《牛顿第二定律》教学设计 教学 课题《牛顿第二定律》[必修1司南版] 《普通高中物理课程标准》选修1模块的内容标准中涉及本节的内容有“通过实验,探 究加速度与物体质量、物体受力的关系。理解牛顿运动定律,用牛顿定律解释生活中的有关 学习的问题。认识单位制在物理学中的重要意义。知道国际单位制中的力学单位。 任务 本节课学习任务主要有通过实验测量加速度、力、质量,分别作出表示加速度与力、加 分析/速度与质量的关系的图象,根据图象写出加速度与力、质量的关系式。体会探究过程中所用 的科学方法。通过定律的探究过程,渗透物理学硏究方法(运用控制变量法、实验归纳法研 究三个变量的关系),是整个物理教学的重要内容和任务。应使学生明确对于牛顿第二定律应 深入理解、全面掌握,即理解个物理量和公式的内涵和外延 重点1、同时讲清实验装置、原理,让学生体会到物理的研究的方法。做好实验,让学生观察并 难点读取数据,从而有说服力的归纳出牛顿第二定律,因此,熟练且准确的操作实验就是本课的 分析 重点 2、深入理解牛顿第二定律是本节课的教学难点 学生在初中物理中和高中物理前面的章节中已学习了牛顿第一定律(惯性)的知识,这 些都为本节学习准备了知识基础:本章导入“跨越失控的对话”,通过比较三个代表人物对力 学情与运动问题的观点,激发了学生进一步探索的求知欲。牛顿第二定理通过加速度把物体的运 分析|动和受力紧密的联系在一起,使前三章构成一个整体,是解决力学间题的重要工具。应使学 生明确对于牛顿第二定律应深入理解、全面掌握,即理解个物理量和公式的内涵和外延。因 此在课堂上要通过多种方法和包括计算机模拟、视频录像等多媒体教学手段,为学生学习创 设情景 学会用控制变量法探究加速度与力和质量的关系 能熟练地应用图象法分析处理数据 知识阝.理解牛顿第二定律的内容,知道定律的确切含义 与技能.会应用牛顿第二定律解释生活中的相关现象,并能运用牛顿第二定律进行定量 计算。 了解国际单位制的组成并知道力学单位制中的基本单位及导出 教学 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:通过实际 目标 过程 问题的处理,培养良好的书面表达能力 与方法P.渗透物理学研究方法的教育。实验采用的控制变量法对物体的a、F、m三个物 理量的关系;运用列表、画图法处理数据,使学生知道结论是如何得出;认识到 实验归纳总结物理规律是物理学研究的重要方法 情感态度·培养认真的科学态度,严谨、有序的思维习惯 与价值观F·在整个教学过程中,让学生学会科学的发现、分析、研究等方法,培养学生的 科学探究能力。 1.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 教学2.图片展示:跳高冠军—一沫蝉(附资料介绍) 媒体 3.视频录像片段:原始火车与马车赛跑场面(可用图片代替)。 运用 PPT教学演示课件 第1页共6页
第 1 页 共 6 页 《牛顿第二定律》教学设计 教学 课题 《牛顿第二定律》［必修 1 司南版］ 学习 任务 分析 《普通高中物理课程标准》选修 1 模块的内容标准中涉及本节的内容有“通过实验，探 究加速度与物体质量、物体受力的关系。理解牛顿运动定律，用牛顿定律解释生活中的有关 的问题。认识单位制在物理学中的重要意义。知道国际单位制中的力学单位。” 本节课学习任务主要有通过实验测量加速度、力、质量，分别作出表示加速度与力、加 速度与质量的关系的图象，根据图象写出加速度与力、质量的关系式。体会探究过程中所用 的科学方法。通过定律的探究过程，渗透物理学研究方法（运用控制变量法、实验归纳法研 究三个变量的关系），是整个物理教学的重要内容和任务。应使学生明确对于牛顿第二定律应 深入理解、全面掌握，即理解个物理量和公式的内涵和外延。 重点 难点 分析 1、同时讲清实验装置、原理，让学生体会到物理的研究的方法。做好实验，让学生观察并 读取数据，从而有说服力的归纳出牛顿第二定律，因此，熟练且准确的操作实验就是本课的 重点。 2、深入理解牛顿第二定律是本节课的教学难点 学情 分析 学生在初中物理中和高中物理前面的章节中已学习了牛顿第一定律（惯性）的知识，这 些都为本节学习准备了知识基础；本章导入“跨越失控的对话”，通过比较三个代表人物对力 与运动问题的观点，激发了学生进一步探索的求知欲。牛顿第二定理通过加速度把物体的运 动和受力紧密的联系在一起，使前三章构成一个整体，是解决力学问题的重要工具。应使学 生明确对于牛顿第二定律应深入理解、全面掌握，即理解个物理量和公式的内涵和外延。