教科版高中物理必修一《牛顿第二定律》教学设计新版.docx

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教科版高中物理必修一《牛顿第二定律》教学设计新版

牛顿第二定律

教学设计思路：

本节内容是典型的探究性实验内容，在新课程标准十分强调科学探究在课程中的作用，在内容安排中，不断向学生渗透这种科学探究的思想．在本节中，学生第一次遇到用实验探究一个物理量同时跟两个物理量有关的多元问题，所以应引导学生去寻找研究问题的实验方法——控制变量法，即先保持一个物理量不变，研究另外两个物理量间的关系．如本节课中，先保持物体的质量不变，研究它的加速度跟外力的关系；再保持外力相同，研究物体的加速度跟它的质量的关系．使学生研究问题时逐渐形成控制变量的思想．

学生在前面已经学习过加速度是描述速度变化快慢的物理量，从上一节“牛顿第一定律”中知道力是改变物体运动状态的原因，对加速度与力、质量的定性关系有一定的理解．

本节中学生第一次遇到用实验探究一个物理量同时跟两个物理量有关的多元问题，学生在控制变量法研究问题方面能力有限．但是，学生已经基本掌握了探究性实验的研究方法，在本实验中，教师只要做一些必要的指导，学生应能完成实验操作及数据处理．

牛顿第二定律是动力学的核心规律，是本章重点和中心内容，而探究加速度与力和质量的关系是得出牛顿第二定律的重要铺垫．关于该实验的器材，因第一章使用过，学生自然会想到用该器材测量加速度，并求解加速度a．数据完全可由计算机处理，a－F，a－1／m图像由计算机处理作出，收到事半功倍的效果．

该实验是探索规律的实验，学生对加速度与力和质量之间的定量关系并不知道，但通过实例，对加速度与力和质量的定性关系是可以理解的．定量研究需在教师指导下，学生动手、动脑来进行，教师只是一个引导者、评判者，只要学生的设计方案合理，亲身体验探究过程，那么能否得出结果关键在于教师的引导．

学习任务分析：

本节的学习任务类型是综合型．在知识上要求知道决定加速度的因素、理解加速度、质量、力三者之间的关系；在技能上要求能设计和操作实验，会测定相关物理量；在体验性上要求经历探究活动、尝试解决问题的方法、体验发现规律的过程，体会科学研究方法──控制变量法、图像法的应用．

学习者分析：

在学习这一内容之前，学生已经掌握了力、质量、加速度、惯性等概念；知道质量是惯性的量度、力是改变物体运动状态的原因；会分析物体的受力情况．学生已掌握一定的实验操作技能，会用气垫导轨与光电测时系统或打点计时器研究匀变速直线运动；具备一定的计算机操作能力，会应用CAI课件处理实验数据．学生对物理学的研究方法已有一些了解，在自主学习、合作探究等方面的能力有了一定程度的提高．

在非智力因素方面，学生学习积极主动，对学习物理有较浓厚的兴趣；有较强的好奇心和求知欲，乐于探究自然界的奥秘；敢于坚持正确观点，勇于修正错误；喜欢和同龄人一起学习，有将自己的见解与他人交流的愿望，具有团队精神．

教学目标：

一、知识与技能：

1．学会用控制变量法探究加速度与力和质量的关系；

2．能熟练地应用图像法分析处理数据；

3．从实验中得出加速度与力成正比，与质量成反比．

二、过程与方法：

1．通过演示实验及数据处理，培养学生观察、分析、归纳、总结的能力；通过对实际问题的处理，培养学生良好的书面表达能力．

2．渗透物理学研究方法的教育．采用控制变量法对物体的a、F、m三个物理量之间的关系；运用列表、画图法处理数据，使学生知道结论是如何得出的；使学生认识到实验归纳总结物理规律是物理学研究的重要方法．

