必修1第四章教学设计.docx

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必修1第四章教学设计

第四章牛顿运动定律

物理名言：

自然和自然的法则在黑暗中影藏；上帝说，让牛顿去吧!

于是一切都被照亮——蒲脖（1688-1744）英国诗人。

前面已经学习了怎样描述物体的运动，但是没有讨论为什么会这样那样的运动，要讨论这个问题，就要研究运动和力之间的关系。

在物理学中，只研究物体怎样运动而不涉及运动和力之间的关系的理论叫运动学；研究运动和力之间的关系的理论叫动力学。

运动学是动力学的基础，但是只有懂得了动力学的知识，才能根据物体所受的力确定物体的位置、速度变化的规律，才能创造条件来控制物体的运动。

4.1牛顿第一定律

教学目标

（1）了解有关运动和力的关系的历史发展，知道理想实验是科学研究的重要方法；

（2）理解并掌握牛顿第一定律的内容和意义；

（3）知道什么是惯性，正确解释惯性现象，知道质量是物体惯性大小的量度；

（4）知道运动状态和运动状态改变的意义；

（5）理解运动状态改变与物体受力的关系，理解力是使物体产生加速度的原因；

（6）知道影响加速度大小的因素除了外力以外，还有质量。

教学重点：

牛顿第一定律；力是物体运动状态改变的原因，是物体产生加速度的原因。

教学难点:

力是物体产生加速度的原因。

教学过程:

第一节牛顿第一定律

1、人类对运动和力的关系的探索历程

（1）研究运动和力的关系，是动力学的基本问题。

人类正确认识这个问题，经历了漫长的过程。

十七世纪前对运动和力的关系的认识（亚里士多德的错误观点）：

力是维持物体运动的原因。

1.时间：

公元前。

2.基本观点：

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。

3.根据：

经验事实--用力推车，车子才前进；停止用力，车子就要停下来。

4.所用方法：

观察+直觉（由生活经验得出直觉印象）。

5.错误原因剖析：

没有对所观察的物理现象进行深入地分析。

只看到对车子施加的推力，而未考虑车子还受到摩擦阻力作用。

停止用力（即去掉了车子前进的动力），车子并没有立即停下来，还要向前发生一段位移；只是由于摩擦阻力的作用，才最后停了下来。

路面越光滑，阻力就越小，车子向前发生的位移就越大，假若没有摩擦阻力，车子将一直运动下去，这说明车子的运动并不需要力来维持，而恰恰是（阻）力的作用，才使车子由运动到静止，运动状态发生了改变。

6.危害：

在亚里士多德以后的两千年内，动力学一直没有多大进展，直到十七世纪才受到伽利略的质疑。

这是为什么?

原来亚里士多德的观点与日常体验有相同之处，易于被人们接受，直接的生活经验使人们总是把力和物体运动的速度联系在一起，这种认识从孩提时代就开始了，如：

当拉着玩具小车前进的时候，给人的直接体验是：

只有用力拉小车，小车才会前进；停止用力了，小车就会停下来；用力大的时候，小车就运动得快些；用力小的时候，小车就运动得慢些；往哪个方向用力，玩具小车就向那个方向运动等等，好像没有力的作用，物体运动不可能维持，力决定着物体运动的快慢，还决定物体运动的方向。

人们的直观感觉虽然是外界事物的真实反映，但它具有片面性和表面性，根据直接观察所得出的直觉的结论常常是不可靠的，因为它们有时会引到错误的线索上去，然而人们不能毁灭了直觉的观点，还是凭直觉来看问题，错误的直觉印象在人脑中有很深的潜意识，形成思维定势。