因 此在课堂上要通过多种方法和包括计算机模拟、视频录像等多媒体教学手段，为学生学习创 设情景。 教学 目标 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．能熟练地应用图象法分析处理数据； 3．理解牛顿第二定律的内容，知道定律的确切含义； 4．会应用牛顿第二定律解释生活中的相关现象，并能运用牛顿第二定律进行定量 计算。 5．了解国际单位制的组成并知道力学单位制中的基本单位及导出 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；通过实际 问题的处理，培养良好的书面表达能力． 2．渗透物理学研究方法的教育。实验采用的控制变量法对物体的 a、F、m 三个物 理量的关系；运用列表、画图法处理数据，使学生知道结论是如何得出；认识到 实验归纳总结物理规律是物理学研究的重要方法。 情感态度 与价值观 1．培养认真的科学态度，严谨、有序的思维习惯。 2．在整个教学过程中，让学生学会科学的发现、分析、研究等方法，培养学生的 科学探究能力。 教学 媒体 运用 1．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．图片展示：跳高冠军——沫蝉（附资料介绍） 3．视频录像片段：原始火车与马车赛跑场面（可用图片代替）。 PPT 教学演示课件
安排|2节课连排 教学程序设计 教学程序 教师活动 学生活动 教学资源 提出问题:火车与马车赛跑,谁比较快?答案可能多种 由生活经验出发,大部分学生想当然 认为是火车快 展示图片 或 创设情 播放视频 境|播放视频 1814年,英国人斯大林蒂芬逊制造出世界 上第一辆蒸气机车,当时有人驾着一国辆马 车和它赛跑。新生的火车丑陋笨重。走得很 与生活经验冲突引发思考 引慢,漂亮的马车骄傲地跑在彰面。而且火车 入由于没装弹簧,把路基都震坏了。然而斯蒂 为什么呢? 新芬逊并没因比赛失败而灰心,他不断改进机 课车,坚信火车具有马车所无法媲美的前途 师分析 在相同的位移内,初速度都为零,根据 at2,只要加速度大,时间就 小,比较快。 说明:马车的加速度比火车的加速度大 为什么呢? 师进一步引导,抛出问题 陷入思考,重新分析发现 影响加速度大小的因素有哪些? 马车尽管拉力小,但是质量也小 火车拉力大,但是质量也大。 再从生活经验出发: 学生讨论提出假设 A、用不同的力推同一辆车 物体所获得的加速度,由它的质量和 B、用相同的力推不同的空车和满载的车。它所受到合外力共同决定 第2页共6页
第 2 页 共 6 页 课时 安排 2 节课连排 教 学 程 序 设 计 教 学 程 序 教 师 活 动 学生活动 教学资源 创 设 情 境 引 入 新 课 提出问题：火车与马车赛跑，谁比较快？ 答案可能多种： 由生活经验出发，大部分学生想当然 认为是火车快 展示图片 或 播放视频 播放视频： 1814 年，英国人斯大林蒂芬逊制造出世界 上第一辆蒸气机车，当时有人驾着一国辆马 车和它赛跑。新生的火车丑陋笨重。走得很 慢，漂亮的马车骄傲地跑在彰面。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 为什么呢？ 师分析： 在相同的位移内，初速度都为零，根据 2 2 1 S = at ，只要加速度大，时间就 小，比较快。 说明：马车的加速度比火车的加速度大 为什么呢？ 师进一步引导，抛出问题： 影响加速度大小的因素有哪些？ 陷入思考，重新分析发现： 马车尽管拉力小，但是质量也小； 火车拉力大，但是质量也大。 再从生活经验出发： A、用不同的力推同一辆车， B、用相同的力推不同的空车和满载的车。 学生讨论提出假设： 物体所获得的加速度，由它的质量和 它所受到合外力共同决定
如何设计一个实验来检验这一假设是否正思考、讨论 设计实验验证 1、保持质量不变,探究加速度与外 新 控制变量法教学 力的关系 假设加速度a与质量m及合外力F都有关,2、保持外力不变,探究加速度与质 课要确定它们的关系,就必须运用控制变量量的关系 教 法,保持其中一个量不变,研究另两个量的 学其中,m与F都有直接测量的工具;a虽不学生思考设计实验 木板、小车、 能直接测量,但可以利用打点计时器在纸带(方案一)以小车、打点计时器、纸打点计时 上打出的点,通过计算得出物体运动的加速带、长木板、细线、小桶、钩码、砝|器、电源、 码、刻度尺、天平为器材,研究小车细线、钩码 的运动。