三、情感、态度与价值观：

1.培养认真的科学态度和严谨有序的思维习惯．

2.在整个教学过程中，让学生学会发现、分析、研究等方法，培养学生的科学探究能力．

教学准备：

1．准备学生分组实验：

木板、小车、打点计时器、电源、细线、钩码、天平、刻度尺、纸带．

2．准备教学过程中的视频课件和ppt课件．

3．根据学生能力进行合理分组，让每个组中都有不同层次的学生．

教学过程：

教学程序

教师活动

学生活动

设计思想

创

设

情

境

引

入

新

课

提出问题：

火车与马车赛跑，谁比较快？

答案可能有两种．

由生活经验出发，大部分学生想当然认为是火车快．

通过视频中的现实问题，激发学生的兴趣．

播放图片幻灯：

1814年，英国人斯蒂芬逊制造出世界上第一辆蒸汽机车，当时有人驾着一国辆马车和他赛跑．新生的火车丑陋笨重，走得很慢，漂亮的马车骄傲地跑在前面．而且火车由于没装弹簧，把路基都震坏了．然而斯蒂芬逊并没有因比赛失败而灰心，他不断改进机车，坚信火车具有马车所无法媲美的前途．

与生活经验冲突，引发思考．

教师分析：

在相同的位移内，初速度都为零，根据

，加速度越大，所用时间越短，越快．

说明：

马车的加速度比火车的加速度大．

为什么呢？

学生思考

以实际问题引起学生的充分注意，并积极思考其和已学物理知识的联系．

教师进一步引导，抛出问题：

我们应该采用什么样的物理方法来研究

与

、

的定量关系呢？

思考、分析、发现：

马车尽管拉力小，但是质量也小；

火车拉力大，但是质量也大．

通过实际问题锻炼学生分析问题的能力．

再从生活经验出发：

A.用不同的力推同一辆车；

B.用相同的力推空车和装满东西的车．

学生讨论提出假设：

物体所获得的加速度，由它的质量和它所受到的合外力共同决定．

新

课

教

学

如何设计一个实验来检验这一假设是否正确？

思考、讨论

设计实验进行验证

介绍控制变量法：

假设加速度a与质量m及合外力F都有关，要确定它们的关系，就必须运用控制变量法，保持其中一个量不变，研究另两个量之间的关系．

1.保持质量不变，探究加速度与外力的关系

2.保持外力不变，探究加速度与质量的关系

用初中学过的控制变量法来探究新的问题，提升学生对已学知识的应用能力，增强学生发现新规律的兴趣．

其中，m与F都有直接测量的工具；a虽不能直接测量，但可以利用打点计时器在纸带上打出的点，通过计算得出．

学生思考、设计实验．

以小车、打点计时器、纸带、长木板、细线、小桶、钩码、砝码、刻度尺、天平为器材，研究小车的运动．用天平测出小车的质量ｍ，算出砝码的总重力mg，将其当做小车受到的拉力F，从打点计时器打出的纸带上测出Δx，由Δx＝at2计算出小车的加速度a．

讨论该方案：

有摩擦力存在，为了使小车所受的拉力约等于钩码重力，如何消除摩擦力的影响．

将木板无滑轮的一端垫高，用重力的分力来抵消摩擦力，使小车不挂重物时恰能匀速运动（平衡摩擦力）．

阅读教材76页至77页实验探究的内容．

进一步讨论：

钩码的重力大小一定等于小车所受合外力的大小吗？

思考发现：

小车和钩码都在运动，钩码的重力应该是两个物体受到的合外力．

让学生认清实验误差（系统误差）．

必要说明：

只要重物的质量远小于小车的质量，那么可近似认为重物所受的重力大小等于小车所受合外力的大小．

确定方案，准备实验．

1．加速度与物体受力的关系（保持质量不变）

表一

通过数据处理，提高学生的数据分析能力和作图能力．

利用描点作图法得出实验探究的结论，让学生亲身体验科学探究成功的乐趣，提高学生应用图像的能力．

实验次数

加速度

a（m/s2）

小车受力F（N）

1

2

3

2．加速度与物体质量的关系（保持外力不变）

表二

实验次数

加速度

a（m/s2）

小车质量m（kg）

1

2

3

根据所得数据，描点作图．

利用图像处理数据是一种常用的重要方法．将实验中得到的数据通过描点作图，可以非常直观地看出两个物理量的关系，也可以有效地减少实验误差，确定并排除实验中测得的一些错误数据．（可用计算机进行数据采集处理实验数据，完成两个关系图像，最终得出结论．）