因此亚里士多德的观点统治了人们的思维两千多年。

（2）伽利略的理想实验及其推论（正确认识）：

力是改变物体运动状态的原因，运动并不需要力来维持。

1.时间：

十七世纪。

2.基本观点：

在水平面上运动的物体之所以会停下来，是因为受到摩擦阻力的缘故。

设想没有摩擦，一旦物体具有某一速度，物体将保持这个速度继续运动下去。

3.根据：

理想实验。

4.方法：

实验+科学推理（把可靠事实和理论思维结合起来）。

5.理想斜面实验

将两个对称的斜面末端平滑地对接在一起，让小球沿一个斜面从静止滚下来，小球将滚上另一个斜面。

伽利略认真观察注意到：

球在第二个斜面上所达到的高度同它在第一个斜面上开始滚下时的高度几乎相等。

他断定高度上的这一微小差别是由于摩擦产生的，如能将摩擦完全消除的话，则高度将恰好相等。

于是，他推论说：

在完全没有摩擦的情况下，若使第二个斜面的倾角越来越小，则不管第二个斜面倾角多么小，球在第二个斜面上总要达到相同的高度，只是小球要通过更长的路径。

最后，如果第二个斜面的倾斜度完全消除了（成为水平面），那么球从第一个斜面上滚下来之后，为达到原有高度将以恒定的速度在无限长的水平面上永远不停地运动下去。

这就是有名的伽利略理想斜面实验。

这个实验是无法实现的，因为永远也无法将摩擦完全消除掉，所以叫理想实验。

又叫假想实验，思想上的实验；是从抽象思维中设想出来而实际上无法做到的实验。

伽利略从可靠的实验出发，设想出这个实际上不可能进行的但又符合严格科学推理的理想化的实验，论证了物体在不受外力（理想实验中小球水平方向不受外力作用）作用时将永远运动下去的推测是正确的，说明维持物体的运动不需要外力的作用。

伽利略的理想实验是在可靠事实的基础上进行抽象思维的一种科学推理，科学研究中的一种重要方法，在自然科学的研究中有着重要的作用，它可以深刻揭示自然规律，被爱因斯坦誉为“是人类思想史上最伟大的成就之一”，伽利略也之无愧地成为动力学的创始人，实验科学的奠基人。

（3）笛卡尔对伽利略看法的补充和完善

他指出：

除非物体受到外力的作用，物体将永远保持其静止或运动状态，永远不会使自己沿曲线运动，而只保持在直线上运动。

2、牛顿第一定律

（1）内容：

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。

（2）理解：

1.物体不受力时将处于____状态或_________状态。

即物体的运动状态不改变。

力不是维持物体速度的原因，物体的运动不需要力来维持。

2.外力的作用是迫使物体改变运动状态，即外力是改变______________的原因，力还是产生加速度的原因，而不是维持__________的原因。

3.一切物体都有保持______________________的性质，这种性质叫___________。

因此，牛顿第一定律也叫惯性定律。

这种性质是物体的固有属性。

不论物体处于何种状态，即与物体运动情况和受力情况无关，任何物体在任何状态下均有惯性。

质量是惯性大小的唯一量度。

4.牛顿第一定律是物体不受外力作用时的运动定律，所描述的物体不受外力的状态是一种理想化的状态，因为不受外力作用的物体是不存在的，所以牛顿第一定律不能用实验验证，其正确性可通过由它推导出的结论与实验事实完全一致而得到证明。

定律的实际应用场合是物体所受合外力为零，物体在某方向上不受外力或在某方向上受平衡力作用时，该方向上保持静止或匀速直线运动状态的情况是普遍存在的。

（3）惯性：

物体具有的保持原来的匀速直线运动状态或静止状态的性质。

1.惯性是物体的固有属性，惯性不是一种力。

2.任何物体在任何情况下（不管是否受力不管是否运动和怎样运动）都具有惯性，切莫将惯性误解为“物体只有保持原来的匀速直线运动状态或静止状态时”才有惯性，在受力作用时，惯性依然存在，体现在运动状态改变的难易程度上。

3.惯性的大小只由物体本身的特征决定，与外界因素无关，切莫认为物体的速度越大，惯性越大。

4.惯性是不能被克服的，但可以利用惯性做事或防止惯性的不良影响。

5.不要把惯性概念与惯性定律相混淆。

惯性是万物皆有的保持原运动状态的一种属性，惯性定律则是物体不受外力作用时的运动定律，当有力作用时，物体运动状态必定改变。

例1：

火车在长直水平轨道上匀速行驶，门窗紧闭的车厢内有一人向上跳起，发现仍落回到车上原处，这是因为（D）

A.人跳起后，车厢内空气给他以向前的力，带着他随同火车一起向前运动。

B.人跳起的瞬间，车厢的地板给他一个向前的力，推动他随同火车一起向前运动。

C.人跳起后，车在继续向前运动，所以人落下后必是偏后一些，只是由于时间很短，偏后距离太小，不明显而已。

D.人跳起后直到落地，在水平方向上人和车始终有相同的速度。

例2：

有人设想，乘坐气球飘在高空，由于地球的自转，一昼夜就能周游世界，请你评价一下，这个设想可行吗?

