多德之后的一千多年，几乎没有人怀疑他。同学们，你们认同老亚的观点吗？
【生】不认同。
【师】同学们的思想果然超前啊。确实！在侦探故事中，有时明显可见的线索却往往把人引到错误的方向上去，也就是说，光凭经验来做判断是靠不住的。于是1号嫌犯就被关到监狱中，关了大概一千多年时间，好在我们的嫌犯寿命也长，终于有人来洗雪沉冤了。你们知道他是谁吗？
【生】伽利略。
【师】对，在公元16世纪，诞生了一位物理学界的福尔摩斯——他就是意大利的青年学者伽利略(Galileo)。他也观察到了生活中的一种现象：这是一个斜面，这是一个斜面，这是一个小球。把小球放在斜面的一端，由静止释放，你们看到了什么？
【生】小球从坡下滑时加速，上滑时减速。
【师】下坡时加速，上坡时减速。加速，减速，那~肯定还有什么？
【生】匀速。
【师】肯定还有匀速。匀速应该发生在哪里呢？
【生】既不上坡又不下坡的位置。
【师】既不上坡又不下坡的位置。是哪里？就是水平位置。伽利略的著作中有这样的描述：“在向下倾斜的斜面上一定存在——加速因素；而在向上倾斜的斜面上则有——减速因素。由此可见，在水平面上的运动是永久的。”
书上有一个板擦，你推动一下这个板擦，它能永久的运动下去吗？（实验）不能。所以说伽利略的这句话你赞同吗？
【生】不赞同/赞同。
【师】不赞同，因为明线板擦不会永久的运动下去；但是，正因如此，让伽利略恰恰深信它可以永远的运动下去。为什么这个板擦会慢慢的停下来呢？因为它受到了来自于书面的摩擦阻力。别看大家现在都认识摩擦力，那是因为我们吸收了人类文明的精华。在当时这可是石破天惊、具有划时代意义的事件。因为根据亚里士多德的观点：“力是维持物体运动的原因”，而这个例子恰恰说明了“力是阻碍物体运动的原因”。如果没有阻力，板擦在书面上将会怎么样？将会永久的运动下去。伽利略做了一个猜想：“若没有摩擦阻力、流体阻力的影响，物体将在水平面上永远的运动下去。”
【师】伽利略是怎么论证的自己的观点的呢？这是一个斜面，这是一个斜面，这是一条红色的等高线。把滑块放在等高线的一端，然后由静止释放，（播放视频）怎么样？滑块会上升到离等高线还差一点点。为什么还差一点点？斜面上还有~摩擦。怎样去减小摩擦力呢？有同学有什么想法吗？同学们可以小组讨论一下。（指导学生加油或是气垫导轨）
【师】好，我们请同学们说出自己的观点。
【生】加润滑油。
【师】加润滑油是一种减小摩擦力（减小μ）的方法。
【生】把轨道做成气垫导轨。
【师】我们可以仿照气垫导轨的原理，用鼓风机给滑块运行的、带有孔洞的轨道通气，轨道与物体之间就形成了一层气垫。这个方法是否可行？这个方法消除摩擦力的效果也很好（减小FN）。在没有摩擦力的情况下，滑块应该来到与释放点等高的位置。
【师】伽利略做的是斜面实验。给导轨通气，视作没有摩擦力的斜面（伽利略理想斜面/双斜面实验）。如果从这个红线位置释放滑块，它就应该来到哪里？无摩擦的理想状态下，它就会来到另一个红线位置，就是这个等高的位置；现在把右侧斜面倾角减小，再由红线位置由静止释放，它将会到哪里呢？还是会来到红线的位置，等高的位置，是吧？但是，第二组的斜面和第一组的斜面一样吗？
【生】不一样。
【师】有什么不同？
【生】长度不同。
【师】我们第二组的滑块从同样的位置来到等高的位置，需要走更长的路程；那第三组实验：使斜面倾角更加的小，再从红线位置由静止释放滑块，它还会来到原来的高度吗？还会！好像这个滑块就有了记忆功能似的，是吧？有了记性。但是在第三组实验中，它走的距离比第二组还要远；现在把右侧斜面放平，滑块再次放到红线的位置，然后由静止释放，沿斜面下滑进入这个平面，小球还想回到原来的高度吗？想！但是它还能再找到原来的高度吗？不能。它就会！一直运动下去，永远找下去，一去不复返。（合理外推）我们跟它说一句话，要说什么呢？“祝你一路顺风啊！”
【师】根据刚才的思考，如果这条轨道是无限长的，是没有任何摩擦的，这个小球就会~永远的运动下去。但是轨道能够做成无限长吗？能一点摩擦力都没有吗？
【生】不能。
【师】所以说刚才的这种思考实际上是在实验的基础上进行的~推理。把哪个理推出来了？就是伽利略最开始的猜想，也就变成了结论：“若没有摩擦阻力，流体阻力的影响，物体将在水平面上永远的运动下去。”永远的运动下去，需要力维持吗？
【生】不需要，
【师】经过伽利略一系列的论证，最终推翻了亚里士多德的观点。注意比较，伽利略和亚里士多德的研究方法，最主要的区别是什么？有实验，在实验的基础上进行了推理。有人说有猜想。两个人都有猜想，亚里士多德是猜想完就是结论，我们称之为“猜想结论”；而伽利略不仅仅有想法，更重要的是他给了我们一个~科学的~研究方法。亚里士多德处于食物链的最底端，是不是就很悲剧了？并没有，亚里士多德并没有被扔进历史的垃圾桶里，他做的最重要的工作就是——提出问题：力和运动关系？李政道说：“求学问，贵在学问，而非学答。”所以亚里士多德也是很伟大的。
【师】伽利略得出了自己的结论，在他同时代的物理学家~笛卡尔，又对这个问题做了重要的补充：“如果运动的物体没有受到力的作用，它将继续以同一速度，沿同一直线运动下去，既不停下来，也不偏离原来的方向。”这两个结论有什么不同？