用天平测出小车的质量M,天平、刻度 插头 算出砝码的总重力mg当作小车受到的尺、纸带 拉力F,从打点计时器打出的纸带上 测出△S,由△S=aT计算出小车的加 讨论该方案 将木板无滑轮的一端垫高,用重力的可阅读课本 分析有摩擦力存在,为了使小车所受的拉力分力来抵消摩擦力,以使小车不挂重106-107第 约等于钩码重力,以及如何消除摩擦力的影物时恰能匀速运动 5自然段的 响? 内容 新进一步讨论:钩码的重力大小一定等于小车思考发现:小车和钩码都在运动,钩 所受合外力的大小 码的重力应该是两个物体的合外力。 课 必要说明:只要重物的质量远小与小车的质 让学生认清 教量那么可近似认为重物所受的重力大小等确定方案,准备实验 实验误差 学|于小车所受合外力的大小 (系统误 差) 「、加速度与物体受力的关系(保持质量不 表 师巡视指导 实验次数加速度a小车受力F (m/s2) (N) 2、加速度与物体质量的关系(保持外力不 表 师巡视指导 实验次数加速度 小车质 (m/s2) 量m/k 第3页共6页
第 3 页 共 6 页 各 新 课 教 学 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 设计实验验证 控制变量法教学 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 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，通过计算得出物体运动的加速 度 学生思考设计实验 （方案一）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㎎当作小车受到的 拉力 F，从打点计时器打出的纸带上 测出△S，由△S=αT 2 计算出小车的加 速度α。 木板、小车、 打点计时 器、电源、 细线、钩码、 天平、刻度 尺、纸带 讨论该方案 分析有摩擦力存在，为了使小车所受的拉力 约等于钩码重力，以及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，以使小车不挂重 物时恰能匀速运动。 可阅读课本 106-107 第 5 自然段的 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？ 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的合外力。 必要说明：只要重物的质量远小与小车的质 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 让学生认清 实验误差 （系统误 差） 1、加速度与物体受力的关系（保持质量不 变） 表一 师巡视指导 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： 师巡视指导 实验次数 加速度 a （m/s2） 小车质 量 m/kg 1 2
根据所的数据,描点作图 图一:aF图象 师巡视指 利用图象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。 新课教学 图二:am图象 图三:a--图象 1/ 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。 第4页共6页
第 4 页 共 6 页 新 课 教 学 3 根据所的数据，描点作图。 利用图象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。 图一：a—F 图象 师巡视指 导 图二：a—m 图象 图三：a-- m 1 图象 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。 o a F F o a m o a 1/m