4、物体运动状态的改变

（1）运动状态指的是物体的速度，速度是矢量，速度不变则运动状态不变，速度改变（大小改变、方向改变或大小方向同时改变）运动状态也就改变了，所以运动状态不断改变的物体总有加速度。

（2）力是使物体产生加速度的原因。

（3）质量是物体惯性大小的量度，质量越大的物体_________越大，运动状态改变就越______________。

例3：

月球表面上的重力加速度地球表面上的1／6，同一个飞行器在月球表面上时与在地球表面上时相比较（C）

A.惯性减小为1／6，重力不变B.惯性和重力都减小为1／6

C.惯性不变，重力减小为l／6D.惯性和重力都不变

例4：

在车箱的顶板上用细线挂着一个小球，开始时向右运动，在下列情况下可对车厢的运动情况得出怎样的判断：

（1）细线竖直悬挂:

____匀速运动____。

（2）细线向图中左方偏斜:

___向右加速运动___。

（3）细线向图中右方偏斜:

___向右减速运动__。

课堂训练:

（1）以下各说法中正确的是（ABC）

A.牛顿第一定律反映了物体不受外力作用时物体的运动规律

B.不受外力作用时，物体运动状态保持不变是由于物体具有惯性

C.在水平地面上滑动的木块最终停下来是由于没有外力维持木块运动的结果

D.物体运动状态发生变化时，物体必定受到外力的作用

（2）下列说法正确的是：

（CD）

A.力是使物体惯性改变的原因

B.静止的火车启动时速度变化缓慢，是因为物体静止时惯性大

C.乒乓球可快速被抽杀，是因为乒乓球的惯性小

D.为了防止机器运转时振动，采用地脚螺钉固定在地球上，是为了增大机器的惯性

（3）某人推小车前进，不用力，小车就停下来，说明（BD）

A.力是维持小车运动的原因

B.小车停下来是因为受力的作用的结果

C.小车前进时共受四个力

D.不用力时，小车受到的合外力方向与小车的运动方向相反

（4）物体的运动状态与受力情况的关系是（BC）

A.物体受力不变时，运动状态也不变

B.物体受力变化时，运动状态才会改变

C.物体不受力时，运动状态就不会改变

D.物体不受力时，运动状态也可能改变

课后作业：

（1）一个以速度v运动着的小球，如果没有受到任何力的作用，经时间t后的速度是_______，经时间nt后的速度是________。

（2）用绳子拉着小车沿光滑水平面运动，绳子突然断裂后，小车将作_______，这时小车在水平方向受到力的大小是___________。

（3）歼击机在战斗前为了提高灵活性，常抛掉副油箱，因为减少质量后___________。

（4）月球表面上的重力加速度g=1.63m/s2，地球上一个质量为500kg的飞行器在月球表面时的质量为_________，重力为_________。

（5）下面几个说法中正确的是（C）

A.静止或作匀速直线运动的物体，一定不受外力的作用

B.当物体的速度等于零时，物体一定处于平衡状态

C.当物体的运动状态发生变化时，物体一定受到外力作用

D.物体的运动方向一定是物体所受合外力的方向

（6）关于惯性的下列说法中正确的是（A）

A.物体能够保持原有运动状态的性质叫惯性

B.物体不受外力作用时才有惯性

C.物体静止时有惯性，一开始运动，不再保持原有的运动状态，也就失去了惯性

D.物体静止时没有惯性，只有始终保持运动状态才有惯性

（7）人从行驶的汽车上跳下来后容易（A）

A.向汽车行驶的方向跌倒

B.向汽车行驶的反方向跌倒

C.向车右侧方向跌倒

D.向车左侧方向跌倒

（8）一人在车厢中把物体抛出，哪种情况，乘客在运动车厢里观察到的现象和在静止车厢里观察到的现象一样（D）