图一：

a—F图像

图二：

a—m图像

图三：

a—

图像

学生总结得出如下结论：

1．当保持m不变时，a与F成正比．

2．当保持F不变时，a与m成反比．

每个小组派代表发言，发案后，师生对其进行评价，尤其注意图像的画法是否正确、规范．

教师：

牛顿在进行大量的实验后，发现上述两个结论都是正确的，并综合得出

或

这就是著名的牛顿第二定律．用文字可表述为：

物体的加速度跟它所受的合外力成正比，跟它的质量成反比．

由各组派出代表表达自己的观点．

提高学生的语言表达能力．

教师：

如果把上述结论写成等式，应是．那么这里的比例系数k应取何值呢？

这跟各物理量所使用的单位有关．还记得初中学过的力的单位吗？

学生：

是牛顿，用N表示．

教师：

实际上，这个单位就是根据牛顿第二定律规定的，即把可以使质量为1kg的物体产生1m/s2加速度的力规定为1N．所以1N＝1kg·m/s2．

因此，当F、m、a三个物理量都采用国际单位制时，k＝1，公式可简化为．

思考、记忆．

（板书）

运用公式解释：

钛合金具有密度小、硬度大、同样的体积相对其他材料质量小的特点，用在制造飞机上，同样的牵引力，会产生较大的加速度．

学生分析、思考．

学有所用

有人在飞机场的跑道上曾尝试让战斗机和赛车进行比赛，结果战斗机在跑道上（腾空之前）的加速度仍大于赛车的加速度，赛车的质量比战斗机的小，为什么加速度反而不如战斗机的大呢？

这与本节的实验相矛盾吗？

学生自己尝试思考问题、解决问题．

锻炼学生应用已学知识分析实际问题的能力．

布置作业：

教材第79第4、5题．

教学反思：

本节课首先从生活实际出发，展示马车和火车赛跑的视频，提出物体的加速度与哪些因素有关这一问题，激发学生的求知欲望，引导学生根据自己已有的经验进行定性探究，在此基础上，进一步引导学生应用控制变量法进行定量探究，让学生经历自己设计实验方案、观察实验现象与记录实验数据、全班合作处理实验数据、分析实验数据得出结论的过程，最后总结出牛顿第二定律的数学表达式．这样的设计体现了新课程以学生为主体的理念．

在探究过程中重视以下因素：

猜想假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集数据、分析与论证、交流与合作．

本实验的误差来源：

因原理不完善引起的误差，本实验用砂和砂桶的总重力mg代替小车的拉力，而实际小车所受的拉力要小于砂和砂桶的总重力，这个砂和砂桶的总质量越接近小车和砝码的总质量，误差越大，反之砂和砂桶的总质量越小，由此引起的误差就越小．因此满足砂和砂桶的总质量m远小于小车和砝码的总质量M的目的就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差．此误差可因m<

探究加速度与物体质量、物体受力的关系的实验方案很多，本文仅从实际出发，所用的器材比较简单方便，符合大部分学校的实际情况，当然，也可以根据实验条件和学生的实际水平对器材加以适当选择，可使用气垫导轨、光电门进行精确测量验证，以求得较好的效果．如果条件允许，还可以让学生用不同的方法进行探究，并对这些方法进行比较和分析．

学习效果评价设计：

1．教师教学效果评价

评价项目

评价要点：

评分标准A

（1）B（0.8）C（0.5）

得分

教学目标设计

1．教学目标清晰具体

2．针对学生实际情况

3．考虑学生发展潜力

教学内容设计

1．体现与生活实际相结合

2．体现学科特点

3．具有可实施性

教学过程设计

1．讲解规范

2．细节处理到位

3．教学有梯度

总分

2．学生学习效果评价

评价项目

评价要点：

评分标准A

（1）B（0.8）C（0.5）

得分

知识与技能

1．对牛顿第二定律的掌握

2．学习运用实验探究的方法来分析a、F、m三者的关系

过程与方法

1.对实验探究有充分的认识

2.会用控制变量法和图像法分析物理量之间的关系

3.能够按要求完成学习内容

情感态度价值观

1.认真、严谨的科学态度

2.对物理方法的体会

3.相互交流的意识

总分

教学流程：