(老师指定的或学生自愿,具有代表性的小 组发言。每个小组发言后进行师生共同评 价,特别是对图象画的情况进行评价,引导 学生今后应注意些什么) 教师:牛顿在进行大量的实验后,发现上述 新两个结论都是正确的,并综合得出 课 F (学生回 a∝ 或F∝m 答,教师板 教这就是著名的牛顿第二定律。用文字可表 学述为: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。 教师:如果把上述的综合结论写成等式,应 是F=kma。那么这里的比例系数k应取学生:是牛顿,用N表示。 何值呢?这就跟各物理量所使用的单位有 关了。还记得初中就学过的力的单位吗? 教师:实际上,这个单位就是根据牛顿第 定律规定的,即把可以使质量为1kg的物体 产生1ms2加速度的力规定为IN。所以N g m/s- (板书 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 F=ma 新|运用公式解释 钛合金具有密度小,硬度大,同样的体积 课 相对其他材料,质量小的特点,用在制造飞 学有所用 教机上,同样的牵引力,产生较大的加速度 有人在飞机埸的跑道上曾尝试过让战斗机 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,赛学生自己尝试解决 车的质量比战斗机的小,为什么加速度反而 不如战斗机的加速度大呢?这本节的实验 相矛盾吗? 力学单位制 教师:对物理量单位的规定是一件大事,关请阅读课本“力学单位制”的内 系到国际科学技术的交流和商业的往来,必容。并发表自己的见解或提出疑问。 须有一个国际的标准 教师:就学过的物理量中,有哪些物理量的学生可能回答(比如:速度m/s、密 单位是导出单位? 度kg/m3、压强Pa等) 在本教材中统一采用国际单位制单位,所以以后在用公式进行计算的时候,如果已知量都采用国 际单位制单位,计算结果也必然是国际单位制单位。因此,在计算时所列的等式中就不必一一写 出每个物理量的单位,只要在计算结果的数据后面正确写出待求量的单位就可以了 第5页共6页
第 5 页 共 6 页 新 课 教 学 新 课 教 学 （老师指定的或学生自愿，具有代表性的小 组发言。每个小组发言后进行师生共同评 价，特别是对图象画的情况进行评价，引导 学生今后应注意些什么） 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 m F a 或 F ma 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。 （学生回 答，教师板 书） 教师：如果把上述的综合结论写成等式，应 是 F = kma 。那么这里的比例系数 k 应取 何值呢？这就跟各物理量所使用的单位有 关了。还记得初中就学过的力的单位吗？ 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 = 1 kg·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 F = ma （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，产生较大的加速度。 学有所用 有人在飞机埸的跑道上曾尝试过让战斗机 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 不如战斗机的加速度大呢？这本节的实验 相矛盾吗？ 学生自己尝试解决 力学单位制 教师：对物理量单位的规定是一件大事，关 系到国际科学技术的交流和商业的往来，必 须有一个国际的标准。 请阅读课本“力学单位制”的内 容。并发表自己的见解或提出疑问。 教师：就学过的物理量中，有哪些物理量的 单位是导出单位？ 学生可能回答（比如：速度 m/s、密 度 kg/m3、压强 Pa 等） 在本教材中统一采用国际单位制单位，所以以后在用公式进行计算的时候，如果已知量都采用国 际单位制单位，计算结果也必然是国际单位制单位。因此，在计算时所列的等式中就不必一一写 出每个物理量的单位，只要在计算结果的数据后面正确写出待求量的单位就可以了
新 教(示范解题)注意规范 图6-19高速列车 介绍:根据《自然》杂志报道:最新研究显 示,身体仅6mm长的昆虫沫蝉,最高跳跃高 度可达70cm,这相当于标准身高男性跳过 210m高的摩天大楼,其跳跃能力远远超过 了人们以前所认为的自然界跳高冠军一跳 蚤。当沫蝉起跳时,加速度可达到4000m/s2。 求它起跳时所承受的地面对它的支持力是 (第2题)跳高冠军——沫蝉 其体重的多少倍? 布置作业: 第6页共6页
第 6 页 共 6 页 新 课 教 学 （示范解题）注意规范 介绍：根据《自然》杂志报道：最新研究显 示，身体仅 6mm 长的昆虫沫蝉，最高跳跃高 度可达 70cm，这相当于标准身高男性跳过 210m 高的摩天大楼，其跳跃能力远远超过 了人们以前所认为的自然界跳高冠军—跳 蚤。当沫蝉起跳时，加速度可达到 4000m/s2。 求它起跳时所承受的地面对它的支持力是 其体重的多少倍？ 作 业 布置作业：