A.车厢加速行驶时B.车厢减速行驶时C.车厢转弯时D.车厢匀速直线行驶时

（9）关于力和运动的关系，下列说法中正确的是（CD）

A.力是物体运动的原因

B.力是维持物体运动的原因

C.力是改变物体运动状态的原因

D.力是物体获得速度的原因

（10）下列说法中正确的是（C）

A.物体不受力时，一定处于静止状态

B.物体的速度等于零时，一定处于力平衡状态

C.物体的运动状态发生变化时，一定受到外力作用

D.物体的运动方向，一定是物体所受外力合力的方向

（11）先后在北京和广州称量同一个物体，下列判断正确的是（AC）

A.用天平称量时两地结果相同

B.用杆秤（或不等臂天平）称量时两地结果不同

C.用弹簧秤称量时北京的示数大些

D.用弹簧秤称量时广州的示数大些

（12）从离开地球表面和月球表面同样高度处做自由落体实验，落地的时间分别为t地与t月，落地的速度分别为v地与v月，则（C）

A．t地>t月，v地>v月B．t地>t月，v地

C．t地v月D．t地

（13）一个劈形物体abc，各面均光滑，上面放一光滑小球，用手按住在固定的光滑斜面上，如图所示，现把手放开，使劈形物体沿斜面下滑，则小球在碰到斜面以前的运动轨迹是（C）

A.沿斜面向下的直线B.曲线C.竖直向下的直线D.折线

阅读材料：

牛顿生平

牛顿是17世纪最伟大的科学巨匠。

他的成就遍及物理学、数学、天体力学的各个领域。

牛顿12岁进金格斯中学上学。

那时他喜欢自己设计风筝、风车、日规等玩意。

他制作的一架精巧的风车，别出心裁，内放老鼠一只，名日“老鼠开磨坊”，连大人看了都赞不绝口。

牛顿在物理学上最主要的成就是发现了万有引力定律，综合并表述了经典力学的3个基本定律一惯性定律、力与加速度成正比的定律、作用力和反作用力定律；引入了质量、动量、力、加速度、向心力等基本概念，从而建立了经典力学的公理体系，完成了物理学发展史上的第一次大综合，建立了自然科学发展史上的里程碑。

其重要标志是他于1687年所发表的《自然哲学的数学原理》这一巨著。

在光学上，他做了用棱镜把白光分解为七色光（色散）的实验研究；发现了色差；研究了光的干涉和衍射现象，发现了牛顿环；制造了以凹面反射镜替代透镜的“牛顿望远镜”。

1704年出版了他的《光学》专著，阐述了自己的光学研究的成果。

在数学上，牛顿与德国莱布尼兹各自独立创建了“微积分学”；他还建立了牛顿二项式定理。

牛顿在声学、热学、流体力学等方面也有不少研究成果和贡献。

牛顿的一生遇到不少争论和麻烦。

例如，关于万有引力发现权等问题，胡克与他争辩不休，差点影响了《原理》的出版；关于微积分发明权的问题，与莱布尼兹以及德英两国科学家争吵不止，给内向的牛顿带来极大的痛苦。

40岁以后，他把兴趣转向政治、化学（贱金属变成黄金）、神学问题，写了近200万言的著作，毫无价值。

常言道“人无完人，金无足赤”，牛顿也是如此。

但是牛顿终归是伟大的牛顿，他的科学贡献将永载史册。

4.2实验：

探究加速度与力、质量的关系

教学目标

1、知识与技能

（1）要求学生认真看书，明确用“比较”的方法测量加速度；

（2）探究加速度与力、质量的关系；作出a-F、a-1／m图象。

2、过程与方法

（1）在学生实验的基础上得出a∝F、a∝1／m的实验结论，并使学生对牛顿第二定律有初步的理解；

（2）渗透科学的发现、分析、研究等方法。

3、情感态度与价值观：

通过对a∝F、a∝1／m的探究，在提高学生实验能力的基础上，体验探究带来的乐趣，激发学生学习物理的兴趣。

教学重点：

对a∝F、a∝1／m的探究。

教学难点:

对探究性实验的把握。

教学方式：

本节课主要采取的是“实验--探究”教学方式。

教学工具：

器材：

木板、小车、打点计时器、电源、小筒、细线、砝码、天平、刻度尺、纸带等。

（①附有滑轮的长木板2块；②小车2个；③带小钩或小盘的细线2条；④钩码（槽码），规格：

10g、20g，用做牵引小车的力；⑤砝码，规格：

50g、100g、200g，用做改变小车质量；⑥刻度尺；⑦1m～2m粗线绳，用做控制小车运动）如果没有小规格钩码或槽码，可以用沙桶及沙子替代，增加天平及砝码，用来测质量。

计算机及自编软件，电视机（作显示）。

投影仪，投影片。

教学过程：

第二节探究加速度与力、质量的关系

（一）新课导入：

提问：

物体运动状态改变快慢用什么物理量来描述，物体运动状态改变与何因素有关?

关系是什么?

（物体运动状态改变快慢用加速度来描述，与物体质量及物体受力有关。

）

物体的加速度与物体所受外力及物体的质量之间是否存在一定的比例关系?

如果存在，其关系是什么?

我们这节课所要研究的加速度与力、质量的关系。

指导学生确定实验方案、完成实验操作：

（二）新课教学

1、实验介绍

投影：

实验装置如图所示。

我们用小车作为研究对象，通过在小车上增减砝码可以改变小车质量；在小车上挂一根细线，细线通过定滑轮拴一个小桶，小桶内可以放重物，这时小车受到的拉力大致是小桶及重物的重力，我们可以通过改变小桶内的重物改变小车受到的拉力。

我们研究小车的加速度a与拉力F及小车质量的关系时，可先保持m一定，研究它与F的关系；再保持F一定，研究a与m的关系，这是物理学中常用的研究方法--此控制变量法。

提问：

如何根据现有器材测出小车的加速度?

（用打点计时器）

用打点计时器测加速度的方法和公式是什么?

（在学生充分讨论的基础上可展示如下版图）板图：

如果物体做初速度为零的匀加速直线运动，那么，测量物体加速度最直接的办法就是用刻度尺测量位移并用秒表测量时间，然后由a=2x/t2算出。

也可以在运动物体上安装一条打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度。

由于a=2x/t2，如果测出两个初速度为零的匀加速运动在相同时间内发生的位移为x1、x2，位移之比就是加速度之比，即a1／a2=x1/x2

问题：

在小车运动过程中不可避免的要受到摩擦力的作用，这个摩擦力也会影响到小车的加速度，如何消除摩擦力的影响呢?

（把木板没有定滑轮的一端垫高，使小车重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡。

）

2、实验过程

（1）保持小车质量不变，研究a与F的关系。

基本思路：

保持物体的质量不变，测量物体在不同的力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系。

提问：

怎样才能直观地反映出a与F是否成正比呢?

（可以借助图象，用横轴表示拉力，用纵轴表示加速度，通过采集数据作a一F图象。

如加速度随拉力的变化图线是一条过原点的直线，就说明a与F成正比。

）

数据的分析：

设计一个表格，把同一物体在不同力的作用下的加速度填在表中。

为了更直观地判断加速度a与力F的数量关系，我们以a为纵坐标、F为横坐标，根据各组数据在坐标系中描点。

如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比，如果不是这样，则需进一步分析。

学生分组实验，教师巡视指导。

学生报出实验数据并输人计算机。

（用Excel表格处理数据）

结论：

a∝F

（2）保持拉力不变，研究a与m的关系

基本思路：

保持物体所受的力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系。

数据的分析：

设计第二个表格，把不同物体在相同力的作用下的加速度填在表中。

根据我们的经验，在相同力的作用下，质量越大，加速度a越小。

这可能是“a与m成反比”，但也可能是“以与m2成反比”，甚至是更复杂的关系。

我们从最简单的情况人手，检验是否“a与m成反比”。

在数据处理上要用到下面的技巧。

板图：

“a与m成反比”实际上就是“a与1／m成正比”，如果以a为纵坐标、1／m为横坐标建立坐标系，根据a-1／m图象是不是过原点的直线，就能判断加速度是不是与质量m成反比。