【师】伽利略在他的结论中提到“物体将在水平方向运动下去”；在笛卡尔的结论中还能找到“水平”二字吗？不能。也就是说，物体只要获得了一定的速度，将沿这个速度方向永远的运动下去，这个方向不一定是水平方向。笛卡尔的眼光非常广阔，已经远远超出了地球。因为完全不受力的物体在地球上能找到吗？需要去太空的完全失重环境去寻找。伽利略为什么没有这么长远的眼光？他眼光受限的原因在于自亚里士多德以来，人们头脑中一直存在一种根深蒂固的概念：“天体必然做最神圣、完美的匀速圆周运动，而不需要受到任何作用力”，实际上这是有问题的，因为圆周运动是曲线运动，也需要受到向心力的作用。这就是对“圆惯性”概念的曲解了。
【师】我们现在知道了：物体的运动只要具有了速度，就会一直的运动下去。那力到底起到怎样的作用呢？
【师】伽利略是1642年去世的，1643年又有一位伟大的物理学家诞生了！他就是？
【生】艾萨克·牛顿公爵！
【师】牛顿创立了微积分，发现了万有引力定律，总结了牛顿三大定律，写了一本旷世巨作《自然哲学之数学原理》，他给出了我们力和运动的关系的总结，称之为“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，除非作用在其上的力迫使它改变了这种状态。”
【师】“一切物体”，“一切”是什么意思？
【生】所有的。
【师】“总保持匀速直线运动状态和静止状态”：说明物体运动或是静止应该是物体的~~固有属性。我们称它为“惯性”。所以牛顿第一定律又被称为“惯性定律”。好，我们现在知道惯性是维持物体原来运动状态的固有属性，惯性在生活中都有哪些应用或是表现呢？
【师】 交通部门规定：在车辆前排乘坐的人必须系好安全带。为什么有这样的规定呢？我们来观察急刹车的模拟过程。前排的驾驶员为什么飞出去了？
【生】因为他具有惯性。
【师】是不是因为汽车虽然停下来了，但是驾驶员由于有惯性，还有保持原来的速度向前运动的性质，所以就飞出去了？对，所以在前排的人应该系上安全带，通过安全带的拉力去改变自身的运动状态。
【师】同学们在挤公交的时候，是不是也遇到过类似的急刹车呢？如果你足够细心，就会发现：急刹车时，非常瘦的人和比较胖的人谁更容易拽不住扶手而摔倒？往前还是后摔倒呢？那为什么胖的人更容易倾倒呢？
【生】因为他的质量比较大。
【师】这就说明：物体运动状态改变的难易程度或者说物体的惯性大小和什么因素有关？和质量有关：质量越大，物体的惯性越大，意味着它的运动状态越难改变。（不受力时维持，受力时抵抗）至此，我们对物体的质量也有了新的认识。什么是质量呢？以前，是以物体所包含物质的量的多少来定义的；现在可以从惯性的角度去定义：惯性大的物体，质量大，所以也可以叫做“惯性质量”；以后没还会接触到“引力质量”（联系《必修二·六章》表面法中的“黄金代换”，导出引力质量）这种定义方式。惯性还和什么因素有关？
【生】。。。
【师】逐一否定。惯性唯一取决于物体的质量。
【师】再看后面一句话“除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态”，这就告诉我们什么？
【生】力是改变物体运动状态的原因。换一个角度，如果物体不受力的作用，它将？保持静止或匀速运动下去。生活中有没有不受力的物体？你能找出一个不受任何力的物体吗？那是不是说牛顿第一定律就没有任何使用价值呢？（理想化模型）那合外力为0的情况有没有？（转化法）有的，所以在这种情况下是适用的，牛一的实际意义。
【师】现在，力和惯性的关系已经清楚了，我们也该回到开始的“鸡蛋相碰”问题了。为什么静止的鸡蛋破的概率大呢？
【师】为了回答这个问题，再做一个实验：桌上有一张纸，一位同学绷紧这张白纸，另一位同学用笔把它戳破。没有戳破的举手？好，同学们看这是同样的一张白纸吧？现在我把它四个角竖直悬挂固定，请一位同学上来把它戳成两部分。
【师】黑板会给纸一个支持力，和戳纸的力的作用方向相反。作用效果有一定的抵消，所以造成了这张纸没有破掉。
【师】同样一张纸，拿着能戳破，放到黑板上却戳不破，那一定是后面黑板的原因；同样的两个鸡蛋相撞，一个破一个不破，什么原因？这颗高速运动的鸡蛋，戛然而止。蛋壳停了，但是它里面的蛋液由于惯性，还会往前冲！会冲击前面的蛋壳，会给它的前端一个？
【生】一个力的作用。
【师】外面的蛋壳给了它这个方向的作用力，里面的蛋液给了它反方向的作用力，这两个作用力在作用效果上会怎么样？
【生】相互抵消。
【师】这一刻静止的鸡蛋受到外部的作用力，而里面的蛋液给它的支撑大吗？不大。所以它受到的合力就比运动的鸡蛋要大很多，故容易破。
【师】最后是揭开谜底的时候了。物体为什么会运动呢？真相只有一个：物体的运动是自身的属性——“惯性”的作用。惯性是维持物体运动的原因；而外力是改变物体运动状态的原因。这个问题的答案是牛顿得出的，但是伽利略等人做了很多基础性研究工作，所以说：如果是苹果砸在牛顿头上促使牛顿发现了牛顿运动定律的话，那么这棵苹果树一定是伽利略和笛卡尔等科学家种下的。
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