结论：

a∞1／m

在这个实验中，我们根据日常经验和观察到的事实，首先猜想物体的加速度与它所受的力及它的质量有最简单的关系，即加速度与力成正比、与质量成反比a∝F、a∝l／m。

如果这个猜想是正确的，那么，根据实验数据以a为纵坐标、F为横坐标和以a为纵坐标、1／m为横坐标作出的图象，都应该是过原点的直线，但是实际情况往往不是这样，描出的点有些离散，并不是严格地位于某条直线上，用来拟合这些点的直线也并非准确地通过原点。

这时我们会想，自然规律真的是a∝F、a∝l／m吗?

如果经过多次实验，图象中的点都十分靠近某条直线，而这些直线又都十分接近原点，那么，实际的规律很可能就是这样的。

可见，到这时为止，我们的结论仍然带有猜想和推断的性质。

只有根据这些结论推导出的很多新结果都与事实一致时，它才能成为“定律”。

本节实验只是让我们对于自然规律的研究有所体验，实际上一个规律的发现不可能是几次简单的测量就能得出的。

作业设计

（1）物体运动状态的变化是指（B）

A.位移的变化B.速度的变化C.加速度的变化D.质量的变化

（2）以下物体在运动过程中，运动状态不发生变化的是（C）

A.小球做自由落体运动B.枪弹在枪筒中做匀加速运动

C.沿斜坡匀速下滑的汽车D.汽车在水平面上匀速转弯

（3）关于力和运动的关系，下列说法中不正确的是（ABCD）

A.物体受力一定运动，力停止作用后物体也立即停止运动

B.物体所受的合力越大，其速度越大

C.物体受力不变时，其运动状态也不变

D.物体受外力的作用，其速度一定改变

（4）物体A的质量为10kg，物体B的质量为20kg，A、B分别以20m／s和10m／s的速度运动，则（B）

A.A的惯性比B大B.B的惯性比A大C.A、B的惯性一样大D.不能确定

（5）关于力下列说法中确的是（A）

①力是使物体运动状态改变的原因；②力是维持物体运动的原因；

③力是改变物体惯性大小的原因；④力是使物体产生加速度的原因。

A.①④B.①②C.②③D.③④

（6）下列说法中正确的是（C）

A.物体不受力时，一定处于静止状态

B.物体的速度等于零时，一定处于平衡状态

C.物体的运动状态发生变化时，一定受到外力的作用

D.物体的运动方向，一定是物体所受外力合力的方向

（7）一个物体受到四个力作用而静止，当撤去其中的F1，而其他三个力不变时，物体将___________。

4.3牛顿第二定律

教学目标

（1）知道国际单位制中力的单位是怎样定义的；

（2）理解牛顿第二定律的内容，知道牛顿第二定律表达式的确切含义；

（3）能初步应用牛顿第二定律解决一些简单问题。

教学重点：

牛顿第二定律。

教学难点:

牛顿第二定律。

教学过程:

第三节牛顿第二定律

1、牛顿第二定律

（1）公式推导：

（2）语言表述：

物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同。

（3）变形公式：

F合=ma

牛顿第二定律是牛顿运动定律的核心，是本章的重点和中心内容，在力学中占有很重要的地位，一定要深入理解牛顿第二定律的确切含义和重要意义。

理解：

第一、因果关系：

只要物体所受合力不为零（无论合力多么的小），物体就获得加速度，即力是产生加速度的原因，力决定加速度，力与速度、速度的变化没有直接关系。

如果物体只受重力G=mg的作用，则由牛顿第二定律知物体的加速度为a=

。

即重力是使物体产生重力加速度g的原因，各地的g值略有差异，通常取g=9.8m／s2。

在第一章学习《重力》一节时，给出了重量和质量的关系式G=mg，g是以比例常数引人的，g=9.8N／kg。

现在可以证明，这个比例常数就是重力加速度，9.8N／kg与9.8m／s2等价。

第二、矢量关系：

F合=ma是一个矢量式，加速度a与合外力F合都是矢量，物体加速度的方向由它所受的合外力的方